生物液体燃料是可以大规模替代石油基产品的可再生能源，能够发挥重要的能源替代和温室气体减排作用。2014年，中国的石油对外依存度首次突破60%，石油表观消费量为5.18×10⁸ t^[1]。据预测，2030年中国国内石油需求量将增加到 6×10⁸~7×10⁸ t，2050年达到7×10⁸~8×10⁸ t^[2]。而同时，国内原油产量2020年甚至2050年前，将维持在 2×10⁸ t左右的水平^{[3, 4]}。石油供需缺口巨大，使中国石油安全和环境面临严重挑战，但也为替代燃料尤其是生物液体燃料的发展提供了很好的机遇^[5]。然而，中国生物液体燃料产业尚处于起步阶段，国家重点支持的技术发展方向不明确，迫切需要对各种技术路线的经济性进行综合而全面的分析及预测，以支撑国家产业发展规划与相关政策的制定。

目前，国内外在中国生物液体燃料技术经济分析领域，已经有一些研究^{[6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17]}，但这些研究基本都是针对具体一种或几种技术路线进行评价，并且没有对未来因技术进步、人工成本与原料价格变化等因素导致的成本变动进行分析和预测，因而难以对中国的生物液体燃料中长期发展规划与政策制定起到决策支撑作用。

基于以上考虑，本研究建立技术经济分析模型，在同一研究方法与研究边界框架下，对17种具有代表性的生物液体燃料路线进行经济性分析及预测，以得出每种燃料的出厂价格及这些价格在时间上的变化趋势，并对该价格进行分解，以确定各时间阶段影响燃料经济性的最重要因素；本文还基于未来可能的化石燃料出厂价格，分析生物液体燃料能够实现与化石燃料相比具有经济竞争力的时间区间。研究结果对确定未来生物液体燃料的研发重点具有一定的指导意义，对政府制定产业发展规划和激励政策具有一定的科学支撑作用。

本研究根据目标替代燃料和原料的不同对生物液体燃料进行了划分，详见表1。

本研究建立了生物液体燃料产品出厂价格计算模型，用于生物液体燃料现行及未来价格的计算，并将出厂价格按照构成要素进行分解，得出各要素在总价格中的占比，包括： 初始总投资、原料成本、运营成本、贷款和利息以及税费等5个要素，其中运营成本包括可变运营成本、固定运营成本和期间费用。

对于与生物液体燃料价格相对比的化石燃料(成品油)价格，本研究根据美国能源信息署(EIA)对中长期原油价格增长的预期及中国宏观经济数据等进行预测和计算。

该模型采用净现值法，在设定一定内部收益率的条件下，求解净现值NPV=0时的产品最低出厂价格，模型中的价格数据均基于2010年不变价，即

生物液体燃料出厂价格计算模型中的现金流入为产品销售收入，现金流出包括初始总投资TCI、 原料成本F_t、 运营成本O&M_t、 贷款与利息Loan_t以及税收成本T_t。现金流出项目及其数据获取方式见表2，其中的流动资金为固定资产投资的5%。

考虑到未来原料价格及技术进步具有一定的不确定性，本研究从原料价格和技术转化成本这2个维度设置了4种出厂价格情景，即： H₁H₂情景、 H₁L₂情景、 L₁H₂情景和L₁L₂情景,其中，H₁、 H₂、 L₁和L₂分别代表高原料成本、高转化成本、低原料成本和低转化成本。同时，为分析不同税费政策对产品出厂价格的影响，在以上4种情景基础上，设置了3个政策情景： 1) 参考情景(BAU,business as usual)： 2015年前采用现有税收政策^[22]；2015年后，除燃料乙醇消费税免征外，其他所有税费全额征收。2) 税费优惠情景(TP,tax preference)： 2015年前的税费政策仍然根据现有政策设定；而2015年后，针对不同的生物液体燃料，采取不同的税费优惠政策。3) 税费优惠和碳税情景(TPACT,tax preference and carbon tax)： 在税费优惠情景基础上，对传统化石燃料征收碳税。情景总体设计见表3和表4。其中，城市维护建设税与教育费附加在所有情景中都设定为“征收”，为避免重复，表4中未予列出。

净现值计算模型中用到的主要参数与假设如下： 税费利率参考目前的税制与税法^[21]进行设定；工厂试运行时间为0.25 a；试运行期间的原料、产量和可变运行成本均为满运行期间的75%，建设期第1年投资支出占60%，第2年为40%；固定资产采用直线法进行折旧^[21]；其他参数和假设见表5。

生物液体燃料净现值计算模型中需要输入的成本相关数据主要包括： 项目初始总投资和规模、年原料成本和年运营成本。其中运营成本包括： 酶制剂或催化剂成本，辅料成本，水、煤、电等能源资源成本，以及管理费用和劳动力成本。受篇幅限制，文中只列出部分关键数据，包括： 1) 各时间阶段各种液体燃料的原料成本数据，见表6；2) BAU情景下各种生物液体燃料各年份的生产规模、初始总投资和转化效率数据，见表7—表11。

在对未来化石燃料的出厂价格进行预测时，参考了中国宏观经济数据，见表12。表12中2020年及以后的价格数据均基于2010年不变价；同时参考了2013年和2014年EIA对未来原油的预测数据^{[25, 26]}，根据这些数据，本研究对汽油、柴油和航空煤油的出厂价格分别设置了4种情景，即高油价情景(H)、 2013参考情景(R1)、 2014参考情景(R2)和低油价情景(L)，各情景下的原油价格数据见表13。本研究在对比生物液体燃料与化石燃料的出厂价格时，以基于R2情景预测得到的化石燃料出厂价格作为基准，但是，考虑到2014年下半年以来，国际原油价格大幅下跌，由每桶110多US＄一度跌至40多US＄，进入2015年以来，原油价格在60 US＄上下波动，因此，在结果与讨论部分，探讨成品油价格对生物液体燃料经济性的影响。

图1—图3给出了BAU情景下汽油、柴油、航空煤油及其替代燃料在2010—2050年的出厂价格总体情况。出厂价格以燃料的热值量为基准，为每吨标油(toe)的价格，单位为元·toe^-1。吨标油，即吨油当量，油当量是按标准油的热值计算各种能源量的换算指标，1吨标油=1×10⁷ kcal。由于篇幅所限，TP和TPACT情景下的出厂价格图没有列出。图1—图3借用股价图表达每种燃料每个情景年4种情景下的出厂价格。图1—图3中的每条柱代表一组价格，对于生物液体燃料，柱线最高点代表H₁H₂情景下的价格，最低点代表L₁L₂情景下的价格，而柱体最高点和最低点分别代表H₁L₂和L₁H₂情景(或L₁H₂和H₁L₂情景)下的价格；对于化石燃料，柱线最高点代表原油价格为H情景时的成品油出厂价格，最低点代表L情景下的价格，而柱体最高点和最低点分别代表R1和R2情景下的价格。

图 1 汽油及其替代燃料出厂价格

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图 2 柴油及其替代燃料出厂价格

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图 3 航空煤油及其替代燃料出厂价格

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从图1—图3中可以看出，汽油、柴油和航空煤油随时间推移总体呈现上涨趋势，生物液体燃料出厂价格整体呈现下降趋势，其出厂价格存在较大的不确定性，这主要是由原料成本和燃料转化成本的不确定性造成的，其中3代微藻基生物燃料的不确定性最大。

本研究选取了化石燃料R2情景与生物燃料的H₁H₂和H₁L₂情景进行对比，这是生物燃料出厂价格中较高的2种情景。

根据模型计算结果，在政策BAU情景下，2020年前，生物液体燃料与化石燃料相比，在经济上基本不具备竞争力；2020—2025年之间，1.5代燃料乙醇可基本实现与汽油价格相比具有竞争力；2026—2030 年间，纤维素乙醇可与汽油相竞争；2031—2045 年间，小桐子基生物燃料、费托(Fischer-Tropsch)合成生物燃料、水相催化生物燃料可与柴油或航空煤油相竞争；2045年前后，微藻基生物燃料可基本实现与化石基燃料相竞争。

在TPACT情景下，以非粮淀粉和糖类为原料的燃料乙醇和以小桐子为原料的生物柴油或航空煤油可在2020—2025年之间实现与化石燃料相比具有竞争力；2代生物液体燃料，可在2020—2030年间实现成本的大幅下降，2025年前后与化石燃料相比具备竞争力；3代生物液体燃料2040—2045年之间才能够与化石燃料相竞争。

本研究对各条路线在H₁H₂、 H₁L₂、 L₁H₂和L₁L₂这4种情景下的BAU和TPACT情景分别进行了细致的比较，以分析政策对生物燃料出厂价格的影响。结果表明，在TPACT情景下，生物液体燃料可以提前实现与化石燃料(R2情景)相比具备竞争力。与无税费激励政策的BAU情景相比，在对生物液体燃料实行税费优惠政策并对化石燃料征收碳税政策的TPACT情景下，以加氢、费托合成及水相催化技术为特征的生物液体燃料可提前较长时间实现与化石燃料相比具有竞争力，提前时间一般为10~15 a，微藻基生物液体燃料，提前时间一般为6~7 a，1.5代及2代燃料乙醇提前时间较短，一般为1~5 a左右。为直观了解BAU情景和TPACT情景之间的差异，本文给出了H₁L₂情景下生物燃料2种情景对比图，见图4—图6。

图 4 汽油及其替代燃料出厂价格

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图 5 柴油及其替代燃料出厂价格

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图 6 航空煤油及其替代燃料出厂价格

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其中，燃料乙醇受税费政策影响较小的主要原因有2点： 1) 2014年底，国家取消了酒精消费税，2014年前，燃料乙醇消费税也存在减免政策，因而本研究在燃料乙醇的BAU情景中设定消费税免征，同时TPACT情景也免征消费税，这使得燃料乙醇出厂价格在2个情景中的差别大大减小；2) 在BAU情景下，由于燃料乙醇消费税取消，导致增值税税基减少，因而增值税降低，基于消费税和增值税等的附加税费同步降低，这使燃料乙醇出厂价格在TPACT与BAU情景下因增值税和附加税费产生的差异减小。然而，对于除燃料乙醇以外的其他生物液体燃料，2015年后，在BAU情景下是征收消费税的，而TPACT情景直到2030年后才开始征收消费税，这使得2015—2030年之间，生物液体燃料(不含燃料乙醇)在不同情景下的出厂价格因消费税的存与否而差距较大，同时因消费税计入增值税税基而导致BAU情景下的增值税和附加税费增加，进一步拉大了2种情景间的税费差距，因而，这些生物液体燃料在TPACT情景下的出厂价格大大低于BAU情景，税费政策作用明显。

微藻基生物燃料受政策影响较小的原因是它们的技术成熟时间较晚，在2030年后，而根据本研究中设定的TPACT税费政策情景，2030—2050针对微藻基生物燃料全面征收税费，这使得BAU情景与TPACT情景下该生物燃料出厂价格无差别，但与之相比较的化石燃料出厂价格在2种情景下有一定程度的差别，主要是碳税差别，这导致2种情景下微藻基燃料与化石燃料相比具备竞争力的时间有先后之别。

为考察生物液体燃料出厂价格构成，本研究把每种燃料的出厂价格分解为总投资、原料成本、运营成本、贷款和利息以及税费5个部分。表14给出了政策BAU情景下各种燃料出厂价格的构成情况，由于数据量较大，表14中给出了每种价格构成要素所占百分比的范围，该范围覆盖了H₁H₂、 H₁L₂、 L₁H₂和L₁L₂这4个子情景，并覆盖了2010—2050年各个情景年，表14中的箭头表示随时间推移，其前一项单元格中的占比变化趋势，即上升或下降。比如，代号为(1)的燃料，其原料成本在出厂价格中的比例为71%~86%，随着时间由2010年推移到2050年，其原料成本在总出厂价格中的比例是下降的，标记为“↓”。

如表14所示，原料成本在1.5代生物液体燃料出厂价格中占比为54%~90%，其中以小桐子转脂生物柴油最为典型，其原料成本占出厂价格的比例最高为90%，但是，随着技术进步，原料成本所占比例呈下降趋势。

2015年后，虽然2代生物液体燃料的原料价格总体呈现上涨趋势，但是由于转化阶段的效率提高，使得单位产品所消耗的原料减少，同时运营中的辅料、能源、人工等成本有所上升，从而导致原料成本在出厂价格中的比例有所降低，达到与运营成本基本相当或略低的水平。例如，纤维素乙醇出厂价格中，原料成本所占比例为20%~39%，而运营成本为30%~48%。

3代生物液体燃料价格受原料成本影响巨大，2015年前，原料成本不确定性区间达13 000元/toe，原料成本比例为64%~96%，随着技术进步，该比例有较大程度的下降；而运营成本有较大幅度上升，为3%~25%。例如，在BAU-H₁H₂情景中，含油微藻加氢生产生物柴油路线中，原料成本由2010年的94%下降到2030年的78%，进而至2050年的64%，而运营成本则由2010年的4%上升到2030年的14%，进而至2050年的25%。

为直观了解各种燃料的出厂价格构成情况，本文将比较有代表性的H₁L₂-BAU情景下2020年的数据绘制成图，见图7。

图 7 生物液体燃料出厂价格构成(H1L2-BAU情景，2020年)

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本文4.2部分的结果是在成品油出厂价格为R2情景下得到的。如果成品油价格为H情景，那么在本研究的BAU情景下，2027年前，非粮淀粉或糖料基燃料乙醇和纤维素乙醇有可能与化石燃料相竞争；2025—2035年间，小桐子基生物燃料、费托合成生物燃料与水相催化汽油或航空煤油可实现与化石燃料相比具有竞争力；2035—2045年间，废弃油脂基和微藻基生物燃料可与化石燃料相竞争。在TPACT情景下，情况更为乐观，2025年前，非粮淀粉或糖料基燃料乙醇和纤维素乙醇有可能与化石燃料相竞争；2020—2025年间，小桐子基生物燃料、废弃油脂基生物燃料、费托合成生物燃料与水相催化汽油或航空煤油可实现与化石燃料相比具有竞争力；2035—2040年间，微藻基生物燃料可与化石燃料相竞争。

如果未来油价为L情景，那么在本研究的BAU情景下，2030年前，非粮淀粉或糖料基燃料乙醇和纤维素乙醇有可能与化石燃料相竞争；费托合成生物汽油与水相催化汽油或航空煤油有可能在2045—2050年间与化石燃料相竞争；而其他生物液体燃料在2050年前很难取得与化石燃料相竞争的优势。在TPACT情景下，情况有所好转。2015—2025年之间，非粮淀粉或糖料基燃料乙醇可实现与化石燃料相比具有竞争力；2020—2030年间，小桐子基生物燃料、纤维素乙醇、费托合成生物燃料和水相催化生物燃料可实现与化石燃料相比具有竞争力，而其它生物燃料2050年前很难与化石燃料相竞争。

如果成品油价格延续2015年上半年走势，那么，与L情景相比，大部分生物液体燃料实现与化石燃料相比具有竞争力的时间要滞后1~3 a。

本文以生物液体燃料出厂价格计算模型为工具，设立了12种情景，对17种具有代表性的生物液体燃料出厂价格进行了分析和预测，并与化石燃料出厂价格进行对比，同时对各情景和各情景年的出厂价格进行分解，得出初始投资、原料成本、运营成本、贷款及其利息、税费这5个要素在出厂价格中的比例。根据计算结果，本文得出以下主要结论：

1) 税费优惠政策对生物液体燃料的发展至关重要，可使大部分生物燃料大幅降低价格，并提前10~15 a实现与化石燃料相比具有竞争力，尤其是以加氢、费托合成及水相催化技术为特征的生物液体燃料。对化石燃料征收碳税将有助于生物燃料更早实现与化石燃料的竞争，但近中期所能发挥的作用有限。

2) 在对生物液体燃料实行税费优惠政策，并对化石燃料征收碳税的条件下(TPACT情景)，以非粮淀粉和糖类为原料的燃料乙醇和以小桐子为原料的生物柴油或航空煤油可在2020—2025年之间实现与化石燃料相比具有竞争力；2代生物液体燃料，可在2020—2030年间实现成本的大幅下降，2025年前后与化石燃料相比具备竞争力；3代生物液体燃料2040—2045年之间才能够与化石燃料相竞争。

3) 原料成本在1.5代和3代生物液体燃料出厂价格中比例较高，1.5代为54%~90%，3代为64%~96%。对于2代生物液体燃料，原料成本及运营成本对出厂价格的贡献基本相当，分别占13%~40%和21%~48%。初始总投资、贷款及利息、税费在出厂价格中的比例相对较小，基本保持在20%以下的水平。

4) 由于国际原油价格的波动，生物液体燃料在何时能够与化石燃料相竞争，存在一些不确定性。在有税费优惠政策的前提下，如果国际原油价格延续EIA发布的2014参考情景(R2)走势，那么，如4.2部分所述，除微藻基燃料外，其它生物液体燃料基本可在2035年前取得与化石燃料相比的竞争优势；如果原油价格延续高(H)情景走势，除微藻基燃料外，其它生物液体燃料基本可在2026年前取得与化石燃料相比的竞争优势，与R2情景相比，大部分生物液体燃料可提前3~8 a 实现与化石燃料相比具有竞争力；如果原油价格延续低(L)情景走势，那么非粮燃料乙醇、小桐子基生物燃料、费托合成生物燃料和水相催化生物燃料可在2030年前实现与化石燃料相比具有竞争力，而其它生物燃料2050年前很难与化石燃料相竞争。

根据以上计算结果和结论，本文提出政策建议如下：

1) 采取合理的税费优惠政策，对于1.5代非粮燃料乙醇技术，建议在2020年前免征消费税与所得税，增值税即征即退；而对于1.5代生物柴油或航空煤油技术、所有2代与3代生物燃料技术，建议在2030年前免征消费税与所得税，增值税即征即退；同时，应及早对化石燃料征收碳税。

2) 2020年前，在重点区域和重点领域构建1.5代生物液体燃料商业化示范和推广体系，支持2代生物液体燃料规模化技术示范和商业化示范；2020—2030年，在重点区域构建2代生物液体燃料产业化示范和推广体系，支持速生能源植物和微藻的规模化种植示范；2030—2050年，重点发展以农作物秸秆和木质纤维素植物等为原料的2代生物液体燃料技术。

3) 通过政策引导和增加投入，降低生物液体燃料原料成本。对于1.5代生物液体燃料，在2020年前，应加强原料育种、培育和规模化种植方面的引导和投入；建立合理而规范的废弃油脂回收体系。对于2代生物液体燃料，应在2025年前，逐步建立起完善的收储运体系，保证原料的持续稳定供应；对于3代生物液体燃料，应在2030年前，增加对微藻选育和养殖技术优化方面的投入，以大幅度降低微藻成本。

4) 在国际原油价格大幅波动的情况下，可考虑对生物液体燃料生产企业进行适量补贴，以扶持产业发展。