生物质电厂秸秆收购优化方案及其成本估算模型

高建伟，张昊渤，纵翔宇

（华北电力大学经济与管理学院，北京102206）

　　摘要：秸秆等生物质燃料收购价格过高始终是影响国内生物质发电厂效益的重要原因。传统秸秆收购模式中普遍存在农户出售秸秆的积极性不高，机械化程度低，收购率低等问题。考虑到生物质燃料特殊的能源商品属性.文章基于“流程再造”思维，通过“协助收割”等服务刺激农户出售秸秆的积极性，并优化秸秆收割环节和储运环节，提高机械化使用率和秸秆收购率。通过建立成本估算模型和案例计算，对新方案的成本进行估算和变动分析，从经济性角度为收购生物质燃料的相关人员提供参考依据和估算方法。

　　0引言

　　我国生物质资源储量丰富，作为能源开发和利用的潜力巨大。在国内能源结构调整和节能减排的背景下，政府于2003年开始大力扶持生物质发电相关行业，并给予了相应的补贴上网电价和配套的优惠政策。然而截至现在，生物质发电量占总体发电量的比例不足1％，与“十二五”规划要求的关于生物质发电的目标（在电力、供热和农村生活用电领域初步实现商品化与规模化利用，在交通领域扩大替代石油燃料）相去甚远。

　　燃料的供应和成本一直是限制生物质发电发展的核心问题。受制于我国目前的农业作业形式，机械化程度和地理环境等因素，在秸秆等生物质燃料的采集收购方面一直存在成本高、供应不稳定的问题。对于这些问题，不少专家学者都开展了相应的研究，并形成了一定的研究成果。对比欧美等发达国家的现代农业体系。我国的农作物种植相对分散，具有密度低，小型化的特点，并且缺乏相应的收获运输工具，机械化程度较低[1-2]。此外，秸秆的收购模式过于僵化，生物质电厂单纯作为买方较为被动，比较依赖秸秆经纪人和农户出售意愿，不利于燃料的稳定供应。对比其他新能源发电.秸秆等生物质燃料具有“密度小，质量大”的特点，物流成本相对太高，这也是影响生物质发电效益的重要因素之一[3-4]。

　　生物质发电燃料特殊的能源商品属性，导致其与其他新能源发电成本控制存在本质上的区别，对于秸秆等燃料成本的控制是降低整体发电成本的关键因素之一。在秸秆交易的过程中，买方和卖方始终没有处在最佳博弈均衡点上，秸秆的供应较难得到保障。生物质发电秸秆的收购模式存在很大的优化空间，建立相应的成本估算模型对于生物质发电的成本控制很有必要。针对上述问题.本文基于“流程再造”思维优化了收购和储运等环节，并通过建立成本估算模型和案例计算，对新方案的成本进行估算和变动分析，以期改善目前秸秆收购中存在的问题和降低成本。

　　1国内秸秆收购模式及其问题分析

　　1.1传统秸秆收购模式

　　秸秆不同于煤、石油等化石能源.较难形成长期稳定的收购。农作物在成熟之后须尽快收割和播种，一旦错过了收购时间势必造成重复收购和多次搬运。以华北平原为例，通过调研发现，农户本身很愿意出售秸秆，堆放田间的秸秆对于下一季的种植很麻烦，不少农户愿意将秸秆低价甚至免费出售。但是，由于秸秆的收购价格较低，国内人均土地面积较少，平均每户秸秆产量不高，农户很难通过出售秸秆获得丰厚收益。所以一旦秸秆被堆置，农户宁可选择外出务工或其他劳动形式也不愿费精力再次出售秸秆。从储运模式上，秸秆收购可分为分散型和集中型两种模式，其特点如表1所示。随着秸秆的规模化利用和市场需求的增加，集中型收储运模式将成为主要发展方向。

　　1.2存在问题分析

　　调研发现，中国目前的生物质发电厂的燃料供应普遍存在生物质燃料供应量不足、成本高、能耗大等问题，这是传统生物质燃料收储运模式存在的同有弊端。现有的收储运模式本质上还是与农户进行单纯的价格博弈.然而对于单个农户而言，秸秆属于低价值物品，仅仅通过价格因素对农户进行激励，很难提高农户的出售热情。因此，交易过程中激励手段单一是秸秆收购率低的重要原因之一。此外.传统收购模式并不涉及秸秆的收割过程，无论分散型收购还是集中型收购均由生物质发电厂或秸秆经纪人对农户已收割的秸秆进行交易。中国实行家庭联产承包责任制之后，秸秆收割以家庭为单位，传统收购模式中对于秸秆的收购除了农J自发售出的秸秆外，还有一部分就是对农户储藏的秸秆进行交易。收割环节的优化空问大.如能合理开发和利用，会大大增加收购效率。

　　针对收购中存在的问题，本文总结了以下影响秸秆收购的因素：①秸秆收购价格不高，个体农户出售秸秆的收益低：售出环节复杂，农户不愿付出相应时间成本去出售秸秆：②交通不便的农田，秸秆回收费时费力；③秸秆（尤其是玉米秸秆）粉碎还田等新技术对生物质电厂的燃料收购造成冲击；④收割时节任务繁重，除了收割还要忙于下一季的种植.农户缺乏时间进行出售；⑤从事基础农业的人员水平不高，尤其是落后农村地区，农户呈老龄化状态并且运输机械和运输能力缺乏；⑥其他相关收购秸秆企业，如造纸厂等同类企业造成的收购竞争压力。

　　2方案设计

　　2.1秸秆收割存在的问题

　　考虑实际国情。本方案拟采取协助收割的方式对农户进行多重激励。以黄淮海地区为例，每逢收割季节。许多收割机团队到各个自然村进行收割。这些收割机团队来自全国各地，通常以团队形式出现，每年有着固定的收割路线，收割完成之后与农户进行现金交易。这种收割模式存在如下的问题：①农作物收割作业面积大，对比收割作业人员，待收割的农户数量多，加上这种点对点的交易模式，农户需要花费大量的时问和精力去联系收割机，收割效率低；②收割机作业人员收割过程中秸秆留茬高度较高，给后续秸秆收集工作带来不便：③中国在农业机具方面已经能够自主生产打捆机等秸秆收集工具，这种流动式的作业模式，自带打捆机的收割机数量不多，新型机具推广难度大，导致新型机械化工具普及率低：④部分收割机作业人员不愿对小块田和交通不便的地区进行作业。

　　2.2秸秆收购环节优化

　　如果能够通过提高机械化程度将收购环节

　　与收割环节结合，在不影响农户受益前提下减轻农户不必要的劳动时间，能够对农户出售秸秆的积极性起到正向的激励作用。基于以上目的，本文为生物质电厂秸秆收购环节优化设计以下方案。

　　（1）收割环节

　　①生物质电厂与收割机作业团队达成协议，作业范围内由生物质电厂按照收割面积向收割机作业人员支付包括人工费、机械费在内的必要收割费用.应生物质电厂要求收割过程中须要实现一定的留茬高度并组织安装自走式打捆机等收割机械装置。

　　②生物质电厂在收购半径范围内，以村级为单位进行收割作业面划分，与村级负责人沟通并与村民达成协助收割协议；生物质电厂对收购半径范围内的秸秆进行收割，并对该范围内收割的秸秆有优先收购权，农户可以出售秸秆抵减收割费用。并享有一定的优惠，不出售秸秆的农户亦可按照收割面积向生物质电厂支付收割费用。

　　③制定相应配套服务，比如生物质电厂产生的灰渣是很好的肥料，对出售秸秆的村级点给予一定的肥料优惠措施，并进行相应的服务和宣传工作。

　　（2）暂储环节

　　①生物质电厂以单个或多个村级为单位组建收集团队，根据可收集储量设立村级暂储站。

　　②暂储站对于已经收割打捆码放田间的秸秆要做到尽快地收集，以防由于天气或者人为原因造成秸秆质量或数量的损失。

　　③暂储环节的安全防备工作是重点工作，夏季天气干燥，极易引发火灾：如遇阴雨天气还须组织人工晾晒。

　　④进行部分加工处理工作，如对散装秸秆进行打捆以及有必要的压缩等减少成本的处理。

　　（3）运输环节

　　收购环节的运输分为农田一暂储站，暂储站一电厂两类运输环节。主要涉及到运输工具、运输方式以及人工条件等问题。

　　①农田一暂储站：该环节的特点是运输距离短、运输重量轻、运输路况复杂、涉及对象较多等；这个环节适用农用三轮、拖拉机等运输机械，并且可以充分利用农户资源，发挥社会效益。

　　②暂储站一电厂：部分农用运输机械受到道路交通的限制，该环节的运输机械选择要根据运输距离和运输路况区分.可采用的运输机械有拖拉机、卡车等。

　　3成本估算模型及案例

　　3.1估算模型

　　针对上述秸秆收购方案建立成本估算模型，相关符号参数见表2。

　　3.2算例

　　黄淮海地区地处平原，交通便利，是中国（冬）小麦主产区，其小麦播种面积占中国的50％以上，该地区拥有丰富的生物质资源，小麦总产量占全国的61.6％[7]。中国平均秸秆资源密度为88.55t／（km²·a），在中国8大小麦产区中，黄淮海地区是中国秸秆资源密度最高的地区.2005年平均秸秆资源密度达到380.53t／（km²·a）[8]。2009年，一座25MW的生物质电厂平均秸秆消耗量约为21.8万t，为保障供应稳定，实际收购秸秆总量须超出消耗量50％，即约为32.7万t[9]。以黄淮海地区的秸秆资源密度计算，若是收集率能够达到14％，就是能够实现燃料的正常供应（实际调研中发现大多数生物质电厂的收集率普遍不足20％）。

　　假设在设计方案下共有5个储量相同的暂储站，收储站距离暂储站的距离分别为10，20，30，40，50km。暂储站的辐射半径为5km。暂储站的分布见图1。

　　假设暂储站范围内运输工具为农用拖拉机，暂储站至电厂的运输工具为货运卡车。曲折因子β的取值为根号2；截止至2015年11月，93#汽油平均价格为5.70元／L，0#柴油平均价格为5.3元／L。假设秸秆收集过程中采用的运输车型为轮式拖拉机和农用汽油车，由式（5），（6）计算出运输机械的单位运输成本C1，C2分别为1.54，1.28元／（t·km）。

　　国内常用的运输工具以及燃料属性参数如表3，4所示[10]。

　　在仅考虑收割成本和运输成本（含装卸费）的前提下，计算出生物质电厂的收购成本为[7081.5，9036.5]万元，其中，收割成本C1为[3382.82，4905.00]万元，农田至暂储站运输成本C2为519.58万元，暂储站至发电厂运输成本C3为1419.18万元，折算成单位秸秆的收购价为[102.74，209.29]元／t。

　　4成本变动因素分析

　　在上述算例成本核算过程中，秸秆补差费用和相关管理费用、仓储费、折旧费、修理费等并未纳入分析这些费用在一定程度上影响秸秆收购成本.决定生物质电厂的运营能力，并且具有一定的功能性作用，不可忽视。

　　（1）秸秆补差费用

　　秸秆补差费用是在收购阶段发生的，影响单位秸秆补差费的因素有政策补贴、电厂收购方案。政策补贴是国家对秸秆收购的支持鼓励，由生物质电厂所在地区决定。电厂收购方案则是在实际收购过程中，考虑成本因素后，人为设置一定的单位秸秆补差额，如果协助收割成本过高，则由农户支出一部分补差额：相反。如果收购成本较低，电厂则会对农户支付一定补差额，用以促进收购。不同的生物质电厂由于收购条件不同，秸秆补差费用也有区别，由于秸秆补差费用针对的对象是农户，因而其区间的最小值应为农户所能接受的单位收割成本的极大值忌。，区间的最大值应为生物质电厂能够接受的采购成本的极大值ke，且kp≤ke。当kp＞ke时，则意味着收购方案不合理。单位秸秆补差费用直接反应在秸秆的单位成本中，可在单位秸秆收购价基础上增减△。

　　（2）其他费用

　　由于收储运过程中相应的管理费、仓储费、折旧费、能源燃料费、修理费等费用没有统一标准。不易核算清楚，这些费用可以在秸秆收购总价的基础上按照百分比估算。根据目前生物质电厂燃料收购数据统计分析，建议比例控制在2O％以下。

　　将以上算例分析得到的秸秆收购价与目前的生物质燃料收购成本（[200，300]元／t）对比，可以发现，本文提出的秸秆收购方案的成本仍在可接受范围内，而且通过秸秆补差和相应政策补贴等措施有较灵活的调整能力，各个环节仍有优化空间，具备一定的可行性。

　　5结论

　　本文在研究国内生物质发电厂秸秆收购现状的基础上。提出了一种基于“协助收割”的秸秆收购优化模式，从服务和收购价格两个角度刺激农户出售秸秆的积极性：进而针对该方案建立了成本核算模型，得出秸秆到厂价格的核算公式，并分析了其成本变动因素。

　　本文的研究意义：①总结当前秸秆收购模式。对当前生物质电厂秸秆收购环境以及收购模式存在的问题进行综述和整理，分析目前生物质电厂秸秆采集率低和收购成本高的根本原因；②通过广泛调研和数据整理，按照“流程再造”的思维从激励角度设计出基于“协助收割”的新型秸秆收购方案。针对性解决传统秸秆收购模式中存在的问题：③针对新型收购模式建立成本核算模型并辅以算例.从成本角度对新型收购方案进行分析，相关结论和数据有利于直观了解秸秆收购的成本情况，并证实本优化方案有投入实践的可行性。