环保设备基础经济分析.ppt

第四章 环保设备技术经济分析4.1 环保设备的技术经济指标4.1.1 收益类指标处理能力处理能力指单位时间内能处理“三废”的量。处理效率处理效率指通过处理后污染物的去除率。设备运行寿命指既能保证环境治理质量，又能符合经济运行要求的环保设备运行寿命。授课教师：QHDHOUZHONGLIN第四章 环保设备技术经济分析4.1.1.4“三废”资源化能力指通过环保设备对污染源进行治理后，可以变废为宝，从中直接获得经济价值的能力。降低损失水平指通过环保设备对污染源进行治理后，改善了环境质量，减少或免交治理前须缴纳的环境污染赔偿费，或减少了生产资源的损失。非货币计量收益指提高环保设备对污染源进行治疗后，产生不能直接用货币计量的收益。4.1.2 耗费类指标投资总额：指设置环保设备而支出的全部费用。运行费用：指让环保设备正常运行所须的费用。设置耗用时间：指环保设备从开始投资到开始运行所耗用的时间。有效运行时间：指环保设备每年实际运行时间。常用有效利用率表示：(4-1)4.1.3 综合指标寿命周期和寿命周期费用环保设备的寿命周期：指从研究开发与设计开始，经过制造和长期使用、直至报废或被其他产品替代为止，所经过的整个时期。寿命周期费用：是指环保设备在整个寿命周期过程所发生的全部费用。环保设备产品寿命周期包括产品开发、制造和使用三个阶段，其成本也由这三个阶段相应的费用，即开发、设计费用，制造费用和使用费用组成。从提供产品与使用产品的角度来考虑，常将产品的寿命周期成木分为设置费用和使用费用两部分。生产成本是指发生在产品生产企业内部的成本，包括产品的开发、设计、试制费用，以及制造过程中的材料、人工、管理费用等。使用成本是用户在使用产品的过程中支付的各种费用的总和。是为了使设备具有最经济的寿命周期成本，并将设备寿命周期成本作为设计参数，而对不同的设计方案进行分析比较，做出决策。曲线Cu表示随着设备功能的不断完善，其使用成本逐渐下降。曲线Cm表示随着设备功能完善程度的提高，其生产成本也逐渐增加。曲线C=Cu+Cm表示寿命周期成本与设备功能水平的关系。从理论上讲，dC/dF=0(其中F表示功能水平)对应的点，是设备寿命周期最低的点，相应的生产成本与使用成本的组合最佳，是设计方案追求的理想目标。阴影部分就是设计方案的优化目标。设备寿命周期成本评价：4.1.3.2 环境效益指数环境效益指数是反映应用环保设备后，改善环境质量的综合指标。公式为：4.1.3.3 投资回收期投资回收期是以环保设备的净现金收入抵偿全部投资所需要的时间，分为：静态投资回收期，公式为：动态投资回收期，公式为：(4-2)(4-3)(4-4)静态投资回收期动态投资回收期投资总额年平均净收益年利率或投资收益率例某污水处理设备，初始投资为50万元，年运行费用为3万元，运行后每年可免交排污费15万元。设投资收益率为20%，试分别计算静态和动态投资回收期。解：年平均净收益M=15-3=12万元 由式(4-3)得，静态投资回收期为：由式(4-4)得，动态投资回收期为：4.2 资金的时间价值理论及其应用4.2.1 资金的时间价值资金的时间价值的概念资金是有时间价值的。资金增值的两种基木途径：钱存入银行，将产生利息。钱投入生产，会产生利润。资金贬值-通货膨胀。资金的时间价值指资金随时间的延续而产生的增值。资金投入的时间不同，资金的增值也就不同，资金为社会提供的经济效益也不同。不同的投资方案，尽管投入的费用和产出的效益在数量上相同，时间不同，它们的经济效益也是不同的。资金的时间价值是一个十分重要的概念。4.2.1.2 利息及计息方法利息是占用资金所付出的代价或放弃使用资金所得到的补偿，其计算公式为:(4-5)资金在单位时间内产生的增值与投入的资金之比，简称为“利率”或“收益率”，用i表示，公式为：(4-6)公式中的单位时间称为计息周期（年、季、月）利率规定成年百分率的形式，计算中用小数表示计算利息的方法有两种：单利法和复利法单利法：是仅以本金为基数计算利息，即上一期利息在下一计息期中并不产生利息，其计算公式为:(4-7)单利法虽然考虑了资金的时问价值，但对以前产生的利息没有转入计息基数而累计计息，因此，单利法计算资金的时间价值是不完善的。复利法：以本金与累计利息之和为基数计算利息，即“利滚利”，其计算公式为：(4-8)【例4-2】某污染防治工程建设投资100万元，年利率为5%，10年后可得本利和是多少(按单利和复利分别计算)?解:按单利法计算 按复利法计算同一项投资，在利率i和计算期数n相同的情况下，用复利法计算出的利息金额比用单利法计算出的利息金额要大。当本金、利率愈大，年数(计息期数)愈多时，两者差距就愈大。由于复利计息法比较符合资金在社会再生产过程中运动的实际状况，在技术经济分析中，一般采用复利法。4.2.1.3 名义利率与实际利率利率通常是按年计息的，也可每年分几次按复利计息，次数用m表示。计息周期实际发生的利率称为计息周期实际利率，用i表示。计息周期的利率乘以每年计息周期就得到名义利率，用r表示。按单利计息，名义利率与实际利率是一致的。按复利计息，实际利率大于名义利率。一年后本利和公式为：名义利率r=mi，年实际利率：当m=1 时，名义利率等于实际利率；当m，即一年之中无限多次计息，称为连续复利计息。连续复利计息的实际利率:(4-9)(4-10)(4-11)4.2.2 现金流量与现金流量图4.2.2.1 现金流量的概念 根据工程经济学，生产建设项目一般经历投资期、投产期、达产期、稳产期、减产期、回收处理期等阶段，整个过程称为项目寿命期。项目寿命期内各个时间点处流入或流出项目的货币统称现金流量，所有的资金支出叫现金流出，所有的资金收入叫现金流入，现金流量是现金流出与现金流入之和。4.2.2.2 现金流量图用于表示现金流量的图型称为现金流量图。水平线表示时间标度，时间的推移是由左向右箭头表示资金的流动方向借款人和贷款人的现金流量图是相对应的，箭头相反4.2.3 资金时间价值的计算方法4.2.3.1 资金等值资金等值是指在考虑资金时间价值因素后，不同时间点上数额不等的资金在一定利率条件下具有相等的价值。例：一年后的110元在年利率为10%的情况下等值于现在的100元。影响资金等值的因素为：资金额大小、资金发生的时间和利率。在经济论证中必须将在不同时期的现金流量按照一定的利率或收益率换算为同一时点的货币值。4.2.3.2 资金等值计算公式现值和折现：现值是指未来某一特定金额的现在的价值。把将来一定时间发生的费用换算成现值的过程称为折现。终值：现时的资金随着时间而增值，在其后某个时间的货币新值称为终值。式（4-7）和（4-8）。年值：指在某一特定时期内，每隔相同时间支付一定数额的款项。偿债基金：是指为在一定时间内积聚一笔预定的金额偿还债务，要求在复利条件下，每年所应提存的相同的金额数。一次支付现值公式（已知F求P）：已知n年后一笔资金F，在利率i下，相当于现在多少钱？(4-12)一次支付终值公式一次支付现值公式一次支付终值公式（已知P求F）：某人现在存入银行存款，数额为P元，年利率为i，n年后他能取出的钱数F应为多少？【例4-3】某人计划5年后从银行取1万元，如果银行利率为12%，问现在应存入银行多少钱?结论：该人现在需存款5674元。这也就意味着在利率12%下，5年后的10000元相当于现在的5674元。(4-14)等额分付终值公式（已知A，求F）：如果某人每年存入资金A元，年利率为i，n年后资金的本利和为多少?此问题用现金流量图表示。(4-16)等额分付终值公式如下 例4-4某人每年年末向银行存款200元，连续存12年，设年利率为10%，则12年末此人能从银行取出等额分付偿债基金公式（已知F，求A）：等额分付偿债基金公式是等额分付终值公式（4-16）的逆运算。4-18等额分付偿债基金公式如下例4-5某厂欲积累一笔设备更新基金，用于4年后更新设备。此项投资总额为500万元，银行利率12%，问每年末至少要存款多少?解：等额分付现值公式：（已知A，求P）：如图所示，从第1年末到第n年末有一个等额的现金流序列，每年的金额均为A，这一等额年金序列在利率为i的条件下，其现值是多少?（4-20）等额分付偿债基金公式如下例4-6某环保设备经济寿命为8年，预计年净收收益20万元，残值为0，若投资值要求的收益率为20%，问投资者最多愿意出多少的价格购买该设备?解:这一问题等同于在银行的利率为20%条件下，若存款者连续8年每年从银行取出20万元，则现在应存入银行多少钱?答案：投资者最多愿意出76.74万元资金回收公式：（已知P，求A）：银行现提供贷款P元，年利率为i，要求在n年内等额分期回收全部贷款，问每年应回收多少资金？（4-22）资金回收公式如下【例4-7】某污水处理厂投资工程项目贷款200万元，银行4年内等额收回全部贷款，已知贷款利率为10%，那么该项目每年的净收益不应少于多少万元?解:根据资金回收公式得所以，该项目每年净收益至少应为63.09万元。4.3 环保设备设计的技术经济分析4.3.1 影响环保设备设计的技术经济因素4.3.1.1 功能与成本功能是指产品的性能或用途，即产品所承担的职能，产品的功能实质上是指产品的使用价值，对环保设备而言是对某一污染源进行治理，使其达到预定的要求。成本是指寿命周期成本，即寿命周期费用。产品成本的绝大部分花费在各级手段功能上。在设计环保设备时，应将重点放在寻求既能实现预定的目的功能又能以较低的成本来实现手段功能上。4.3.1.2 质量与成本质量是反映产品在功能（环境污染治理）上满足用户需要的能力或程度。交点即为理论上的最佳环境质量若此点对应的环境质量标准低于有关的标准要求，则必须多支付一定的费用，使之达到有关标准的要求。4.3.1.3 设备制造条件环保设备多为非标件，小批量。环保设备设计时，为了降低设备成本，缩短生产周期，必须充分考虑所设计环保设备未来的制造条件，以及便利地提供的零部件。所以讲求设计的生产性，即充分考虑未来制造(或建造)条件是非常必要的。4.3.1.4 安全性、可靠性、经济性较大的安全系数及提高系统的可靠性，成本就要增加；成本愈高，设备的安全性、可靠性并不一定会提高。最佳匹配为：将设备的安全、可靠性设计与费用有机的结合达到最佳组合。设备的可靠性提高，将导致研制、设计与制造费用增加，但使用和维修费用却随着可靠性的提高而降低。可靠性降低，就必然导致使用和维修费用大大增加，甚至造成报废，在经济上造成重大损失。4.3.2 设计费用与产品成本设计费用：是设计过程中方案论证、初步设计、详细设计、改进设计所发生费用的总和。包括人力、材料、能源、设备和其他方面的费用。设计费用的构成：由直接设计费用和间接设计费用组成。直接设计费用是指编制技术文件、上机操作、实验研究和组织评价等费用；间接设计费用是指虽不是直接在产品设计过程所花的费用，但这些耗费主要是用于“孕育”设计过程的。这些费用对销售额、产品使用、后续设计、样机试制、制造成本有一定影响。4.3.3 设计方案成本定义及其估算方法4.3.3.1 设计方案成本定义设计方案成本是指采用某个设计方案进行产品生产所需要的生产成本。4.3.3.2 产品设计方案成本的估算方法系数法：是根据以往研制过或已经正试投产的同类产品或系列型谱中的基型产品的费用构成比，来估算新设计方案的成本。简单系数估算法：是以原材料费用的构成比为基数进行计算的。公式为：(4-24)综和系数估算法：是以材料费用以及材料、工资和管理这三项费用系数为基础进行计算。公式为：差额调整法：首先估算新产品与老产品的成本差额，然后在老产品的基础上加以调整。(4-25)(4-26)定额成本法：是根据环保设备新产品设计方案的物资消耗和劳动消耗定额进行估算。估算物质消耗定额和劳动消耗定额查明物资单价和计算平均小时工资标准 公式为：(4-27)(4-28)4.4 环保设备的经济分析方法4.4.1 投资回收期法投资回收期法和投资偿还期法：都是以设备的收益算出回收设备投资所需时间，并用来评价其经济性的方法。公式见（4-3）、（4-4）。回收期越短越好，并以标准投资回收期作为评价标准。投资偿还期法是考虑在一定的利率下，需要几年才能还清全部投资的分析方法。投资额为P、年投资利润为A利率为i、偿还期为n，公式为：(4-31)(4-32)【例4-8】以表4-1所示的三个投资方案为例。各方案的投资回收期虽都是3年，但凭经验即可看出：在经济寿命期(6年)内比较三个方案以方案B最优，方案C最差。这种方法对早期见效的方案显得有利。费用-效益分析法费用-效益分析法也称为边际分析法、损益分析法。是以福利经济理论为基础的，其基本原理为：社会通过生产和消费，以满足人们的需求。费用-效益分析法：就是把每一经济行为与社会福利设施的全部效果和影响，折算成货币单位，按其净利润进行方案比较，择优舍取的方法。费用-效益分析法效用是一个人通过消费商品或劳动所得到的需求上的满足。边际效用可称为边际收益，是效用随消费量而变化的速率，它与单位时间内消费的商品数量的增量有关，也可以说是消费量增加一个单位时所增加的效用，可用效用曲线的斜率表示。边际效用及其递减规律(4-34)由于效用u与数量Q之间不是直线关系而是凸曲线关系。当数量Q增加，边际效用逐渐减小，即单位消费量的效用减少，到了Qs点，边际效用等于零，即个人需要的满足达到饱和。此后，边际效用变为负值，说明边际效用函数为递减的关系。边际费用边际费用就是由于增加产量而增加的费用。在环境经济学中，排放消减量的增加所需增加的费用即为边际费用。社会最大净收益、社会最大净收益点社会通过生产和消费商品来满足人民的需要，只有当消费者得到的总收益大于生产所耗的总费用时，社会福利才能得到提高，不然，表面需求满足了，而实际上社会福利反而降低。当总收益和总费用之间差额最大时，社会福利的提高也最大交点为最大净收益点阴影面积为最大净收益当数量很小或很大时，总费用都大于总收益，社会得不到收益，经济效益降低。在现有的经济条件下，以最少的费用，取得最大的社会效益，即经济上最佳的污染水平，这就是在环境经济研究中所应用的费用-效益分析法。环保设备投资活动引起的边际效益和边际费用相比，边际效益大于边际费用有利，且以净收益最大为最佳。在最佳的污染物去除量(对应于最佳环境质量)处，边际去除费用等于边际去除效益，即净效益最大在废气和水处理技术中，净化效率与投资是不成比例关系的，当净化效率达到某一程度后，继续增加费用所取得的效益是不明显的，在第段(相当于废水的一级处理)费用与效果极为明显，只需花费很少的处理费用就可使环境质量有很大的改善。处理程度愈高(污染物的去除率愈高)，污染所造成的经济损失(即图中的污染费用)就愈低。继续增加处理费用(第段，相当于二级处理)，环境质量改善的程度相对效果比第段就小了。第段(相当于三级处理)则要花费巨额资金，增加的环境效果却不明显。【例4-9】某厂在生产过程中，每天排放800t有机废水，其平均COD(化学需氧量)为15000mg/L。为了保护环境，急待治理。下面对该废水采用好氧活性污泥法和厌氧发酵法两种不同工艺进行费用-效益分析。处理流程 第一方案：常规活性污泥法处理流程见图；第二方案：厌氧发酵工艺流程见图。【例4-9】两方案的技术参数、投资和电费对照【例4-9】对不同处理工艺进行费用-效益分析分析属于静态法，所计算的费用只是一个静态的概念。【例4-9】对不同处理工艺进行费用-效益分析用动态分析法对两方案进行分析比较。结果活性污泥法的年费用比厌氧发酵法高2.7倍，厌氧发酵工艺处理该废水每年可节省230657元，说明此法在经济上合理，技术可行，是一种好方案。【例4-9】对不同处理工艺进行费用-效益分析用动态分析法对两方案进行分析比较。按总费用比较法计算结果按总费用比较法计算表明，活性污泥法的总资金投入量，比厌氧发酵法多196万元，即高2.7倍。4.4.3 最优化方法优化问题就是从所有可能的方案中选择出最合理的、达到最优目标的方案。搜索最优方案的方法就是最优化方法。在环保设备设计经济分析中，会遇到怎样选取参数使得设计既满足要求又能降低成本的问题。当量化地求解一个实际的最优化问题时，首先要把这个问题转化为一个数学问题，即建立数学模型；然后对建立的数学模型进行具体分析，选择合适的优化算法；最后根据选定的优化算法，编写计算程序进行求解。用数学形式可表示为：(4-37)单目标最优化解法：单目标优化解法是进行方案比较时，在其他指标相同条件下，只比较一个指标就决定方案取舍的方法。多目标最优化解法：多目标最优化解法是在方案的选择取决于若干个指标时的决策方法。4.4.4 方案比较法方案比较法是通过从不同方面说明若干方案技术经济效果的指标，对完成同一任务的几个技术方案进行计算、分析和比较，从中选择最优的方案。4.4.4.1 方案的可比原则满足需要的可比：从技术经济观点来看，某一种方案若要与另一种方案比较的话，这两种方案都必须满足相同的需要，否则，它们之间就不能互相代替，就不能互相进行比较。消耗费用上的可比：对于各个方案所需的消耗费用，必须采用统一的计算原则和方法才能进行比较，如果在计算甲方案时采用一种方法，而计算乙方案又采用另一种方法，那么，从技术经济来看，这两个方案就不可比。价格指标上的可比：对于不同的比较方案采用的价格指标必须一致和合理，才能计算比较方案的经济效果。时间上的可比：技术方案的经济效果除了有数量的概念以外，还具有时间的概念。必须在考虑资金的时间因素以后，才能互相进行经济比较。【例4-10】某企业决定开发某种环保设备，有三个设计方案、，预计生产5年，每年的收益情况见表4-8。实施方案，不需要投资购买新设备；实施方案、，分别需要投资10万和15万元钱购买新设备。若要求投资收益率为10%，试决定选用哪一个方案。结果：PP P，设计方案的经济效果最优。4.4.4.2 不同方案费用的比较比较各方案的经营费用时，不一定计算每个方案的全部绝对值，只计算各比较方案的经营费用中有差异的部分项目。公式为：(4-38)式中，C为经营费用总差额(节约额)；Ci为经营费用中某项费用的差额；n为各方案经营费用中互不相同的费用项目。例如:方案一与方案二的经营费用中的管理费用、辅助材料、动力和折旧费用相同，而基本材料和工资不同。方案一和方案二的基本材料费用各为5000元和5500元，工资费用各为2000元和3000元，则经营费用总差额为:C=(5500-5000)+(3000-2000)=1500元 显然，方案一比方案二节约了经营费用。式中，K为投资总差额；Ki为某个构成项目的投资差额；n为各个方案投资额不相同的构成项目。在比较各方案的投资额时，除了计算各方案本身的直接投资外，还要计算与方案直接投资项目有关的其他方面的相关投资。有时只需计算各个构成项目的投资差额即可。计算投资总差额的公式为:(4-39)4.4.4.3 计算不同方案的追加投资回收期若有两个以上方案进行对比，则要计算追加投资回收期。当两个方案年产量相同时，即Q1=Q2时如果C1C2，K1K2，则方案二比方案一优越，但往往是投资大的方案经营费用较低，投资小的方案经营费用较高，要用节约的经营费用去计算回收投资增加的期限，即计算追加投资回收期。若（K2K1，C2C1），则追加投资回收期的计算公式为：(4-40)追加投资回收期的倒数为追加投资效果系数：(4-41)式中T0为追加投资回收期；E0为追加投资效果系数；K为投资增加额，即K2-K1；C为经营费用节约额，即C1-C2。4.4.4.3 计算不同方案的追加投资回收期当两个方案年产量不相同时，即Q1Q2时，且如果C1/Q1(C2/Q2)，K1/Q1(K2/Q2)，则方案二比方案一优越。在经营费用中有些项目是与产量增长无关的，这部分费用通常称为不变费用，它是按产量分摊到每个产品上的。当产量增加时，分摊在单位产品上的不变费用就相应减少，而单位产品不变费用的节约额就相对增加了。因此，如果即Q2Q1、C1C2、K2K1，并且产量的增长大于投资的增长时，就会出现C1/Q1(C2/Q2)，K1/Q1(K2/Q2)，的情况。这时就要计算追加投资回收期，其计算公式为:(4-42)把计算出来的追加投资回收期与国家或部门规定的标准投资回收期进行比较，然后决定方案的取舍。4.4.4.4 最小计算费用法对多个方案进行综合比较时，可用计算费用总额进行比较，计算费用总额最小的方案为最佳，公式为：(4-43)式中，Z为计算费用总额；Ki为某方案的投资额；Ci为某方案的全年产品成本中的有关部分；En为标准投资效果系数。上式乘以标准投资回收期Tn则得该式的另一种形式：(4-44)式中的计算费用Z，可理解为支出这些费用，可获得整个回收期的总产量。Z是以最小值者为最佳方案。【例4-11】某设备工程有四个设计方案，数据如表。试确定最佳方案(设标准效果系数En为0.125)。解：Z=115+0.125150=133.75 万元 Z=120+0.125130=136.25 万元 Z=100+0.125160=120.00 万元 Z=110+0.125155=129.38 万元方案计算费用为最低，是最佳方案。