技术经济分析简介

Column: 科普 Time: 2021-03-29 View: 3390

技术经济分析是通过运用经济理论和定量化科学原理，对技术项目进行财务分析计算，可以有效地遴选出技术与经济的最佳结合方案，在优选不同技术、过程升级改造、新工艺开发等方面有重要的作用。指标有总投资、总生产成本方面和最小销售价格等。

投资TCI

投资是建成工厂或装置并维持正常运营所需的全部资金，可通过费用系数法计算，即以项目工程中的设备投资额为基础，通过乘以相关系数得到总投资费用TCI。

工程项目总投资计算规则及取值

项目	计算方法
界区内费用(ISBL)	所有设备的投资额
界区外费用(OSBL)	ISBL的20%–50%，典型参考值40%
直接资本(TDC)	ISBL + OSBL
建筑工程费用	小工程取TDC的30%，大工程取TDC的10%
不可预见费用	TDC的10%
固定投资(FCI)	直接资本 + 建筑工程费用 + 不可预见费用
流动资金	固定投资的10%
总投资(TCI)	FCI + 流动资金

设备投资额包括设备购置费和安装费，安装费通常为设备购置费的一定比例，设备投资额购置费可通过软件Aspen Process Economic Analyzer或装置能力指数估算法得到：Aspen Process Economic Analyzer法是基于Aspen plus对工艺或单元进行模拟后，得出工艺物流信息及反应运行条件，计算设备尺寸及材质等，以此确定设备购置费或投资额；指数估算法是基于已有单元或装置的设备购置费或投资额为参考体系，通过公式计算得到目标单元或装置的设备购置费或投资额：

$C_{E} = C_{E 0} {(\frac{S}{S_{0}})}^{n}$

式中， $C_{E}$ 为目标单元或装置的设备购置费或投资额， $C_{E 0}$ 为已有单元或装置的设备购置费或投资额， $S$ 为目标单元或装置的生产规模， $S_{0}$ 为已有单元或装置的生产规模。 $n$ 为规模指数，是经验数据，在涉及气体压缩、机械功的工程中通常取0.8–0.9，在石油化工工程中取0.7，在精细化工和制药工业中常为0.4–0.5。

已知设备购置费时，可通过安装因子求得设备投资额。另外，不同地域和不同年份由于市场、税率、资源开采量、工人薪酬等方面存在差异，因而不同地域和不同年份的设备投资额不能直接混用。区位因子表示不同地域间同一工程的设备投资额变化的相对值，例如选择中国为目标区域，工程的设备投资额应通过中国与其他地区的区域因子比值换算。成本指数表示不同年份工程项目的设备投资额变动趋势的相对数，例如选择2023年为目标年费，工程的设备投资额应通过2023年与其他年份的成本指数比值换算。化工设备成本指数采用Chemical Engineering期刊发布的Chmical engineering plant cost index (CEPCI)值，见表。

$C_{E} = C_{0} f_{install} \frac{θ}{θ_{0}} \frac{χ}{χ_{0}}$

式中， $C_{E}$ 为设备投资额， $C_{0}$ 为设备购置费， $f_{install}$ 为安装因子， $θ$ 为目标地区的区位因子， $θ_{0}$ 为原地区的区位因子， $χ$ 为目标年份的成本指数， $χ_{0}$ 为原年份的成本指数。

不同设备的安装因子

设备类型	安装因子	设备类型	安装因子
压缩机	2.5	精馏塔	4
加热锅炉	2	换热器	3.5
Instruments	4	杂项设备	2.5
压力容器	4	泵	2.5

不同地区的化工设备区位因子

地区	区位因子	地区	区位因子
美国Gulf Coast	1.00	美国East Coast	1.04
美国West Coast	1.07	美国Midwest	1.02
加拿大Ontario	1.00	加拿大Fort McMurray	1.60
墨西哥	1.03	巴西	1.14
中国-进口	1.12	中国-本土	0.61
日本	1.26	SE Asia	1.12
加拿大	1.21	印度	1.02
中东	1.07	法国	1.13
德国	1.11	意大利	1.14
Netherlands	1.19	俄罗斯	1.53
英国	1.02

不同年份的化工设备成本指数

年份	成本指数	年份	成本指数
2017	567.5	2020	596.2
2018	603.1	2021	708.8
2019	607.5	2022	816.0

总生产成本TPC

总生产成本是项目生产和销售过程中产生的费用，由固定成本、可变成本以及副产物收益组成，具体来讲：

（1）固定成本，指运营期间不随业务量变化而变化的成本。包含设备折旧费、操作与维护费用、间接费用、行政费用和销售费用；

（2）可变成本，指运营期间随生产量、销售量或其他业务活动量的增减而变化的成本。包括原材料费和燃料动力费；

（3）副产物收益，指运营期间产生的副产品所创造的价值或收益。

总生产成本计算规则及取值

项目		成本组成	研究基准
固定成本	1	折旧费	设备直线折旧，寿命为20年，残值按4%计算
	2	操作与维护费用
	2.1	操作费用	操作人员工资20⁵ CNY/a，每个岗位4.8人
	2.2	管理费用	项目2.1的20%
	2.3	维护费用	投资的2%
	2.4	营业用品	投资的0.8%
	2.5	化验	项目2.1的1.5%
	3	间接费用	项目(2.1+2.2+2.3)的60%
	4	行政费用	项目10的2%
	5	销售费用	项目10的2%
可变成本	6	原材料费	原料的消耗量和单价确定
	7	燃料动力费	公用工程的消耗量和单价确定
	8	辅助材料费	溶剂、助剂等的消耗量和单价确定
副产物收益	9	副产品收入	副产品的产量和单价确定
总生产成本	10	1+2+3+4+5+6+7+8-9

静态评价方法和动态评价方法

总投资TCI和总生产成本TPC是静态评价方法，静态评价方法简单、明了、形象，但由于只考虑了资金的当前价值，没有考虑到资金随时间推移而产生时间价值的变化，通常主要用于项目可行性研究初始阶段的粗略分析和评价以及技术方案的初选阶段。要对投资决策进行更精确更进一步的经济分析，必须把在不同时间发生的现金流通，按照同一时间基准进行换算，然后在相同的基准上进行比较与评价，这种考虑到资金时间价值的分析评价称为动态评价方法，其主要评价指标有净现值NPV、净现值比NPVR、折现现金流通收益率和动态投资回收期等。

简单理解——现在的1元钱和一年后的1元钱，从数量上是一样的，但是从购买力的角度来看，现在1元钱的购买力通常要大于一年后的购买力，即要想得到一年后相当远现在一元钱的购买力，需要更多的钱，这些多出来的钱就是利息。定义一年后的钱，或者说未来获得的钱为终值（Future value，FV），现在的钱是现值（Present value，PV）。建立现值与终值之间关系的桥梁就是利率（Interest rate，IR）。假设年化利率为10%，现在的1元钱就相当于一年后的1.1元（1×(1+10%)），两年后的1.21元（1×(1+10%)²）。也就是说，终值FV与现值PV之间的关系可以由利率IR和年份t表示出来：

FV = PV \cdot (1 + IR)^{t}

FV、PV、IR和t的关系（IR为10%）

年份t	基准年	第1年	第2年	第3年	第4年
终值FV	1000	1000	1000	1000	1000
折现因子：(1+IR)^t	(1+10%)⁰=1	(1+10%)¹=1.1	(1+10%)²=1.21	(1+10%)³=1.331	(1+10%)⁴=1.464
现值PV	1000	909.09	826.45	751.31	683.01

净现值(NPV)

净现值（Net present value, NPV）是建设项目在整个服务年限内，各年所发生的净现金流量（即现金流入量和现金流出量的差额），按预定的标准投资收益率，逐年分别折算到基准年(即项目起始时间)，所得各年净现金流量的现值。计算公式如下：

NPV = \sum_{t = 1}^{n} \frac{(CI - CO)_{t}}{(1 + IR)^{t}}

式中CI和CO表示第t年的现金流入和现金流出，t为年数(t=1,2,...,n)，IR为年折现率(或标准投资收益率)，n为工程项目的经济活动期。

净现值的计算结果可能出现三种情况：

NPV>0，表示在规定的折现率下，项目有盈利
NPV<0，表示在规定的折现率下，项目是亏损的
NPV=0，表示在规定的折现率下，项目盈亏平衡，处于临界值
多个设计方案的 NPV>0时，取较大者

NPV计算示例（2022年为基准年，IR为8%）

明细	2020	2021	2022	2023	2024
建厂投资	800	600	-	-	-
运行成本	-	-	1500	1200	1000
产品收入	-	-	2000	1800	1900
现金流量：CI-CO	-800	-600	500	600	900
折现因子：(1+IR)^t	(1+8%)^-2=0.857	(1+8%)^-1=0.926	(1+8%)⁰=1	(1+8%)¹=1.08	(1+8%)²=1.166
(CI-CO)/(1+IR)^t	-933.12	-648.00	500	555.56	771.60
NPV	246.04

内部收益率（IRR）

内部收益率（IRR）也称现金流量贴现法(DCF)、折现现金流通收益率(DCFRR)或报酬率比较法，是指建设项目净现值等于零时的折现率。内部收益率反映了项目总投资支出的实际盈利率，也即工程项目的借贷资金所能负担的最高利率，当贷款利率为IRR时，该项目在整个寿命期内的全部收益刚够偿还本息。

采用IRR进行项目评估的时候，如果内部收益率大于当前的折现率（贷款利息），那么其净现值就会大于零，项目可行；如果内部收益率小于当前的折现率，那么其净现值就会小于零，项目不经济。

\sum_{t = 1}^{n} \frac{(CI - CO)_{t}}{(1 + IRR)^{i}} = 0

现金流通图

在工程设计时预见项目在寿命期内任何时刻的现金流通情况，给人以形象、直观的累计现金流通运行轨迹，可读出任一时刻项目预计的现金位值。累计现金流通图中，支出作负现金流通，收入作正现金流通。

投资回收期

投资回收期法也叫返本期法或偿还年限法，是一种投资效果的简单分析法，经济分析评价的时间指标。

静态投资回收期是将工程项目的投资支出与项目投产后每年的收益进行比较，求得投资回收期或投资回收率。方法简便易行，但比较粗略，不反映时间因素。

动态投资回收期以投资开始的年份为基准，将静态评价方法中的各现金流通资金乘以折现因子得到折现现金流通量，然后从各时间的累计折现现金流通量中确定从负值转变为正值的时刻，即累计折现现金流通为零的时间。

当投资者特别关注投资的回收速度时，且要考虑金钱的时间价值，就需采用动态回收期法，动态回收期比静态回收期时间长，考虑了金钱的时间价值，能较好地反映资金的真实回收时间，比较合理。

投资回收期计算示例（IR为10%）

明细	0	1	2	3	4
净现金流量	-2000	1000	800	600	200
累计净现金流量	-2000	-1000	-200	400	600
折现因子	1	0.9091	0.8264	0.7513	0.6830
净现金流量现值	-2000	-909	661	451	137
累计净现金流量现值	-2000	-1091	-430	21	158

静态投资回收期 = (累计净现金流量出现正值的年数–1) + 上年累计净现金流量的绝对值/出现正值年份净现金流量
静态投资回收期 = (3–1) + 200/600 = 2.33年
动态投资回收期 = (累计净现金流量现值出现正值的年数–1) + 上年累计净现金流量现值的绝对值/出现正值年份净现金流量的现值
动态投资回收期 = (3–1) + 430/451 = 2.95年

参考文献：

Gavin P Towler, R K Sinnott. Chemical engineering design: principles, practice, and economics of plant and process design. 2nd ed. Boston, MA: Butterworth-Heinemann, 2013.
Chemical Engineering, Chmical engineering plant cost index(CEPCI)

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