蘇世偉^1,2，陳妍¹，聶影^2,3

（1.南京林業大學經濟管理學院，江蘇南京210037；2.國家林業局林產品經濟貿易研究中心，江蘇南京210037；3.金陵科技學院，江蘇南京211169）

　　摘要：物流成本分析與優化問題是供應鏈環節中各企業所關注的核心，對于生物質燃料這一新興產業來說更是重中之重。依據供應鏈環節和生物質原料生命周期理論將其物流成本分為收集成本、存儲成本和運輸成本3類進行研究，得出以下結論：（1）生物質燃料供應鏈物流成本的研究對象與研究區域受到中國獨特的農業結構與經營模式的限制；（2）國外研究學者對物流成本的定量化研究漸趨成熟，而國內還處于方法借鑒與案例分析的階段，未來研究需要結合中國國情，構建體現中國典型農村區域及生物質能源產業特征的數量模型與研究方法；（3）生物質燃料原材料特殊屬性以及運輸收集過程的不確定因素對物流成本影響相關文獻研究欠缺，這是國內學者今后可能的研究方向。

　　生物質燃料作為一類新能源，可以緩解不可再生資源大量消耗和溫室氣體排放的嚴重問題。生物質燃料生產與使用歷經3代產品，第1代是生物乙醇和生物汽油；第2代是纖維素乙醇燃料；第3代是藻類生物質燃料^[1-3]。國內外相當重視生物質燃料的產業化發展，2000年美國國會通過《生物質R&D法案》，規定到2220年生物質制取交通燃料要占燃料消費量的10％。歐盟在2002年發表綠皮書《朝著歐盟能源供應安全的戰略》中指出，到2220年替代燃料將占到汽車燃料的20％，其中生物質燃料占到8％^[4]。

　　我國生物質燃料的原料主要是稻麥秸稈等農作物剩余物質和林木生物質剩余，其大部分應用于沼氣供應、生物質發電供應以及固體成型燃料和生物液體燃料供應。其中，生物質發電發展規模迅速，裝機規模以每年30％以上的速率增長，2013年農林生物質直燃發電項目并網容量420萬kW，生物質發電裝機達到850萬kW^[5]。國家林業局在《全國林業生物質能發展規劃（2211-2220年）》中估算我國林木生物質能源潛力約180億t，中國生物質能源產業的發展前景可觀^[6]。

　　我國生物質能源產業發展多年，但存在產業規模小和生產成本高的問題。產業規模化發展需求與原料零散供應的現實矛盾，使得中國生物質燃料供應鏈物流成本研究顯得尤為重要。本研究依據生物質燃料的生命周期，將物流成本分解為收集成本、存儲成本和運輸成本3個部分，期望通過對國內外文獻的歸納和總結，梳理3個類型成本的研究進展，指明生物質燃料供應鏈物流成本的研究趨勢，為我國生物質燃料供應鏈的物流成本相關研究提供參考。

　　1生物質燃料供應鏈物流成本的衍生

　　生物質燃料供應鏈按照原料可分為油類、含糖或淀粉作物、木質纖維素等原料為主的供應鏈類型^[7]，每種供應鏈基本包含收割、收集、打包、運輸、烘干、儲存和預處理環節。筆者根據國外學者Rimppi等^[8]和國內學者張晟義^[9]對生物質燃料供應鏈的相關研究，將生物質燃料生命周期劃分為原料收集與選擇、原料加工及精煉和原料使用途徑3個階段，相應的涉農供應鏈物流成本分解為收集成本、存儲成本和運輸成本，詳見圖1。

　　收集成本是農林廢棄物、禽畜糞便以及能源植物等生物質燃料原材料收集所耗費的成本，因為原材料的資源密度較低，收集成本是生物質燃料物流成本的重要影響因素^[10]。

　　運輸成本是從原材料收集地到精煉加工廠，再到發電廠或加油站等一系列過程中涉及有關運輸方式產生的成本。在供應鏈管理中，運輸工具選擇和運輸成本受到技術、社會、環境、法律以及政策框架的影響。另外，運輸成本的影響因素還與運輸原材料的特性、運輸工具的承載力和倉庫加工點之間的距離相關。

　　存儲成本又稱為庫存成本，是生物質燃料原材料收集后進行存儲貯藏過程中所產生的成本費用。農業生物質原材料只有在其收獲季節才可獲得，在時間上限制了生物質燃料的原料收集存儲^[11]。另外從設備和勞動力角度來看，原材料資源需求呈現出季節性變動，進而存儲空間上的成本增加。

　　2國內外研究模型與研究方法比較

　　2.1國外相關定量研究文獻

　　由于物流成本是供應鏈研究的重要部分，國內外學者通過建立數學模型和定量研究方法實現物流成本的優化，特別是生物質能源產業化水平較高的國外研究學者，在生物質能源供應鏈的物流成本定量研究方面貢獻突出，筆者在Seience Direct中以“Biofuel+supply chain”為關鍵詞檢索出具有代表性的1篇英文文獻。

　　在收集成本的研究中，Thorsell等通過計算農業機械成本，運用計算機程序模擬原材料的收集成本[12]；Mantovani等運用SLAM仿真語言對收集成本進行了研究分析^[13]；Higgins等結合澳大利亞的生物質燃料基本現狀采用參與性研究方法，最終得出可以通過改進收租的輪班制度和增加運輸基礎設施的利用率來減少收集成本^[14]。

　　Gronalt等創建新型模擬供應網絡研究林業生物質對運輸成本，估算了從林地—儲存基地—精煉廠的運輸過程中所有成本^[15]；而Ravula等運用離散事件的計算機仿真程序和背包模型，以棉花為研究對象，模擬影響棉花物流成本的主要參數，確定了運輸系統下一階段各類參數^[16]。

　　鑒于生物質燃料原材料季節性和不易存儲的特點，國外相關存儲成本的研究較為欠缺。Gmdo等曾利用動態規劃模型，通過控制庫存變量的方式確立生物量收集策略以實現物流成本的優化^[17]。

　　2.2國內相關定量研究文獻

　　與國外文獻相比，國內研究主要采用定性描述方法，也有借鑒和參考國外研究學者的定量研究方法。筆者以“生物質燃料+供應鏈”為關鍵詞檢索“中國學術期刊數據庫”，選擇在中國生物質燃料供應鏈物流成本研究方面具有代表性的7篇文獻（表1）。

　　邢愛華等根據我國秸稈生物質資源呈現島式分布的特點，建立了秸稈收集過程成本、能源消耗和污染物排放的數學模型，并對秸稈收集成本和能耗進行敏感性分析，確定秸稈的臨界收集量[18]；曹溢等根據生物質原料供應鏈原理，建立了相對合理的秸稈收集成本計算模型，結合實際案例對模型進行驗證和敏感性分析，最終提出降低收集成本的對策建議^[19]；檀勤良等考慮農戶個人收集和經紀人收集2種模式，建立秸稈成本測算模型，并對收集成本進行敏感性分析，發現收集半徑和經紀人數量是秸稈收集成本主要影響因素^[20]；劉崗等運用定積分微元分析法研究生物質秸稈的收集成本，發現收集成本過高是生物質氣化發電面臨的主要問題，提出可以通過提高生物質轉化率來解決這一障礙^[21]。

　　相關的運輸成本文獻研究中，鮑香臺等運用Arena仿真模型模擬從收集點→中轉站→生物質電廠的運輸過程的所有成本，研究了原料壓縮環節、預處理方式和車輛參數的變化對運輸系統產生的不同影響，得出壓縮是預處理中必不可少的環節，高效運輸方式的選擇也至關重要，并且壓縮比要適合當地情況而確定^[22]；吳金卓等建立了集收、儲、運為一體的生物質燃料供應鏈的集中型成本優化模型，得出秸稈燃料收集站地址的合理選擇和運輸距離的減少是運輸成本的主要影響因素，而運輸車輛類型對成本影響相對較小^[23]；俞宏德建立了燃料收集成本和收購站數量之間的函數關系，運用GIS模型確定收購站的選址方法，并利用EXTEND軟件計算了從收購站到電廠之間原料處理、燃料運輸等相關物流過程的離散仿真模型，最終得出最優運輸方案^[24]。

　　同樣，國內相關存儲成本的研究也很欠缺。常春陽建立倉庫規模動態規劃模型，應用SLP方法對倉庫平面布局設計并確定倉庫結構，通過多種生物質庫存控制非線性規劃模型，制訂生物質發電廠可以選擇的系列庫存方案^[25]。

　　3物流成本影響因素與研究對象的比較分析

　　物流成本類型的不同導致了成本影響因素也不相同，國內外農業林業種植情況以及地域地貌的的差異性使得國內外研究對象存在明顯差異。筆者進一步對上述16篇英文文獻和7篇中文文獻的成本影響因素和研究對象進行對比，得出以下結論（表2）。

　　在收集成本的相關研究中，我國學者主要以秸稈原料的收集成本為研究對象，這是由于我國的農業種植結構與國外存在很大差異。我國每年各類農作物秸稈產量高達6億?7億t，其中南方地區以麥秸和稻秸為主，占40％~60％^[26]。國內也有少部分研究涉及到其他生物質原料，陳輝在研究中比較了不具有季節收購性的桉樹、具有季節性的玉米秸稈原材料以及堆積密度大的蔗渣、稻殼原材料的收集成本^[27]。國外種植結構多元化使得研究對象也更豐富，包括木質纖維、玉米及玉米秸稈、低品質甘草和和甘蔗等。Thorell等對木質纖維苯酚的收集成本加以研究^[12]；Mantovani等對玉米、低品質甘草和木屑這3種生物質燃料原材料的收集成本進行了研究分析^[13]；HigginS等結合澳大利亞的生物質燃料基本現狀，研究了澳大利亞主要生物質燃料原料一一甘蔗^[14]。

　　學者們在運輸成本方面集中研究運輸過程中的影響變量。Caputo等從特定的車輛運輸成本、車輛能力等變量進行研究，以評估物流運輸成本對生物質能源行業利潤的影響^[11]；JekinS等以生物質能源系統為切人點，分析不同的生物質燃料原材料收集和運輸成本，確定不同的生物質能源系統合理的成本構成比例^[28]；Hamelinck等創立了國際運輸物流的概念，并研發了一種工具對生物質能源供應鏈的關鍵影響參數進行評估^[29]。國內陳輝研究不同運輸材料與運輸工具對運輸成本的影響^[27]；鮑香臺等研究不同預處理方式和車輛參數變化對整個運輸系統產生的影響^[22]；吳金卓等指出要合理選擇秸稈燃料收集站地址以減少運輸距離^[23]；俞宏德對收購站數量和燃料運輸成本的關系進行研究^[24]。

　　在存儲成本研究中國內外研究學者集中于存儲方式的研究。陳輝總結了廠內存儲和廠外存儲是目前常用的2種燃料存儲方式^[27]；黎玉婷比較分析了開放式存儲、覆蓋式存儲、倉庫式存儲和厭氧式存儲這4種生物乙醇原料的存儲方法^[30]；常春陽利用規劃模型對存儲地址進行最優布局^[25]。國外學者Rentielas分析了3種常用的存儲方式并將其運用到實際案例中比較其存儲效率，得出成本最低的存儲方式^[31]。除此之外還介紹了存儲方式的組合應用可以減少存儲空間，從而實現存儲成本的節約。

　　4現有研究的不足和進一步研究展望

　　我國生物質燃料供應鏈物流成本的相關研究還存在諸多問題，如模型原創和定量化分析還相對欠缺、研究成果未能對生物質燃料供應鏈產業化發展形成有效的理論支撐。

　　首先，在收集成本研究中，我國主要是以水稻和小麥為主，因此稻麥秸稈占總量40％~60％，特有的農業結構決定了稻麥秸稈為學者們的主要研究對象^[32]，而國外種植結構更趨于多元化，研究對象更加豐富，玉米、甘蔗等其他秸稈也常見于相關文獻中。所以在未來我國生物質燃料供應鏈的物流成本研究中需要關注原材料研究對象的多樣化。

　　其次，由于國外大多數采用的是集中型大型機械化農場經營模式，因此國外學者在運輸成本的研究上能夠更好地借助于模型來得出優化成本方案。而我國的農戶經營規模普遍較小且地塊分散，經營模式和地域限制就使得國內研究模型建立和數據收集受限；且地區之間的經濟發展不平衡決定了我國在短期之內不可能實現像發達國家那樣的大型集體機械化農場，相對來說，能夠形成量化的研究比較少。學者未來需要根據我國情況，建立適合中國經營模式的計量模型，這樣也能夠為企業提供精準的成本優化方案。

　　最后，生物質原材料的季節可用性與不易存儲性使其研究存在諸多不確定因素，導致國內外存儲成本研究不足。未來學者研究過程中，需要將可能涉及到的某個或多個隨機因素考慮進去，進而提高研究結果的可行性和可靠性。例如，天氣隨機變量對原材料變質、存儲地點、存儲周期和存儲成本影響分析，國家政府財稅政策、國際能源價格變量對原材料的生產和收集產生的影響等。

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