最优化秸秆收集成本模型的选择及成本计算

李训领++尹平++邓丽丽

摘 要

本文建立了生物质发电厂秸秆收集成本模型，给出了模型的数学描述，并依据国内某电厂的数据，对模型进行了应用，得出了秸秆收集的最小成本。结果表明：电厂最佳的收集模式是集中收集和分散收集相结合的模式。本文对指导秸秆发电厂科学的建立收集模式，降低燃料成本具有积极的指导意义。

【关键词】生物质 收集成本模型 数学描述

在我国的中长期发展规划中对可再生能源发展目标进行了明确，提出了可再生能源新装机容量在2020年时必须要达到1亿千瓦，其中生物质发电装机必须要达到2000万千瓦。生物质发电受到政策的支持，但是在发展过程中也遇到一些难以解决的问题。因此，对秸秸秆收集、加工等各个环节进行科学合理的安排，降低秸秆的成本是相当重要的。

1 模型建立

秸秆的收集按照收购方式和运输方式主要有三种模式：

模式一、在电厂设置一个大型中心收购站，散户直接将秸秆送至中心收购站，在中心收购站进行压缩加工。这一模式称为集中收集模式，如图1，收集成本用C1表示；

模式二、在电厂周围均匀设置n个收购站，散户先将秸秆送至中心收购站，在收购站对秸秆进行压缩加工后，再由收购站将加工后的秸秆送至电厂。这一模式称为分散收集模式，如图2，收集成本用C2表示；

模式三、在电厂设置一个收购站，同时在周围均匀设置n个收购站，散户自行将秸秆送至任意收购站，在收购站对秸秆进行压缩加工后送至电厂。这一模式称为集中-分散收集模式，如图3，收集成本用C3表示。

那么，秸秆收集成本模型：C=min（C1、C2、C3）；（1）

为了对以上三种模式建立秸秆收集成本的数学描述，我们对秸秆收集过程做如下假设：

（1）秸秆资源在同一区域内均匀分布，忽略同种作物由于种植条件不同造成的产量差异，农作物在该区域内分布均匀，疏密程度相同，同时保持总产量不变；

（2）忽略不同种类秸秆的收集运输及加工差异，多种作物秸秆产量可以加和；

（3）收集秸秆量相同时，忽略因收购点设置不同而产生的压缩成本差异；

（4）忽略道路的弯曲对运费的影响，所有的运输均按照直线距离；

（5）秸秆收集范围是以电厂为中心的圆形区域。

基于以上假设，可以得到收集成本的数学描述如下：

收集成本过程是散户把秸秆送到收购站，收购站进行压缩加工后再把秸秆送到电厂；主要收集成本包括秸秆的收购成本Csg、运输成本Cys、压缩成本Cjg、其他成本Cqt（装卸、储存、耗损、倒运等）。

秸秆的收集量用Q来表示：

秸秆收集的运输成本Cys包括两种：一是散户将秸秆运输到各收购站的费用Cys1，二是收购站将压缩加工后的秸秆运输到电厂的费用Cys2，所以对于不同的收集运输模式，运输成本不同。

秸秆的压缩成本主要有压缩操作的固定投资Cg和压缩操作的运行成本Cy组成：秸秆压缩操作的固定投资主要包括建筑投资、设备投资、土地费用、其他投资等；秸秆压缩操作的运行成本主要包括人力成本、维护成本、电力费、其他运行成本等，电力费用、其他运行成本等与生产规模成正比关系。

2 秸秆收集模式实例应用

某生物质发电厂电厂周围燃料的基本资料如表1所示。

根据式（3）可以得到R=44.39km，取R=50km。收购站初步设置情况如下：

模式一：仅在以电厂为中心，R=35km的半径上均匀设置8个收购站；

模式二：仅在电厂内设中心收购站；

模式三：在电厂设中心收购站，在电厂为中心R=35km的半径上均匀设置8个收购站。

把数据带入式（1）、（10）、（11）、（12）即可得出最小的收集成本。从式（10）、（11）、（12）可以看出，在假定的条件下，他们只有运输费用不同。首先比较模式二和模式三，模式二是所有的秸秆都要送到电厂周围的收购站，模式三可以把秸秆送到电厂收购站和电厂附近收购站，显然，模式二的收集费用要大于模式三。

式（1）等价于：

对于模式三，如图4所示，A1B1为Oa的平分线，对于散户来说，OA1B1区域的用户把秸秆送到电厂中心收购站要比送到a收购站费用要低，我们就认定这一区域的散户会把秸秆送到电厂收购站。那么模式三秸秆收集就是OA1B1区域的用户把秸秆送到电厂中心收购站，ABA1B1区域的用户把秸秆送到a收购站。为了简化计算，把模式三中OA1B1区域简化为一个半径为r1=17.5km的圆，把ABA1B1区域简化为一个半径为r2的圆，此圆的面积和ABA1B1面积相等，如图4。

从实例可以看出，单纯只在电厂周围设收购站（模式一）和只在电厂中心设置收购站（模式二）都不是最佳的燃料收集模式，二者结合才是科学合理的收集模式。

3 结论

（1）电厂收集秸秆，应通过比较分析，选择合理的收购模式。生物质电厂的燃料收集，应该在距电厂几十公里范围内设置若干收购站，同时，电厂内的料场也应该设置收购站，此模式可以有效降低燃料的成本；

（2）降低秸秆收集成本，要从收购成本Csg、运输成本Cys、压缩成本Cjg、其他成本Cqt（装卸、储存、耗损、倒运等）等几方面入手，科学合理的组织秸秆收集，使生物质发电厂效益最大化；

（3）确定秸秆收集半径时，要充分考虑秸秆的产生量和秸秆的可收集系数，保证燃料来源，满足电厂燃料需求。

参考文献

[1]李俊峰，王仲颖.中华人民共和国可再生能源法解读[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2]田宜水，孟海波.农作物秸秆开发利用技术[M].北京：化学工业出版社，2008：73-96.

[3]刘岗，郝德海，董玉平.生物质秸秆收集成本研究及实证分析[J].技术经济，2006（02）：85-88.

作者单位

1.国核电力规划设计研究院 北京市 100095

2.北京国环清华环境工程设计研究院有限公司 北京市 100084