丁億極，王恩宇，陳冠益

（1.河北工業(yè)大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，天津 300401；2.天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300350）

0 引言

農(nóng)村地區(qū)的供熱需求持續(xù)增長(zhǎng)，但距離市區(qū)較遠(yuǎn)，交通運(yùn)輸滯塞、信息傳遞緩慢等原因限制了農(nóng)村供熱的發(fā)展。我國(guó)每年產(chǎn)生秸稈、谷物稻皮等生物質(zhì)廢棄物達(dá)到7 億t[1]，而天津農(nóng)村地區(qū)農(nóng)作物副產(chǎn)品中，麥秸、玉米秸和玉米芯等生物質(zhì)原料豐富。生物質(zhì)供熱技術(shù)是生物質(zhì)能源利用的重要方向之一，亦是解決農(nóng)村供熱問(wèn)題的有效途徑。目前農(nóng)村地區(qū)大多采用直接燃燒煤或者秸稈廢棄物供熱。該方式雖然價(jià)格低廉，但是污染物排放量大。生物質(zhì)氣化方式可以解決污染物排放量大的問(wèn)題，但投資、運(yùn)行成本較大。在生物質(zhì)氣化方案經(jīng)濟(jì)性的研究中，陳冠益等[1]、米鐵等[2]、周衛(wèi)紅等[3]、趙玉磊等[4]、葉菲等[5]大多利用估算法、技術(shù)經(jīng)濟(jì)法、全生命周期法等對(duì)農(nóng)村地區(qū)生物質(zhì)氣化集中供熱/分戶供熱、發(fā)電、供氣等的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了計(jì)算分析，得出了投資回收期、項(xiàng)目供熱費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。夏宗鵬等[6]對(duì)采用生物質(zhì)氣化燃?xì)?、燃煤采暖爐與戶用沼氣3種燃料的集中供熱和分戶供熱方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了研究，研究表明：整體而言，生物質(zhì)氣化燃?xì)夥稚⒐醿?yōu)于戶用沼氣分散供熱經(jīng)濟(jì)性。特別針對(duì)農(nóng)村的管理水平落后，生物質(zhì)氣化燃?xì)夥稚⒐岬膬?yōu)點(diǎn)更加突出。Pa等[7]使用生命周期分析方法對(duì)木屑?xì)饣徇M(jìn)行研究。Meerman等[8]對(duì)技術(shù)改進(jìn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)增加這兩方面對(duì)綜合氣化設(shè)施的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的影響進(jìn)行研究，研究表明：發(fā)現(xiàn)目前的電力或運(yùn)輸燃料的生產(chǎn)成本仍然高于市場(chǎng)價(jià)格。然而，通過(guò)技術(shù)的不斷改進(jìn)必將使生產(chǎn)成本大大降低，從而使氣化設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性顯著提高。對(duì)于生物質(zhì)直燃方案經(jīng)濟(jì)性的研究中張鐵柱等[9]、劉杰等[10]大多采用估算法對(duì)秸稈直燃的熱電聯(lián)供系統(tǒng)和純發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了研究分析，研究表明：燃料成本和發(fā)電量是影響生物質(zhì)發(fā)電直燃發(fā)電效益的重要因素。Nishiguchi 等[11]對(duì)木材直接燃燒和燃燒木屑2 個(gè)最佳解決方案進(jìn)行敏感性分析，調(diào)查結(jié)果表明，直接燃燒和燃燒木屑的能量回收是首選方法。另外，以上研究中均未提出生物質(zhì)氣化/直燃方案供熱方案的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)與對(duì)比分析結(jié)論，且計(jì)算方法不一致導(dǎo)致的計(jì)算結(jié)果有差異，無(wú)法將彼此的研究結(jié)論進(jìn)行相互對(duì)比。

目前針對(duì)生物質(zhì)氣化/直燃技術(shù)供熱經(jīng)濟(jì)性的研究較少，缺乏相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的研究對(duì)比。本文在以往工作的基礎(chǔ)上用估算法和技術(shù)經(jīng)濟(jì)法結(jié)合的數(shù)據(jù)采集方法，利用現(xiàn)值法對(duì)2種方案的全生命周期總成本、總收益、總運(yùn)行成本進(jìn)行處理計(jì)算。對(duì)成本進(jìn)行初投資和運(yùn)行成本劃分，將2種方案的資本結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類對(duì)比，找出影響方案經(jīng)濟(jì)性的主要因素。將2種方案的數(shù)據(jù)明細(xì)進(jìn)行計(jì)算對(duì)比，得出較為準(zhǔn)確的經(jīng)濟(jì)性差距。同時(shí)得出一系列經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算公式，方便讀者計(jì)算其他地區(qū)氣化/直燃供熱方案的經(jīng)濟(jì)性，并更加簡(jiǎn)便的得出經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)結(jié)論。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本文選用估算法和技術(shù)經(jīng)濟(jì)法，對(duì)生物質(zhì)氣化和直燃2種技術(shù)的供熱方案進(jìn)行成本、收益、投資回收期計(jì)算與分析與比較，最終獲取最優(yōu)方案。

本文以天津市某自然村為案例。該自然村約有300戶居民，農(nóng)作物以小麥和玉米為主，忽略年產(chǎn)量占比1%以下的生物質(zhì)廢物，麥秸、玉米秸和玉米芯3種主要生物質(zhì)燃料的產(chǎn)量及特點(diǎn)如表1所示。

根據(jù)表1，該自然村生物質(zhì)燃料年產(chǎn)量為3 800.35 t，平均熱值為17.13 MJ/kg。本文采用下吸式固定床氣化爐（根據(jù)農(nóng)村所需設(shè)計(jì)，保證農(nóng)村基本供熱需求），產(chǎn)氣量為2.53 m3/kg[12]，燃?xì)鉄嶂禐閺?fù)合秸稈氣化氣的低位熱值5.02 MJ/m3。

表1 農(nóng)村秸稈年產(chǎn)量目錄表Tab.1 Table of contents of annual yield of straw in rural areas

2 建筑全年耗熱量及供熱收入估算

本案例以區(qū)域集中供熱方式進(jìn)行供熱，采用采暖面積熱指標(biāo)法計(jì)算熱負(fù)荷（由于農(nóng)村房屋密閉性較差，熱負(fù)荷相對(duì)較高，所以本文采暖熱指標(biāo)值取64 W/m2）[3]，假定供熱面積為戶均90 m2，根據(jù)式（1）計(jì)算建筑的采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為1 728 kW。

本文按照天津市采暖收費(fèi)管理辦法中的市區(qū)集中供熱收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算項(xiàng)目收益數(shù)據(jù)。根據(jù)《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，天津市供熱季為120 d，根據(jù)建筑采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為1 728 kW，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為18 ℃，采暖期室外平均溫度為-0.2 ℃，采暖室外計(jì)算溫度為-9 ℃，根據(jù)式（2）計(jì)算總熱負(fù)荷全村年供熱量為12 076.65 GJ（合3 354 892.37 kW·h）。生物質(zhì)氣化和直燃供熱方案的年供熱收入相同，根據(jù)《天津市供熱用熱條例》，天津供熱季為期4個(gè)月，按供熱計(jì)量收費(fèi)，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)基本熱價(jià)為7.50 元/（m2·月）；計(jì)量熱價(jià)為0.13 元/（kW·h）（合36 元/GJ），根據(jù)式（3）計(jì)算得供熱收入為1 246 101.12元。

式中：Qh為采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，kW；q為建筑物供熱面積熱指標(biāo)（見(jiàn)表2）W/m2；F為建筑物的建筑面積，m2。

式中：Mc為供熱季所收供熱費(fèi)，元；Ma為收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)基本熱價(jià)，元/（m2·月）；t為供熱時(shí)間，月；Mb為收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量熱價(jià)，元/（kW·h）；Qt為供熱季總供熱量，kW·h。

3 生物質(zhì)氣化/直燃供熱方案的成分估算

3.1 管網(wǎng)、散熱器投資成本

本文采用2種技術(shù)方法對(duì)該村進(jìn)行集中供熱，2種方法所對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的供熱管網(wǎng)與散熱器部分的投資成本相同，所使用的設(shè)備、耗電、人工、物料使用量、廠房建設(shè)等不同。

管網(wǎng)投資：300戶農(nóng)村住宅的排布見(jiàn)圖1。供熱室內(nèi)管網(wǎng)每戶為30 m，共計(jì)9 000 m，單價(jià)10元/m，總費(fèi)用90 000元。供熱室外管網(wǎng)鋪設(shè)：每戶室外供水支管1.5 m，回水支管0.5 m，共計(jì)600 m。每列5組，每組4個(gè)熱用戶共用1對(duì)供回水縱管，供水縱管長(zhǎng)235.8 m，回水縱管長(zhǎng)234.2 m，全村共15對(duì)供回水縱管，共計(jì)7 050 m。供水干管長(zhǎng)315 m，回水干管長(zhǎng)315 m，供回水干管共計(jì)630 m。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[13]，鍋爐房墻面與最近住宅墻相距20 m，供水引管長(zhǎng)15 m，回水引管長(zhǎng)17 m，引管總長(zhǎng)32 m。室外管網(wǎng)共計(jì)8 312 m，單價(jià)15元/m，總費(fèi)用214 680 元，詳細(xì)見(jiàn)表2。

表2 集中供熱管網(wǎng)費(fèi)用表Tab.2 Cost table of central heating network

圖1 集中供熱管網(wǎng)鋪設(shè)示意圖Fig.1 Schematic diagram of laying of central heating pipe network

散熱器投資：用戶末端形式為散熱器。采用50×25鋼二柱散熱器。為在住宅室內(nèi)安裝方便，采用單片散熱功率為165 W 的散熱器，散熱器價(jià)格為34 元/片。依據(jù)供熱負(fù)荷，計(jì)算全村散熱器總費(fèi)用為356 082元。

3.2 生物質(zhì)氣化供熱方案初投資成本

生物質(zhì)氣化供熱方案所需的主設(shè)備為下吸式固定床生物質(zhì)氣化爐和生物質(zhì)燃?xì)鉄崴仩t，本課題選用市場(chǎng)中常用爐型，氣化爐和燃燒爐的報(bào)價(jià)數(shù)據(jù)來(lái)源于多家公司的平均報(bào)價(jià)。由于建筑采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為1.7 MW，所以選取供熱功率為2.0 MW 的WNS2.0-0.7/95/70-Y（Q）生物質(zhì)燃?xì)鉄崴仩t（以下簡(jiǎn)稱為燃?xì)鉄崴仩t）1 臺(tái)，另購(gòu)置1 臺(tái)備用；GX2600 生物質(zhì)下吸式氣化爐1臺(tái)，另購(gòu)置1臺(tái)備用；2套輔助設(shè)備。燃?xì)鉄崴仩t參數(shù)和下吸式生物質(zhì)氣化爐參數(shù)見(jiàn)表4，表4 中的耗電功率包括主設(shè)備和輔機(jī)的循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵、爐排、風(fēng)機(jī)等用電設(shè)備的耗電功率。

生物質(zhì)氣化供熱方案的項(xiàng)目初投資包括鍋爐房土建投資、倉(cāng)庫(kù)建設(shè)費(fèi)用、生物質(zhì)氣化爐和生物質(zhì)燃?xì)鉄崴仩t及輔助設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用、管網(wǎng)鋪設(shè)費(fèi)用以及散熱器費(fèi)用?？偨Y(jié)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 生物質(zhì)氣化供熱方案初投資列表Tab.3 List of initial investment for gasification scheme

表4 生物質(zhì)燃?xì)鉄崴仩t、下吸式氣化爐與生物質(zhì)直燃熱水鍋爐參數(shù)Tab.4 Parameters of Biomass gas-fired hot water boiler,downdraft gasifier and biomass direct-fired hot water boiler

3.3 生物質(zhì)直燃供熱方案初投資成本

生物質(zhì)直燃供熱方案所需的主設(shè)備為生物質(zhì)直燃熱水鍋爐，本課題選用市場(chǎng)中常用爐型，報(bào)價(jià)數(shù)據(jù)由調(diào)查結(jié)果獲得。由于建筑采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為1.7 MW，所以選取供熱功率為2.0 MW 的CDZL2.0-95-70-T 生物質(zhì)直燃熱水鍋爐（以下簡(jiǎn)稱為直燃熱水鍋爐）1 臺(tái)，另購(gòu)置1 臺(tái)備用，2 套輔助設(shè)備，生物質(zhì)直燃爐參數(shù)見(jiàn)表4。

生物質(zhì)直燃供熱方案的項(xiàng)目初投資包括鍋爐房土建投資、倉(cāng)庫(kù)建設(shè)費(fèi)用、生物質(zhì)直燃熱水鍋爐及輔助設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用、管網(wǎng)鋪設(shè)費(fèi)用以及散熱器費(fèi)用，總結(jié)得項(xiàng)目初投資數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 生物質(zhì)直燃供熱方案初投資列表Tab.5 Initial investment list of biomass direct combustion heating system

3.4 生物質(zhì)氣化/直燃供熱方案運(yùn)行成本

本文所述生物質(zhì)氣化/直燃供熱系統(tǒng)中的運(yùn)行成本包括：人工成本、設(shè)備耗電費(fèi)、維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)、設(shè)備折舊費(fèi)和物料采購(gòu)費(fèi)。通過(guò)調(diào)研和估算法對(duì)項(xiàng)目的運(yùn)行成本數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和計(jì)算分析。

3.4.1 人工成本

人工成本中長(zhǎng)期工種工資發(fā)放標(biāo)準(zhǔn)采用統(tǒng)一工資標(biāo)準(zhǔn)，基本工資實(shí)行天津市最低工資標(biāo)準(zhǔn)2 050 元/（人·月）；個(gè)人所得稅率為工人的個(gè)人所得稅占人工成本的權(quán)重10.5%；社會(huì)保險(xiǎn)稅率為工人的社會(huì)保險(xiǎn)金占人工成本的權(quán)重20%。因此計(jì)算得長(zhǎng)期工種人工成本2 949.64 元/（人·月）。人工成本中短期工種，根據(jù)需要實(shí)行一季（供熱季）一招政策，招收短期工種只在供熱季這4 個(gè)月工作，工資3 500 元/（人·月）；根據(jù)個(gè)人所得稅率和社會(huì)保險(xiǎn)稅率求得短期工種人工成本5 035.97元/（人·月）。

生物質(zhì)氣化供熱方案各工種共計(jì)4 人，其中1 人為長(zhǎng)期工，3 人為短期工，供熱季共計(jì)4 個(gè)月；生物質(zhì)直燃供熱方案各工種共計(jì)3 人，其中1 人為長(zhǎng)期工，2人為短期工，詳情見(jiàn)表6。

表6 生物質(zhì)氣化/直燃人工費(fèi)表Tab.6 Labor cost of biomass gasification/directcombustion equipment

3.4.2 設(shè)備耗電費(fèi)及維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)

本課題2 種生物質(zhì)供熱方案的耗電成本為設(shè)備的循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵、爐排、風(fēng)機(jī)等用電設(shè)備的電費(fèi)總和。表4 中的耗電功率即為對(duì)應(yīng)用電設(shè)備的總功率，電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)采用平谷峰電費(fèi)計(jì)量法以天津電網(wǎng)銷售電價(jià)表為依據(jù)，實(shí)行工商業(yè)用電中的一般工商業(yè)用電收費(fèi)辦法。詳見(jiàn)表7生物質(zhì)氣化/直燃設(shè)備電費(fèi)表。

表7 生物質(zhì)氣化/直燃設(shè)備電費(fèi)表Tab.7 Electricity bill of biomass gasification/direct combustion equipment

維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)為主設(shè)備的設(shè)備檢修保養(yǎng)造成的零配件費(fèi)用、維修耗材費(fèi)、工具損耗費(fèi)等費(fèi)用之和，按照每臺(tái)設(shè)備1 200元/年估算，故氣化項(xiàng)目的設(shè)備保養(yǎng)費(fèi)為1 200×（2+2+2）=7 200 元，直燃項(xiàng)目的設(shè)備保養(yǎng)費(fèi)為1 200×（2+2）=4 800元。

3.4.3 物料采購(gòu)費(fèi)

生物質(zhì)氣化供熱方案物料成本計(jì)算流程如圖2所示，按上述流程計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8。生物質(zhì)原料熱值為復(fù)合秸稈原料的低位熱值17.12 MJ/kg[12]，燃?xì)鉄嶂禐閺?fù)合秸稈氣化氣的低位熱值5.02 MJ/m3。依據(jù)自然村實(shí)際情況，高溫氣化氣可不經(jīng)過(guò)除焦過(guò)程，直接通入鍋爐中燃燒，焦油中所含能量約占?xì)饣瘹獾?0%，這部分能量可直接利用，根據(jù)式（3），可估算共需秸稈902.84 t全村燃料費(fèi)[1]為334 954.89元。

圖2 生物質(zhì)氣化供熱方案物料成本計(jì)算流程Fig.2 Flow chart of material cost calculation for biomass gasification heating scheme

式中：M為供熱季收購(gòu)秸稈總價(jià)格，元；為建筑物全年供熱量，kJ；qg為氣化燃?xì)鉄嶂?，kJ/m3（見(jiàn)表4）；VG為氣化爐產(chǎn)氣量，m3/kg（見(jiàn)表4）；ηB1為鍋爐效率，%（見(jiàn)表4）；ηt為焦油對(duì)氣化氣的能量占比，%；m為收購(gòu)秸稈原料單價(jià)，元/kg。

根據(jù)表1，農(nóng)村秸稈年產(chǎn)量共計(jì)3 800.35 t，遠(yuǎn)大于902.84 t，所以本地秸稈資源供應(yīng)充足。

生物質(zhì)直燃供熱方案的物料成本計(jì)算流程如圖3所示，直燃鍋爐效率為85%。物料成本計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 生物質(zhì)氣化/直燃供熱方案物料年成本計(jì)算結(jié)果Tab.8 Annual material cost of biomass gasification/biomass direct combustion heating scheme

圖3 生物質(zhì)直燃供熱方案物料成本計(jì)算流程Fig.3 Material cost calculation flow of biomass direct combustion heating scheme

秸稈需求總量的公式見(jiàn)式（5）。

式中：m1為直燃鍋爐秸稈需求總量，kg；qb為生物質(zhì)秸稈熱值，kJ/kg；m2為直燃鍋爐實(shí)際秸稈量，kg/s；ηB2為直燃鍋爐效率，%。

經(jīng)計(jì)算可得秸稈年消耗量829.9 t，年物料費(fèi)用為307 891.41 元。根據(jù)表1，農(nóng)村秸稈年產(chǎn)量共計(jì)3 800.35 t，本地秸稈資源供應(yīng)充足。

3.4.4 設(shè)備折舊費(fèi)

根據(jù)折舊費(fèi)平均年限法計(jì)算生物質(zhì)氣化/直燃供熱方案的年設(shè)備折舊費(fèi)。固定資產(chǎn)的預(yù)計(jì)凈殘值率常見(jiàn)為3%～5%，本文設(shè)備殘值率選5%，則根據(jù)公式（6）可計(jì)算設(shè)備年折舊費(fèi)用：

式中：M1為固定資產(chǎn)年折舊額，元；M2為固定資產(chǎn)原值，元；ηc為設(shè)備殘值率，%；T為預(yù)計(jì)使用年限，年。

生物質(zhì)氣化供熱項(xiàng)目設(shè)備投資中燃燒爐450 000 元，氣化爐600 000 元，輔助設(shè)備100 000 元，按使用壽命10 a計(jì)，年折舊費(fèi)為109 250元。

生物質(zhì)直燃供熱項(xiàng)目設(shè)備投資中主設(shè)備（熱水鍋爐）450 000元，輔助設(shè)備100 000元，按使用壽命10 a計(jì)，年折舊費(fèi)為52 250元。

4 生物質(zhì)氣化/直燃供熱方案總成本

初投資包含鍋爐房建造成本、倉(cāng)庫(kù)建設(shè)成本、管網(wǎng)鋪設(shè)費(fèi)用、設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用和散熱器購(gòu)置費(fèi)用。人工費(fèi)包括長(zhǎng)期固定人員和臨時(shí)雇傭人員的人工成本。電費(fèi)為主設(shè)備峰谷電價(jià)全年總費(fèi)用。物料成本為全年消耗秸稈成本。維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)為設(shè)備檢修耗材等的費(fèi)用。

用現(xiàn)值法按行業(yè)基準(zhǔn)收益率5%[14]計(jì)算全生命周期人工費(fèi)、電費(fèi)、物料費(fèi)、維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)和設(shè)備折舊費(fèi)，總成本總結(jié)見(jiàn)表9。

根據(jù)表9，對(duì)生物質(zhì)氣化/直燃供熱項(xiàng)目成本總結(jié)分析如下。

表9 生物質(zhì)氣化/直燃供熱方案總成本占比表Tab.9 Proportion of total cost of biomass gasification/direct combustion heating scheme

1）生物質(zhì)氣化供熱方案比生物質(zhì)直燃供熱方案多購(gòu)置2臺(tái)氣化爐，且倉(cāng)庫(kù)和鍋爐房建設(shè)面積均高于后者。因此，生物質(zhì)氣化供熱方案的項(xiàng)目初投資比生物質(zhì)直燃供熱方案高78萬(wàn)元。

2）由于生物質(zhì)氣化供熱方案比生物質(zhì)直燃供熱方案多雇傭1個(gè)短期工人，10 a全壽命人工成本高于后者約26.6萬(wàn)元。

3）生物質(zhì)氣化供熱方案在運(yùn)行主設(shè)備包括1臺(tái)燃?xì)鉄崴仩t和1 臺(tái)生物質(zhì)氣化爐，生物質(zhì)直燃供熱方案在運(yùn)行主設(shè)備只有1 臺(tái)直燃熱水鍋爐，且生物質(zhì)氣化爐的耗電功率高于熱水鍋爐，因此，全生命周期設(shè)備耗電費(fèi)用高于后者約111.05萬(wàn)元。

4）生物質(zhì)氣化供熱方案年物料消耗量高于生物質(zhì)直燃供熱方案年耗物料，全壽命物料成本高于后者約35.74萬(wàn)元。

5）由于生物質(zhì)氣化供熱方案各項(xiàng)成本均高于生物質(zhì)直燃供熱方案，前者10 a全生命周期總成本高于后者約329.84萬(wàn)元。2種生物質(zhì)供熱方案的物料成本均為其全壽命總成本的最大影響因素。初投資、設(shè)備耗電費(fèi)用、設(shè)備折舊費(fèi)對(duì)2種生物質(zhì)供熱方案的全壽命總成本的影響依次減小。2種生物質(zhì)供熱方案的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用對(duì)其全壽命總成本影響最小。

6）2種生物質(zhì)供熱方案的物料成本絕對(duì)差距遠(yuǎn)高于其他種類成本之間的絕對(duì)差距，但相對(duì)差距與兩者之間的全壽命總成本相對(duì)差距相比較小，而2種生物質(zhì)供熱方案之間的初投資和設(shè)備耗電費(fèi)用的相對(duì)差距較之兩者之間的全壽命總成本相對(duì)差距更為顯著。因此，生物質(zhì)氣化供熱方案的物料成本占全生命周期總成本的權(quán)重較之生物質(zhì)直燃供熱方案更低，前者的初投資和設(shè)備耗電費(fèi)用占全生命周期總成本的權(quán)重較之后者更高。

5 生物質(zhì)氣化/直燃供熱方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性受投資回收期、利潤(rùn)投資比、內(nèi)部收益率等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)限制。因此，對(duì)生物質(zhì)氣化供熱方案與生物質(zhì)直燃供熱方案計(jì)算了投資回收期、利潤(rùn)投資比、內(nèi)部收益率3個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

5.1 投資回收期

投資回收期是指項(xiàng)目的投建之日起，用項(xiàng)目所得的凈收益償還原始投資所需的年限，其計(jì)算公式見(jiàn)式（7）。

式中：Y1為動(dòng)態(tài)投資回收期，a；Y2為累計(jì)凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值出現(xiàn)正值的年數(shù)，a；M3為上一年累計(jì)凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值的絕對(duì)值，元；M4為出現(xiàn)正值年份凈現(xiàn)金流量的現(xiàn)值，元。

投資回收期的計(jì)算中，現(xiàn)金流量的計(jì)算需要考慮到設(shè)備報(bào)廢殘值的問(wèn)題，為了便于計(jì)算，通常采用固定資產(chǎn)殘值率來(lái)做殘值的估算，本文選擇設(shè)備原值的5%來(lái)計(jì)算。

根據(jù)計(jì)算，生物質(zhì)氣化供熱系統(tǒng)的投資回收期為3.18 a，生物質(zhì)直燃供熱系統(tǒng)的投資回收期為1.5 a。

5.2 投資利潤(rùn)率

投資利潤(rùn)率又稱投資收益率，是指投資方案在達(dá)到設(shè)計(jì)一定生產(chǎn)能力后一個(gè)正常年份的年凈收益總額與方案初投資總額的比值。它是評(píng)價(jià)投資方案盈利能力的靜態(tài)指標(biāo)，表明投資方案正常生產(chǎn)年份中，單位投資每年所創(chuàng)造的年凈收益額，計(jì)算公式見(jiàn)式（8）。

式中：Q1為投資利潤(rùn)率，%；M5為年利潤(rùn)值，元；M6為項(xiàng)目總投資，元。

投資利潤(rùn)率的計(jì)算是不考慮時(shí)間價(jià)值的，而本文的年現(xiàn)金流量計(jì)算的是現(xiàn)值，所以本文計(jì)算投資利潤(rùn)率使用的年利潤(rùn)值M5即為第一年年收入與第一年年運(yùn)行成本的差值。

根據(jù)計(jì)算，生物質(zhì)氣化供熱系統(tǒng)的投資收益率為28%，生物質(zhì)直燃供熱系統(tǒng)的投資收益率為62%。

5.3 內(nèi)部收益率

內(nèi)部收益率就是流入現(xiàn)值總額與資金流出現(xiàn)值總額相等、凈現(xiàn)值等于零時(shí)的折現(xiàn)率。內(nèi)部收益率是一項(xiàng)投資渴望達(dá)到的報(bào)酬率，該指標(biāo)越大越好。一般情況下，內(nèi)部收益率大于等于基準(zhǔn)收益率時(shí)，該項(xiàng)目是可行的。通常情況基準(zhǔn)收益率以8%為基準(zhǔn)。投資項(xiàng)目各年現(xiàn)金流量的折現(xiàn)率之和為項(xiàng)目的凈現(xiàn)值，凈現(xiàn)值為零時(shí)的折現(xiàn)率就是項(xiàng)目的內(nèi)部收益率。

內(nèi)部收益率是一個(gè)宏觀概念指標(biāo)，最通俗的理解為項(xiàng)目投資收益能承受的貨幣貶值，通貨膨脹的能力。

內(nèi)部收益率無(wú)法轉(zhuǎn)化為非方程表達(dá)式，只能對(duì)方程（11）直接進(jìn)行求解，在50個(gè)根中唯一的實(shí)根即為所求。

式中：NCFm為第m年的現(xiàn)金流量；Pm為投資回收期；I0為項(xiàng)目初投資。

式中：NCFm為第m年的現(xiàn)金流量。

式中：n為項(xiàng)目設(shè)計(jì)運(yùn)行年限；IRR為財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率。

根據(jù)計(jì)算，生物質(zhì)氣化供熱系統(tǒng)的內(nèi)部收益率為29.9%，生物質(zhì)直燃供熱系統(tǒng)的內(nèi)部收益率為66.55%。

將氣化/直燃供熱方案的初投資、全生命周期總成本、全生命周期利潤(rùn)、投資回收期、投資收益率、內(nèi)部收益率歸總到表10。

5.4 小結(jié)

1）由表10得，氣化供熱方案與直燃供熱方案投資相比投資高收入低，因此氣化供熱方案的經(jīng)濟(jì)性不如直燃供熱方案。

表10 生物質(zhì)氣化/直燃供熱方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比表Tab.10 Economic comparison of biomass gasification/direct-fired heating schemes

2）由于項(xiàng)目運(yùn)行年限為10 a，且氣化與直燃供熱系統(tǒng)的投資回收期均小于項(xiàng)目運(yùn)行年限，因此2種方案都可以在要求的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)收回投資。其中，兩者的收回投資期分別為3.18 a 和1.50 a，因此氣化供熱系統(tǒng)在投資資本回收的能力方面劣于直燃供熱系統(tǒng)。

3）對(duì)比2 種系統(tǒng)供熱方案的投資收益率，可知生物質(zhì)氣化供熱系統(tǒng)不如直燃供熱系統(tǒng)。

4）2種系統(tǒng)的內(nèi)部收益率均大于基準(zhǔn)收益率，因此2種供熱系統(tǒng)項(xiàng)目均具有可行性。然而生物質(zhì)直燃供熱項(xiàng)目在項(xiàng)目收益時(shí)所能承擔(dān)的通貨膨脹率更高，因此生物質(zhì)直燃項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性要優(yōu)于生物質(zhì)氣化項(xiàng)目。

6 生物質(zhì)氣化/直燃供熱系統(tǒng)對(duì)比

從經(jīng)濟(jì)層面分析，生物質(zhì)直燃供熱系統(tǒng)比生物質(zhì)氣化供熱系統(tǒng)節(jié)省一個(gè)氣化過(guò)程，因此氣化供熱系統(tǒng)比直燃供熱系統(tǒng)多購(gòu)置一臺(tái)設(shè)備，所需廠房面積、廠房土建費(fèi)用、人工費(fèi)更高。因此在相同的收入標(biāo)準(zhǔn)下，氣化供熱系統(tǒng)的成本比直燃供熱系統(tǒng)的成本高。

從技術(shù)層面分析，直燃供熱系統(tǒng)比氣化系統(tǒng)更為簡(jiǎn)便。但由于直燃供熱系統(tǒng)直接燃燒物料，而氣化供熱系統(tǒng)先將物料氣化獲取清潔可燃?xì)夂筮M(jìn)行燃燒，因此直燃供熱系統(tǒng)的尾氣排放高于氣化供熱系統(tǒng)，可能會(huì)增加廢氣處理成本，該成本對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析的影響需要進(jìn)一步地研究。

7 結(jié)論

本文針對(duì)目前我國(guó)農(nóng)村常用地生物質(zhì)氣化/直燃2種技術(shù)供熱系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，以天津市某自然村為例提出了一種經(jīng)濟(jì)性計(jì)算評(píng)價(jià)方法，并進(jìn)行全面地分析計(jì)算。結(jié)果如下：

1）生物質(zhì)燃料投入為項(xiàng)目最主要的投入，分別占2種技術(shù)全生命周期總成本的39.17%和50.86%，其次為初投資、設(shè)備耗電費(fèi)、設(shè)備折舊費(fèi)。2種生物質(zhì)供熱方案的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用對(duì)其全壽命總成本影響最??；

2）采用本文推薦的鍋爐設(shè)備和采暖設(shè)備，生物質(zhì)氣化供熱方案的初投資與生物質(zhì)直燃供熱方案的初投資相比明顯處于劣勢(shì)，其出投資為后者的1.63倍；

3）生物質(zhì)直燃供熱方案的投資回收期為1.50年，相同條件下的生物質(zhì)氣化供熱方案投資回收期為3.18年，相比而言，直燃供熱方案投資回收期方面體現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)性要優(yōu)于氣化供熱方案；

4）生物質(zhì)直燃供熱方案比氣化供熱方案的投資收益率高，在單位投資獲得利潤(rùn)方面方面表現(xiàn)更好；

5）生物質(zhì)直燃供熱方案的內(nèi)部收益率比氣化供熱方案的內(nèi)部收益率高，因此在通貨膨脹率變動(dòng)幅度大時(shí)具有更高的風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)能力。