生物質發電項目效益分析及政策選擇

張世龍 鄭美靈

生物質能發電是在緩解能源緊缺問題和環境問題的必然選擇,我國已將發展生物質能源開發利用列入“十二五”規劃。該文運用蒙特卡羅模擬技術對生物質能發電項目進行經濟效益分析,分析政府補貼和秸稈成本對項目凈現值的影響。在此基礎上提出政府應該對生物質能電廠提供的支持政策以及電廠應如何加強管理來控制秸稈成本。

生物質能發電;經濟效益;政府支持;秸稈成本;蒙特卡洛技術

1.研究背景

生物質能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能存儲在生物質內部的能量。生物質發電是生物質燃料直接送往鍋爐燃燒,產生高溫、高壓的水蒸氣,由水蒸氣推動汽輪機將熱能轉化成動能、再通過發電機將動能轉換成電能的過程。2011年我國發電量46037億千瓦時,超越美國位居世界第一,對能源需求很大,生物質能開發被列為“十二五”期間重點發展項目。

2.國內外生物質能開發利用現狀及我國生物質能資源狀況

國內外生物質能開發利用現狀。目前,生物質能占全世界總能耗的14%,數量相當巨大,是21世紀能源供應中最具潛力的能源。荷蘭研究可再生能源的學者Hoogwijk預測生物質能源將在世界能源消耗中占據7~27%[1]。20世紀70年代,世界性的石油危機爆發后,丹麥開始積極開發清潔的可再生能源,大力推行生物質發電。1990年以來,生物質發電在歐美國家開始大發展。到2011年底,全世界生物質發電總裝機容量約為72GW,主要集中在北歐和美國。近10年來,丹麥新建設的熱電聯產項目都是以生物質為燃料,同時將過去許多燃煤供熱廠改為燃燒生物質的熱電聯產項目[2]。

我國生物質能發電技術比國外晚了近20年。2006年12月,我國第一個生物質能發電廠國能單縣生物質發電項目正式投產。2010年3月,全國最大的生物質能電廠粵電湛江生物質發電項目正式開工建設,規劃總裝機容量為450MW機組,其中1#機組已于2011年7月底投產。2010年我國生物質能發電裝機突破5GW,占總裝機容量的0.5%,與發達國家差距較大。根據國家能源局規劃,到2015年我國生物質發電裝機將達到1300萬千瓦。

我國生物質能資源狀況。我國生物質能資源豐富,若全部利用可提供全國66.6%的發電量。按50%的生物質能收集利用率算,我國生物質資源每年可轉化為能源的潛力,近期約為5億噸標準煤,遠期可達到10億噸標準煤以上。若加上荒山、荒坡種植的各種能源林,資源潛力在15億噸標煤以上。

我國農作物播種面積約15億畝,年產生物質約7億噸,除部分作為造紙原料和畜牧飼料外,剩余部分可作為燃料使用。農產品加工廢棄物,包括稻殼、甘蔗渣和棉籽殼等,約2億噸。我國森林面積1.75億公頃,每年通過正常的灌木平茬復壯、森林撫育間伐、修剪、收集采伐、造材、加工剩余物等,可獲得生物質量8~10億噸。我國畜禽養殖業糞便排放量約18億噸,實際排出污水總量約200億噸,可生產沼氣約500億m3;工業企業年排放有機廢水和廢渣約25億m3,可生產沼氣約100億m3。

3.影響生物質發電效益的因素

大型生物質發電廠需要的秸稈量很大,裝機容量30兆瓦的發電廠需要有40萬畝地來提供燃料。另外,秸稈用途廣泛,有飼料,造紙,成型燃料,實際上真正能供應到電廠的秸稈大為減少。生物質發電燃料是由分散的農民提供的,收集成本較高。正是這個特殊性導致生物質發電項目相比其他發電項目社會關系更為復雜。圖1表述了生物質發電項目的社會關系。

影響生物質能發電項目效益的因素主要有:建設成本、秸稈價格、上網電價、政府補貼[3],由于政府補貼是按發電量補貼的,所以上網電價和政府補貼可以統一到電價這個因素上。

4.生物質能發電項目效益分析

基于蒙特卡羅模型的經濟效益分析。考慮到生物質資源分散,專家們建議生物質電廠的建設規模不宜超過30MW。現在對裝機容量為30MW的生物質能發電廠進行經濟效益分析,參考已建成生物質能電廠的情況,對生物質電廠經濟效益進行蒙特卡洛模擬。

本文運用蒙特卡羅技術對生物質發電項目的凈現值、內部收益率進行模擬。在正常生產年份,一般按年運行小時7000小時計,一座裝機容量為30MW的生物質電廠年耗秸稈數量為約20萬t,年發電量為2.1億千瓦時,廠自用電量10%,減少CO2排放上15萬t。目前,生物質能發電實行標桿上網電價0.75元/kwh,每噸二氧化碳為10美元,秸稈到廠價330元/噸。目前生物質電廠的平均造價為10000元/kw。假設:秸稈價格服從正態分布N(330,25),電廠年運行時間在區間[6500,7500]呈均勻分布,生物質電廠總投資服從正態分布N(30000,500)。運用excel2003版本來實現蒙特卡羅技術模擬,將基礎數據輸入到excel表格中,運用NORMINV函數生成秸稈價格和總投資的隨機數值,運用RAND函數生成電廠年運行時間的隨機數值,按折現率10%,殘值率5%,項目周期20年,直線折舊計算,模擬500次后,得出結果見表1。

5.對策分析

政府支持。根據電監會年度電價執行監管報告,上網電價由2004年的303.66上升到2011年的410.56元/千千瓦時,年均增長率為4.40%。預計到2024年將為717.61元/千千瓦時,此時項目NPV≥0的概率大于0.8,項目經濟效益良好。結合上述分析,建議在2024年以前政府采取政策予以支持,此后,可不再補貼。政府可采取以下政策支持:

合理安排產業布局,將生物質能發電廠引導到生物質能源豐富的地區,做好項目審批把關,按照當地的資源容量建設相應規模電廠,從源頭上杜絕重復建設。做好農民、電網公司和發電廠工作,協調三者之間矛盾,使其能夠形成一條完整的產業鏈。在生物質能電廠尚未實現產業化之前,給予電廠經濟補貼,緩解電廠壓力。加強對生物質發電技術研發,轉變鍋爐需進口的現狀,降低建設成本。

電廠管理。上述可知秸稈成本控制對電廠盈利能力相當重要。建議電廠做到以下幾點:

合理規劃廠區位置,選擇秸稈資源豐富,分布密集的位置,建議在半徑50公里內或一個縣內只建一個電廠,避免惡性競爭。

電廠加大內部管理建立合理高效的秸稈供應鏈。在農民、企業、經紀人之間形成良性的產業利益鏈。可以與農戶簽訂長期供應協議,形成農戶→小型收集點→加工儲存點→電廠的秸稈供應體系。

秸稈收購具有季節性,電廠必須要有一個龐大的倉庫存儲燃料。同時,由于季節性問題,在收購旺季需要大量的流動資金,電廠必須管理好企業的流動資金。

[1]郝德海.生物質技術產業化研究.山東大學,2006.04

[2]史立山.瑞典、丹 麥、德國和意大利生物質能開發利用考察報告[J].中國建設動態·陽光能源,2005.10

[3]樊京春,王永剛,秦世平.生物質發電電價的敏感因素分析[J].可再生能源,2006.02