中国玉米燃料乙醇项目经济性评估

第20卷第3期农业工程学报Vol.20 No. 32004年5月' Transactions of the CSAEMay 2004239中国玉米燃料乙醇项目经济性评估方芳， 于随然，王成焘(上海交通大学机械动力工程学院,生命质量与机械工程研究所,上海200030)摘要:该文从微观角度分析评估中国玉米燃料乙醇生产项目的经济及投资风险。通过考察玉米燃料乙醇试点生产厂及当地玉米产区,根据相关文献修正不具备地区-般性的数据,基于Excel建立东北地区玉米燃料乙醇项目基础案例,同时用蒙特卡洛(MonteCarlo)模拟法模拟项目运营的现金流和净现值,并对模拟结果进行敏感性分析。最终得出结论,中国玉米燃料乙醇项目若无外部补贴则不可接受;同时依据敏感性分析结果论述了玉米燃料乙醇项目的经济性在将来得到改善的条件及可能性。关键词:玉米燃料乙醇;经济可行性;风险评估;项目评估中图分类号: F307.5文献标识码: A文章编号:1002-6819(2004)03- 0239-04政府经济补贴等)[5-7]。“内部成本”的称法相对于“外部0引言成本”概念而来。“外部成本”特指企业在“外部”产生的成生物质燃料乙醇(Biomass fuel ethanol)不仅是可再本,包括来自外部(如政府)的补贴,以及企业废弃物排放生能源,而且可减少温室气体的排放1。几十年前,汽油对外部社会单元造成的损失和损害-外部环境成醇(燃料乙醇和汽油的混合物)作为汽油替代能源在世界本[7许多国家和地区的车辆燃油市场上得到广泛应用和推外部环境成本是对生产系统进行生命周期评估广。生物质原料的选择通常采取地区主要农作物[2],例(Life Cycle Assessment, 详见ISO14040~14043标准)如,巴西以甘蔗为原料;而北美则主要采用淀粉质谷物,时引入的概念,用于全面评估生产系统对环境的影响。由其中90%为玉米;加拿大主要采用低营养的大麦、玉米、于本文旨在从微观角度分析玉米燃料乙醇生产项目的经小麦等谷物[2- 4。济生存性及投资风险,因此将考虑玉米燃料乙醇项目的我国也正在实施生物质燃料乙醇的试点生产和使内部成本,其后分析政府的补贴,但对其外部环境成本用。对我国而言,生物质燃料乙醇还有另一重要意义:它(即项目对环境的影响)将不做考虑。可以消耗过剩陈化粮,甚至可能带动农村地区局部经济1. 1燃料乙醇生产流程发展。2002 年河南省、黑龙江省和吉林省分别开展小麦生物质燃料乙醇的乙醇含量为99. 5%(w/w),它的燃料乙醇和玉米燃料乙醇的试点生产。值得注意的是，生产过程和饮用白酒的生产过程非常类似，差别在于加采用不同原料生产燃料乙醇其经济性和风险性也不同。入了工业乙醇生产中的脱水环节[1.8]。生物质燃料乙醇的而且即使采用相同的原料,原料成本、出酒率、劳动力价原料可大致分为三类:淀粉质、糖蜜质、纤维素类。玉米属格等经济因素差异的存在亦会导致不同地区/国家的燃于淀粉质原料。玉米燃料乙醇的工艺过程如图1所示。料乙醇项目经济性和风险性的不同。原料干月→[粉碎} τC混料本文考察了黑龙江省燃料乙醇试点生产厂及当地玉玉米油]米产区,根据采集到的燃料乙醇生产相关数据,基于[辅料 ]液化和糖化COLExcel建立玉米燃料乙醇项目基础案例,同时用Monte.[蒸馆←口 发酵Carlo法模拟项目运营的现金流和净现值,并对模拟结果进行了敏感性分析,最终讨论得出我国玉米燃料乙醇C后处理]←分离] [变性-变性燃料乙醉项目经济性和风险性评估结论。物}一股水1 成本分析DDGS沼气公司/项目的完全成本(Full Cost)包括内部成本- +肥料和其他副产品(Internal Cost ,指传统意义上的投资运营成本)和外部成本(External Cost/ Externality,包括外部环境成本、中国煤化工产工艺流程..MYHC N M H Gfuel ethanol production收稿日期:2003-11-10修订日 期:2004-02-18基金项目:中美能源基金(G0205-06347)生物质原料所含的淀粉首先经液化变成糊精,随后作者简介:方芳(1979-),女,安徽肥东人,硕士生,专 业方向全生命变成可发酵的糖,然后经过发酵和蒸馏,得到95. 6%(w/周期评估,上海交通大学机械工程及自动化工学士,上海交通大学金w)的乙醇,再通过脱水得到99. 5%(w/w)的高浓度乙醇融学学务占海淬連大学机械动力工程学院,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农业工程学报2004年质使之不能再食用,这-过程称为变性。生产过程中还有对于可用货币衡量的风险项目，其风险性可接受的-些副产品产生,如CO2、DDGS (Dried Distillers' Grain标准为期望净现值E(NPV)不能为负,且需至少高于其with Soluble,-种动物饲料)、沼气、玉米油、玉米饼等。他互斥选项的期望净现值。大多数情况下,这个标准1.2 内部成本分析也就是要求项目的期望内部收益率超过其资本的机会成根据采集到的数据,本文建立了我国东北地区玉米本,如投资政府债券的收益率。燃料乙醇基础案例。基础案例燃料乙醇生产厂的规模为2.2 蒙特卡洛模拟年产10万t变性燃料乙醇(按体积比，95%的燃料乙醇，期望净现值全面考虑项目年度净现金流的所有可能5%的汽油);原料采用玉米(含水量14. 5%);产乙醇率值。本文应用软件@Risk 4.5[15]模拟项目运营,并统计年为3.34t玉米产1t燃料乙醇;乙醇厂所在地为我国东净现值模拟结果的概率分布,在此基础上计算项目期望北地区;机器工作时间为每年330 d;2002年作为成本计净现值。该程序算法基于蒙特卡洛模拟法(MonteCarlo算基准年。设备的成本视所用技术和功率的不同而差别simulation methodol)。在蒙特卡洛模拟中,我们在计算很大;实际上,任何设备的投资具有很强的地域性59。所机中根据设定的条件对同一项目进行成百上千次运行,以,基础案例的“初期投资”根据现场采集的数据设定。我然后统计运行结果,得出项目净现值的概率分布。们对所有现场采集数据是否具有地区一般性都进行了审2.3模拟条件核,并根据相关参考资料([0-12]修正了水、能源成本。试点中国政府[2001]1134号文件要求,在试点期间生物厂的水成本(10元/t燃料乙醇)由于使用自打井水源而质燃料乙醇需以0. 9111(燃料乙醇价格折算系数)乘以低于地区一般水平(50元/t燃料乙醇),在基础案例中我90#汽油出厂价卖给指定的石油公司,并且生物质燃料们将该值修正为地区平均值。乙醇的销售价格及生产成本间的差额由政府补贴,并且内部成本包括:资本成本,生产成本(不含折旧)和销试点企业在试点期间免交销售税。基于这些政策及我们售成本。建立的内部成本模型,我们给出蒙特卡洛模拟的假定条资本成本中初期总投资为38. 78千万元;应折旧年件,见表1。限15年;年折旧为2.585千万元。单位生产成本(不含折表1蒙特卡洛模拟假设条件旧)中:原料成本等于产乙醇率乘以原料单价;辅料成本Table 1 Key assumptions of Monte Carlo Simulation132元/t燃料乙醇;变性用汽油成本等于0.05乘以汽油非关键变量价格;水、电、煤等能源成本346元/t燃料乙醇;劳动力、销售价格/元.t一1=0.9111X90#汽油价格(元/t)除原料外的其他成本投入同表2定义供应商及管理成本164元/t燃料乙醇;DDGS利润冲减需求/t●a-1100 000成本-528元/t燃料乙醇;玉米饼利润冲减成本一22元税率/%0. /t燃料乙醇;玉米油利润冲减成本为一245元/t燃料乙陈化玉米平均价格/元●t-1880关键变量的概率分布醇;CO2利润冲减成本为0;维护和维修费用113元/t燃汽油价格分布(据2000年~2003年东北地区月汽油价格统讦结果拟合见图2).新鲜玉米市价分布(据1997年~2002年东北地区新单位销售成本:100元/t燃料乙醇。鲜玉米月平均价格统计结果拟合见图3)相关性假定2经济性、风险性分析T.由于每年的汽油价格彼此间并非完全独立,往往前一年的价格对风险是指不宜的事情发生的可能性。从项目投资的后-年的价格会有影响,因此我们假定相邻年份的汽油价格相关系数为0.5";角度,风险是指决策的最终结果产生变动的可能性[13]。2.同理.每年的新鲜玉米价格彼此并非完全独立.往往前-年的价结果变动的可能性越大,决策的风险性就越大。格对后-年的价格会有影响,因此我们假定相邻年份的新鲜玉米价2.1经济指标格相关系数为0.5.本文选用期望净现值E(NPV)(The Expected Net完全相关取1,独立不相关取O;经验取值:高度相关取0.8;若相关系数取值偏高,E(NPV)模拟结果略偏低;此处取0.5.出于中性估计。Present Value) 及期望内部收益率(The ExpectedInternalRateofReturn)为项目经济性和风险性的评估指标。NPV是在投资决策中起重要作用的金融/经济指3敏感度分析标之一,由式(1)14计算得出本文应用“转换值法”对项目进行敏感度分析。变量NPV = ZNCF./(1 + k)”- INV(1)的转换值为项目的净现值为零或内部收益率等于折现率时变量中国煤化工值越小,改变量对项目式中NCF"项目生命周期N年内第n年发生的净净现值MHCNMHG醇项目主要变量的转换现金流; k-贴现率(DiscountRate,企业要求的收益值列于表2中。可见对玉米燃料乙醇项目期望净现值起率); INV-初期投资。决定性影响作用的是汽油价格、玉米市价、及玉米出酒以IRR表示项目生命周期内实际产生的利息率,它率。等于NPV置雹时的贴现率。所谓的期望值定义为所有可能结果的加权平均值。第3期方芳等:中国玉 米燃料乙醇项目经济性评估241新鲜玉米为原料的情况相比,陈化玉米燃料乙醇项目净Lopntic分布平均值=3463.07 ,标差=144.19现值的可能值范围窄,从一6亿到0,因此可以肯定在现阶段,若无外部补贴陈化玉米燃料乙醇的项目经济g 1.00上不可接受,若有外部补贴,使得项目的期望净现值为0.0零，陈化玉米燃料乙醇的项目可行且风险较新鲜玉米燃.2料乙醇项目小。2.62.83.03.23.43.03.84.04.3汽油价格/x10'元中”1.0r图2东北地区汽油价格分布的概率密度函数).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,标座=71.75X10元77.081 D 3a.新鲜玉米为原料0.8平均值-2.82X10*1.91.0 1.1 1.2 1.3新鲜玉米市价/X10元10.2图3东北地区新鲜玉米价格分布的概率密度函数-600-400-200Fig.3 Probability density function of freshcorn's price in Northeast China100%1.陈化玉米为原料表2基础案例主要变 量转换值.Table 2 Presentation of switching values图4净现值累积概率分布图玉米的市价均值-18.12%Fig.4 NPV accumulative static distribution chart出酒率- 18.12%汽油价格均值17. 93%总之,从.上面对基础案例经济性分析可得结论:若无辅料价格变性用汽油成本外部补贴,玉米燃料乙醇项目在该地区(东北地区)经济水、电、煤等能源成本性在当前不可接受。东北地区是全国玉米主产地,在东北劳动力、供应商及管理成本地区运行玉米燃料乙醇项目较国内其他地区具备更低原副产品利润69. 77%维护维修成本料成本、更短运输距离等诸多优势,因此国内其他地区运单位销售成本行玉米燃料乙醇项目经济.上更不可行。税率4.2 经济性得到改善的条件及可能注:“一”表示绝对值大于100%或不存在。玉米乙醇是可再生能源,是未来不断枯竭的不可再生能源之替代能源的重要来源之一。4讨论和结论通过敏感度分析可知,影响玉米燃料乙醇经济性的主要因素为汽油价格、玉米价格和产酒率。玉米燃料乙醇4.1项目的可接受性图4给出了500次模拟运营项目的结果.玉米燃项目的可接受性和其内部成本和外部环境均紧密相关。料乙醇项目净现值的累积概率分布(新鲜玉米为原料根据转换值分析结果可得,若以下条件在将来能得到满足,则玉米燃料乙醇项目的经济性将会得到改善:(a),陈化玉米为原料(b))。新鲜玉米燃料乙醇项目的期望净现值为正的概率为1)若汽油价格的均值提高17.93%(见表2),即由2. 92%;期望净现值的平均值为一3.79亿元,即每吨燃3463元/t(见图2)升至4080元/t,则项目的期望净现值料乙醇平均需379元的外部补贴才能使项目在经济上可NPV(10%)将会由负转正。在现今世界石油储备不断减接受(即期望净现值为零);另外项目净现值的可能值范少、汽泊中国煤化工的环境下,该条件的实现是有可围广,从-14亿元到6亿元,因此,即使有外部补贴使得.能的。期望净现值为零,项目结果的不确定性依然很大，即风险TYHLNNMH格均值降低 18.12%(见大表2),即从877元/t(见图3)降至718元/t时,项目期望陈化玉米燃料乙醇项目的期望净现值为正的概率几净现值会由负转正。乎为零;期望渔现值的平均值为--2.82亿元，即每吨燃3)或者,当玉米的产酒率提高18. 12%(见表2),由料乙醇需282元外部补贴才能使其期望净现值为零;和1:3.34提高到1:2.86,比如，通过引进高淀粉质的良242农业工程学报2004年种实现该条件,则项目期望净现值将为正值。externalities[J]. NEA updates, NEA News 2002,20(1):144)或者,当玉米燃料乙醇副产品的利润提高-169.77%(见表2),由795元/t提高至1340 元/t,例如，[7] Euro Commission. EUR 20198 - External Costs: Research通过提高副产品的生产效率实现该条件还是有可能的,results on socio- environmental damages due to electricitynd transport[R]. Office for Official Publications of the项目将可接受。European Communities, 2003.5)另外,若上述几种改进方法同时作用,则项目的[8]中 国变性燃料乙醇国家标准[S], GB18350- 2001.经济性得到改善的可能性会更大。因此,尽管现阶段玉米[9] Jacques K，Lyons T P，Kelsall D R. The Alcohol燃料乙醇项目经济上不可接受，但其经济性还是有希望Textbook [M ]. Third Edition， Nottingham University在将来得到改善的。Press，Nottingham, United Kingdom, 1999, 267.[10] 中国劳动力统计年鉴(2001)[M].北京:中国统计出版社，[参考文献]2001,191.[1] Allredo Cadenas，Sara Cabezuo. Biofules as sustainable[11]中国国家统计局.中国统计年鉴(2001)[M].北京:中国统technologies: Perspectives for less developed countries[J ].计出版社,2001.12.Technological Forecasting and Social Change 58, 1998 ,83-[12] 中国电力年鉴编委会.中国电力年鉴(2001)[M].北京:中.103.国电力出版社,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中国煤化工MHCNMHG