美国木屑颗粒制造业技术经济分析

1 【河海大学】 美国制造业木屑颗粒生产的技术经济分析

专业： [技术经济及管理] 学生姓名： [马晶晶] 指导教师： [马俊] 完成时间： 2013年4月22日 2

美国制造业木屑颗粒生产的技术经济分析 无数的美国公司正在进入木屑颗粒市场，原因归咎于木材量对能源的重要性。与美国产量两百个百分点的增长相比较，想要从调查机构获得值得信赖的并与生产成本，生产需求，木屑颗粒的市场趋势相关的信息是十分困难的。以综合调查为基准，为美国制造业生产成本决议做的技术经济模型已被建立起来，充分考虑了那些严重影响颗粒产量的技术和财政因素。一个案例研究的结果表明，颗粒生产有利于美国的制造商和分销商/零售商以及多零售商的利润。灵敏度分析表现，一个木屑厂对物质和劳动力成本的变化是特别敏感的。此外，改变能源和资本支出也会影响项目的NPV与IRR，但与物料和劳动力成本比较起来并不是那么明显。更多的研究结果表明增加工厂大小特别是增加资本支出，劳动力最小增长成本因素；此外，由于增加的经营成本，小型生产商必须密切监测生产因素。 关键词：木屑颗粒；生产成本；颗粒制造商；木柴产业

背景说明 木屑颗粒已经成为一个成功的国际交易量，其市场规模预计从2007到2010已经翻倍。赫斯和雅各布森（2009）指出，从2002至2006年木材颗粒内部需求在美国翻了一番。此外，2012年的生产预测被设定在6轧机离子每吨（含水率10%）；然而到2009年度，市场容量增加的速度预测大约为生产6200000公吨/年（锌和托特2009；玛尼2006）。 钮等人（2006）表示，物料是与其他资源竞争的一个关键因素，从某种意义上来讲，木质颗粒增强了单位体积的木材的承受压力值，降低水分含量，并且具备更强劲更完全更高效的热值，并具有低灰和颗粒物排放量，优化了长途运输，从住宅供暖大型混烧燃煤电厂等方面便利了一些小规模应用（沃哈德等，2004; 洪欣赫尔等；2008年粗锌和托特2009年）。此外，丸粒可以很容易地从木材废料中，薄片森林中，以及其他一些生物质原料和木材生产中获得。（PFI 2009年，2008年伯格曼和泽布）。 美国的木屑颗粒的木材生产及供应的特征，是采取一种叫做“每包”的销售策略，而不是常见的欧盟地区批量交付。在美国西部，大部分颗粒是由软木木屑，锯木厂残留物中制得，而在高山地区使用的则是由松甲虫杀死的黑松树木。在南部和中西部地区，工厂使用的是来源于木地板和家具业务中得来的废弃物料。而在东方，工厂正在使用的硬木木材，是极其不适合的。 美国南部大幅提高它的 3

生产能力，特别是最近新开了一些大型工厂和一个可靠的南方松木供应基地。基于各种各样的物料可以用于制造业，木材粒料作为替代燃料是非常具有吸引力的，然而，美国的木屑颗粒市场与比较成熟的加拿大和欧洲市场比较起来仍不能满足需求和内部利用。这些地区的应用已能满足工业以及能源生产行业。 到2006年， 60万的美国家庭使用木屑颗粒供暖，2007年将增加至80万（生物质能资源中心2008年），并预测将有1,000,000住宅/商业区使用2010（PFI 2010），但是数据在工业和商业应用及未来发展方面预测仍然是不足的。 在美国，大约有90家工厂在生产木屑颗粒，将来还会有更多加入到这个行业中来。从2006年到2010年预测会有33％的增长，尽管这种增加难以从研究中获得可靠的来源，但社会各界对木屑颗粒的生产成本，产量需求，及市场的发展趋势作的一些研究方法是通过比较，模型和计算欧洲和加拿大木屑颗粒的生产成本 。但美国的木质颗粒市场，产量需求和财政特点，物流障碍（市场的定价习惯，交通运输，仓储和运营成本，2008年斯万和梅林），和有竞争力的木屑颗粒价格（生物质的具体参数交付成本，设备，能源消耗TION，劳动力成本（欧贝格等2004）这些方面的信息仍然是迫切需要的。

目标 这个项目的主要目标是开发和验证技术经济模型，估算木屑颗粒的生产成本，同时执行在美国国内木屑颗粒生产对金融和敏感性分析。

方法

木屑颗粒生产的技术经济模型由微软研发（Excel 2007）®;详细信息参照下文

总模型 木屑颗粒生产成本的技术经济发展模型的第一步是定义木屑颗粒生产的各个进程。 4

图1.木屑颗粒制造的标准过程

图1中的生产过程是典型的木屑制造的进程。如研磨或干燥这样的步骤取决于原料的特性，如果原料是已被干燥/或是适当的粒径大小，那么这些步骤并不需要。它假定，物料的收集，贮存和运输是在模型的边界之外不被考虑（即它们可以被另一个公司，或其他部门的同一家公司执行），物料成本被提供到了厂门口。模型是北卡罗莱纳州立大学建立起来的用以处理物料的交付成本（工赞茨等人，2010），根据牵引距离和的类型，用于要接收的原材料成本（在这种情况下，利用去皮原木，火炬松，运送的平均距离为50公里）进到工厂时，总额为63美元/公吨（可能包括其他生物质类型的估算在内的木屑颗粒模型，一旦交付的物料成本已被计算出 ，冈萨雷斯等人，2010）。生产木屑颗粒的存储和交付后也被认为是该模型的边界之外。 为了促进技术经济模型的发展中，确定了三个主要的领域有：

图2美国木屑颗粒生产的概念模型 模型考虑的第一区域（图2）是一个详细的质量平衡，容易理解和计算的物料的生产速度，进入和离开每个单元的操作，损失，容量和设备机械效率 。消 5

耗能量（图2中的中心部分）用以显示木屑颗粒的能量需求，根据设备的原材料和能源的消耗。最后的部分是一个全面的财务分析， 考虑了公司和设备成本和，劳动力成本和结构，折旧，操作，并给出了一个给定年份的财务信息和维护成本以及损益表。 此外，该模型的主要输入定义为：年产（公吨），年工作时间（考虑到每天的班次），工厂位置，和使用的物料的类型，所交付的水分含量，和颗粒质量标准。 当这些在在模型中输入时，质量，能量平衡和财务电子表格会自动更新。 质量平衡

以单元操作为基础的质量平衡部分为颗粒生产过程定义出来，每当任何输入进入到模型中时，或者任何的处理成为可选时，例如前面讨论过的干燥或研磨，系统就会自动更新。每个进程中的质量损失都被考虑进去，并且它们可以是由用户定义的，但是，它对颗粒工厂重新循环任何粉碎有缺陷的颗粒，颗粒减少操作这些方面来说是典型的，因此系统的质量损失便会减少。整个过程中原料的水分含量会改变 ，在干燥中下降至6±1％，在定型中增加至10±1％，在颗粒研磨，筛选，和冷却过程下降至最终水分含量为7±1％。机械的效率默认值设定为100％， 除筛选操作以外，其中10％没转换的木屑颗粒物料将重新循环。机械效率可以由用户修改，自动更新质量损失。在定型环节中蒸气添加是必要的，用以软化纤维，这个蒸汽由一个800千瓦锅炉提供，在工厂中热量回复不考虑在内。

能源消费 每个单元操作能量消耗的数据，由通过集成几个颗粒制造业进行文学验证得到。干燥，研磨，以及杂项单元（如包装和装袋）的数据来源于第加科和它格里；考虑了颗粒制造和冷却从制造商规格得到；屏幕操作数据从Mani中得到。 图3总结了合并的每个单元操作的能源消耗的总能量消耗（％） 6

图3.工厂中每步操作的能源消耗

能源汇总电子表格显示了每年的能源消耗总量，以及根据电力设施的电消费，包括从天然气锅炉得到的蒸汽成本和目前的工业应用的电力成本（能源信息管理局EIA 2009），这些都根据每年须生产量得出。在该模型中，不包括木材废料锅炉，这样除了有潜力的设施，如果能源成本大幅度提高，那么可用性供应可以确保一个长期的根基上。

财务分析

设施和机械人均开支是该模型的核心要素。因为在假定一个剥皮过程不是必需时接收的原料为已剥皮的原木。 工业设备的价格直接从从制造商和分销商（干燥机，削片机，粉碎机，制粒机，冷却器，筛选/摇床，和装袋系统）那里得到，同时外围设备和杂项设备，如馈线，输送机和前端装载机，从最近的文献和调整至2009年使用的的土建工程施工成本指标体（CWCCIS）转换指数的建筑和办公室也是如此。从山姆森那里得到的设备价格是基于一个每小时生产公吨数的速率得到的。因为不同规模的资本投资会造成设备的不同容量，我们需要从原始的设备代销进行计算，并在模型中自动更新。佩里的工程手册处于此目的介绍了力法则。这条法则是，投资代表了根据工厂规模要求确定的资本投资，代表着原始设备的资本投资。代表着设备上所需容量，以及原始设备所代表的容量，并且计算出的结果代表着每台设备所需成本。这种方法提供了一种计算更大容量设备的资本投资，此以原始机器的资本成本和尺寸为基准。在方程式中使用了一个0.7 7

的因数，以安德森等人的数据为基础。因为一些进程设备采纳了一些平行单元而代替了单独的大单元。当需要一些更大的尺寸时一些模型采用的是资本支出部分采用这种方式去计算机器容量。以伍德沃斯等人的数据显示，间接成本和应急费用分别占设施和机械计算出的总费用的百分之二十四和百分之十。储存空间也被纳入进来，代表着总工厂建筑空间的百分之七点六。工厂和设备折旧是使用MACRS-7方法计算出来的，如果资本支出的任何值发生改变，系统便会自动更新。 劳动力的需求模型（结构，数量的变化，工资，福利， 条纹）从坎贝尔的数据劳动局统计资料（2009年）那里得到并进行定义（2007）。工厂的劳动力结构会以工厂容量为基础而自动增加，原因是因为操作工的数量由工厂产率为基础。 例如模式利用3个生产工人每班容量在以4吨/小时，1监以下，叉车操作员和维护人员。为了能力高于4吨/小时，该模型增加在每个班次各个类别中增加了不知一个工人，目的就是为了有每4万吨/小时生产增量。 行政人员不依赖于生产速率，因此，它的编号的变化使用另外一个控制器和会计助理其能力高于100.000公吨/年。 此信息用以概括为每年的总直接成本，间接的劳动成本。 木屑生产设施的消耗成本是一个需要考虑的重要的因素，而这些被假定为与生产直接联系（假定为办公和管理劳动无消耗）。它假定美国市场的木屑颗粒总量大部分出售给零售商和分销商的以40磅袋装的模型，这可能会花费$ 0.12至$ 0.25/每袋，它设想一个耐用的塑料袋（0.0035〜 0.005密耳）彩色印刷将花费 $ 0.2美元（坎贝尔，2007年）， 每公吨产品需要五十袋。此外，产品的托盘容纳50袋（1 公吨）的颗粒，每一个欧盟批准40x48的成本，2路输入托盘 （托盘，叉车，托盘搬运车从两端可以进入）为14.35美元 （远东食品包装公司2009年）。 该模型考虑了这些托盘一旦发配给零售商和分销商那么将是是一次性使用的。如果托盘可以重复使用那么成本将会得到进一步的改进。其他的支撑和固定在托盘上的包装袋也是必需的。滑片和拉伸包装 是必需的，它的成本估计为4.00美元每公吨（$ 4.00每托盘）。其他成本包括部件和替换件（模具，轧辊球团厂，备件锤磨机）（$ 3.00/公吨），市场推广及销售费用，和奖励（假设为$ 6.00/公吨的），占市场营销和销售成本促销，折扣，回扣，打破费用，安置费用，以及其他形式的补偿和奖励2007年（坎贝尔）。最后一个电子表格中包含用以选择的用以进行造粒生物质的类型的定价。 此信息是以冈萨雷斯等人提供的一个模型为基础。（2010年），把送物料到工厂大门的费用计算在内（交付成本）（去皮原木）。