曹佳俊秸稈回收物流系統(tǒng)設計與評價.docx

畢業(yè)設計（論文）題 目: 秸稈回收物流系統(tǒng)設計與評價 院 系經濟管理系專業(yè)班級工商0901班學生姓名曹佳俊指導教師任峰 二一三年六月27 / 32秸稈回收物流系統(tǒng)設計與評價摘要我國作為農業(yè)大國，擁有豐富的生物質能源，這其中秸稈資源又是重要的組成部分，秸稈具有較高的綜合利用價值，但由于其固有的特性，導致了其回收利用的難題，為此，本文對秸稈回收物流系統(tǒng)的構建和優(yōu)化進行了研究。首先，通過整理相關文獻，對秸稈資源的特點進行了總結，包括品種、熱值、總量，分布，并歸納了秸稈利用的方式和現(xiàn)狀以及回收利用中存在的問題。其次，運用物流學、經濟學、管理學等多學科的理論，提出了構建秸稈回收物流系統(tǒng)的目標和原則，給出了其基本流程和結構，以及成本構成。并分析了對該系統(tǒng)進行優(yōu)化設計的切入點。其次，根據(jù)秸稈回收流程，分析了秸稈回收物流系統(tǒng)中的三個問題，即：回收站的設置問題，回收站的運行方式以及回收站和秸稈綜合利用企業(yè)的關系問題。并根據(jù)研究結論提出了相應的政策建議。最后，根據(jù)研究結論，探討了本文研究的不足，包括：缺少實證分析，沒有對秸稈貯存進行詳細的分析等，并據(jù)此對進一步的研究方向進行了展望。關鍵詞：秸稈；回收；物流系統(tǒng)Straw recycling logistics system design and evaluationABSTRACT China, as a large agricultural country, has a rich biomass resource. The straw resource is an important component of it. Straw has a high utilization value. But its inherent properties lead to a difficult problem of recover. So this paper studies on the problem of construction and optimization of the straw recycling logistics system. Firstly, this paper analyzes the characteristic of straw, including its varieties, Calorific value, total quantities and the distribution situations by arranging the relevant documentations and the data of China Statistical Yearbook. Whats more, the first part induction the use patterns of the straw, and analyses the problems of its recovery. Secondly, by using the logistics system theory, economy theory and management theory, this paper proposes the objectives and principles of constructing straw recycling logistics system, and gives its basic process, structure and cost structure. At the end of this part, this paper proposes three questions as the starting point of the optimization of the system. Thirdly, this paper analyses the three questions, including: install of the recycle sites, the way the recycle sites operate and the relationship between the recycle sites and the comprehensive utilization of straw. And at the end of each question, this paper proposes the policy recommendations. Finally, according to research findings, this paper explores the shortcomings, including: lack of empirical analysis, no detailed analysis of straw storage, etc. And accordingly further research directions are discussed.Keywords: Straw; Recycle; Logistics System目錄摘要IABSTRACTII1 緒論11.1研究背景及意義11.2 國內外研究現(xiàn)狀21.2.1國外研究現(xiàn)狀21.2.2國內研究現(xiàn)狀32 秸稈利用現(xiàn)狀分析42.1 生物質能發(fā)展現(xiàn)狀42.2秸稈的品種、年產量和分布42.2 秸稈回收利用的主要途徑63 秸稈回收物流系統(tǒng)的構成93.1 系統(tǒng)構建的目標和原則93.1.1系統(tǒng)構建的目標93.1.2 系統(tǒng)構建的原則93.2 秸稈回收物流系統(tǒng)的基本流程和結構103.3 秸稈回收物流系統(tǒng)優(yōu)化研究103.3.1秸稈回收物流系統(tǒng)的成本構成103.3.2秸稈回收物流系統(tǒng)優(yōu)化過程中需要考慮的幾個問題114 秸稈回收物流系統(tǒng)的優(yōu)化124.1 回收站設置問題研究124.1.1 基本假設124.1.2設置7個回收站時的成本構成124.1.3設置3個回收站時的成本構成144.1.4設置1個回收站時的成本構成154.1.5三種模式的比較和討論154.2回收站回收方式研究164.2.1 參數(shù)假定164.2.2“農戶送貨上門”174.2.3“回收站以固定收購價格A上門收購”174.2.4“回收站以變動收購價格上門收購”184.2.5 結果討論194.3回收站和工廠的關系問題研究204.3.1 基本假設與參數(shù)設定204.3.2 回收站作為下屬單位214.3.2 回收站作為獨立主體214.3.3 對比與討論224.4本章小節(jié)225 結論與展望245.1 結論245.2 展望24參考文獻：25致謝271 緒論1.1研究背景及意義能源是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎。我國作為世界第二大經濟體，最大的發(fā)展中國家，自新中國成立，特別是改革開放三十余年來，取得了巨大的經濟發(fā)展成就，與此同時，快速的經濟增長也消耗了大量的能源。根據(jù)國家統(tǒng)計年鑒的數(shù)據(jù)，2010年我國能源消費總量達到32.5億噸標準煤，且能源消費增長率在經歷金融危機的2008年的下降后，又開始重新攀升。作為人口第一大國，由于長期的粗放型增長方式，特別是我國以煤為主的能源消費結構，導致了我國面臨著更加嚴峻的人口、資源與環(huán)境壓力。圖1-1 2006年-2010年國內生產總值及增長率圖1-2 2006年-2010年能源消費總量及其增長率資源與環(huán)境是一個國家和民族生存和發(fā)展的基礎，隨著經濟的不斷發(fā)展，人口、資源與環(huán)境問題日益突出。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標，我國采取了包括大力發(fā)展可再生能源在內的五項措施。開辟出一條可再生能源利用之路，不僅是實現(xiàn)科學發(fā)展的必由之路，也是我國在新世紀國家競爭中占據(jù)有利地位的重要一方面。我國作為一個人口大國和糧食生產大國，擁有豐富的生物質能源，尤其是秸稈資源，據(jù)測算，每年我國可供利用的秸稈總量超過7億噸。因此，發(fā)展秸稈的綜合利用工程，包括秸稈發(fā)電、沼氣化等等，是非常有前景的行業(yè)。秸稈資源，由于其輕質化、密度低、分散化的特點，導致了其存在固有的收集難題，秸稈回收物流系統(tǒng)的不合理導致回收成本高，阻礙了秸稈綜合利用企業(yè)的競爭力提升，限制了秸稈資源綜合利用的產業(yè)化。因此，本文選擇秸稈回收物流系統(tǒng)的設計與優(yōu)化作為研究內容。1.2 國內外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀在國外的相關文獻中，歐洲的學者和企業(yè)界主要從如何最大化回收比例和最大化利用角度出發(fā)研究，美國的研究人員則側重如何最小化回收成本，具體的研究工作包括回收物流系統(tǒng)的網絡類型，回收物流系統(tǒng)的構建和評價等等。（1）回收物流網絡類型研究文獻24根據(jù)回收處理的形式，回收物流網絡被分為：再生產網絡，再循環(huán)網絡和再使用網絡。進一步的研究，文獻20加入了產品回收的驅動因素和回收處理的主體兩個變量。文獻25和文獻26根據(jù)回收利用的主體的不同，回收物流網絡分為開環(huán)網絡和閉環(huán)網絡。開環(huán)指回收后的使用者不是原始生產商，閉環(huán)指回收后的使用者是原始生產商。（2）回收物流網絡的模型構建研究國外大部分的研究將各種隨機情況進行確定性的近似后，將模型構建問題通過建立混合整數(shù)規(guī)劃模型或非線性規(guī)劃模型，從而加以解決，由于其具有的復雜性，一般采用啟發(fā)式算法。具體的應用，例如文獻27從歐盟的環(huán)境政策要求出發(fā)，建立“生態(tài)-經濟”模型，并探討了“經濟-生態(tài)”閉環(huán)供應鏈優(yōu)化問題。（3）回收物流系統(tǒng)評價研究 影響回收物流系統(tǒng)的隱身包括時間、地點、數(shù)量、質量等的不確定性、復雜性和分散性，因此對其的評價要綜合考慮經濟利益、社會效益、環(huán)境利益和技術問題。1.2.2國內研究現(xiàn)狀我國在秸稈回收物流系統(tǒng)方面研究起步較晚，文獻較少。國內的主要研究工作集中在回收物流系統(tǒng)的重要性和模型研究，回收物流的績效評價，回收物流運作管理模式研究等。（1）回收物流系統(tǒng)的重要性和模型研究包括強調回收物流系統(tǒng)成功實施需要政府的介入，文獻13從產業(yè)組織理論對回收物流系統(tǒng)進行分析，文獻14對回收物流系統(tǒng)的功能進行分類，研究其系統(tǒng)結構及相應的系統(tǒng)技術。以上研究方向都是從宏觀角度對回收物流系統(tǒng)的重要性進行研究，文獻15提出了進行回收物流研究急待解決的問題，并提出了一些設計原則。（2）回收物流績效評價研究 文獻16對回收物流的含義進行了定義并闡述了其戰(zhàn)略價值，文獻17從理論角度探討了回收物流，并提出了對其的考核原則和標準。文獻18運用層次分析法對第三方回收模式運行下的物流企業(yè)進行了評價。（3）回收物流運作管理模式研究 回收物流的模式主要有聯(lián)合回收、零售商回收，生產商回收，第三方回收等。在這個框架內，對各種具體的回收領域進行研究，例如:文獻19研究了廢舊電子產品，文獻3研究了有機廢棄物資源的沼氣化利用等等。綜上所述，在回收物流系統(tǒng)的研究方面，國外的研究，不管是理論還是應用，其深度和廣度都遠遠超過國內，并且，國內外專門針對秸稈回收物流系統(tǒng)的研究還是比較少。本文的包括生產商回收，聯(lián)合回收和第三方回收等，在同時考慮空間分布和經濟利益最大化的角度，評價各種回收模式的優(yōu)劣，設計出一種較優(yōu)的回收物流系統(tǒng)。2 秸稈利用現(xiàn)狀分析2.1 生物質能發(fā)展現(xiàn)狀作為可再生能源的重要組成部分，生物質能源的開發(fā)利用越來越受到人們的關注。生物質能（biomass energy ），就是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時也是唯一一種可再生的碳源。生物質生長過程中吸收CO2，排出O2，燃燒時排出CO2，其生產和利用構成了一個CO2的封閉循環(huán)，因此不會產生CO2的過度排放的問題，可以稱之為“CO2中性燃料”。而且生物質能源相比煤炭、石油等，含硫量、含氮量低，灰分少，因此，使用過程中SOx、NOx和粉塵的排放水平遠遠低于傳統(tǒng)化石燃料。因此，生物質是一種理想的清潔能源。但是，生物質能源也有其不足，不管是秸稈、木材廢棄物還是動物糞便，因為含氧量高，燃燒熱值低（僅為煤的1/2，石油的1/3）。表2-1 各種類型能源的幾個指標8能源品種熱值（MJ/kg）含硫量（%）灰分（%）密度（g/cm3）生物質（干）14-160.1-0.370.9-1.1煤炭18-271-510-251.25-1.4石油36-420.06-0.80.05-0.50.8-0.9天然氣36-43痕量-0.6-0.8在我國，依據(jù)來源的不同，可以將適合于能源利用的生物質分為林業(yè)資源、農業(yè)資源、生活污水和工業(yè)有機廢水、城市固體廢物和畜禽糞便等五大類。生物質能的利用主要有直接燃燒、熱化學轉換和生物化學轉換等3種途徑。生物質的直接燃燒在今后相當長的時間內仍將是我國生物質能利用的主要方式。 在生物質能源中，我國的秸稈資源十分豐富。因此本文選擇秸稈的回收利用作為研究的切入點。2.2秸稈的品種、年產量和分布秸稈是成熟農作物莖葉（穗）部分的總稱。通常指小麥、水稻、玉米、薯類、油料、棉花、甘蔗和其它農作物在收獲籽實后的剩余部分。農作物光合作用的產物有一半以上存在于秸稈中，秸稈富含氮、磷、鉀、鈣、鎂和有機質等，是一種具有多用途的可再生的生物資源。我國是一個糧食生產大國，農作物秸稈資源十分豐富。從秸稈總量上看，三大糧食作物的秸稈所占比例最大，占約87%，其中玉米最多，占40.7%。各類秸稈所占百分比見下圖。圖2-1 秸稈種類百分比從總量上看，我國幅員遼闊，太陽能資源豐富，又由于我國有13億多人口，每年生產的作物和秸稈的資源總量巨大，我們利用相關數(shù)據(jù)，可初步測算秸稈資源的總量。秸稈生成量=其中：n-區(qū)域內農作物的種類 -第i種農作物的產量 -第i種農作物的谷草比表2-2 幾種農作物及其谷草比7品種谷草比品種谷草比品種谷草比品種谷草比品種谷草比稻谷1.0玉米2.0豆類1.7棉花3.0麻類1.7小麥1.1其他1.6薯類1.0油料2.0糖類0.1根據(jù)中國統(tǒng)計年鑒的“主要農產品產量表”的相關數(shù)據(jù)，估算出我國各年農作物秸稈的資源量，結果如下： 表2-3 2004-2007年我國各種秸稈資源量單位：萬噸年份秸稈總量稻谷秸稈小麥秸稈玉米秸稈其他谷物豆類秸稈薯類秸稈棉花秸稈油料秸稈麻類秸稈糖類秸稈2004728421790910115260571639379535581897673318395720057503518059107192787316583668346917146742188945200677194181721193130321147334062701226057331511046200777382186031202330460139129242808228755431241219 從表2-3可以看出，我國農作物秸稈資源非常豐富，2004-2007年間平均值約7.5億噸。秸稈富含有機質和N、P、K、Ga、S等多種元素，是一種具有多用途的可再生生物質資源。以能源化利用為例，將秸稈資源進行標準煤的折算，可得出我國秸稈資源折合成標準煤的能源總量。表2-4 2007年我國各類秸稈資源折合能源量秸稈種類秸稈年產量/萬噸秸稈的折標系數(shù)折合標準煤量/萬噸稻谷秸稈186030.4297981小麥秸稈120230.5006011玉米秸稈304600.52916113其他谷物13910.05070豆類秸稈29240.5431588薯類秸稈28080.4861365棉花秸稈22870.5431242油料秸稈55430.5292932麻類秸稈1240.50062糖類秸稈12190.441537合計7738237901 從表2-4的數(shù)據(jù)可以看出，如果我們能將7.7億噸秸稈充分利用，相當于每年少消耗3.7億噸的標準煤，這將產生巨大的社會、經濟以及環(huán)境效益。此外，秸稈資源的地區(qū)分布的特點是不均勻性，50%以上的秸稈資源集中在四川、河南、山東、江蘇、河北、湖南、湖北、浙江等9省，西北地區(qū)和其他省分布較少。這其中，水稻主要在長江以南的各省份，小麥和玉米主要在黃河與長江之間，以及黑龍江和吉林等。2.2 秸稈回收利用的主要途徑秸稈回收利用的途徑主要包括秸稈還田、用作飼料、能源化利用、工業(yè)化利用等。1、秸稈還田7。（1）機械直接還田，可分為粉碎還田和整桿還田兩種。（2）覆蓋還田，該種還田方式可以阻擋降水對地表的沖擊，保護土壤結構，形成低溫時的“高溫效應”和高溫時的“低溫效應”。（3）堆漚腐熟還田，又稱高溫堆肥，可解決有機肥短缺的現(xiàn)狀。（4）過腹還田，指通過牲畜過腹排糞還田。秸稈還田可以有效增加土壤中的有機質含量，補充土壤中的N、P、K和微量元素，改善土壤的理化性能，但也有效率不高等缺點。2、秸稈作飼料農作物秸稈，特別是小麥、玉米秸稈，因含有較豐富的碳水化合物以及一定含量的蛋白質等，可以成為牲畜的優(yōu)質飼料，具有營養(yǎng)豐富、適口性好、消化率高等特點。大力發(fā)展秸稈飼料加工，不僅有利于畜牧業(yè)的發(fā)展，也可節(jié)省大量的糧食，具有巨大的社會和經濟效益。3、秸稈能源化利用（1）秸稈氣化7也稱秸稈熱解氣化工程技術，指將干秸稈粉碎后，經氣化爐熱解、氧化和還原反應，轉化為CO和H2等可燃氣體，經凈化、除塵、加壓后，再輸送給各家各戶，作為燃料或生產動力。（2）秸稈制沼氣指用秸稈和牲畜糞便等混合發(fā)酵制沼氣，可以用于家戶的煮飯和照明，也可與柴油混合使用。沼液沼渣，還是優(yōu)質的速效肥。該種方式具有較高的經濟、環(huán)境和社會效益。（3）秸稈發(fā)電9指秸稈直接燃燒供熱發(fā)電，最早的秸稈電廠誕生于丹麥，我國通過引進、吸收世界先進技術，在全國各省，采用與國外公司合作的方式，建設秸稈發(fā)電企業(yè)。作為我國新能源和可再生能源發(fā)展綱要的重要組成部分，以及最大的節(jié)能環(huán)保項目、最大的支農項目，秸稈發(fā)電項目具有重大的社會經濟影響。4、秸稈工業(yè)化利用包括秸稈栽培食用菌、制造建材以及其他工業(yè)化用途。目前我國每年產生的秸稈資源中，15%用于還田肥料及收集損失，24%用于加工成畜牧飼料，40%用于能源化利用，2.3%用于工業(yè)化利用7。其中高達18.7%的秸稈處于廢棄狀態(tài)，廢棄的秸稈大多通過就地焚燒等方式處理，這些廢棄的秸稈資源不僅是巨大的浪費，也產生了很大的環(huán)境問題，如能通過合理的引導，不管是從政策角度，還是從回收物流系統(tǒng)建設的技術角度，對這些廢棄秸稈進行綜合利用，不僅是一項巨大的惠農措施，也有很大的經濟效益。圖2-2 我國秸稈回收利用情況3 秸稈回收物流系統(tǒng)的構成 我國農作物秸稈量廣面大，對其進行綜合利用是繁榮農村經濟的必然選擇，秸稈資源的綜合回收利用需要一個高效的回收物流系統(tǒng)的支撐，以保證秸稈回收和處理的產業(yè)化發(fā)展。但由于我國目前的秸稈回收渠道不暢，回收物流系統(tǒng)尚不完善，導致秸稈資源的回收利用價值得不到實現(xiàn)，大量秸稈被丟棄、焚毀。本章從秸稈回收物流網絡的構建出發(fā)，討論了構建物流系統(tǒng)過程中需要注意的幾個問題。3.1 系統(tǒng)構建的目標和原則3.1.1系統(tǒng)構建的目標構建秸稈回收物流系統(tǒng)的主要目的就是要在明確系統(tǒng)要素、結構和流程的基礎上，對回收物流系統(tǒng)進行新建或重建，使新建的系統(tǒng)能夠高效低成本的完成秸稈回收的功能?？蓺w納為以下兩條：（1）確定秸稈資源回收利用過程中涵蓋的主體、客體及其他系統(tǒng)要素，并明確各要素的地位和作用。（2）歸納系統(tǒng)的結構，對已有的回收物流系統(tǒng)進行優(yōu)化，采用成本較低的秸稈回收空間組織結構，最大限度地回收秸稈資源。（3）梳理系統(tǒng)的運作流程，提高秸稈資源回收利用率，減少秸稈資源廢棄、焚燒的比例。3.1.2 系統(tǒng)構建的原則首先，要遵循物流系統(tǒng)構建的一般原則：（1）優(yōu)化創(chuàng)新的原則（2）充分利用資源的原則（3）實用和實效的原則（4）發(fā)展變化的原則其次，除了應遵循物流系統(tǒng)的一般原則外，還應遵循秸稈回收物流系統(tǒng)特有的原則。即減量化、再利用、再循環(huán)原則（“3R”原則），“3R”原則是建設循環(huán)型社會的基本原則，當然也是秸稈回收物流系統(tǒng)構建過程中需要遵循的。此外。在構建時，除了要求適當?shù)恼咧С趾鸵龑?，要充分利用市場經濟?guī)律，利用“看不見的手”，讓市場自發(fā)組織建立。3.2 秸稈回收物流系統(tǒng)的基本流程和結構從宏觀角度看，秸稈回收物流系統(tǒng)分為兩層：由農戶、回收站、第三方和秸稈綜合利用企業(yè)構成第一層，主要執(zhí)行具體的秸稈回收的具體運營和操作。政府機構構成第二層，主要負責相關法律政策的制度和實施，起管理、監(jiān)督、引導的作用。政府機構第三方工廠回收站農戶圖3-1 秸稈回收物流系統(tǒng)的結構3.3 秸稈回收物流系統(tǒng)優(yōu)化研究3.3.1秸稈回收物流系統(tǒng)的成本構成根據(jù)秸稈回收物流系統(tǒng)的一般運作流程環(huán)節(jié)，系統(tǒng)在運作過程中會產生如下成本：（1）收購成本，指用于購買秸稈所需付出的成本，主要是付給農戶，可以認為收購價格的主動權在回收方。（2）運輸成本，指秸稈從農戶運輸?shù)交厥照疽约皬幕厥照具\輸?shù)焦S過程中產生的成本。可以認為運輸成本是運輸?shù)慕斩捔?、運輸距離和秸稈壓縮比的函數(shù)。（3）壓縮成本，因為秸稈的密度低，直接運輸將產生較高的費用，因此往往先對秸稈進行集中壓縮處理，可以認為是壓縮成本是秸稈量和壓縮比的函數(shù)。（4）儲存成本，可以認為其成本是秸稈量和儲存時間的函數(shù)。（5）回收站建設成本，包括人力成本、固定設施的購買、維護等。3.3.2秸稈回收物流系統(tǒng)優(yōu)化過程中需要考慮的幾個問題秸稈回收物流系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，對其進行優(yōu)化重構是一個很復雜的過程，本文將從三個問題出發(fā)來初步討論其優(yōu)化問題。（1）如何設置回收站？通過回收站收集秸稈，然后壓縮后再運輸?shù)焦S，可以減少運輸成本。但是設置一個回收站必然要進行投入，包括固定設施、車輛、人員等，還包括日后的維護，更新等。因此回收站如何設置才能較好的完成秸稈的收集和運輸?shù)綇S是一個值得研究的問題。下章第一部分，比較了設置一個回收站、設置三個回收站、設置七個回收站在不同情況下的優(yōu)劣。（2）回收站如何運行？下章第二部分，比較了三種方式的優(yōu)劣，包括利用農戶的家用拖拉機等設備進行送貨上門，回收站專派收購人員上門收購（收購價格固定），回收站專派收購人員上門收購（收購價格不固定）。（3）回收站和工廠是什么關系？回收站可以作為工廠的下屬單位或部門，也可以是獨立的第三方。下章第三部分將對這兩種模式進行比較。4 秸稈回收物流系統(tǒng)的優(yōu)化本章通過討論第三章結尾處給出的三個問題，來討論對秸稈回收物流系統(tǒng)的優(yōu)化問題。4.1 回收站設置問題研究在本節(jié)，我們將比較三種不同的回收站設置方式，比較其在回收相同秸稈量的情況下所費成本的異同。4.1.1 基本假設（1）廣泛性。農作物種植面積無限大，相應的秸稈資源分布無限大。（2）單一性。農作物品種單一，相應的秸稈資源的品種單一。（3）均勻性。假設秸稈資源分布均勻。特別的，本文假設秸稈分布密度為1。（如不做特殊說明，全文模型討論均基于以上假設）4.1.2設置7個回收站時的成本構成ROA4A3A5A2 A6RA1圖4-1 設置7個回收站時的空間示意圖在如圖4-1所示的回收站設置模式中，我們設置了7個相同的回收站。其中，秸稈利用企業(yè)位于O點，在O點設置一個回收站，然后圍繞著O點再分別設置6個相同的回收站，七個回收站的收集半徑都是R。（1）收集流程，回收站A1-A6從各自管轄的收集區(qū)域內收購秸稈，在回收站所在地進行壓縮處理，然后運往工廠。其中回收站O由于設置在工廠所在地，不進行壓縮處理。由于我們只考慮收集和運輸過程，因此忽略已壓縮和未壓縮秸稈到廠后使用時的差異。（2）參數(shù)假定 壓縮率C1 散裝運輸費用（單位重量單位距離）C2() 壓縮費用（單位重量），是壓縮率的增函數(shù)C3()壓縮后運輸費用（單位重量單位距離），是壓縮率的減函數(shù)C0*R 回收站建設費用A收購價格，假設能在價格A下回收所有秸稈（備注：我們假定回收站建設費用為初始投入系數(shù)C0與收集半徑的乘積，即是收集半徑的正比例函數(shù)。在相關文獻中，有的文獻假定初始投入為收集量的正比例函數(shù)。由于在本節(jié)中，我們考慮的問題是設置多少個回收站，如果也假定回收站建設費用為收集量的正比例函數(shù)，那么就體現(xiàn)不出在增加回收站個數(shù)的情況下所增加的人力、物力投入，因此，做出如上假設）（3）成本計算收購及散裝運輸所費成本=70R2x(A+C1*x)dx=7AR2+143C1*R3壓縮秸稈所費成本=6R2*C2()壓縮后運輸費用=6R2*C3()*2R=12R3*C3()回收站建設成本=7C0*R總成本TC=7AR2+143C1*R3+6R2*C2() + 12R3*C3()+ 7C0*R平均成本AC=總成本/秸稈總量=7AR2+143C1*R3+6R2*C2() + 12R3*C3()+ 7C0*R7R2 =A+23C1*R+67C2() +127C3() *R+C0R由所得單位成本公式可以看出，平均成本由五部分組成，包括：秸稈收購價格A，散裝運輸成本23C1*R，壓縮成本67C2() ，壓縮后運輸成本127C3() *R，回收站建設成本C0R（4）優(yōu)化分析令dACd=0，得C2 ()+2C3 ()=0，則可得此種回收站設置模式下的最優(yōu)壓縮率*令dACdR=0，得23C1+127C3()- C0R2=0，則可得最優(yōu)回收半徑R*=C0(23C1+127C3() 4.1.3設置3個回收站時的成本構成 R1A1 A3 A2 圖4-2 設置3個回收站時的空間示意圖在如圖4-2所示的回收站設置模式中，我們設置了3個相同的回收站。并且假定在工廠所在地不設回收站。為了便于比較，我們假定其秸稈回收總量與圖4-1相同，都為7R2，則7R2=3R12，得R12=73R2，R1=73R （1）參數(shù)假定如上（2）成本計算總成本TC=30R12x(A+C1*x)dx+7R2*C2()+ 7R2*C3()*2R13 + 3C0*R1平均成本AC=總成本/秸稈總量=30R12x(A+C1*x)dx+7R2*C2()+ 7R2*C3()*2R13 + 3C0*R17R2=A+2733C1*R+C2()+273C3()*R+37*C0R該種模式下，平均成本同樣由五部分構成，包括：秸稈收購價格A，散裝運輸成本2733C1*R，壓縮成本C2()，壓縮后運輸成本273C3()*R，回收站建設成本37*C0R（4）優(yōu)化分析令dACd=0，得C2 ()+273C3 ()=0，則可得在此種回收站設置模式下的最優(yōu)壓縮率*4.1.4設置1個回收站時的成本構成 R2O圖4-3 設置1個回收站時的空間示意圖在如圖4-3所示的回收站設置模式中，我們僅在工程所在地設置了1個回收站，也就是說，所有的秸稈都直接由農戶到工廠，中間沒有經過壓縮環(huán)節(jié)。為了便于比較，我們假定其秸稈回收總量與圖4-1、圖4-2相同，都為7R2，則7R2=R22，得R22=7R2，R2=7R 。（1）參數(shù)假定如上（2）成本計算總成本TC= 0R22x(A+C1*x)dx+C0*R2平均成本AC=A+273C1*R+C07R4.1.5三種模式的比較和討論由于假定回收價格A固定，所以三種模式的成本差異主要體現(xiàn)在運輸成本、壓縮成本和回收站建設成本上。（1）第一、二種模式比較。在假設壓縮率一定的情況下，第一種模式的壓縮前運輸成本，壓縮成本，壓縮后運輸成本都比第二種低，但是由于設置了較多的回收站，回收站建設成本上要高于第二種。兩種模式的優(yōu)劣還應根據(jù)具體的參數(shù)值進行比較，當壓縮秸稈帶來的運輸成本減少高于新建回收站的建設成本時，應該優(yōu)先選擇第一種模式。（2）第一、二種模式與第三種模式比較。第三種模式由于只在工廠所在地設置了一個回收站，因此沒有壓縮過程，但是也因此節(jié)省了大量的回收站建設成本。此外，通過回收站設置簡圖可以發(fā)現(xiàn)，第一、二種模式下，在離工廠較近的地區(qū)存在著收集盲區(qū)，這將導致很大的浪費，相反，第三種模式則沒有這種問題。（3）在現(xiàn)實的回收站設置過程中，回收站的設置方式非常多，我們應該通過事先的調研，獲得秸稈分布和可獲得量的真實情況，并根據(jù)秸稈運輸成本和壓縮率的關系，得到最優(yōu)壓縮率。然后再根據(jù)這些參數(shù)的值來判斷不同模式的優(yōu)劣，選擇最低成本的模式。4.2回收站回收方式研究本節(jié)將討論回收站在回收秸稈過程中可供選擇的幾種模式，并進行比較。回收站的角色定位是在其轄區(qū)內，以盡量低的成本回收盡量多的秸稈，并將秸稈進行初步壓縮處理，運往工廠?；厥照驹诨厥战斩挄r，可以選擇以下三種模式中某一種，即“農戶送貨上門”，“回收站以固定價格上門收貨”，“回收站以變動價格上門收貨”。4.2.1 參數(shù)假定A 收購價格C1 農戶運輸成本（單位距離單位重量）C2 回收站專車運輸成本（單位距離單位重量）P 秸稈出站價格（由于只考慮秸稈從農戶到回收站這段回收過程，此處的秸稈出站價格已剔除壓縮、儲存成本，本節(jié)假設P固定）C0 初始投入系數(shù)，此處的初始投入主要指車輛購置費用，假定為秸稈回收總量的正比例函數(shù)?；厥照救暨x擇“上門回收”，則從農戶處回收秸稈后運輸?shù)交厥照緯r需要有相關的車輛配置。其余成本不在回收站回收秸稈的流程內，在此不予考慮。r 回收率備注：根據(jù)文獻3，回收率的一般表達式為 r=rmax-rminAmax-Amin(A-Amin)+ rmin， Amin為最低回收價格對應于最低回收率rmin，最高回收價格Amax對應于最高回收率rmax，回收率r為回收價格A的線性函數(shù)?？紤]秸稈回收過程，因為秸稈對于農戶同樣由價值，因此我們假定Amin=0，rmin=0，即回收價格為0時回收率也為0，農戶不會在不給予補償?shù)那闆r下免費將秸稈給回收站。為了簡化運算，我們假定r=k*A，即回收率是回收價格A（此為農戶實際獲得的補償額）的正比例函數(shù)。r* 整體回收率，指回收站回收的秸稈總量占回收站轄區(qū)秸稈總量的比例，因為未被回收的秸稈往往被廢棄或者就地焚燒，這既是對秸稈資源的浪費，也帶來了環(huán)境污染等其他問題，因此本節(jié)將以整體回收率r*作為判別模式社會福利優(yōu)劣的一個依據(jù)。4.2.2“農戶送貨上門”在該種模式下，回收站不派員工和車輛去農戶家收購秸稈，而是規(guī)定一個秸稈收購價格，由農戶利用其自有車輛,將秸稈運送到回收站，運輸費用將由農戶承擔。在這種模式下，離回收站越近的農戶將有區(qū)位優(yōu)勢，他們將因為更高的實際收購價格（減去運輸成本）而更愿意將秸稈出售給回收站，從而有更高比例的秸稈被回收，相反，距離回收站越遠，更小比例的秸稈能夠被回收。（1）在收購價格為A時，由收益與成本的關系式A=C1*x，得最遠收集半徑為x=A/C1。則回收總量=0A/C1kA-C1*x*2x dx = k3*A3C12（2）此時，回收站利潤=k3*A3C12*(P-A)令A=0，得A*=34P代回上式，得*=9k256*1C12*p4 R*=A*C1=3p4C1在該種模式下，均衡狀態(tài)時的整體回收率 r*=回收總量R*2 = kp44.2.3“回收站以固定收購價格A上門收購”在該種模式下，由回收站專派人員和車輛，走街串巷，以固定價格去農戶家里收購秸稈。此時轄區(qū)內的所有農戶出售秸稈獲得的實際補貼都是相同的，因而各戶的回收率也是一致的。而對于回收站來說，距離回收站設置點不同遠近的秸稈，其回收成本是不同的。距離越遠，單位秸稈所費運輸費用越高，成本越大。（1）在收購價格為A時，根據(jù)成本收益公式P-A=R*C2，可得回收站將選擇的最遠收集半徑R=P-AC2 。（2）此時，回收總量=R2*kA 車輛購置費=C0*回收總量=C0*R2*kA 支付的回收價格總額+運輸費用=0RkA*2xA+C2*xdx（3）由上式得回收站利潤=R2*kA*P-0RkA*2xA+C2*xdx-C0*R2*kA 代入 R=P-AC2 ，得 =kC22(P-A)2*(13AP-13A2-C0*A)令A=0，得A*=185P-9C0-9P2-42C0*P+81C02在該種模式下，均衡狀態(tài)時的整體回收率 r*=k* A*= k85P-9C0-9P2-42C0*P+81C024.2.4“回收站以變動收購價格上門收購”在該種模式下，回收站收購秸稈的價格不固定，回收站可以根據(jù)成本收益的關系，對距離回收站不同遠近的秸稈資源，開出不同的收購價格。距離回收站越近的秸稈資源，其所費運輸成本越小，因而，回收站將收購更多這類秸稈，其開出的收購價格相較距離遠者更高，相應的，其回收率也更高。（1）在最大收購價格為A時（即離回收站距離為0的秸稈的收購價格），則距離為x的秸稈資源其收購價格A滿足P-A=P-A-C2*x，則最大收集半徑，即A=0處的點，得R=AC2 。（2）此時，回收總量=0RkA-C2*x*2xdx 單位秸稈的收購及運輸成本=A 車輛購置費=C0*回收總量=C0*0RkA-C2*x*2xdx（3）由上式得回收站利潤=0RkA-C2*x*2xdx*(P-A-C0)代入R=AC2，得 =k3*A3C22*(p-A-C0)令A=0，得A*=34P-34C0 *=9k256*1C22*(P-C0)4 R*=A*C2=34C2(P-C0)在該種模式下，均衡狀態(tài)時的整體回收率 r*=回收總量R*2=k4(P-C0)4.2.5 結果討論（1）對比“農戶送貨上門”和“回收站以變動收購價格上門收購”兩種模式，其利潤表達式很接近，分別是*=9k256*1C12*p4 和 *=9k256*1C22*(P-C0)4 ，由于在后一種模式下，回收站設置專業(yè)回收運輸車隊，其運輸成本C2將小于農戶利用自用車輛進行運輸?shù)某杀綜1，這增加了回收站的利潤（農戶的運輸成本C1雖不構成回收站的直接成本，但影響了農戶的秸稈出售量，即回收率，從而影響回收站的利潤）。但是設置專業(yè)回收車隊還需花費一筆購置車輛的費用，因此這又導致后者的利潤變小。從整體回收率角度看，前者的整體回收率r* = k4P 大于后者的r*=k4(P-C0)，因此前者的社會效益更好，能回收更高比例的秸稈，使得廢棄或焚燒產生的浪費和污染更小。而產生這一情況的原因從r*的表達式中可以看出，是因為C0的存在?；厥照緸榱松祥T收購而設置專業(yè)運輸車隊，其車輛購置成本導致了回收站獲得較小的實際出站價格（P-C0），因而傾向于更小的回收率。 因此從社會角度看，在相同的秸稈出站價格（P）下，“農戶送貨上門”較“回收站以變動收購價格上門收購”更優(yōu)，但回收站是否選擇該種模式，還需看C0，C1，C2的關系，當設置專業(yè)車隊帶來的C2較C1的節(jié)省不及車輛購置的支出時，此時，回收站將選擇“農戶送貨上門”模式，它將是對社會、對回收站都較好的模式。當設置專業(yè)車隊帶來的C2較C1的節(jié)省不及車輛購置的支出時，按照前文討論，回收站將選擇“回收站以變動收購價格上門收購”模式，但是如果我們在回收率公式r=kA中加入宣傳投資變量，例如r=(k+i)*A，或者r=k*(i+A)。則宣傳投資帶來更大的回收比率，這可能使回收站在后一種情況下仍然選擇“農戶送貨上門”模式。具體情況有待進一步研究。（2）對比“回收站以固定收購價格A上門收購”和 “回收站以變動收購價格上門收購”兩種模式，由于后一種模式下，回收站可以采取價格歧視的策略，因此，其利潤總量肯定比前者更大。從整體回收率角度看，前者為k85P-9C0-9P2-42C0*P+81C02，后者為k4(P-C0)，可以證明后者始終大于前者，也就是說，賦予回收站價格歧視的權利，不僅可以增加回收站利潤，也可以提高社會整體福利。但是在現(xiàn)實中，這種價格歧視策略能否順利實施，不管是政府政策原因，還是因為“不公”而在農戶群體中產生非議，從而影響秸稈回收產業(yè)的持續(xù)發(fā)展，有待進一步研究。4.3回收站和工廠的關系問題研究本節(jié)將討論回收站和秸稈利用企業(yè)在不同的相互關系下，秸稈回收利用過程有什么區(qū)別。回收站可以作為工廠的下屬單位存在，作為專門負責秸稈回收這項業(yè)務的一個機構。也可以是獨立的主體，作為農戶這一秸稈生產者與工廠這一秸稈利用者之間的橋梁，在承擔回收利用的中介的過程中，自負盈虧，以利潤最大化作為自己的目標。4.3.1 基本假設與參數(shù)設定（1）基本假設第一，假設回收半徑固定，為R。第二，假設秸稈轉化為二次能源（比如電力或沼氣）之后的售價（上網電價或沼氣批發(fā)價格）固定（2）參數(shù)假定A 秸稈收購價格（假設回收站以固定價格從農戶處收購秸稈）C1 散裝運輸成本d 回收站與工廠距離C2() 壓縮成本，其中為壓縮率C3()壓縮后運輸成本，其中為壓縮率備注：單位秸稈從回收站運輸?shù)焦S的成本為C()= C2()+ C3()*d，可由C()=0，得最優(yōu)壓縮率*，代回C()，得C(*)。C0*R 回收站建設成本(作為下屬公司) C0*R 回收站建設成本(作為獨立主體)P 秸稈出售價格（當回收站作為第三方獨立主體時） 沼氣或電力等的出售價格Cm 沼氣或電力等的生產成本q 沼氣或電力等的轉化率（例:單位秸稈轉化為q度電）R O dM圖4-4 空間示意圖如上圖所示，回收站位于O點，其回收半徑固定為R，工廠位于M點，和O點的距離為d4.3.2 回收站作為下屬單位當回收站作為秸稈利用企業(yè)的下屬單位時，其職責是收集秸稈，收集量和收集價格A由整個公司的利潤最大化條件來制定。（1）回收站回收總量=kAR2回收總成本TC=0R2x*kA*A+C2*xdx+C0*R+kAR2*C(*)平均成本AC=A+23C2*R+C0kAR+ C(*)（2）公司利潤=q*kAR2*(-Cm-AC/q) =q*kAR2*(-Cm-A/q-23C2*R/q-C0qkAR- C(*)/q)令A=0，得均衡狀態(tài)秸稈收購價格A1*=q2-Cm-13C2*R-12C(*)代回，可得公司利潤1*4.3.2 回收站作為獨立主體回收站作為獨立主體時，回收站通過從農戶處收購秸稈再轉賣給工廠，賺取差價。工廠從回收站處的秸稈收購價格P根據(jù)工廠利潤最大化條件來確定，回收站根據(jù)工廠給出的收購價格P，結合自己的利潤最大化要求來確定收集量和收集價格A。（1）回收站利潤=kAR2*P-C*-0R2x*kA*A+C2*xdx- C0*R令A=0，得回收站反應函數(shù)：A2*=12P-12 C*-13C2*R（2）工廠利潤= q*kA2R2*(-Cm-P/q) = q*k( 12P-12 C*-13C2*R)*R2*(-Cm-P/q)令A=0，得工廠定價函數(shù)：P*=12C*+23C2*R+q-Cm代回A2*，得均衡狀態(tài)秸稈收購價格A2*=q4-Cm-16C2*R-14 C(*)代回，可得回收站利潤21*和工廠利潤22*4.3.3 對比與討論（1）從工廠利潤角度看，對比兩種模式下的工廠利潤1*和22*，可以發(fā)現(xiàn)，當初始投入系數(shù)C0=C0時，1*C0，此時，工廠雖然獲取了全部利潤，但利潤總量卻并不一定比委托給第三方高。因此，回收站將根據(jù)初始投入系數(shù)來決定是否將秸稈回收站的工作委托給第三方。（2）從社會福利角度看，由于我們以整體回收率作為判斷依據(jù)，對比A1*和A2*，可以發(fā)現(xiàn)A1*=2*A2*，根據(jù)r*=k*A，得r1*=2*r2*，即工廠自辦回收站模式下，整體回收率是回收站作為第三方時的兩倍。因此，工廠自辦回收站較回收站作為第三方相比社會福利效應更好。（3）政策建議，從前兩點可以看出，工廠自辦回收站有著更大的秸稈整體回收率，因此，政府應該積極鼓勵這種模式