中國玉米燃料乙醇項目經(jīng)濟性評估

第20卷第3期農業(yè)工程學(xué)報Vol.20 No. 32004年5月' Transactions of the CSAEMay 2004239中國玉米燃料乙醇項目經(jīng)濟性評估方芳， 于隨然，王成燾(上海交通大學(xué)機械動(dòng)力工程學(xué)院,生命質(zhì)量與機械工程研究所,上海200030)摘要:該文從微觀(guān)角度分析評估中國玉米燃料乙醇生產(chǎn)項目的經(jīng)濟及投資風(fēng)險。通過(guò)考察玉米燃料乙醇試點(diǎn)生產(chǎn)廠(chǎng)及當地玉米產(chǎn)區,根據相關(guān)文獻修正不具備地區-般性的數據,基于Excel建立東北地區玉米燃料乙醇項目基礎案例,同時(shí)用蒙特卡洛(MonteCarlo)模擬法模擬項目運營(yíng)的現金流和凈現值,并對模擬結果進(jìn)行敏感性分析。最終得出結論,中國玉米燃料乙醇項目若無(wú)外部補貼則不可接受;同時(shí)依據敏感性分析結果論述了玉米燃料乙醇項目的經(jīng)濟性在將來(lái)得到改善的條件及可能性。關(guān)鍵詞:玉米燃料乙醇;經(jīng)濟可行性;風(fēng)險評估;項目評估中圖分類(lèi)號: F307.5文獻標識碼: A文章編號:1002-6819(2004)03- 0239-04政府經(jīng)濟補貼等)[5-7]?！皟炔砍杀尽钡姆Q(chēng)法相對于“外部0引言成本”概念而來(lái)?！巴獠砍杀尽碧刂钙髽I(yè)在“外部”產(chǎn)生的成生物質(zhì)燃料乙醇(Biomass fuel ethanol)不僅是可再本,包括來(lái)自外部(如政府)的補貼,以及企業(yè)廢棄物排放生能源,而且可減少溫室氣體的排放1。幾十年前,汽油對外部社會(huì )單元造成的損失和損害-外部環(huán)境成醇(燃料乙醇和汽油的混合物)作為汽油替代能源在世界本[7許多國家和地區的車(chē)輛燃油市場(chǎng)上得到廣泛應用和推外部環(huán)境成本是對生產(chǎn)系統進(jìn)行生命周期評估廣。生物質(zhì)原料的選擇通常采取地區主要農作物[2],例(Life Cycle Assessment, 詳見(jiàn)ISO14040~14043標準)如,巴西以甘蔗為原料;而北美則主要采用淀粉質(zhì)谷物,時(shí)引入的概念,用于全面評估生產(chǎn)系統對環(huán)境的影響。由其中90%為玉米;加拿大主要采用低營(yíng)養的大麥、玉米、于本文旨在從微觀(guān)角度分析玉米燃料乙醇生產(chǎn)項目的經(jīng)小麥等谷物[2- 4。濟生存性及投資風(fēng)險,因此將考慮玉米燃料乙醇項目的我國也正在實(shí)施生物質(zhì)燃料乙醇的試點(diǎn)生產(chǎn)和使內部成本,其后分析政府的補貼,但對其外部環(huán)境成本用。對我國而言,生物質(zhì)燃料乙醇還有另一重要意義:它(即項目對環(huán)境的影響)將不做考慮?？梢韵倪^(guò)剩陳化糧,甚至可能帶動(dòng)農村地區局部經(jīng)濟1. 1燃料乙醇生產(chǎn)流程發(fā)展。2002 年河南省、黑龍江省和吉林省分別開(kāi)展小麥生物質(zhì)燃料乙醇的乙醇含量為99. 5%(w/w),它的燃料乙醇和玉米燃料乙醇的試點(diǎn)生產(chǎn)。值得注意的是，生產(chǎn)過(guò)程和飲用白酒的生產(chǎn)過(guò)程非常類(lèi)似，差別在于加采用不同原料生產(chǎn)燃料乙醇其經(jīng)濟性和風(fēng)險性也不同。入了工業(yè)乙醇生產(chǎn)中的脫水環(huán)節[1.8]。生物質(zhì)燃料乙醇的而且即使采用相同的原料,原料成本、出酒率、勞動(dòng)力價(jià)原料可大致分為三類(lèi):淀粉質(zhì)、糖蜜質(zhì)、纖維素類(lèi)。玉米屬格等經(jīng)濟因素差異的存在亦會(huì )導致不同地區/國家的燃于淀粉質(zhì)原料。玉米燃料乙醇的工藝過(guò)程如圖1所示。料乙醇項目經(jīng)濟性和風(fēng)險性的不同。原料干月→[粉碎} τC混料本文考察了黑龍江省燃料乙醇試點(diǎn)生產(chǎn)廠(chǎng)及當地玉玉米油]米產(chǎn)區,根據采集到的燃料乙醇生產(chǎn)相關(guān)數據,基于[輔料 ]液化和糖化COLExcel建立玉米燃料乙醇項目基礎案例,同時(shí)用Monte.[蒸館←口 發(fā)酵Carlo法模擬項目運營(yíng)的現金流和凈現值,并對模擬結果進(jìn)行了敏感性分析,最終討論得出我國玉米燃料乙醇C后處理]←分離] [變性-變性燃料乙醉項目經(jīng)濟性和風(fēng)險性評估結論。物}一股水1 成本分析DDGS沼氣公司/項目的完全成本(Full Cost)包括內部成本- +肥料和其他副產(chǎn)品(Internal Cost ,指傳統意義上的投資運營(yíng)成本)和外部成本(External Cost/ Externality,包括外部環(huán)境成本、中國煤化工產(chǎn)工藝流程..MYHC N M H Gfuel ethanol production收稿日期:2003-11-10修訂日 期:2004-02-18基金項目:中美能源基金(G0205-06347)生物質(zhì)原料所含的淀粉首先經(jīng)液化變成糊精,隨后作者簡(jiǎn)介:方芳(1979-),女,安徽肥東人,碩士生,專(zhuān) 業(yè)方向全生命變成可發(fā)酵的糖,然后經(jīng)過(guò)發(fā)酵和蒸餾,得到95. 6%(w/周期評估,上海交通大學(xué)機械工程及自動(dòng)化工學(xué)士,上海交通大學(xué)金w)的乙醇,再通過(guò)脫水得到99. 5%(w/w)的高濃度乙醇融學(xué)學(xué)務(wù)占海淬連大學(xué)機械動(dòng)力工程學(xué)院,00030。0 Email :fangfang即燃料乙醇。通常燃料乙醇要添加少量的汽油或其他物240農業(yè)工程學(xué)報2004年質(zhì)使之不能再食用,這-過(guò)程稱(chēng)為變性。生產(chǎn)過(guò)程中還有對于可用貨幣衡量的風(fēng)險項目，其風(fēng)險性可接受的-些副產(chǎn)品產(chǎn)生,如CO2、DDGS (Dried Distillers' Grain標準為期望凈現值E(NPV)不能為負,且需至少高于其with Soluble,-種動(dòng)物飼料)、沼氣、玉米油、玉米餅等。他互斥選項的期望凈現值。大多數情況下,這個(gè)標準1.2 內部成本分析也就是要求項目的期望內部收益率超過(guò)其資本的機會(huì )成根據采集到的數據,本文建立了我國東北地區玉米本,如投資政府債券的收益率。燃料乙醇基礎案例?；A案例燃料乙醇生產(chǎn)廠(chǎng)的規模為2.2 蒙特卡洛模擬年產(chǎn)10萬(wàn)t變性燃料乙醇(按體積比，95%的燃料乙醇，期望凈現值全面考慮項目年度凈現金流的所有可能5%的汽油);原料采用玉米(含水量14. 5%);產(chǎn)乙醇率值。本文應用軟件@Risk 4.5[15]模擬項目運營(yíng),并統計年為3.34t玉米產(chǎn)1t燃料乙醇;乙醇廠(chǎng)所在地為我國東凈現值模擬結果的概率分布,在此基礎上計算項目期望北地區;機器工作時(shí)間為每年330 d;2002年作為成本計凈現值。該程序算法基于蒙特卡洛模擬法(MonteCarlo算基準年。設備的成本視所用技術(shù)和功率的不同而差別simulation methodol)。在蒙特卡洛模擬中,我們在計算很大;實(shí)際上,任何設備的投資具有很強的地域性59。所機中根據設定的條件對同一項目進(jìn)行成百上千次運行,以,基礎案例的“初期投資”根據現場(chǎng)采集的數據設定。我然后統計運行結果,得出項目?jì)衄F值的概率分布。們對所有現場(chǎng)采集數據是否具有地區一般性都進(jìn)行了審2.3模擬條件核,并根據相關(guān)參考資料([0-12]修正了水、能源成本。試點(diǎn)中國政府[2001]1134號文件要求,在試點(diǎn)期間生物廠(chǎng)的水成本(10元/t燃料乙醇)由于使用自打井水源而質(zhì)燃料乙醇需以0. 9111(燃料乙醇價(jià)格折算系數)乘以低于地區一般水平(50元/t燃料乙醇),在基礎案例中我90#汽油出廠(chǎng)價(jià)賣(mài)給指定的石油公司,并且生物質(zhì)燃料們將該值修正為地區平均值。乙醇的銷(xiāo)售價(jià)格及生產(chǎn)成本間的差額由政府補貼,并且內部成本包括:資本成本,生產(chǎn)成本(不含折舊)和銷(xiāo)試點(diǎn)企業(yè)在試點(diǎn)期間免交銷(xiāo)售稅?；谶@些政策及我們售成本。建立的內部成本模型,我們給出蒙特卡洛模擬的假定條資本成本中初期總投資為38. 78千萬(wàn)元;應折舊年件,見(jiàn)表1。限15年;年折舊為2.585千萬(wàn)元。單位生產(chǎn)成本(不含折表1蒙特卡洛模擬假設條件舊)中:原料成本等于產(chǎn)乙醇率乘以原料單價(jià);輔料成本Table 1 Key assumptions of Monte Carlo Simulation132元/t燃料乙醇;變性用汽油成本等于0.05乘以汽油非關(guān)鍵變量?jì)r(jià)格;水、電、煤等能源成本346元/t燃料乙醇;勞動(dòng)力、銷(xiāo)售價(jià)格/元.t一1=0.9111X90#汽油價(jià)格(元/t)除原料外的其他成本投入同表2定義供應商及管理成本164元/t燃料乙醇;DDGS利潤沖減需求/t●a-1100 000成本-528元/t燃料乙醇;玉米餅利潤沖減成本一22元稅率/%0. /t燃料乙醇;玉米油利潤沖減成本為一245元/t燃料乙陳化玉米平均價(jià)格/元●t-1880關(guān)鍵變量的概率分布醇;CO2利潤沖減成本為0;維護和維修費用113元/t燃汽油價(jià)格分布(據2000年~2003年?yáng)|北地區月汽油價(jià)格統訐結果擬合見(jiàn)圖2).新鮮玉米市價(jià)分布(據1997年~2002年?yáng)|北地區新單位銷(xiāo)售成本:100元/t燃料乙醇。鮮玉米月平均價(jià)格統計結果擬合見(jiàn)圖3)相關(guān)性假定2經(jīng)濟性、風(fēng)險性分析T.由于每年的汽油價(jià)格彼此間并非完全獨立,往往前一年的價(jià)格對風(fēng)險是指不宜的事情發(fā)生的可能性。從項目投資的后-年的價(jià)格會(huì )有影響,因此我們假定相鄰年份的汽油價(jià)格相關(guān)系數為0.5";角度,風(fēng)險是指決策的最終結果產(chǎn)生變動(dòng)的可能性[13]。2.同理.每年的新鮮玉米價(jià)格彼此并非完全獨立.往往前-年的價(jià)結果變動(dòng)的可能性越大,決策的風(fēng)險性就越大。格對后-年的價(jià)格會(huì )有影響,因此我們假定相鄰年份的新鮮玉米價(jià)2.1經(jīng)濟指標格相關(guān)系數為0.5.本文選用期望凈現值E(NPV)(The Expected Net完全相關(guān)取1,獨立不相關(guān)取O;經(jīng)驗取值:高度相關(guān)取0.8;若相關(guān)系數取值偏高,E(NPV)模擬結果略偏低;此處取0.5.出于中性估計。Present Value) 及期望內部收益率(The ExpectedInternalRateofReturn)為項目經(jīng)濟性和風(fēng)險性的評估指標。NPV是在投資決策中起重要作用的金融/經(jīng)濟指3敏感度分析標之一,由式(1)14計算得出本文應用“轉換值法”對項目進(jìn)行敏感度分析。變量NPV = ZNCF./(1 + k)”- INV(1)的轉換值為項目的凈現值為零或內部收益率等于折現率時(shí)變量中國煤化工值越小,改變量對項目式中NCF"項目生命周期N年內第n年發(fā)生的凈凈現值MHCNMHG醇項目主要變量的轉換現金流; k-貼現率(DiscountRate,企業(yè)要求的收益值列于表2中?？梢?jiàn)對玉米燃料乙醇項目期望凈現值起率); INV-初期投資。決定性影響作用的是汽油價(jià)格、玉米市價(jià)、及玉米出酒以IRR表示項目生命周期內實(shí)際產(chǎn)生的利息率,它率。等于NPV置雹時(shí)的貼現率。所謂的期望值定義為所有可能結果的加權平均值。第3期方芳等:中國玉 米燃料乙醇項目經(jīng)濟性評估241新鮮玉米為原料的情況相比,陳化玉米燃料乙醇項目?jì)鬖opntic分布平均值=3463.07 ,標差=144.19現值的可能值范圍窄,從一6億到0,因此可以肯定在現階段,若無(wú)外部補貼陳化玉米燃料乙醇的項目經(jīng)濟g 1.00上不可接受,若有外部補貼,使得項目的期望凈現值為0.0零，陳化玉米燃料乙醇的項目可行且風(fēng)險較新鮮玉米燃.2料乙醇項目小。2.62.83.03.23.43.03.84.04.3汽油價(jià)格/x10'元中”1.0r圖2東北地區汽油價(jià)格分布的概率密度函數).8"平均值-4.70X10Fig.2 Probability density function of gasoline's.0.起0.4price in Northeast China1.2 .Hxreme Vilue分布14 -1.2-1.0 -0.8 -0.8-0.4-1.2 0 0.2 0.4 0.0平均值=876.945,標座=71.75X10元77.081 D 3a.新鮮玉米為原料0.8平均值-2.82X10*1.91.0 1.1 1.2 1.3新鮮玉米市價(jià)/X10元10.2圖3東北地區新鮮玉米價(jià)格分布的概率密度函數-600-400-200Fig.3 Probability density function of freshcorn's price in Northeast China100%1.陳化玉米為原料表2基礎案例主要變 量轉換值.Table 2 Presentation of switching values圖4凈現值累積概率分布圖玉米的市價(jià)均值-18.12%Fig.4 NPV accumulative static distribution chart出酒率- 18.12%汽油價(jià)格均值17. 93%總之,從.上面對基礎案例經(jīng)濟性分析可得結論:若無(wú)輔料價(jià)格變性用汽油成本外部補貼,玉米燃料乙醇項目在該地區(東北地區)經(jīng)濟水、電、煤等能源成本性在當前不可接受。東北地區是全國玉米主產(chǎn)地,在東北勞動(dòng)力、供應商及管理成本地區運行玉米燃料乙醇項目較國內其他地區具備更低原副產(chǎn)品利潤69. 77%維護維修成本料成本、更短運輸距離等諸多優(yōu)勢,因此國內其他地區運單位銷(xiāo)售成本行玉米燃料乙醇項目經(jīng)濟.上更不可行。稅率4.2 經(jīng)濟性得到改善的條件及可能注:“一”表示絕對值大于100%或不存在。玉米乙醇是可再生能源,是未來(lái)不斷枯竭的不可再生能源之替代能源的重要來(lái)源之一。4討論和結論通過(guò)敏感度分析可知,影響玉米燃料乙醇經(jīng)濟性的主要因素為汽油價(jià)格、玉米價(jià)格和產(chǎn)酒率。玉米燃料乙醇4.1項目的可接受性圖4給出了500次模擬運營(yíng)項目的結果.玉米燃項目的可接受性和其內部成本和外部環(huán)境均緊密相關(guān)。料乙醇項目?jì)衄F值的累積概率分布(新鮮玉米為原料根據轉換值分析結果可得,若以下條件在將來(lái)能得到滿(mǎn)足,則玉米燃料乙醇項目的經(jīng)濟性將會(huì )得到改善:(a),陳化玉米為原料(b))。新鮮玉米燃料乙醇項目的期望凈現值為正的概率為1)若汽油價(jià)格的均值提高17.93%(見(jiàn)表2),即由2. 92%;期望凈現值的平均值為一3.79億元,即每噸燃3463元/t(見(jiàn)圖2)升至4080元/t,則項目的期望凈現值料乙醇平均需379元的外部補貼才能使項目在經(jīng)濟上可NPV(10%)將會(huì )由負轉正。在現今世界石油儲備不斷減接受(即期望凈現值為零);另外項目?jì)衄F值的可能值范少、汽泊中國煤化工的環(huán)境下,該條件的實(shí)現是有可圍廣,從-14億元到6億元,因此,即使有外部補貼使得.能的。期望凈現值為零,項目結果的不確定性依然很大，即風(fēng)險TYHLNNMH格均值降低 18.12%(見(jiàn)大表2),即從877元/t(見(jiàn)圖3)降至718元/t時(shí),項目期望陳化玉米燃料乙醇項目的期望凈現值為正的概率幾凈現值會(huì )由負轉正。乎為零;期望漁現值的平均值為--2.82億元，即每噸燃3)或者,當玉米的產(chǎn)酒率提高18. 12%(見(jiàn)表2),由料乙醇需282元外部補貼才能使其期望凈現值為零;和1:3.34提高到1:2.86,比如，通過(guò)引進(jìn)高淀粉質(zhì)的良242農業(yè)工程學(xué)報2004年種實(shí)現該條件,則項目期望凈現值將為正值。externalities[J]. NEA updates, NEA News 2002,20(1):144)或者,當玉米燃料乙醇副產(chǎn)品的利潤提高-169.77%(見(jiàn)表2),由795元/t提高至1340 元/t,例如，[7] Euro Commission. EUR 20198 - External Costs: Research通過(guò)提高副產(chǎn)品的生產(chǎn)效率實(shí)現該條件還是有可能的,results on socio- environmental damages due to electricitynd transport[R]. Office for Official Publications of the項目將可接受。European Communities, 2003.5)另外,若上述幾種改進(jìn)方法同時(shí)作用,則項目的[8]中 國變性燃料乙醇國家標準[S], GB18350- 2001.經(jīng)濟性得到改善的可能性會(huì )更大。因此,盡管現階段玉米[9] Jacques K，Lyons T P，Kelsall D R. The Alcohol燃料乙醇項目經(jīng)濟上不可接受，但其經(jīng)濟性還是有希望Textbook [M ]. Third Edition， Nottingham University在將來(lái)得到改善的。Press，Nottingham, United Kingdom, 1999, 267.[10] 中國勞動(dòng)力統計年鑒(2001)[M].北京:中國統計出版社，[參考文獻]2001,191.[1] Allredo Cadenas，Sara Cabezuo. Biofules as sustainable[11]中國國家統計局.中國統計年鑒(2001)[M].北京:中國統technologies: Perspectives for less developed countries[J ].計出版社,2001.12.Technological Forecasting and Social Change 58, 1998 ,83-[12] 中國電力年鑒編委會(huì ).中國電力年鑒(2001)[M].北京:中.103.國電力出版社,2001,12.[2] Jacques K，Lyons T P，Kelsall D R. The Alcohol[13] James R McGuigan, Charles Moyer R, Frederick H deB.Harris Managerial Economics: Applications. Strategy,Press，Nottingham. United Kingdom，1999.257.and Tactics [ M].9m edition， South-western College[3] California Energy Commission staffs. U. S. energy industryPublishing, a division of Thomson Learning，2002， 38.production capacity outlook(August 2001)[R ]. Publication[14] Belli, Pedro. Economic analysis of investment operations :number P600 -01- 017.10.analytical tools &. practical applications[R]. World Bank[4] Canadian Renewable Fuels Association. Ethanol productionpublisher, 2001 ,105- 106.in Canada [R ]. http://www. greenfuels. org/ethaprod.[15] @ Risk manual, version 4. 5[M]. Palisade Corporation,html2002.[5] Harry Braun. Calculating hydrogen production costs[R ].[16] Belli, Pedro. Economie analysis of investment operations :Hydrogen news (the official publication of the hydrogenpolitical action committee), 2003, USA. .publisher, 2001,101- 111[6] Nameee X，Bertel E， Fraser P. Energy policy andEconomic assessment on corn-based fuel ethanol projects in ChinaFang Fang, Yu Suiran, Wang Chengtao(Life Quality via Mechanical Engineering Institute, School of MechanicalEngineering, Shanghai Jiao Tong Universily, Shanghai 200030, China)Abstract: This paper aims to assess the economic feasibility and long- term investment risks of corn- based fuelethanol(CFE) projects in China. First, based on CFE production processes and data collected on-site, internal costmodel of CFE was set up first, and then the projects’ net cash flow(NCF) and net present value (NPV ) weresimulated in computer using Monte Carlo method. Thereafter, reasons underlying the results were analyzed throughsensitivity analysis, revealing that CFE has little possibility to get accepted for the time being, and possible solutionscenarios were proposed, too.Key words : corn-based fuel ethanol; economic feasibility; risk assessment ; project assessment中國煤化工MHCNMHG