生物质发电项目效益分析及政策选择研究

生物质发电项目效益分析及政策选择研究

张世龙　郑美灵

（杭州电子科技大学管理学院）

摘　要:本文对生物质发电项目涉及的系统及其子系统进行分析，阐述了系统间的关系及作用。在当前环境及参数设定条件下，进行项目经济效益分析，对我国政府目前的生物质发电政策进行评价。借助蒙特卡罗模拟技术分析政府补贴、秸秆成本对生物质发电项目经济效益的动态影响，为未来政府制定政策提供指导性的参数。

关键词:生物质发电；经济效益；政府支持；秸秆成本

一、研究背景

随着世界经济的发展，能源的消耗迅速增长。传统的化石燃料是仍当今世界主要的能源保障，2011年石化燃料占能源消费总量的87%，其中石油是化石是主导性燃料，煤炭是增长最快的化石燃料。据《世界能源统计2012》预测世界上三大主要的化石能源煤、石油、天然气将分别于112年、54年、63年以后消耗殆尽。同时，由于大量石化能源燃烧引发的环境问题已经越来越严重。有研究表明，大气中85%的硫、75%的二氧化碳、35%的悬浮颗粒来自化石的燃烧，同时化石能源在开采过程中也严重危害地表生态环境。因此开发可再生的清洁能源势在必行，国际间能源方面的合作项目也越来越多。风能、太阳能、生物质能作为最主要的清洁能源，已经得到世界上很多国家的开发利用。

生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能存储在生物质内部的能量，是一种可再生能源。生物质发电是将生物质燃料直接送往锅炉燃烧，产生高温、高压的水蒸气，由水蒸气推动汽轮机将热能转化成动能、再通过发电机将动能转换成电能的过程。其原理基本上与火电的发电原理相同。

二、国内外生物质发电现状及我国生物质能资源状况

（一）国内外生物质发电现状

生物质除了传统的做食物、纤维和喂养家畜以外，还有沼气技术、固体成型燃料技术、生物乙醇、生物柴油以及生物质发电等现代的利用技术。生物质能占了全球一次能源供给的10%以上，是仅次于三大石化能源的第四大能源，是21世纪能源供应中最具潜力的能源。荷兰研究可再生能源的学者Hoogwijk预测生物质能源将在世界能源消耗中占据7%～27%^［1］。20世纪70年代，世界性的石油危机爆发后，丹麦开始积极开发清洁的可再生能源，大力推行秸秆等生物质发电。自1990年以来，生物质发电在欧美许多国家开始大发展。截止2011年末，全球生物质电厂装机容量有72GW，比2010年新增6GW。世界上最大生物质电厂装机容量750MW，已于2011年末在英国投入运行。丹麦在生物质直燃发电方面成绩显著。丹麦的BWE公司率先研究开发了秸秆生物燃烧发电技术，迄今在这一领域仍是世界最高水平的保持者。近10年来，丹麦新建设的热电联产项目都是以生物质为燃料，同时，还将过去许多燃煤供热厂改为了燃烧生物质的热电联产项目^［2］。

对比国内外的生物质发电历史可知，我国生物质发电技术起步比国外晚了近20年。2006年12月，我国第一个生物质发电厂国能单县生物质发电项目正式投产发电。单县生物质发电厂由国能生物发电有限公司投资建设，引进丹麦生物质发电技术，装机容量为25MW，总投资约3亿元。每年可消耗农林废弃物15万～20万吨，发电量约1.6亿k W·h。数据显示，2010年我国生物质发电装机突破500万k W，生物质装机容量占总电力装机容量0.5%，这与发达国家有很大的差距。根据国家能源局规划，到2015年我国生物质发电装机将达到1300万k W，较2010年增长160%。目前我国的生物质电厂大多为直燃发电厂，且装机容量多为30MW左右。

（二）我国生物质能资源状况

我国是农业大国，生物质能资源非常丰富，农作物播种面积约18.2亿亩，年产生物质约7亿吨，除部分作为造纸原料和畜牧饲料外，剩余部分都可以作为燃料使用。此外，农产品加工废弃物，包括稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣和棉籽壳等，也是重要的生物质资源。据统计，农产品加工废弃物量在2亿吨以上。我国森林面积1.75亿公顷，每年通过正常的灌木平茬复壮、森林抚育间伐、果树绿篱修剪，以及收集森林采伐、造材、加工剩余物等，可获得生物质量约8亿～10亿吨。我国目前生猪、家禽和牛等畜禽养殖业粪便排放量约18亿吨，实际排出污水总量约200亿吨，可生产沼气约500亿立方米；全国工业企业每年排放的有机废水和废渣约25亿立方米，可生产沼气约100亿立方米^［3］。

生物质资源若全部利用可提供全年66.6%的发电量。据估算，按50%的生物质能收集利用率算，我国生物质资源每年可转化为能源的潜力，近期约为5亿吨标准煤，远期可达到10亿吨标准煤以上。同时，加上荒山、荒坡种植的各种能源林，资源潜力在15亿吨标煤以上。生物质发电的潜力是很大的，需要国家加以开发利用。

三、影响生物质发电效益的因素

生物质电厂涉及的社会系统复杂，从时间角度划分，可以分为建设期和运营期涉及的社会系统，用系统论的方法分析生物质电厂社会关系，如图3-1。

图3-1　生物质发电项目社会关系

生物质发电项目效益影响因素多，其中建设期主要有建设总投资，运营期主要有上网电价和秸秆成本。在建设期影响总投资的因素可以从政府、设备供应商以及施工承包商三个方面来分析。首先，根据在建电厂采取的发包模式不同，设备的供应方式有两种，一是由电厂建设方自行采购设备，二是由承包商采购设备。第一种方式在建设方有较多的在建电厂时，比较适用，因为建设方可以根据年度所需的电力设备，制定统一的采购计划，统一招标采购，分期、分地点供货，这样可以降低设备的采购成本并且可以提高建设方的议价能力。第二种方式，适用于承包商有较多的同类型的在建项目，这种情况下承包商在设备采购的过程中具有优势地位。设备成本约占建设成本的1/3，采取合理的采购方式可以降低建设成本，对降低总投资有一定作用。其次，对承包商的选择、发包模式以及合同计价方式对建设成本也有影响。发包模式有平行发包、施工总承包以及施工总承包管理三种，其中施工总承包模式是对投资控制最有利的方式。承包合同按计价方式可以分为总价合同、单价合同和成本加薪酬合同，对建设方而言总价合同是合同风险最小的一种。政府在建设期对进口设备的关税优惠政策对供应商的设备价格影响起着作用。

在项目运营期，影响电厂经济效益的因素主要有秸秆成本和上网电价。2010年以前，由于生物质电厂没有实现标杆上网电价以及部分电厂收集秸秆燃料难度大、成本高，很多生物质电厂亏本，还有小部分电厂面临停产。2010年，国家发改委先后发布了两个文件《关于完善农林生物质发电价格政策的通知》和《关于生物质发电项目建设管理的通知》，分别规定将全国农林生物质发电执行全国统一上网电价0.75元/k W·h，生物质发电厂应布置在粮食主产区秸秆丰富的地区，且每个县或100千米半径范围内不得重复布置生物质发电厂。此外政府还要求电网公司支持可再生能源电力的发展，保证生物质发电的并网工作。目前秸秆收购模式主要有秸秆经纪人模式，由电厂在乡或村指定秸秆收购经纪人，然后由电厂将秸秆经纪人收集的秸秆运输到电厂。由于秸秆收集是在农耕繁忙期，而且由于存在中间收购环节，真正到农户手中的钱不多，许多农户不愿意出售秸秆。为了鼓励农民出售秸秆的积极性，许多地方政府给予出售秸秆的农户专项补贴资金，并鼓励电厂将秸秆燃烧后的灰烬返还给农民做化肥使用，这在一定程度上刺激了农户出售秸秆的积极性，间接降低了电厂收购的成本。

四、生物质发电项目效益分析

（一）基于当前环境下的经济效益分析

由于生物质能分布不均匀的实际情况，专家们建议生物质电厂的建设规模不宜超过30MW。现对当前环境下30MW的生物质发电厂进行经济效益分析，参考已建成生物质能电厂的情况，对生物质能电厂经济效益进行蒙特卡洛模拟。

本文运用蒙特卡罗模拟技术对生物质发电厂的净现值、内部收益率进行模拟。在正常生产年份，一般按年运行6600小时计，年耗秸秆数量为约20万吨，年发电量为1.98亿k W·h，电厂自用电量可为10%，节约标煤约10万吨，减少CO₂排放上15万吨。目前，生物质发电实行标杆上网电价0.75元/k W·h，每吨二氧化碳为10美元，秸秆到厂价320元/吨。目前生物质电厂的平均造价为10000元/k W·h。假设秸秆价格（元/吨），从正态分布N（320，25）；电厂年运行时间，假设电厂年运行时间在区间［6000，7200］（小时）之间，呈均匀分布；总投资服从正态分布N（29000，1500）。运用excel2003版本来实现经济效果模拟，将基础数据输入到excel表格中，运用NORMIN V函数生成秸秆价格和总投资的随机数值，运用RA ND函数生成电厂年运行时间的随机数值。在excel中用蒙特卡罗模拟技术对生物质发电厂运行经济效益指标净现值、内部收益率，模拟500次后，得出如表4-1结果（按折现率12%，残值率5%，项目周期16年，直线折旧计算）:

表4-1　当前环境下生物质能发电项目效益的蒙特卡罗模拟结果

（二）政府补贴以及秸秆成本对经济效果的影响

樊京春^［4］等通过敏感性分析得出，其中影响最大的因素是运营期的上网电价和秸秆成本。根据已经投入运行的电厂情况来看，上网电价及秸秆成本是影响生物质发电效益最重要的两个因素，下面就这两个因素对电厂效益的影响进行分析。

1.政府补贴电价对经济效益影响

上述的经济效益分析中是在实行标杆上网电价0.75元/k W·h的情况下进行的，然而随着生物质发电技术的成熟，政府的补贴力度会随之减少。本节分析政府补贴政策变化对经济效益的影响，设政府对生物质发电的上网电价为P元/kk W·h，首先通过确定性分析计算出盈亏平衡的上网电价暂记为P ₁，然后利用特卡罗模拟技术分析生物质发电项目上网电价在P ₁时净现值大于等于零的概率，并计算出生物质发电项目在区间［P ₁，750］内取各数值时净现值大于等于零的概率。

（1）盈亏平衡分析

计算净现值为零（NPV＝0）时，P的值。考虑到政府补贴是针对所有的项目，因此计算时采用每项收入或费用的期望值，即采用确定性分析来分析政府补贴期望值。采用的参数均选择平均值。利用excel计算，当P＝686.5时，生物质发电项目的净现值为零（NPV＝0），此时盈亏平衡。因此，对30MW的生物质电厂而言，上网电价不应小于686.5元/kk W·h。

（2）不同电价水平下项目经济效益分析

通过确定性分析，可知上网电价不应小于686.5元/kk W·h。下面计算上网电价在［690，750］时，NPV≥0的概率，见表4-2。分析NPV≥0.6时，上网电价变化水平对NPV≥0概率的影响。从表4-2可以发现上网电价从700元增长到710元时，电价变化10元，NPV≥0的概率增加的幅度均在3%；上网电价从710元增长到740元时，电价每变化10元，NPV≥0的概率增加的幅度均在6%左右；上网电价从740元增长到750元时，电价变化10元，NPV≥0的概率增加的幅度在4%左右。由此可以发现:上网电价从700元增长到710元时，项目经济效益一般，微弱的电价提升对项目的净现值分布影响不大，此时的影响力度不大不大是由于补贴力度弱造成的；上网电价从710元增长到740元时，电价提高的幅度对项目净现值分布影响大，这是由于此时的上网电价补贴力度比较大，对项目产生的影响类似于规模效益对企业的影响；上网电价从740元增长到750元时，电价提高的幅度对项目净现值分布影响减弱，这种作用相当于企业的边际效益递减造成的影响。

表4-2　上网电价对净现值影响

表4-3　常规上网电价预测结果　单位:元/kkW·h

（3）生物质能发电项目上网电价中政府补贴可变动趋势分析

我们认为NPV≥0的概率在0.9以上时，投资者会对项目投资，这时没有政府补贴也不会改变投资行为，且由于边际效益递减规律，政府在（NPV≥0）≥0.9时的补贴对投资行为的效用是不明显的。经计算的当电价在751元/千千瓦时时，在P（NPV≥0）≥0.9，因此由项目计算得出的结论是:上网电价在［730，750］区间内是既能保证项目投资者投资热情，又最合理有效的。根据2004-2011年的常规电力上网电价，我们用灰色预测模型预测了以后各年的电价情况，见表4-3。政府电价补贴为目前生物质发电上网电价与常规上网电价的差额，见图4-1。随着常规上网电价的上涨，政府电价补贴可以逐年减少。

图4-1　政府电价补贴走势图图

图4-2　不同年份电价水平下NPV累积概率

根据盈亏平衡分析结果，我们选取上网电价在690元/kk W·h以上的年份，分析其所在年份净现值的分布情况，见图4-2。由图可知，在2025年到2026年期间，上网电价会上升到现在生物质发电电价水平，也就是说在那时候就不需要政府补贴了。

2.秸秆成本对经济效益影响

设秸秆成本为c元/吨，首先通过确定性分析计算出盈亏平衡的秸秆成本暂记为c₁，然后利用特卡罗模拟技术分析秸秆成本等于c₁时净现值大于等于零的概率，并计算出在区间［320，c₁］内取各数值时净现值大于等于零的概率。

（1）盈亏平衡分析

计算净现值为零（NPV＝0）时，c的值。采用的参数均选择平均值。利用excel计算，得出当c＝379.3时，生物质发电项目的期望净现值为零（NPV＝0）。即就目前的30MW的生物质电厂而言，秸秆到厂价不应高于379.3元/吨。

（2）不同秸秆成本水平下项目经济效益分析

分别计算秸秆在［320，380］时，NPV≥0的概率，见表4-4。分析NPV≥0.6时，秸秆成本对NPV≥0概率的影响。秸秆成本从360元降低到350元时，秸秆成本变化10元，NPV≥0的概率增加的幅度均在3%左右；秸秆成本从350元降低到340元时，秸秆成本变化10元，NPV≥0的概率增加的幅度均在20%左右；秸秆成本从340元降低到320元时，秸秆成本每变化10元，NPV≥0的概率增加的幅度不到5%。由此可以发现:秸秆成本从360元降低到350元时，项目经济效益一般，微弱的降幅对项目的净现值分布影响不大，此时的影响力度不大不大是由于降幅微弱造成的；秸秆成本从350元降低到340元时，秸秆成本降低对项目净现值分布影响大，这是由于秸秆成本对项目产生的影响类似于规模效益对企业的影响；秸秆成本从340元降低到320元时，秸秆成本降低对项目净现值分布影响减弱，这种作用相当于企业的边际效益递减造成的影响。

表4-4　秸秆成本对净现值影响

由此可见，电厂应该加强成本管理尽量将秸秆成本控制在345元/吨以下，最糟糕的情况下不能超过370元/吨，否则电厂极有可能亏损。

五、结论及对策分析

（1）当前政策环境下，生物质发电项目具有合理的盈利空间，短期不具有上网电价具有下调空间，未来可逐步下调政府的上网政府补贴。由表4-1可知，生物质发电项目在实行标杆电价750元/kk W·h时，内部收益率均值为16.14%左右，净现值的均值为5993.66万元，其中项目经济指标优于目标值的概率为89.8%，也即生物质发电项目在正常运行的情况下，能够取得满意经济效果（NPV≥0）的概率为89.8%，不能取得满意经济效果（NPV≤0）的概率为10.2%。由此项目在实行标杆电价下可见项目经济效果良好。30MW的生物质电厂盈亏平衡电价是686.5元/kk W·h高于生物质发电实行标杆上网电价750元/kk W·h。表4-2显示当电价下调3.3%（下调到到730元/kk W·h），标准项目成功概率下调11.3（成功概率为0.78）。表4-2显示生物质能发电项目上网电价中政府补贴可逐步较低水平，2025年可以取消政府补贴。

（2）秸秆成本的控制对生物质发电项目的效益影响很大，应围绕秸秆的获取和成本降低做好规划和管理工作。在不同秸秆成本下的研究表明:秸秆成本控制在345元/吨以下时，盈利概率高达八成以上；秸秆成本控制在360元/吨以下时，盈利概率在六成以上；秸秆成本控制在370元/吨以上时，盈利概率降到六成以下。对于生物质发电秸秆收集问题的解决，从国家层面来说可以通过加强生物质发电产业布局来实现。根据我国各地区生物质资源种类的不同，以及资源数量的不同，我国应该对生物质电厂统一规划，分步实施。企业在新建生物质电厂前应充分调研当地的生物质资源状况，做好可行性研究工作，做到科学决策。在电厂投入运行后，电厂要加强秸秆收购环节的管理，选择合理的秸秆收储模式，保证秸秆的供给。

（3）政府应加强锅炉设备的研发投入，实施进口替代战略。前面分析可见，目前我国锅炉设备主要靠国外进口，成为我国生物质能发电成本较低的重要制约因素，如果政府通过资金投入，加强技术研发工作，实现锅炉设备的进口替代，就可以较低政府的补贴水平，缩短需补贴的时间，促进生物质能发电的产业化进程。

参考文献

［1］郝德海.生物质技术产业化研究［J］.山东大学技术经济及管理，2006（4）.

［2］史立山.瑞典、丹麦、德国和意大利生物质能开发利用考察报告［J］.中国建设动态阳光能源，2005（10）:64-66.

［3］史立山.瑞典、丹麦、德国和意大利生物质能开发利用考察报告（续）［J］.中国建设动态阳光能源，2005（12）:53-55.

［4］樊京春，王永刚，秦世平.生物质发电电价的敏感因素分析［J］.可再生能源，2006（2）:49-51.