秸稈發(fā)電企業(yè)燃料供應(yīng)成本優(yōu)化模型及應(yīng)用

吳金卓，林文樹，王立海

（東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 引言

目前我國的能源需求量逐年上升，能源消耗量的增長速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了世界其他國家，能源的安全問題和環(huán)境問題變得日益嚴(yán)峻[1]。為了保障國家能源安全，降低對常規(guī)化石能源的依賴，改善生態(tài)環(huán)境，我國正在大力開發(fā)和利用各種可再生能源[2]。生物質(zhì)能源被認(rèn)為是一種最有潛力的可替代資源之一。生物質(zhì)能源有許多利用方式，其中生物質(zhì)發(fā)電是目前最具開發(fā)利用規(guī)模的一種生物質(zhì)資源利用形式[3-4]。近年來，我國的生物質(zhì)發(fā)電規(guī)模不斷增長，2005年僅約200萬kW，預(yù)計到2015年生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到1 300萬kW[5]。生物質(zhì)能的合理開發(fā)與利用，可以改善我國能源結(jié)構(gòu)，減少溫室氣體排放，緩解日益惡化的生態(tài)環(huán)境，對建設(shè)節(jié)約型社會，實現(xiàn)社會的可持續(xù)性發(fā)展有著重要意義[2]。

然而，生物質(zhì)資源的分布分散以及收集問題，導(dǎo)致了我國現(xiàn)階段的生物質(zhì)能源還不能進(jìn)行大規(guī)模地開發(fā)和利用[6]。生物質(zhì)燃料供應(yīng)物流系統(tǒng)包括電廠與收購站的選址、燃料的收購、運(yùn)輸、儲存等一系列的物流過程。電廠與收購站的選址是生物質(zhì)發(fā)電廠設(shè)計規(guī)劃的第一步，合理的選址不僅能保障穩(wěn)定的燃料供應(yīng)，還能減少燃料運(yùn)輸距離，從而降低燃料獲取成本。目前，生物質(zhì)燃料成本居高不下成為制約生物質(zhì)發(fā)電的一大瓶頸。生物質(zhì)燃料的物流成本一般占發(fā)電廠燃料總成本的50%-70%[7]。當(dāng)生物質(zhì)使用達(dá)到一定規(guī)模時，能否保證穩(wěn)定的燃料供應(yīng)是企業(yè)必須要考慮的關(guān)鍵問題，同時燃料的供應(yīng)成本問題也會愈加明顯[8-9]。因此，優(yōu)化生物質(zhì)發(fā)電廠的燃料供應(yīng)物流系統(tǒng)，科學(xué)合理的安排生物質(zhì)收集、儲存、運(yùn)輸各個環(huán)節(jié)，努力降低生物質(zhì)物流成本顯得尤為重要。

國內(nèi)外學(xué)者在研究秸稈收儲運(yùn)模式、降低秸稈收集成本方面做了很多研究。Thorsell等[10]利用計算機(jī)程序分析了不同機(jī)械與成本之間的關(guān)系，從而確定在原料農(nóng)戶、儲存、運(yùn)輸?shù)冗^程的成本。Santisirisomboon等[11]對包括稻谷外殼、固體廢物和燃料木材等不同類型的生物質(zhì)燃料進(jìn)行了分析，得到優(yōu)化方法，并將這一方法合理的擴(kuò)展到發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)劃中。Caputo等[12]在對生物質(zhì)發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性分析后，得到生物質(zhì)原料收購價格增加、資源密度降低、運(yùn)輸車輛價格增加、運(yùn)輸車輛容量下降等因素都會使電廠運(yùn)行成本增加，從而導(dǎo)致電廠的經(jīng)濟(jì)效益降低。Yu 等[13]在生物質(zhì)能評價的基礎(chǔ)上，結(jié)合完整的原料供應(yīng)鏈，提出了一個能夠合理定位生物質(zhì)能源加工廠附近高密度種植的區(qū)域的離散數(shù)學(xué)模型。劉華財?shù)萚14]計算了生物質(zhì)原料的子過程成本，分析了原料在五種不同模式下的供應(yīng)成本變化趨勢。王愛軍等[15]為了對生物質(zhì)發(fā)電成本進(jìn)行分析，分別對生物質(zhì)主要的發(fā)電方式進(jìn)行了討論，并且建立了生物質(zhì)燃料消耗量模型和燃料成本模型。邢愛華等[16]基于秸稈類生物質(zhì)資源的島式分布特點，針對生物質(zhì)秸稈收集過程中的成本、消耗和污染物排放等問題，建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。楊樹華等[17]通過對生物質(zhì)燃料生產(chǎn)廠合理布局的科學(xué)分析，提出了生物質(zhì)秸稈在收集過程中的經(jīng)濟(jì)原料收集半徑、車輛平均運(yùn)輸半徑及車輛滿載和空載的等效模型。

本文在上述研究的基礎(chǔ)上，以生物質(zhì)燃料供應(yīng)成本最小化為目標(biāo)，構(gòu)建一個基于集中型收儲運(yùn)模式的生物質(zhì)燃料到廠成本優(yōu)化模型。該模型的約束條件包括每個月可供使用的生物質(zhì)燃料數(shù)量、每個月可以采購的生物質(zhì)燃料數(shù)量限制、電廠每個月的需求量，生物質(zhì)燃料在收儲站和電廠的儲存平衡關(guān)系、電廠庫存限制等，并將該模型應(yīng)用到黑龍江省某生物質(zhì)發(fā)電廠。研究結(jié)果將對于其他同類的生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)降低生物質(zhì)燃料成本、改善發(fā)電廠的運(yùn)營狀況具有一定的理論指導(dǎo)和借鑒意義。

2 生物質(zhì)燃料成本構(gòu)成

集中型秸稈收集模式主要是以專業(yè)秸稈收儲運(yùn)公司或農(nóng)場為主體，負(fù)責(zé)秸稈原料的收集、晾曬、儲存、保管、運(yùn)輸?shù)纫幌盗泄ぷ鳎凑丈镔|(zhì)電廠的要求，對農(nóng)戶或秸稈經(jīng)紀(jì)人交售秸稈的質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)，然后統(tǒng)一打捆、堆垛，進(jìn)行存儲[18]。在此模式下，生物質(zhì)燃料秸稈的全部費(fèi)用主要包含五個部分，即采購成本C1、預(yù)處理成本C2、運(yùn)輸成本C3、裝卸成本C4和儲存成本C5。因此，秸稈燃料的總成本C可以表示為：

2.1 采購成本

秸稈收獲具有數(shù)量大并且分散、時間短且集中的特點。秸稈發(fā)電企業(yè)需要常年消耗秸稈原料，如果不能在秸稈收獲季節(jié)里快速收獲秸稈，就不能滿足秸稈規(guī)模化利用和連續(xù)化生產(chǎn)的要求，秸稈利用企業(yè)就無法保證正常運(yùn)營。我國農(nóng)作物秸稈的收集收獲方式還是以人力收集為主、機(jī)械為輔。秸稈的單位采購價格受市場作用的調(diào)節(jié)。本文中，采購成本是指單位重量生物質(zhì)燃料的采購價格與該地區(qū)生物質(zhì)燃料采購數(shù)量的乘積（式（2）），其中pc—單位重量生物質(zhì)燃料的購買價格（元/t），xim—從供應(yīng)地i每個月采購生物質(zhì)燃料的數(shù)量（t）。

2.2 預(yù)處理成本

一般情況下，農(nóng)作物秸稈不會從田間直接運(yùn)往生物質(zhì)發(fā)電廠，大部分農(nóng)作物秸稈在收購站進(jìn)行必要的預(yù)處理。這樣不僅可以降低燃料后續(xù)的運(yùn)輸成本，還可以改善燃料密度、硬度、顆粒度等一些品質(zhì)。預(yù)處理成本可以用單位重量生物質(zhì)燃料的預(yù)處理費(fèi)用與某地區(qū)每個月收購生物質(zhì)燃料數(shù)量的乘積表示（式（3）），其中p0—單位重量生物質(zhì)的預(yù)處理費(fèi)用（元/t）。

生物質(zhì)預(yù)處理費(fèi)用p0按照式（4）進(jìn)行計算，其中，fpo—生物質(zhì)燃料預(yù)處理設(shè)施的固定投資（元/h），rpo—生物質(zhì)燃料預(yù)處理設(shè)施的人工費(fèi)用（元/h），ppo—生物質(zhì)燃料預(yù)處理設(shè)施的維護(hù)和修理費(fèi)用（元/h），cpo—生物質(zhì)燃料預(yù)處理設(shè)施燃料費(fèi)用（元/t），Qpo—生物質(zhì)燃料預(yù)處理設(shè)施的處理能力（t/h）。

2.3 運(yùn)輸成本

從田間收集的農(nóng)作物秸稈經(jīng)過初步預(yù)處理后被打包成捆。生物質(zhì)電廠或者秸稈收儲運(yùn)公司可以在秸稈打捆后通過大型車輛將其運(yùn)輸至電廠。分散的秸稈也可以由農(nóng)戶利用平板車或三輪車進(jìn)行短距離的運(yùn)輸。在計算秸稈運(yùn)輸費(fèi)用時，不僅要考慮運(yùn)輸車輛類型，還要考慮輸送距離、車輛購置費(fèi)用、運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用等多方面的因素。運(yùn)輸成本用單位重量生物質(zhì)燃料的運(yùn)輸成本與每個月從供應(yīng)地到目的地運(yùn)輸生物質(zhì)燃料的數(shù)量乘積表示（式（5），其中xtijm—每個月從供應(yīng)地i地到目的地j地運(yùn)輸生物質(zhì)燃料的數(shù)量（t），τij—單位重量生物質(zhì)燃料的運(yùn)輸成本。

τij可以通過式（6）進(jìn)行計算。其中，Q—平均每輛車的運(yùn)載能力（t），tij—平均每輛車從生物質(zhì)燃料供應(yīng)地i地到目的地j地之間往返運(yùn)輸?shù)能囕v總成本（元）。tij包括從供應(yīng)地i地到目的地j地的燃料費(fèi)M、人工費(fèi)用R、車輛的固定成本折舊費(fèi)G、利息、保險、稅等費(fèi)用V 以及車輛的維修費(fèi)用W（式（7））。

（1）從供應(yīng)地i地到目的地j地的燃料費(fèi)用M。平均每輛車運(yùn)送一次生物質(zhì)燃料費(fèi)用等于平均每輛車從供應(yīng)地i地到目的地j地運(yùn)送一次生物質(zhì)燃料的耗油量L與燃油價格fpl（元/l）的乘積（式（8）），其中，dij—供應(yīng)地i地到目的地j地的距離（km），kpl—為每升柴油可供運(yùn)行距離（km/l）。

（2）人工費(fèi)用R。人工費(fèi)用等于平均每輛車從供應(yīng)地i地到目的地j地之間運(yùn)送生物質(zhì)燃料的時間t與平均每小時的人工費(fèi)用dwh（元/h）的乘積（式（9），其中，kph—運(yùn)載車輛的運(yùn)行速度（km/h）。

（3）固定成本折舊費(fèi)G。固定成本折舊費(fèi)等于單位時間車輛的固定成本折舊費(fèi)和平均每輛車從供應(yīng)地i地到目的地j地之間運(yùn)送生物質(zhì)燃料的時間t 的乘積（式（10））。其中，P—每臺車輛購買價格（元），S—每臺車輛報廢后殘值（元），T=n·smh·ut表示平均每輛車的全部實際工作時間，它等于車輛使用年限n、每年車輛規(guī)定使用時間smh及車輛利用率ut的乘積。

（4）利息、保險、稅等費(fèi)用V。平均每輛車每次運(yùn)送生物質(zhì)燃料的利息、保險、稅等費(fèi)用等于單位時間車輛的利息、保險、稅等費(fèi)用和平均每輛車從供應(yīng)地i地到目的地j地之間運(yùn)送生物質(zhì)燃料的時間t的乘積（式（11）），其中，iitr—利息、保險、稅費(fèi)占年平均投資成本的比例（%）。

（5）車輛的維修費(fèi)用WD(t)=(a-bp)θt。平均每輛車每次運(yùn)送生物質(zhì)燃料的維修費(fèi)用等于單位使用時間的維修費(fèi)用與平均每輛車從供應(yīng)地i地到目的地j地之間運(yùn)送一次生物質(zhì)燃料的時間t的乘積（式（12）），其中，mr—維修、維護(hù)率（%）。

綜上所述，將式（8）-（12）分別代入式（7）中，整理得出平均每輛車從生物質(zhì)燃料供應(yīng)地i地到目的地j地之間往返運(yùn)輸?shù)能囕v總成本tij。

2.4 裝卸成本

不同狀態(tài)下的生物質(zhì)燃料裝卸方式不同，堆密度也相差很大。耗時最長的是田間散料的裝車，一般需要2-3人；預(yù)處理后的生物質(zhì)燃料顆粒使用裝卸機(jī)進(jìn)行裝車，到電廠后可以進(jìn)行自卸；秸稈包在收儲站裝卸時使用叉車。裝卸費(fèi)用要根據(jù)裝卸方式?jīng)Q定，若是人工裝卸只需計算人工費(fèi)用，若是機(jī)器裝卸，則其費(fèi)用還要計算機(jī)器的燃料、折舊和維護(hù)費(fèi)用等。

式（14）中，F(xiàn)l—裝卸機(jī)器固定費(fèi)用（元/年）；Nd—收儲站年運(yùn)行天數(shù)；Vl表示裝卸機(jī)器可變費(fèi)用（元/h）；Tl—裝卸機(jī)器工作時間（h）；Ml—裝卸量（t）

2.5 儲存成本

秸稈的收集特點是時間短、量大分散、含水量高。這些特點導(dǎo)致生產(chǎn)與燃料供應(yīng)之間存在著時間間隔，如何長期有效地儲藏生物質(zhì)燃料顯得尤為重要。大多數(shù)學(xué)者建議采用的生物質(zhì)燃料儲存方式是將燃料收集后直接堆垛在田間地頭，并在上面用油布覆蓋以防雨水。但受到電廠需求、場地規(guī)模等多種因素的限制，最為普遍的農(nóng)作物秸稈儲存方式還是露天儲存。這種儲存方式成本較低，但是生物質(zhì)燃料極易腐爛變質(zhì)、降低燃料的質(zhì)量[19]。

生物質(zhì)燃料的儲存成本分為生物質(zhì)燃料在收購站（供應(yīng)地）儲存和在電廠儲存兩個部分（式（15））。sc1—單位生物質(zhì)燃料在供應(yīng)地i地的儲存成本（元/t），xsim—每個月在供應(yīng)地i地儲存的數(shù)量（t），sc2—單位生物質(zhì)燃料在目的地j地的儲存成本（元/t），xssjm—每個月目的地j地儲存數(shù)量（t）。

3 模型構(gòu)建及約束條件

3.1 目標(biāo)函數(shù)

假設(shè)秸稈收購包括以下流程：生物質(zhì)燃料的采購、生物質(zhì)燃料在供應(yīng)地i地的預(yù)處理與儲存、生物質(zhì)燃料從供應(yīng)地i地到目的地j地的運(yùn)輸和生物質(zhì)燃料在目的地j地的儲存和使用，則秸稈到廠成本函數(shù)為：

3.2 約束條件

該模型的約束條件包括每個月可供使用的生物質(zhì)燃料數(shù)量、每個月可以采購的生物質(zhì)燃料數(shù)量限制、電廠每個月的需求量，生物質(zhì)燃料在收儲站和電廠的儲存平衡關(guān)系、電廠庫存限制等。

（1）生物質(zhì)燃料供應(yīng)約束。生物質(zhì)燃料供應(yīng)地i地每年收購的生物質(zhì)燃料數(shù)量不能超過供應(yīng)地i地的生物質(zhì)燃料可利用量的總量（式（17）），其中，pi—供應(yīng)地i地生物質(zhì)燃料可利用的比例；Ri—供應(yīng)地i地農(nóng)作物收集半徑，km；k1c—c類農(nóng)作物播種比例；αc—c類農(nóng)作物每平方千米的產(chǎn)量；k2c—c類農(nóng)作物的草谷比。

（2）生物質(zhì)燃料供應(yīng)地i地每個月收購的數(shù)量限制。由于秸稈生物質(zhì)燃料的收集具有很強(qiáng)的季節(jié)性，因此每個月能夠收集到的數(shù)量也有所不同。一般從11月份到次年的五月份為主要的收集期[20]。

（3）第m月時，供應(yīng)地i地當(dāng)月采購的生物質(zhì)燃料數(shù)量和上月儲存后本月可用的生物質(zhì)燃料數(shù)量之和與運(yùn)輸?shù)诫姀S的生物質(zhì)燃料數(shù)量和本月儲存在供應(yīng)地的燃料數(shù)量之和是相等的。式（19）中，θ—供應(yīng)地i地生物質(zhì)燃料的可用系數(shù)（%），表示儲存過程中的損耗情況；θ·xsm-1—上個月（第m-1 月）儲存后m月可利用的燃料數(shù)量（t）。

（4）生物質(zhì)燃料采購條件。要求全年采購的生物質(zhì)燃料數(shù)量等于全年運(yùn)輸?shù)诫姀S的燃料數(shù)量加上由于儲存而損耗的燃料數(shù)量。

（5）生物質(zhì)燃料在電廠的儲存平衡條件。要求第m月運(yùn)輸?shù)娜剂峡捎昧颗c電廠第m-1 月所儲存的燃料數(shù)量的總和要等于電廠當(dāng)月的儲存燃料數(shù)量和燃燒量的總和。式（21）中，δ—運(yùn)輸過程中的損耗（%）；mc—生物質(zhì)燃料的平均含水率（%）；ψ—目的地j地生物質(zhì)燃料的可用系數(shù)（%）。

（6）電廠當(dāng)月的處理數(shù)量要等于電廠當(dāng)月的需求量。式（22）中，ρ為每個月電廠工作的天數(shù)；Q—每天電廠的生物質(zhì)燃料需求量（t/天）。

4 模型應(yīng)用

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

將該模型應(yīng)用到黑龍江省某典型的秸稈直燃發(fā)電廠。根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，該秸稈發(fā)電廠現(xiàn)有1 臺25MW 發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行，每年發(fā)電量約2 億kW·h。全年發(fā)電消耗農(nóng)作物秸稈量約為28 萬t，平均每天消耗農(nóng)作物秸稈量約為850t；電廠庫存秸稈量最大為16萬t，自然消耗率8‰。該電廠使用的生物質(zhì)燃料主要來自于發(fā)電廠周圍30km 半徑內(nèi)的農(nóng)作物秸稈資源。這一區(qū)域內(nèi)的農(nóng)作物播種面積、產(chǎn)量以及農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量見表1。

表1 距電廠30km半徑內(nèi)秸稈資源分布

該電廠根據(jù)自身需要，租用了六個收儲站，每個收儲站占地約2.5 萬m2，收儲站距電廠分別為收購站1-7km、收購站2-9km、收購站3-20km、收購站4-12km、收購站5-18km、收購站6-25km。采用廠內(nèi)儲存與廠外儲存（收購站儲存）相結(jié)合的方式進(jìn)行燃料的儲存。生物質(zhì)電廠最小的庫存數(shù)量應(yīng)滿足電廠一個月的農(nóng)作物秸稈使用量，最大的庫存則不能多于六個月的農(nóng)作物秸稈使用量。圖1 為秸稈生物質(zhì)的“收集-儲存-運(yùn)輸”模型。

圖1 秸稈燃料“收集-儲存-運(yùn)輸”模型

考慮到當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物秸稈燃燒需要、運(yùn)輸條件等限制因素，電廠估計當(dāng)?shù)氐纳镔|(zhì)燃料可利用系數(shù)約為50%左右，當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物秸稈收集價格約為100元/t，預(yù)處理成本約為31.35 元/t。由于秸稈資源并不是全年都有的，按照調(diào)研數(shù)據(jù)，一年中大約有8 個月是工作月份，假定每個月為30 天，每天工作時長為8h，那么有效工作小時數(shù)就為8×30×8=1 920h。通過考察當(dāng)?shù)貙嶋H情況，收集和整理了模型中所用的參數(shù)及其具體數(shù)值，見表2。

表2 電廠實際數(shù)據(jù)

4.2 模型求解

將該數(shù)學(xué)模型在GAMS 環(huán)境下進(jìn)行編程，并選擇CPLEX solver求得最優(yōu)解。通用代數(shù)建模系統(tǒng)（GAMS）是一個數(shù)學(xué)規(guī)劃和優(yōu)化高層次的建模系統(tǒng)。它是一種語言的編譯器和一個集成的高性能求解方法，可以很快適應(yīng)新形勢的大規(guī)模建模應(yīng)用程序，并且允許用戶建立大型的維護(hù)模式。

將調(diào)研得到的秸稈發(fā)電廠有關(guān)數(shù)據(jù)代入優(yōu)化模型，并在GAMS環(huán)境下運(yùn)行該模型，得到秸稈的最優(yōu)到廠成本為214.69元/t。根據(jù)式（26）計算燃料平均運(yùn)輸距離為12.15km。

值得注意的是，通過模型計算得到的最優(yōu)到廠成本并不包含第三方承運(yùn)人的預(yù)期利潤，因為這一數(shù)字根據(jù)生物質(zhì)發(fā)電廠的具體情形而定。根據(jù)該生物質(zhì)電廠近幾年的實踐經(jīng)驗可知，這一利潤預(yù)期在50 元/t 左右。因此，如果考慮這一利潤，生物質(zhì)燃料的到廠成本約為264.69 元/t，這個結(jié)果要比電廠實際收購價格減少了10.31元/t。

由于該模型中的參數(shù)會受到外界因素的影響，所以針對不同條件下的燃料供應(yīng)總成本進(jìn)行敏感性分析（見表3 至表8），以增加優(yōu)化結(jié)果的可靠性。

（1）可利用系數(shù)。秸稈燃料有很多利用途徑，如提供農(nóng)村生活能源、飼料化用途、秸稈還田、工業(yè)利用、食用菌基料等，因此，秸稈能源化的利用只能占可收集量的一定比例。由表3可以看出，生物質(zhì)燃料的到廠成本隨著生物質(zhì)燃料的可利用量的增加而降低，反之亦然。當(dāng)然，秸稈利用系數(shù)不能過低，否則將不能滿足電廠的生產(chǎn)需求。本案例中，當(dāng)秸稈燃料的可利用系數(shù)低于36%時，模型得不到可行解，這說明生物質(zhì)燃料的供應(yīng)不能滿足該電廠的需求。

表3 生物質(zhì)燃料的可利用系數(shù)與平均成本

（2）預(yù)處理費(fèi)用。一般情況下，農(nóng)作物秸稈不會從田間直接運(yùn)往生物質(zhì)發(fā)電廠，大部分農(nóng)作物秸稈在收購站進(jìn)行必要的預(yù)處理。這樣不僅可以降低燃料后續(xù)的運(yùn)輸成本，還可以改善燃料密度、硬度、顆粒度等一些品質(zhì)。秸稈打包是主要發(fā)生的費(fèi)用。本案例中采用紐荷蘭BB960A秸稈打捆機(jī)，每臺打捆機(jī)每天能打100捆秸稈，草捆重量可達(dá)0.7t/捆。根據(jù)機(jī)器小時率法（Machine Hour Rate Method）得到打捆機(jī)每小時費(fèi)用為250.85元，按照每小時處理8t計算，則秸稈預(yù)處理費(fèi)用為31.35元/t。本文分析了預(yù)處理費(fèi)用變化±10%、±20%的情況。由表4可以看出，生物質(zhì)燃料的到廠成本隨著生物質(zhì)燃料預(yù)處理費(fèi)用的增加而增加。預(yù)處理費(fèi)用增加10%，平均成本將增加4.67元/t。在實際生產(chǎn)中，采用不同的打包機(jī)械或者生物質(zhì)收購量增減等因素，都會影響預(yù)處理費(fèi)用的變化。

表4 預(yù)處理費(fèi)用與平均成本

（3）燃油價格。在整個生物質(zhì)燃料的收集過程中，收集機(jī)械、打包機(jī)械和運(yùn)輸車輛等都要使用燃油。所以，燃油價格的變化，必然會引起平均成本的變化。本案例中，燃油價格為7.5元/升。由于模型中的收購成本采用固定值，因此收集費(fèi)用隨燃油價格的變化并沒有考慮，而是重點考慮了秸稈打捆機(jī)和運(yùn)輸車輛使用燃油的變化情況。由表5可以看出，生物質(zhì)燃料的到廠成本隨著燃油價格的增加而增加，平均每升燃油（柴油）增加0.5元，平均成本將增加1.57元/t。

表5 燃油價格與平均成本

（4）燃料含水率。秸稈資源的含水率直接影響了秸稈的燃料熱值的多少。自然干燥是一種常用的生物質(zhì)燃料干燥方式，即將農(nóng)作物秸稈盡量放在陰涼、通風(fēng)處，通過自然風(fēng)、太陽光的照射等方式去除其中水分，可以防止其緩慢干燥，使酶活動加劇，降低秸稈的燃料熱值，可有效保證秸稈的含水量在10%至15%之間。本案例中的秸稈含水率為25%，平均成本為214.69 元，如果通過自然干燥的方式使秸稈含水率降低到15%，那么平均成本將下降25.22元/t，對生物質(zhì)燃料到廠成本產(chǎn)生很大的影響（見表6）。

表6 燃料含水率與平均成本

（5）運(yùn)輸車輛。本案例中秸稈資源的運(yùn)輸車輛為7.2m 的貨車，其運(yùn)輸能力為13.5t/車。若采用運(yùn)載能力更大的9.6m貨車，運(yùn)輸能力為18t/車，那么生物質(zhì)燃料的到廠成本將減少約0.88元/t（見表7）。

表7 運(yùn)輸車輛類型與平均成本

5 結(jié)論

本文分析了生物質(zhì)燃料成本的構(gòu)成，建立了基于集中型收儲運(yùn)模式的生物質(zhì)資源燃料從田間到電廠的整個供應(yīng)鏈的成本優(yōu)化模型，并對影響農(nóng)作物秸稈獲取成本的主要因素進(jìn)行了敏感性分析。結(jié)果表明：在沒有考慮第三方物流運(yùn)輸企業(yè)利潤的情況下，將生物質(zhì)資源到廠成本優(yōu)化為214.69 元/t，燃料平均運(yùn)輸距離為12.15km。敏感性分析的結(jié)果表明，生物質(zhì)燃料的預(yù)處理費(fèi)用和含水率對于生物質(zhì)資源總成本的影響較大，生物質(zhì)燃料可利用系數(shù)、燃油價格和運(yùn)輸車輛類型對總成本的影響較小。因此，建議該生物質(zhì)電廠有效地提高秸稈生物質(zhì)的處理效率，將秸稈含水率控制在一個較低的水平，以實現(xiàn)降低燃料供應(yīng)成本，提高企業(yè)利潤的最終目的。另外，盡管生物質(zhì)燃料的可利用系數(shù)對總成本影響不大，但是，這一結(jié)論是在建立在保證秸稈生物質(zhì)長期穩(wěn)定供應(yīng)的基礎(chǔ)上。因此，對于其他的秸稈生物質(zhì)發(fā)電廠而言首先要合理選擇電廠的廠址，確定燃料供應(yīng)的長期性和穩(wěn)定性。秸稈燃料收購站的選址也是秸稈發(fā)電廠重點設(shè)計規(guī)劃的內(nèi)容，這對于減少燃料運(yùn)輸距離，降低燃料獲取成本具有重要作用。

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