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user: 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 ] 和任天宝 [ 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。考虑生产运营的复杂多样性，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 ]。 Table 1 Economic benefits of producing fuel ethanol from corn stover by enzymatic hydrolysis (based on per ton of fuel ethanol 工艺和研究方法 生产规模(t/年) 原料成本(元/t) 运营成本(元/t) 总成本(元/t) 收入(元/t) 利润(元/t) 数据来源 稀酸–模拟 35，000 4400 8100 12，500 6733 −5767 [ 10 ] 稀酸–模拟 75，000 2800 5236 8036 6733 −1303 [ 9 ] 稀酸–模拟 37，000 2800 6734 9534 6733 −2801 [ 9 ] 稀酸–模拟 50，000 3600 4825 8425 8676 251 [ 8 ] 稀酸–中试模拟 300 1550 5835 7385 7224 −161 [ 11 ] 汽爆–中试模拟 300 1445 5620 7065 7224 159 [ 11 ] 平均 2765.83 6058.33 8824.17 7220.50 −1603.67 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194万元，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。 Table 2 Economic benefits of crop residues conversion to briquette fuel (based on per ton of briquette fuel 原料 研究方法 生产规模(t/年) 原料成本(元/t) 运营成本(元/t) 总成本(元/t) 收入(元/t) 利润(元/t) 数据来源 玉米秸秆 模拟 2500 59 95 154 500 346 [ 16 ] 秸秆 模拟 50，000 136 154 290 400 110 [ 15 ] 秸秆 模拟 20，000 155 148 303 400 97 [ 14 ] 秸秆 模拟 1015 111 143 254 n/a n/a [ 20 ] 玉米秸秆 模拟 10，000 100 223 323 480 157 [ 17 ] 玉米秸秆 模拟 10，000 135 215.5 350.5 500 149.5 [ 18 ] 秸秆 实例 + 模拟 9000 325 260.1 585.1 660 74.9 [ 19 ] 平均 151.67 182.60 334.27 490.00 155.73 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，马秋颖 [ 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427万元。宋艳苹 [ 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。郝德海 [ 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。 Table 3 Economic benefits of generating electricity by crop residues combustion (based on per kW·h 原料 研究方法 装机容量 (MW) 原料成本 (元/kW·h) 运营成本 (元/kW·h) 总成本 (元/kW·h) 收入 (元/kW·h) 利润 (元/kW·h) 数据来源 玉米秸秆 实例 30 0.38 0.30 0.68 0.75 0.07 [ 21 ] 混合秸秆 模拟 24 0.27 0.21 0.48 0.75 0.27 [ 22 ] 秸秆 模拟 6 0.24 0.12 0.36 0.50 0.14 [ 4 ] 秸秆 模拟 24 0.20 0.12 0.32 0.50 0.18 [ 4 ] 秸秆 模拟 30 0.29 0.10 0.39 0.75 0.36 [ 24 ] 秸秆 模拟 30 0.37 0.24 0.61 0.75 0.14 [ 25 ] 平均 0.29 0.18 0.47 0.67 0.19 表3. 秸秆直燃发电的经济效益(基于每单位发电量kW·h) 3.4. 秸秆气化发电的经济效益 生物质气化发电企业规模以中小型为主，装机容量为0.6~6 MW的7例秸秆气化发电利润为0.11~0.26元/kW·h，平均利润为0.16元/kW·h (见表4)。李蓓蓓等[ 26 ]实例研究，原料单价为250元/t，按国家政策补贴上网电价0.75元/kW·h计算实现了盈利，2 MW系统投资回收期为7.8年，6 MW为5.6年。郝德海[ 4 ]以原料价格为125元/t进行模拟分析，随着生产规模扩大，原料和运营成本降低，利润增加。 Table 4 Economic benefits of crop residues gasification conversion to power generation (based on per kW·h 原料 工艺和研究方法 装机容量 (MW) 原料成本 (元/kW·h) 运营成本 (元/kW·h) 总成本 (元/kW·h) 收入 (元/kW·h) 利润 (元/kW·h) 数据来源 农林生物质 简单气化–内燃机–实例 2 0.38 0.20 0.58 0.75 0.17 [ 26 ] 农林生物质 内燃机–蒸汽轮机 联合循环系统–实例 6 0.31 0.18 0.49 0.75 0.26 [ 26 ] 秸秆 联合循环系统–模拟 0.6 0.23 0.16 0.39 0.50 0.11 [ 4 ] 秸秆 联合循环系统–模拟 1 0.23 0.15 0.38 0.50 0.12 [ 4 ] 秸秆 联合循环系统–模拟 2 0.21 0.14 0.35 0.50 0.15 [ 4 ] 秸秆 联合循环系统–模拟 3 0.21 0.12 0.33 0.50 0.17 [ 4 ] 平均 0.26 0.16 0.42 0.58 0.16 表4. 秸秆气化发电的经济效益(基于每单位发电量kW·h) 3.5. 秸秆生产沼气的经济效益 查得的7个实例研究显示利用秸秆生产沼气的利润全部为负值，即亏损0.05~2.36元/m 3 ，平均亏损0.96元/m 3 (见表5)。朱利群等 [ 27 ] 的研究中秸秆收储运价格230元/t，结果显示成本略高于沼气售价收入。王红彦等 [ 28 ] 研究了5个村级秸秆沼气工程，原料玉米秸秆或稻草价格为200~300元/t，年产气量达到10~18万m 3 ，供应户数达280~560，沼气收入只达到年度成本(包括基础设施和设备折旧)约一半。闵师界等 [ 29 ] 分析了一个年生产沼气5万m 3 的村级示范工程，秸秆成本是500元/t，生产成本合计为3.86元/m 3 ，是沼气收入的2.6倍，严重亏损的主要原因在于原料成本价格过高，是其他研究案例 [ 27 ] [ 28 ] 两倍左右。 Table 5 Economic benefits of producing biogas from crop residues (based on per m3 of biogas 原料 工艺和研究方法 生产规模 (万m 3 /年) 原料成本 (元/m 3 ) 运营成本 (元/m 3 ) 总成本 (元/m 3 ) 收入 (元/m 3 ) 利润 (元/m 3 ) 数据来源 混合秸秆 混合发酵–实例 n/a 0.92 0.63 1.55 1.50 −0.05 [ 27 ] 玉米秸秆 混合发酵–实例 10.20 0.60 1.40 2.00 1.50 −0.50 [ 28 ] 玉米秸秆 混合发酵–实例 18.40 0.60 1.50 2.10 1.50 −0.60 [ 28 ] 玉米秸秆 干发酵–实例 13.14 0.60 1.58 2.18 1.00 −1.18 [ 28 ] 玉米秸秆 横向推流–实例 10.95 1.00 0.84 1.84 1.00 −0.84 [ 28 ] 水稻秸秆 混合发酵–实例 15.33 0.75 1.96 2.71 1.50 −1.21 [ 28 ] 混合秸秆 竖向推流–实例 5.00 2.20 1.66 3.86 1.50 −2.36 [ 29 ] 平均 0.95 1.37 2.32 1.36 −0.96 表5. 秸秆生产沼气的经济效益(基于每m 3 沼气) n/a：原文献中未见数据。 3.6. 林业剩余物生产成型燃料的经济效益 研究林业剩余物生产成型燃料经济效益的文献只包括2篇硕士论文，其生产规模差异较大，但成本构成和收入相似，利润也相似，平均为138.89元/t (见表6)。其中，吕林 [ 30 ] 模拟了一个年产30万t林木成型燃料企业，其建设期3年，生产经营期15年。周媛 [ 31 ] 模拟设计了一座年产2.75万t的林木生物质成型燃料加工厂，建设期1年，运营期10年。模拟分析表明，利用林业剩余物生产成型燃料具有较好的经济效益。但对于林业剩余物生产成型燃料，目前最大的难点是林业剩余物可收集性较差 [ 31 ]。 Table 6 Economic benefits of forestry residues conversion to briquette fuel (based on per t of briquette fuel 原料 研究方法 生产规模 (t/年) 原料成本 (元/t) 运营成本 (元/t) 总成本 (元/t) 收入 (元/t) 利润 (元/t) 数据来源 锯末 模拟 300，000 550.00 215.95 765.95 900.00 134.05 [ 30 ] 林业剩余物 模拟 27，500 571.42 219.85 791.27 935.00 143.73 [ 31 ] 平均 560.71 217.90 778.61 917.50 138.89 表6. 林业剩余物生产成型燃料的经济效益分析(基于每t成型燃料) 3.7. 畜禽粪便生产沼气的经济效益 实例或模拟研究畜禽粪便生产沼气经济效益的报道共3例，其利润范围是0.25~0.61元/m 3 ，平均利润为0.45元/m 3 (见表7)。其中两例原料成本为零，另一例为0.60元/m 3 。由于很多工程配套建设在养殖场内，利用畜禽粪便生产沼气，因此多数情况不需支付原料成本 [ 32 ]，或仅支付原料运输成本 [ 33 ]；运营成本为0.43~1.18元/m 3 。研究案例中沼气主要供应农户用气或发电，根据所在地区不同，出厂价格为0.68~2.20元/m 3 ，这与秸秆生产的沼气价格大体相似，结果显示利用畜禽粪便生产沼气具有较好的经济效益。 Table 7 Economic benefits of biogas production from livestock excrement by anaerobic fermentation (based on per m3 of biogas 原料 研究方法 生产规模 (万m 3 /年) 原料成本 (元/m 3 ) 运营成本 (元/m 3 ) 总成本 (元/m 3 ) 收入 (元/m 3 ) 利润 (元/m 3 ) 数据来源 畜禽粪便 模拟 912 0.60 0.89 1.59 2.20 0.61 [ 33 ] 畜禽粪便 模拟 25 0.00 1.18 1.18 1.66 0.48 [ 34 ] 猪粪便 实例 24.64 0.00 0.43 0.43 0.68 0.25 [ 35 ] 平均 0.20 0.83 1.07 1.51 0.45 表7. 畜禽粪便厌氧发酵生产沼气的经济效益(基于每m 3 沼气) 3.8. 废弃油脂生产生物柴油的经济效益 废弃油脂生产生物柴油的经济效益案例中，由于时间不同，3个案例的原料成本差异较大(见表8)，而运营成本差异不大，利润范围从−150元/t到700元/t，平均盈利345.67元/t。这3个案例盈利的差异是技术和经营水平不同引起的。技术水平低和经营不善导致亏损的企业不少，但是，行业专家认为亏损不是行业普遍现象，废弃油脂生产生物柴油产业总体是盈利的。有的企业每吨生物柴油亏损500~800元/t [ 36 ]，主要原因是原料价格占成本比重过大，已经投产一些企业达不到预期产能，不少项目已暂停生产 [ 37 ]。 Table 8 Economic benefits of biodiesel production from waste oil (based on per ton of biodiesel 工艺和研究方法 生产规模 (万t/年) 原料成本 (元/t) 运营成本 (元/t) 总成本 (元/t) 收入 (元/t) 利润 (元/t) 数据来源 超/近临界甲醇醇解–模拟 6 4704.00 1446.00 6150.00 6000.00 −150.00 [ 38 ] 预酯化和酯交换–模拟 0.9 3555.00 1458.00 5013.00 5500.00 487.00 [ 39 ] 2019年先进工艺实例总结 4900.00 1200.00 6100.00 6800.00 700.00 行业专家 a 平均 4386.33 1368.00 5754.33 6100.00 345.67 表8. 废弃油脂生产生物柴油的经济效益(基于每t生物柴油) a 由于该类研究报道较少，本研究咨询了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。 3.9. 餐饮垃圾生产沼气的经济效益 关于餐饮垃圾制沼气的经济分析研究较少，仅查得沈超青等 [ 40 ] 估算了其成本为2.70元/m 3 ，其中原料运输成本为1.29元/m 3 ，生产运营成本为1.41元/m 3 。沼气市场价格1.63元/m 3 ，利润为−1.07元/m 3 。张淑玲等 [ 41 ] 对餐饮垃圾制沼气工程研究得出处理成本为0.56元/m 3 。餐饮垃圾由市政环境部门负责收集，原料成本仅需支付运输费用，因此建立合理的收储运物流体系可以保证原料供应 [ 42 ]，然而，即使如此，以餐饮垃圾生产沼气仍不能盈利。 3.10. 污水污泥生产沼气的经济效益 经查阅获得2个污水污泥能源化生产沼气实例。污水污泥属于污水处理厂的废料，其原料成本可忽略不计 [ 43 ] [ 44 ]，沼气价格参照天然气2.28元/m 3 ，考虑到沼气市场价格为1~1.5元/m 3 ，本研究取最高值1.5元/m 3 。但是，沼气收入依然小于成本，亏损分别达到0.40元/m 3 和1.28元/m 3 ，平均亏损为0.84元/m 3 (见表9)。这两个项目工程设计日产气量分别为30，000 m 3 和25，200 m 3 ，但由于设施和技术等问题致使实际日产气量最多只是设计产能一半，推高了运营成本。 Table 9 Economic benefits of biogas production from sewage sludge (based on per m3 of biogas 研究方法 生产规模 (m 3 /d) 成本 (元/m 3 ) 收入 (元/m 3 ) 利润 (元/m 3 ) 文献 实例 15，000 1.90 1.50 −0.40 [ 43 ] 实例 6240 2.78 1.50 −1.28 [ 44 ] 平均 2.34 1.50 −0.84 表9. 污水污泥生产沼气的经济效益(基于每m 3 沼气)