生物质直燃发电工程的温室气体减排效益分析*

宋艳培，简秀梅，庄依杰，陈晓堃，吴宇健，邓　颖，朱雄发

(1 华南农业大学材料与能源学院，广东　广州　510642；2 中山大学工学院，广东　广州　510275)



生物质直燃发电工程的温室气体减排效益分析*

宋艳培1，简秀梅1，庄依杰2，陈晓堃1，吴宇健1，邓颖1，朱雄发1

(1 华南农业大学材料与能源学院，广东广州510642；2 中山大学工学院，广东广州510275)

生物质直燃发电工程，可提供清洁能源、减少温室气体排放，缓解全球变暖趋势，越来越受到广泛地关注。本文利用成本有效性分析法和市场价值分析法，分析该项目的技术经济性，研究了温室气体减排的经济效益和销售温室气体二氧化碳减排权的环境效益。结果表明，中型生物质发电成本是每千瓦时人民币0.6225元，每吨碳的减排增量成本是102.1美元，年销售CO2减排权的收益为171.4万美元。温室气体减排对生物质直燃发电工程的发展起到良好的促进作用。

生物质；直燃发电；温室气体；减排效益

在导致气候变化的各种温室气体中，CO2占50%以上。在很多国家，电力工业是CO2排放最主要的行业之一。在欧洲，火力发电排放的CO2占到了全社会排放总量的30%；在中国，这个比例甚至达到50%[1]。火力发电产生的温室气体占发电行业产生的总温室气体的91.4%。利用生物质发电能够有效减缓CO2排放量[2]。

自1990年以来，生物质发电在欧美许多国家开始大发展。从世界范围来看，中国生物质发电目前只占可再生能源发电装机的0.5%，远远低于世界平均25%的水平，说明中国在这方面还有很大的发展空间[3]。

发展生物质能发电，促进循环经济发展，有利于建设资源节约型、环境友好型社会，有利于社会主义新农村建设。

在上述背景下，本文旨在分析中型生物质直燃发电工程项目的技术经济性，并根据国际通用的温室气体减排量计算方法，对该发电项目温室气体的减排增量成本进行计算。同时基于清洁发展机制(Clean Development Mechanism)[4]，以国际碳市场价格为标准，系统分析温室气体减排量的环境效益。

1　中型生物质直燃发电工程技术经济分析

1.1工艺和技术描述

生物质发电包括：生物质气化发电、生物质直接燃烧发电、生物质与煤混合燃烧发电等[5]。

本项目属于中型生物质直燃发电工程，其主要工艺流程如下：燃烧秸杆由汽车运输进厂，称重后卸入储存库完成存料、上料，然后由输送机送入锅炉料斗，在锅炉内燃烧放热，将化学能转变成热能使锅炉水变成高温高压蒸汽后进入汽轮机，推动汽轮机带动发电机发电，电经配电装置由输电线路送出。锅炉烟气经布袋除尘器除尘后，通过烟囱排入大气。锅炉底部排出的渣和除尘器捕集下来的灰经输送系统输送至灰渣仓暂存，运出厂后综合利用[6]。详细流程图如图1所示。

图1　中型生物质发电项目的工艺流程及产污环节图[6]

1.2不考虑温室气体减排时的经济效益分析

生物质能发电工程作为一个新能源开发的主体，应分析该项工程的经济效益，以确保更加有效地运行本工程。经济效益包括直接经济效益和间接经济效益两部分[7]。直接经济效益包括生产的电作为能源出售的收益；间接经济效益指有关于温室气体的碳当量价格，而这与温室气体的减排量有密切联系。本小节将分析它的直接经济效益即成本与收益[8]。

一个2×50 MW工程的生物质直燃发电工程静态投资单位造价为84687万元，折合单位千瓦投资为8469元，年供电量537 GWh[6]。 假设：(1)全部投资固定资产形成率为95%，折旧年限为15年，残值率5%，综合折旧率6.33%[9]；(2)机组年满负荷运行6000 h，综合厂用电率10.5%；(3)农作物秸秆收购价格参照目前已经投产的生物发电项目全年秸秆收购平均价格300元/吨计算；(4)水费按照平均标准2.00元/吨测算；(5) 材料费、修理费和其他费用按照同级别燃煤机组平均费用测算[10-11]；具体参数和计算结果如表1所示。

表1　生物质发电项目的经济分析

续表1

电厂定员/人179人均年工资/元18000其他费用/(元/MWh)53年运行费/万元33428.96发电成本/(元/kWh)0.6225上网电价(含税)/(元/kWh)0.75利润总额及单位电量受益电价/(元/kWh)0.1275年直接受益/元6846.04静投资回收期/年12.4

国家发改委通知(发改价格[2010]1579号)[12]明确农林生物质发电项目统一执行标杆上网电价0.75 元/kWh；如果不考虑温室气体减排效益，该项目年直接收益为6846.04万元，静态投资回收期12.4年，财务分析能满足盈利要求，但普遍低于电力行业平均水平[8]。

由表1可知，生物质发电成本为0.622元/kWh，其中燃料成本约占52%，折旧费用约占16%，这两项之和约占总费用的68.0%，说明燃料价格和建设投资费用是影响发电成本的主要因素[9]。

2　温室气体减排经济效益分析

成本有效性分析是一种经济评价形式，是以自然测量结果单位过程或项目的全部成本和有效性进行比较[14]。以温室气体减排量作为经济效益的目标，成本越小经济效益越好，其所用指标为碳减排增量成本。使用成本有效性分析法时，首先确定基准线，然后计算碳减排量和减排增量成本[2]。

2.1基准项目的选取

所谓基准线，是指不存在生物质直燃发电工程的情景下与生物质直燃发电工程对应活动的温室气体排放量[8]。确定基准线的目的是为了准确计算生物质直燃发电工程的温室气体减排效益。本项目基准线确定如下：考虑本地电源结构下发电所产生的温室气体排放量[15]。

假设本地未来的电源结构与发电效率的变化是均匀的，根据未来的电源规划和发电效率来计算这部分基准线参数[8,15-16]。计算碳减排效益所需的基准参数如表2所示[17]。

表2　发电项目基本参数

2.2生物质发电工程的温室气体减排增量成本计算

由于农业废弃物在燃烧过程中排放出的CO2与其生长过程中所吸收的一样多，所以燃烧时对空气CO2的净排放为0[17]。同时根据表1的计算，生物质直燃发电的发电成本为0.6225元/kWh。

生物质直燃发电作为CDM(Clean Development Mechanism)项目，其减排增量成本计算公式为式(1)[15]：

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

(1)

式中:Ci——CDM项目的碳减排增量成本,元/吨

Cm——CDM项目发1 kWh电的总成本，元/kWh

Cb——基准线项目发1 kWh电的总成本，元/kWh

EMm——CDM项目发1 kWh电的碳排放量，吨/kWh

EMb——基准线项目发1 kWh电的碳排放量，吨/kWh

计算可知，生物质直燃发电工程的单位碳减排成本为640.3元/吨，按照1美元兑人民币6.2723元[18]，其成本约为102.1美元/吨，低于部分可再生能源发电项目，如垃圾焚烧发电项目的单位碳减排成本为127.8～158.0美元/吨，太阳能热水器287～402美元/吨，煤层气回收利用95～207美元/吨[15, 19]。

3　温室气体减排环境效益分析

CO2是造成全球气候变暖的主要温室气体，按照《京都议定书》的规定，在2008年至2012年间，欧盟必须将温室气体排放量削减8%。依据《可再生能源中长期发展规划》[12]预测中国大中型生物质发电工程将带来更大的温室气体减排效益。

但对CO2造成的环境污染进行量化也是很困难的。环境资源和环境质量都没有直接的市场价格，但环境资源的生产性和消费性都与人的经济活动有密切联系。2005年1月1日，欧盟碳排放交易市场正式启动，二氧化碳排放权将能在公司、企业之间直接进行交易或通过银行和交易所进行[20]。这就给环境效益的货币化计量提供了途径[21]，本文采用市场价值法分析减排CO2的环境效益[22]。

目前国际市场上的温室气体二氧化碳减排权交易的价格为每吨3～5美元，本文以中间价4美元计算。计算公式如式(2)，结果如表3所示。

(2)

式中L——CO2减排引起的环境质量变化带来的经济效益的价值

Pi——CO2的市场价格

ΔEMi——第i个项目的CO2的减排量

表3　生物质直燃发电项目的CO2减排效益

由表3可知，当2×50 MW的中型生物质直燃发电工程年发电量为537 GWh时，采用市场价值法分析减排CO2的环境效益，每吨CO2的售价为4美元，其年减排CO2效益为171.4万美元，为生物质发电工程将带来温室气体减排的环境效益。

4　结　论

(1)建设中型生物质直燃发电工程，不但可以为当地带来良好的环境效益，同时将产生的减排量在国际市场上出售，可以产生较好的全球温室气体减排经济效益，有效促进中型生物质直燃发电工程的市场发展。

(2)中型生物质直燃发电工程(2×50 MW)的发电成本为0.6225元/kWh，其中燃料成本占52%；基于基准线，应用增量成本分析方法，计算出在中型生物质直燃发电系统下，其每吨碳的减排成本为102.1美元，低于部分可再生能源项目；且年处理生物质量为57.86万吨时，年供电量为537 GWh，能实现年减排CO2量为42.9万吨，年减排CO2效益为171.4万美元。

(3)项目总投资、年运行小时数、生物质价格等单因素，基准线电源结构变化，对中型生物质直燃发电减排成本有直接的影响；要降低项目的单位碳减排成本需同时考虑多因素的综合影响作用。

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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

生物质炭还田对食用木薯种植的综合效果研究(课题编号：201510010079); 复合型生物质炭制备及其对土壤修复效果的研究(华南农业大学大学生创新训练项目)。

宋艳培(1994-)，女，华南农业大学本科生，主要从事生物质能源及环境治理方面学习。

简秀梅(1977-)，女，讲师，博士，主要从事农业生物环境与能源工程方向研究工作。

TK6

A

1001-9677(2016)012-0012-03