生物质直燃发电项目经济效益分析及政策选择

张世龙，郑美灵

（杭州电子科技大学管理学院，浙江杭州 310018）

随着世界经济的发展，能源的消耗迅速增长，传统化石燃料的资源有限性和和国际社会对清洁能源的追求，使得风能、太阳能、生物质能作为最主要的清洁能源受到世界各国的高度重视，生物质发电技术在这种背景下应运而生。20世纪70年代，丹麦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。截止到2011年末，全球生物质电厂装机容量有72GW，比2010年新增6GW。我国生物质发电技术起步比国外晚了近20年，2010年我国生物质发电装机突破500万千瓦，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1300万千瓦，较2010年增长160%。我国生物质能发电起步虽晚，核心技术研发滞后，但我国可以利用的生物质能资源非常丰富，具备生物质发电的天然优势。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。本研究以秸秆燃烧的直燃发电项目为例。

一、生物质发电项目经济效益研究动态

Antonio C.Caputo，Mario Palumbo，Pacifico M.Pelagagge，Federica Scacchia对装机容量在5－50MW的生物质混燃发电项目(包括与煤混燃，和与燃气混燃)，综合考虑投资、收益、运营成本、物流成本等要素，研究了项目的经济效益［1］。蔡树文通过对我国首批三个秸秆生物质直燃发电示范项目之一的晋州秸秆生物质发电供热示范项目进行个案研究，认为政府应通过上网电价和投资补贴方面实施优惠政策来提高电厂收益［2］。樊京春、王永刚、秦世平等通过设定电价敏感度和电价下降系数两个分析参数，对加工废弃物发电、秸秆发电、沼气发电和垃圾发电等4大类生物质能发电技术的电价敏感性因素进行了定量分析，认为电厂应该加强燃料成本管理，政府需加强对生物质发电项目电价支持［3］。刘志强、孙学峰以典型配置的25MW生物质直燃发电项目为例，分析了其带来的经济效益、生态效益和社会效益，并针对生物质直燃发电的燃料收集困难和发电运营成本高两大难题提出了对策建议［4］。刘钢、黄明皎根据部分已投产生物质发电厂实际燃料收集半径，对现有的建厂初期燃料收集范围公式进行了修正，研究表明在燃料收集半径为50km时，秸秆平均单价比30km增加约8.5%，年利润率比30km时下降20%［5］。林永明对广西柳城生物质发电工程进行了实证研究，提出生物质电厂的规模不应超过30MW，半径收集不宜超过50km［6］。这些研究对本文在项目参数的选择方面有极大的帮助。

二、生物质发电项目经济效益影响因素分析

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1。

生物质发电项目经济效益影响因素多，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，适用于大型建设方。二是由承包商采购设备，适用于小型建设方。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。另外，目前我国锅炉设备主要靠国外进口，是我国生物质能发电成本较高的重要原因。可见，影响设备价格的短期因素是主要关税和汇率政策，长期是政府关于国内设备研发的支持政策。

图1 生物质发电项目社会关系

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，很多电厂亏本，还有小部分面临停产［5］。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/千瓦时，并加强了对生物质发电厂建设布局管理。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。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，间接降低了电厂收购的成本。

三、当前环境下生物质发电项目经济效益分析

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罗模拟。蒙特卡罗模拟是一种定量风险分析方法，它利用反复进行随机抽样的方法模拟各种随机变量的变化，进而通过计算了解项目经济效果指标的概率分布［7］。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，一般按年运行小时6600小时计，年耗秸秆数量为约20万t，年发电量为1.98亿千瓦时，厂自用电量可为10%，节约标煤约10万t，减少CO2排放上15万t，产生灰分约1.5万t。目前，秸秆到厂价320元/吨，生物质发电实行标杆上网电价0.75元/kwh，每吨二氧化碳为10美元，灰分价格按300元/t计算。目前生物质电厂的平均造价为10000元/kw。假设秸秆价格(元/吨)，服从正态分布N(320，25);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)，假设项目总投资的2/3需要银行贷款，贷款利率6.55%。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NORMINV函数生成秸秆价格和总投资的随机数值，运用RAND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

四、政府补贴和秸秆成本对项目经济效益的影响分析

樊京春［3］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。

(一)政府补贴电价对经济效益影响分析

上述的经济效益分析中是在实行标杆上网电价0.75元/kwh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/千千瓦时，首先通过确定性分析计算出盈亏平衡的上网电价暂记为P1，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P1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［P1，750］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=673.9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673.9元/千千瓦时。

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673.9元/千千瓦时。下面计算上网电价在［680，750］时，NPV≥0的概率，见表2。分析P(NPV≥0)≥0.6时，上网电价变化水平对NPV≥0概率的影响。从表2可以发现上网电价从680增长到700时，电价变化10元，NPV≥0的概率增加的幅度在10%左右;上网电价从700增长到720时，电价每变化10元，NPV≥0的概率增加的幅度均在5%左右;上网电价从720增长到750时，电价变化10元，NPV≥0的概率增加的幅度在3%左右。

可见，上网电价从680增长到700时，电价提升对项目的净现值分布影响很大，但此时电价还没能够保证项目盈利概率在0.8以上，项目经济效益一般;上网电价从700增长到720时，电价提高的幅度对项目净现值分布影响较大，这时的上网电价补贴力度比较到位，项目盈利的概率已经达到0.8以上;上网电价从720增长到750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。

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P(NPV≥0)≥0.9时的补贴对投资行为的效用是不明显的。而NPV≥0的概率低于在0.8时，由于较高风险，投资热情难以保证。而经计算电价在［715，738］元/千千瓦时时，在P(NPV≥0)概率在区间［0.8，0.9］内。因此由项目计算得出的结论是:上网电价在［715，738］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3。政府各年份的电价补贴区间为［715－常规上网电价，738－常规上网电价］，即图2中两条曲线之间的区域。随着常规上网电价的上涨，政府电价补贴可以逐年减少。

表2 上网电价对净现值影响

表3 常规上网电价预测结果 单位:元/千千瓦时

图2 政府电价补贴走势图

图3 不同年份电价水平下NPV累积概率

根据以上分析结果，我们选取常规上网电价在690元/千千瓦时以上的年份，分析其所在年份净现值的分布情况，见图3。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。

(二)秸秆成本对经济效益影响分析

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=391.3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391.3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［320，390］时，NPV≥0的概率，见表4。分析P(NPV≥0)≥0.6时，秸秆成本对NPV≥0概率的影响。秸秆成本从370降低到350时，秸秆成本变化10元，NPV≥0的概率增加的幅度均在8%左右;秸秆成本从350降低到340时，秸秆成本变化10元，NPV≥0的概率增加的幅度在10%左右;秸秆成本从340降低到330时，秸秆成本每变化10元，NPV≥0的概率增加的幅度不到7%;秸秆成本从330降低到320时，秸秆成本每变化10元，NPV≥0的概率增加的幅度不到3%。

将秸秆成本的控制与NPV≥0概率增速绘成图4，可知:NPV≥0概率与秸秆成本之间呈现凸性曲线关系，NPV≥0概率先随着上网电价的提高增速加快，随之秸秆成本从350降低到340时，增速最快，随后又开始放慢。秸秆成本从350降低到340时，项目经济效益良好，盈利概率在［0.8，0.9］之间，且成本控制效果最好，盈利概率增速最快。秸秆成本从330降低到320时，秸秆成本控制难度加大，且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。由此可见，电厂应该加强成本管理尽量将秸秆成本控制在340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。

表4 秸秆成本对净现值影响

图4 秸秆成本控制与NPV≥0概率增速关系

五、结论及政策启示

1.当前政策环境下，生物质发电项目具有合理的盈利空间，短期上网电价不具有下调空间，未来可逐步下调政府的上网政府补贴。由表1可知，生物质发电项目在实行标杆电价750元/千千瓦时时，内部收益率均值为16.92%左右，净现值的均值为6896.57万元，其中项目经济指标优于目标值的概率为94%，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94%，不能取得满意经济效果(NPV≤0)的概率为6%。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673.9元/千千瓦时，低于生物质发电实行标杆上网电价750元/Kkwh。由政府补贴可变动趋势分析可知，政府可将上网电价标准调低至715元/Kkwh，将标准项目成功概率下调14%(成功概率为0.8)。图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350元/吨以下时，盈利概率高达八成以上;秸秆成本控制在370元/吨以下时，盈利概率在六成以上;秸秆成本控制在380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高的重要制约因素，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。

［1］Antonio C Caputo，Mario Palumbo，Pacifico M Pelagagge，etc.Economics of biomass energy utilization in combustion and gasification plants:effects of logistic variables［J］.Biomass and Bioenergy，2004(28):35 －51.

［2］蔡树文.生物质发电效益评估及对策研究［J］.经济纵横，2007(1):23－25.

［3］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.

［4］刘志强，孙学峰.25MW生物质直燃发电项目及其效益分析评价［J］.应用能源技术，2009(6):32－34.

［5］刘钢，黄明皎.秸秆发电厂燃料收集半径与装机规模［J］.电力建设，2011，32(23):72－75.

［6］林永明.生物质直燃发电厂燃料组织关键问题分析［J］.广西电力，2009(2):5－10.

［7］周娇，李端明.项目风险评估方法［J］.中国科技信息，2010(8):160－161.