數據包絡分析法對生物天然氣工程運行效率評價的適用性研究

梁建鵬　董保成　李葉青　周紅軍

摘要：指出了生物天然氣工程項目是農村能源轉型升級以及農村沼氣“十三五”規劃中的重點建設項目。隨著生物天然氣工程項目的發展，迫切需要一套客觀有效的評價方法對其運行效率進行評價，為工程的建設運行提供科學指導。針對2015年農村沼氣轉型升級建設的規模化生物天然氣試點項目，隨機抽取25個試點中的40%，采用數據包絡分析法（DEA）對各個試點項目中的5個指標進行了評價，并根據評價結果提出了相應的優化建議。

關鍵詞：生物天然氣工程；數據包絡分析法（DEA）；優化建議

中圖分類號：TP391

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）8018003

1引言

“十二五”期間，我國沼氣事業蓬勃發展，有效實現了農村有機廢棄物無害化、資源化利用，為我國節能減排事業做出了突出貢獻。但隨著我國農業生產方式、用能方式的轉變，我國的農村能源事業尤其沼氣事業亟待轉型升級。《全國農村沼氣“十三五”規劃》提出，為適應農業生產方式、農村居住方式和農民用能方式的新變化，鼓勵各地穩步發展規模化生物天然氣工程，計劃到2020年，新增規模化生物天然氣工程172處。按照2015年國家審批的農村沼氣計算，25個規模化生物天然氣工程項目與386個特大型沼氣工程可日處理畜禽糞便14888.2 t、秸稈1411.1 t、餐廚垃圾40 t，可產沼氣102.66萬m3，提純后生物天然氣55.713萬m3。可以預見，生物天然氣工程必定迎來快速的發展，但沼氣工程運行經濟效益不佳，“盲目建設、缺乏管理”等現象仍然存在。因此，需要探究一套行之有效的評價方法，對生物天然氣工程運行的效率進行客觀、系統的評價，為生物天然氣工程探索適宜的發展運行模式提供有效的指導作用。筆者選取2015年申報的25個規模化生物天然氣工程試點中的11個工程作為研究目標，對各個項目的理論運行參數進行調查分析，并采用數據包絡分析法對這些項目的相對運行效率進行分析評價。

2評價方法

2.1評價方法的選擇

生物天然氣項目是2015年農村沼氣轉型升級以來的試點項目，在投資、處理效果和運行效益等方面沒有成型的適用評價方法。結合生物天然氣工程運行效益特征，綜合比較各類評價方法后選擇數據包絡分析法，并通過同類項目的橫向比較得出各個工程間的相對運行效率。

數據包絡分析法（Data Envelopment Analysis，DEA）1978年由美國運籌學家Cooper教授和Charnes等學者共同提出，是一種基于相對效率的投入產出分析方法[1]。它利用數學規劃的方法，基于工程有效數據，來評價決策單元（DecisionMakingUnits，DMU）間的相對效率。

DEA的理論基礎是利用數學模型，計算出各決策單元的相對效率指數。它與其他方法的不同之處在于DEA可以解決多個投入和多個輸出的情況，在處理多個投入與多個產出數據方面具有良好的實用效果[2]。它將各DMU的數據進行逐個篩選、對比，減少了投入和產出指標值的無量綱化的過程，同時無需預先假設任何的權重，可避免非定量化的主觀因素對模型的影響[3]。結合生物天然氣工程運行效率特點，選擇的DEA定量分析模型如下：

3實證研究

本文對所選生物天然氣試點工程運行參數進行收集整理，包括新疆天朗生物天然氣試點工程（簡稱新疆天朗，余同）等生物天然氣試點工程，根據前文設計評價指標計算工程的5項指標數值。如表3所示。

其中工程規模為發酵罐建設規模，總投資為國家投資、地方投資與企業自籌投資等全部投資總和，運行費用為工程平均年運行成本（經營期平均），沼氣收益包括出售生物天然氣與發電等收益，沼渣沼液收益包括直接銷售收益與生產有機肥等其他產品收益。

各工程單位規模的投資、單位規模運行費用以及單位規模總收益如圖1所示。由圖1可知，吉林樺甸與新疆天朗試點工程單位規模總投資顯著高于其他工程；吉林樺甸、寧夏沼能與新疆天朗試點工程單位規模總收益處于較高水平；寧夏沼能與新疆天朗試點工程的單位規模運行費用相對較高。初步分析可知，吉林樺甸、寧夏沼能與新疆天朗試點工程投入產出較為合理；湘村高科單位規模運行費用高于單位規模年總收益，初步判斷其運行效率相對較低。

將上述試點工程投入產出參數帶入DEA模型，由DEA-SOLVER-LV計算得出各決策單元的效率指數以及松弛變量，如表4所示。

根據表4所示的計算結果可知，相對運行效率DEA有效的有寧夏沼能、吉林樺甸生物天然氣試點工程，說明這兩處工程投入產出為相對最佳組合。其他9處生物天然氣試點工程的效率指數均小于1，可以判定為非DEA有效。其中，新疆天朗和澄邁神州效率指數分別為0.9851和0.9844，相對運行效率較高；湖南湘村高科為0.3546，相對最低。各個工程效率指數排序如圖2所示。

把全部工程指標平均值作為一個DMU加入模型計算，得到效率指數為0.7507，排名第8，其他結果不變。

以內蒙古興安盟生物天然氣試點工程為例，其效率指數為0.6884，位于第9位，為非DEA有效，分析松弛變量（既在有效生產前沿面上的投影）發現，該工程主要問題是規模利用不夠充分，有20312.27 m3未得到充分利用；運行費用過高，應減少758.25萬元；并且沼渣沼液收益較少，應增加453.97萬元。要使工程達到最優的運行效果，應從以上3個方面做出改進。同理，DEA模型計算結果給出了其他非DEA有效的工程的指標優化值，可對此進行相應優化。

由于試點工程前期建設均需要國家投資支持，假設各試點除去國家投資后其他指標亦能達到全部投資下的運行效果，探究其相對運行效率，計算后與全部投資下效率指數對比如圖3所示。

由分析結果可知，寧夏沼能、吉林樺甸、巴林右旗元易、云南洱海以及海口神州效率指數為1，達相對最優；新疆天朗、岳陽楓樹灣和湖南龍華農牧相對運行效率較高；相比包括國家投資，各工程相對效率均有所增加。