生物質直燃發電工程的溫室氣體減排效益分析*

宋艷培，簡秀梅，莊依杰，陳曉堃，吳宇健，鄧　穎，朱雄發

(1 華南農業大學材料與能源學院，廣東　廣州　510642；2 中山大學工學院，廣東　廣州　510275)

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生物質直燃發電工程的溫室氣體減排效益分析*

宋艷培1，簡秀梅1，莊依杰2，陳曉堃1，吳宇健1，鄧穎1，朱雄發1

(1 華南農業大學材料與能源學院，廣東廣州510642；2 中山大學工學院，廣東廣州510275)

生物質直燃發電工程，可提供清潔能源、減少溫室氣體排放，緩解全球變暖趨勢，越來越受到廣泛地關注。本文利用成本有效性分析法和市場價值分析法，分析該項目的技術經濟性，研究了溫室氣體減排的經濟效益和銷售溫室氣體二氧化碳減排權的環境效益。結果表明，中型生物質發電成本是每千瓦時人民幣0.6225元，每噸碳的減排增量成本是102.1美元，年銷售CO2減排權的收益為171.4萬美元。溫室氣體減排對生物質直燃發電工程的發展起到良好的促進作用。

生物質；直燃發電；溫室氣體；減排效益

在導致氣候變化的各種溫室氣體中，CO2占50%以上。在很多國家，電力工業是CO2排放最主要的行業之一。在歐洲，火力發電排放的CO2占到了全社會排放總量的30%；在中國，這個比例甚至達到50%[1]?；鹆Πl電產生的溫室氣體占發電行業產生的總溫室氣體的91.4%。利用生物質發電能夠有效減緩CO2排放量[2]。

自1990年以來，生物質發電在歐美許多國家開始大發展。從世界范圍來看，中國生物質發電目前只占可再生能源發電裝機的0.5%，遠遠低于世界平均25%的水平，說明中國在這方面還有很大的發展空間[3]。

發展生物質能發電，促進循環經濟發展，有利于建設資源節約型、環境友好型社會，有利于社會主義新農村建設。

在上述背景下，本文旨在分析中型生物質直燃發電工程項目的技術經濟性，并根據國際通用的溫室氣體減排量計算方法，對該發電項目溫室氣體的減排增量成本進行計算。同時基于清潔發展機制(Clean Development Mechanism)[4]，以國際碳市場價格為標準，系統分析溫室氣體減排量的環境效益。

1　中型生物質直燃發電工程技術經濟分析

1.1工藝和技術描述

生物質發電包括：生物質氣化發電、生物質直接燃燒發電、生物質與煤混合燃燒發電等[5]。

本項目屬于中型生物質直燃發電工程，其主要工藝流程如下：燃燒秸桿由汽車運輸進廠，稱重后卸入儲存庫完成存料、上料，然后由輸送機送入鍋爐料斗，在鍋爐內燃燒放熱，將化學能轉變成熱能使鍋爐水變成高溫高壓蒸汽后進入汽輪機，推動汽輪機帶動發電機發電，電經配電裝置由輸電線路送出。鍋爐煙氣經布袋除塵器除塵后，通過煙囪排入大氣。鍋爐底部排出的渣和除塵器捕集下來的灰經輸送系統輸送至灰渣倉暫存，運出廠后綜合利用[6]。詳細流程圖如圖1所示。

圖1　中型生物質發電項目的工藝流程及產污環節圖[6]

1.2不考慮溫室氣體減排時的經濟效益分析

生物質能發電工程作為一個新能源開發的主體，應分析該項工程的經濟效益，以確保更加有效地運行本工程。經濟效益包括直接經濟效益和間接經濟效益兩部分[7]。直接經濟效益包括生產的電作為能源出售的收益；間接經濟效益指有關于溫室氣體的碳當量價格，而這與溫室氣體的減排量有密切聯系。本小節將分析它的直接經濟效益即成本與收益[8]。

一個2×50 MW工程的生物質直燃發電工程靜態投資單位造價為84687萬元，折合單位千瓦投資為8469元，年供電量537 GWh[6]。 假設：(1)全部投資固定資產形成率為95%，折舊年限為15年，殘值率5%，綜合折舊率6.33%[9]；(2)機組年滿負荷運行6000 h，綜合廠用電率10.5%；(3)農作物秸稈收購價格參照目前已經投產的生物發電項目全年秸稈收購平均價格300元/噸計算；(4)水費按照平均標準2.00元/噸測算；(5) 材料費、修理費和其他費用按照同級別燃煤機組平均費用測算[10-11]；具體參數和計算結果如表1所示。

表1　生物質發電項目的經濟分析

續表1

電廠定員/人179人均年工資/元18000其他費用/(元/MWh)53年運行費/萬元33428.96發電成本/(元/kWh)0.6225上網電價(含稅)/(元/kWh)0.75利潤總額及單位電量受益電價/(元/kWh)0.1275年直接受益/元6846.04靜投資回收期/年12.4

國家發改委通知(發改價格[2010]1579號)[12]明確農林生物質發電項目統一執行標桿上網電價0.75 元/kWh；如果不考慮溫室氣體減排效益，該項目年直接收益為6846.04萬元，靜態投資回收期12.4年，財務分析能滿足盈利要求，但普遍低于電力行業平均水平[8]。

由表1可知，生物質發電成本為0.622元/kWh，其中燃料成本約占52%，折舊費用約占16%，這兩項之和約占總費用的68.0%，說明燃料價格和建設投資費用是影響發電成本的主要因素[9]。

2　溫室氣體減排經濟效益分析

成本有效性分析是一種經濟評價形式，是以自然測量結果單位過程或項目的全部成本和有效性進行比較[14]。以溫室氣體減排量作為經濟效益的目標，成本越小經濟效益越好，其所用指標為碳減排增量成本。使用成本有效性分析法時，首先確定基準線，然后計算碳減排量和減排增量成本[2]。

2.1基準項目的選取

所謂基準線，是指不存在生物質直燃發電工程的情景下與生物質直燃發電工程對應活動的溫室氣體排放量[8]。確定基準線的目的是為了準確計算生物質直燃發電工程的溫室氣體減排效益。本項目基準線確定如下：考慮本地電源結構下發電所產生的溫室氣體排放量[15]。

假設本地未來的電源結構與發電效率的變化是均勻的，根據未來的電源規劃和發電效率來計算這部分基準線參數[8,15-16]。計算碳減排效益所需的基準參數如表2所示[17]。

表2　發電項目基本參數

2.2生物質發電工程的溫室氣體減排增量成本計算

由于農業廢棄物在燃燒過程中排放出的CO2與其生長過程中所吸收的一樣多，所以燃燒時對空氣CO2的凈排放為0[17]。同時根據表1的計算，生物質直燃發電的發電成本為0.6225元/kWh。

生物質直燃發電作為CDM(Clean Development Mechanism)項目，其減排增量成本計算公式為式(1)[15]：

Ci=(Cm-Cb)/(EMb-EMm)

(1)

式中:Ci——CDM項目的碳減排增量成本,元/噸

Cm——CDM項目發1 kWh電的總成本，元/kWh

Cb——基準線項目發1 kWh電的總成本，元/kWh

EMm——CDM項目發1 kWh電的碳排放量，噸/kWh

EMb——基準線項目發1 kWh電的碳排放量，噸/kWh

計算可知，生物質直燃發電工程的單位碳減排成本為640.3元/噸，按照1美元兌人民幣6.2723元[18]，其成本約為102.1美元/噸，低于部分可再生能源發電項目，如垃圾焚燒發電項目的單位碳減排成本為127.8～158.0美元/噸，太陽能熱水器287～402美元/噸，煤層氣回收利用95～207美元/噸[15, 19]。

3　溫室氣體減排環境效益分析

CO2是造成全球氣候變暖的主要溫室氣體，按照《京都議定書》的規定，在2008年至2012年間，歐盟必須將溫室氣體排放量削減8%。依據《可再生能源中長期發展規劃》[12]預測中國大中型生物質發電工程將帶來更大的溫室氣體減排效益。

但對CO2造成的環境污染進行量化也是很困難的。環境資源和環境質量都沒有直接的市場價格，但環境資源的生產性和消費性都與人的經濟活動有密切聯系。2005年1月1日，歐盟碳排放交易市場正式啟動，二氧化碳排放權將能在公司、企業之間直接進行交易或通過銀行和交易所進行[20]。這就給環境效益的貨幣化計量提供了途徑[21]，本文采用市場價值法分析減排CO2的環境效益[22]。

目前國際市場上的溫室氣體二氧化碳減排權交易的價格為每噸3～5美元，本文以中間價4美元計算。計算公式如式(2)，結果如表3所示。

(2)

式中L——CO2減排引起的環境質量變化帶來的經濟效益的價值

Pi——CO2的市場價格

ΔEMi——第i個項目的CO2的減排量

表3　生物質直燃發電項目的CO2減排效益

由表3可知，當2×50 MW的中型生物質直燃發電工程年發電量為537 GWh時，采用市場價值法分析減排CO2的環境效益，每噸CO2的售價為4美元，其年減排CO2效益為171.4萬美元，為生物質發電工程將帶來溫室氣體減排的環境效益。

4　結　論

(1)建設中型生物質直燃發電工程，不但可以為當地帶來良好的環境效益，同時將產生的減排量在國際市場上出售，可以產生較好的全球溫室氣體減排經濟效益，有效促進中型生物質直燃發電工程的市場發展。

(2)中型生物質直燃發電工程(2×50 MW)的發電成本為0.6225元/kWh，其中燃料成本占52%；基于基準線，應用增量成本分析方法，計算出在中型生物質直燃發電系統下，其每噸碳的減排成本為102.1美元，低于部分可再生能源項目；且年處理生物質量為57.86萬噸時，年供電量為537 GWh，能實現年減排CO2量為42.9萬噸，年減排CO2效益為171.4萬美元。

(3)項目總投資、年運行小時數、生物質價格等單因素，基準線電源結構變化，對中型生物質直燃發電減排成本有直接的影響；要降低項目的單位碳減排成本需同時考慮多因素的綜合影響作用。

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Greenhouse Gas Mitigation Benefits of Middle-scale Biomass Power Generation Project*

SONGYan-pei1,JIANXiu-mei1,ZHUANGYi-jie2,CHENXiao-kun1,WUYu-jian1,DENGYing1,ZHUXiong-fa1

(1 College of Material and Energy, South China Agricultural University, Guangdong Guangzhou 510642;2 College of Engineering, Sun Yat-sen University, Guangdong Guangzhou 510275, China)

Biomass direct combustion power generation project can provide clean energy, reduce greenhouse gas emissions, ease the global warming trend, gets more and more attention. Using the cost effectiveness analysis method and market value analysis method, technical and economic analysis of the project, the environmental benefits of greenhouse gas emission reduction of economic and sales of greenhouse gas carbon dioxide emission reduction was studied. The results showed that the cost per kilowatt of biomass power was 0.6225 yuan per kilowatt hour, the incremental cost per ton of carbon emissions was $102.1, the annual sales revenue of CO2emission reduction right was $1714000. Greenhouse gas emission reduction of biomass direct combustion power generation project has played a good role in promoting the development.

biomass; power generation; greenhouse gas; mitigation benefit

生物質炭還田對食用木薯種植的綜合效果研究(課題編號：201510010079); 復合型生物質炭制備及其對土壤修復效果的研究(華南農業大學大學生創新訓練項目)。

宋艷培(1994-)，女，華南農業大學本科生，主要從事生物質能源及環境治理方面學習。

簡秀梅(1977-)，女，講師，博士，主要從事農業生物環境與能源工程方向研究工作。

TK6

A

1001-9677(2016)012-0012-03