中国废弃生物质能源化利用经济效益评价
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摘要: 本文主要采集了2010~2018年发表的中国废弃生物质能源化利用经济效益文献数据，分析了10种能源转化途径的成本、收入和利润。其中，6种废弃生物质能源转化途径表现盈利。作物秸秆生产固体成型燃料的成本利润率最高，达46.59%；其次为畜禽粪便生产沼气、秸秆直燃发电以及作物秸秆气化发电，成本利润率分别为41.88%、40.85%和38.89%；第三为林业剩余物生产固体成型燃料，成本利润率为17.84%；最后为废弃油脂制生物柴油略微盈利，成本利润率是6.01%。另外4种途径则亏损，作物秸秆、餐饮垃圾和污水污泥生产沼气亏损最严重，成本利润率分别为?41.50%，?39.63%和?35.90%；作物秸秆生产燃料乙醇亏损较少，成本利润率为?18.17%。综上，建议优化国家配套政策，加强废弃生物质能源化技术研发和创新，促进生物质能源行业健康发展。
1. 引言
废弃生物质种类多、资源丰富 [1]，其能源化利用不仅可以促进石化资源替代，还能减轻环境污染、有效降低碳排放，符合循环经济的发展理念 [2] [3]。很大部分废弃生物质被废弃或者处理方式不当 [4]，引起很大的环境污染问题，能源化循环利用途径持续受到国家重视 [5]。经济效益是废弃生物质能源化工程可持续发展的重要因素，虽然对废弃生物质经济效益分析文献较多，但是，都是对单一废弃物种类和单一能源化途径的分析，未见对不同废弃生物质种类的不同能源化利用途径经济效益系统梳理。本研究将根据对作物秸秆、林业剩余物、畜禽粪便等主要废弃生物质能源化利用途径进行经济效益评价分析和横向比较，为中国生物质能源产业发展政.和策制订提供基础信息和决策依据。
2. 研究方法和数据来源
2.1. 研究范围和有关定义
本研究针对作物秸秆、林业剩余物、畜禽粪便、餐饮垃圾、废弃油脂和污水污泥等废弃生物质，分析了10种能源化利用途径的经济效益，包括秸秆生产燃料乙醇、生产成型燃料、直燃发电、气化发电、生产沼气，以及林业剩余物加工成型燃料、畜禽粪便生产沼气、餐饮垃圾生产沼气和生物柴油、污水污泥生产沼气。经济效益参考技术经济学定义，成本包括原料成本和生产运营成本。原料成本为生产中购买废弃生物质原料及收储运成本，生产运营成本为能源转化过程中的生产费用和期间费用。期间费用是指与生产直接相关的固定资产折旧、管理费用、财务费用和销售费用 [6]，未考虑税收和贷款利息等。收入按照产品市场价格不含副产品收益，利润为收入和成本的差值，成本利润率为能源产品利润占成本的百分比。
2.2. 数据来源
本文通过文献查阅获得中国企业实例或模拟研究报道，主要从2010~2018年间发表和出版的原创性研究报道中采集原料成本、运营成本、收入和利润数据。为了保证数据的准确性和科学性，按以下规则筛选文献：1) 所报道的废弃生物质能源化利用研究范围符合本文的研究范围；2) 所用的技术经济学定义符合本文所述定义；3) 废弃生物质原料可收集性较好，能源产品已规模化或有规模化生产潜力，生产工艺有代表性；4) 经济分析数据完整且合理。
3. 结果与分析
3.1. 秸秆生产燃料乙醇的经济效益
目前，国内纤维素乙醇尚处于产业化前期研究阶段 [7] [8]，较为成熟的技术是以玉米秸秆为原料应用稀酸预处理加酶解法，但是经济效益表现差异较大(见表1)。朱青等 [9] [10] 以模拟法，分析了生产规模为3.5~7.5万t/年的项目，亏损达1303~5767元/t。姜芹等 [8] 和任某某 [11] 采用模拟方法，研究生产规模包括50,000 t/年的商业化生产线和300 t/年的中试项目，利润范围为?161~251元/t。这两组报道利润表现差异如此大的原因，一是原料成本相差较大，秸秆产出乙醇的比例在两组分别为7:1和5~6:1；二是运营成本不同，前者 [9] [10] (5236~8100元/t)比后者 [8] [11] (4825~5835元/t)平均高出23.3%。同时，利润为251元/t的案例中燃料乙醇价格比其它高近1500~2000元/t，取值远高于市场价。总的来看，利用秸秆纤维素生产燃料乙醇在当前技术工艺下亏损严重。考虑生产运营的复多.杂样性，将这两组研究结果取平均数，即亏损1603元。原料价格是重要影响因素 [8]，所需原料多导致收集半径大，将收集半径控制在合理范围内能降低原料成本 [12]。同时，纤维素酶成本较高，随着工艺的发展可以大幅降低 [11] [13]。
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Table 1. Economic benefits of producing fuel ethanol from corn stover by enzymatic hydrolysis (based on per ton of fuel ethanol)
表1. 玉米秸秆以酶解法生产燃料乙醇的经济效益(基于每t燃料乙醇)
3.2. 秸秆生产成型燃料的经济效益
共查到具有数据的相关文献7篇(见表2)。对于年产2万t成型燃料来说，其年利润为194万某某，约3年收回投资 [14]。对于京郊5万t规模的企业来说，约8.2年能够收回投资 [15]。对于小型生产规模企业来说，利润也较高，约2年就能收回全部投资 [16]。所有案例中，运营成本及成型燃料产品收入值均相差不大，但有些原料成本显然设定太低(如59元/t)，导致利润相差较大，为74.9~346元/t。但是，各案例利润表现大体一致性，平均为155.73元/t。其它研究 [17] [18] [19] 结果一致表明，利用秸秆生产成型燃料具有较好的经济可行性。
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Table 2. Economic benefits of crop residues conversion to briquette fuel (based on per ton of briquette fuel)
表2. 秸秆生产成型燃料的经济效益(基于每t成型燃料)
n/a：原文献中未见该数据，计算利润平均值未考虑该文献数据。
3.3. 秸秆直燃发电的经济效益
秸秆直燃发电的利润范围为0.07~0.36元/kW·h，平均利润为0.19元/kW·h (见表3)。其中，马某某 [21] 研究实例显示，玉米秸秆价格约为220元/t，运输和储存成本为70元/t，发电量为6.5 × 107 kW·h，按国家补贴后的标杆上网电价0.75元/kW·h计算，每年实现利润约427万某某。宋某某 [22] 的研究中，设置秸秆收购价格为200元/t，按当地一般上网电价0.35元/kW·h有所亏本，但若按现在补贴上网电价0.75元/kW·h计算，则有较好的经济效益。郝某某 [4] 研究中原料秸秆价格分别为156元/t和170元/t，模拟按电价0.5元/kW·h (当时尚没有国家补贴电价)来计算，仍有较高利润，两种发电系统投资回收期分别估算为8~10年。2017年国家进一步推进秸秆发电并网运行和全额保障性收购，落实可再生能源电价政策 [23]。在获得国家上网电价补贴情况下，秸秆直燃发电可以盈利，平均成本和利润分别为0.47元/kW·h和0.19元/kW·h。
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Table 3. Economic benefits of generating electricity by crop r 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 在市场上才有平等的经济竞争力，才能实现其环境效益。第三，生物质能作为一种新兴绿色产业，亟待加强科学研究及技术创新，形成大批有自主知识产权的关键技术。虽然原料资源量大，但是很分散，政府和行业协会应该组织研究，形成完善的生物质原料收储运体系。第四，制订全国废弃生物质区划，结合各区域的农业发展，建立“生态能源农业XX区”，形成完整循环产业链。
致谢
全国生物柴油行业协作组专家委员会常务副主任宁守俭高级工程师对废弃油脂生产生物柴油经济效益的文献分析提出了宝贵建议，并提供了当前产业经济效益现状的重要资料，特致谢忱。
基金项目
国家发展与改革委员会气候司中国清洁发展机制基金赠款项目(***)。
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