生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益分析及政策選擇

張世龍，鄭美靈

（杭州電子科技大學(xué)管理學(xué)院，浙江杭州 310018）

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的消耗迅速增長，傳統(tǒng)化石燃料的資源有限性和和國際社會(huì)對(duì)清潔能源的追求，使得風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能作為最主要的清潔能源受到世界各國的高度重視，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。20世紀(jì)70年代，丹麥大力推行秸稈等生物質(zhì)發(fā)電。自1990年以來，生物質(zhì)發(fā)電在歐美許多國家開始大發(fā)展。截止到2011年末，全球生物質(zhì)電廠裝機(jī)容量有72GW，比2010年新增6GW。我國生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)起步比國外晚了近20年，2010年我國生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)突破500萬千瓦，生物質(zhì)裝機(jī)容量占總電力裝機(jī)容量0.5%，這與發(fā)達(dá)國家有很大的差距。根據(jù)國家能源局規(guī)劃，到2015年我國生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到1300萬千瓦，較2010年增長160%。我國生物質(zhì)能發(fā)電起步雖晚，核心技術(shù)研發(fā)滯后，但我國可以利用的生物質(zhì)能資源非常豐富，具備生物質(zhì)發(fā)電的天然優(yōu)勢(shì)。目前我國的生物質(zhì)電廠大多為直燃發(fā)電廠，且裝機(jī)容量多為30MW左右。本研究以秸稈燃燒的直燃發(fā)電項(xiàng)目為例。

一、生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益研究動(dòng)態(tài)

Antonio C.Caputo，Mario Palumbo，Pacifico M.Pelagagge，F(xiàn)ederica Scacchia對(duì)裝機(jī)容量在5－50MW的生物質(zhì)混燃發(fā)電項(xiàng)目(包括與煤混燃，和與燃?xì)饣烊?，綜合考慮投資、收益、運(yùn)營成本、物流成本等要素，研究了項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益［1］。蔡樹文通過對(duì)我國首批三個(gè)秸稈生物質(zhì)直燃發(fā)電示范項(xiàng)目之一的晉州秸稈生物質(zhì)發(fā)電供熱示范項(xiàng)目進(jìn)行個(gè)案研究，認(rèn)為政府應(yīng)通過上網(wǎng)電價(jià)和投資補(bǔ)貼方面實(shí)施優(yōu)惠政策來提高電廠收益［2］。樊京春、王永剛、秦世平等通過設(shè)定電價(jià)敏感度和電價(jià)下降系數(shù)兩個(gè)分析參數(shù)，對(duì)加工廢棄物發(fā)電、秸稈發(fā)電、沼氣發(fā)電和垃圾發(fā)電等4大類生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)的電價(jià)敏感性因素進(jìn)行了定量分析，認(rèn)為電廠應(yīng)該加強(qiáng)燃料成本管理，政府需加強(qiáng)對(duì)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目電價(jià)支持［3］。劉志強(qiáng)、孫學(xué)峰以典型配置的25MW生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目為例，分析了其帶來的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益，并針對(duì)生物質(zhì)直燃發(fā)電的燃料收集困難和發(fā)電運(yùn)營成本高兩大難題提出了對(duì)策建議［4］。劉鋼、黃明皎根據(jù)部分已投產(chǎn)生物質(zhì)發(fā)電廠實(shí)際燃料收集半徑，對(duì)現(xiàn)有的建廠初期燃料收集范圍公式進(jìn)行了修正，研究表明在燃料收集半徑為50km時(shí)，秸稈平均單價(jià)比30km增加約8.5%，年利潤率比30km時(shí)下降20%［5］。林永明對(duì)廣西柳城生物質(zhì)發(fā)電工程進(jìn)行了實(shí)證研究，提出生物質(zhì)電廠的規(guī)模不應(yīng)超過30MW，半徑收集不宜超過50km［6］。這些研究對(duì)本文在項(xiàng)目參數(shù)的選擇方面有極大的幫助。

二、生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益影響因素分析

生物質(zhì)電廠涉及的社會(huì)系統(tǒng)復(fù)雜，從時(shí)間角度劃分，可以分為建設(shè)期和運(yùn)營期涉及的社會(huì)系統(tǒng)，用系統(tǒng)論的方法分析生物質(zhì)電廠社會(huì)關(guān)系，如圖1。

生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益影響因素多，其中建設(shè)期主要有建設(shè)總投資，運(yùn)營期主要有上網(wǎng)電價(jià)和秸稈成本。在建設(shè)期影響總投資的因素可以從政府、設(shè)備供應(yīng)商以及施工承包商三個(gè)方面來分析。首先，根據(jù)在建電廠采取的發(fā)包模式不同，設(shè)備的供應(yīng)方式有兩種，一是由電廠建設(shè)方自行采購設(shè)備，適用于大型建設(shè)方。二是由承包商采購設(shè)備，適用于小型建設(shè)方。設(shè)備成本約占建設(shè)成本的1/3，采取合理的采購方式可以降低建設(shè)成本，對(duì)降低總投資有一定作用。另外，目前我國鍋爐設(shè)備主要靠國外進(jìn)口，是我國生物質(zhì)能發(fā)電成本較高的重要原因?？梢姡绊懺O(shè)備價(jià)格的短期因素是主要關(guān)稅和匯率政策，長期是政府關(guān)于國內(nèi)設(shè)備研發(fā)的支持政策。

圖1 生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目社會(huì)關(guān)系

在項(xiàng)目運(yùn)營期，影響電廠經(jīng)濟(jì)效益的因素主要有秸稈成本和上網(wǎng)電價(jià)。2010年以前，由于生物質(zhì)電廠沒有實(shí)現(xiàn)標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)以及部分電廠收集秸稈燃料難度大、成本高，很多電廠虧本，還有小部分面臨停產(chǎn)［5］。2010年，國家發(fā)改委先后發(fā)布了兩個(gè)文件《關(guān)于完善農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電價(jià)格政策的通知》和《關(guān)于生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)管理的通知》，分別規(guī)定將全國農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電執(zhí)行全國統(tǒng)一上網(wǎng)電價(jià)0.75元/千瓦時(shí)，并加強(qiáng)了對(duì)生物質(zhì)發(fā)電廠建設(shè)布局管理。目前秸稈收購模式主要有秸稈經(jīng)紀(jì)人模式，由電廠在鄉(xiāng)或村指定秸稈收購經(jīng)紀(jì)人，然后由電廠將秸稈經(jīng)紀(jì)人收集的秸稈運(yùn)輸?shù)诫姀S。為了鼓勵(lì)農(nóng)民出售秸稈的積極性，許多地方政府給予出售秸稈的農(nóng)戶專項(xiàng)補(bǔ)貼資金，間接降低了電廠收購的成本。

三、當(dāng)前環(huán)境下生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益分析

由于生物質(zhì)能分布不均勻的實(shí)際情況，專家們建議生物質(zhì)電廠的建設(shè)規(guī)模不宜超過30MW?，F(xiàn)對(duì)當(dāng)前環(huán)境下30MW的生物質(zhì)發(fā)電廠進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，參考已建成生物質(zhì)能電廠的情況，對(duì)生物質(zhì)能電廠經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行蒙特卡羅模擬。蒙特卡羅模擬是一種定量風(fēng)險(xiǎn)分析方法，它利用反復(fù)進(jìn)行隨機(jī)抽樣的方法模擬各種隨機(jī)變量的變化，進(jìn)而通過計(jì)算了解項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效果指標(biāo)的概率分布［7］。本文運(yùn)用蒙特卡羅模擬技術(shù)對(duì)生物質(zhì)發(fā)電廠的凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率進(jìn)行模擬。

在正常生產(chǎn)年份，一般按年運(yùn)行小時(shí)6600小時(shí)計(jì)，年耗秸稈數(shù)量為約20萬t，年發(fā)電量為1.98億千瓦時(shí)，廠自用電量可為10%，節(jié)約標(biāo)煤約10萬t，減少CO2排放上15萬t，產(chǎn)生灰分約1.5萬t。目前，秸稈到廠價(jià)320元/噸，生物質(zhì)發(fā)電實(shí)行標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)0.75元/kwh，每噸二氧化碳為10美元，灰分價(jià)格按300元/t計(jì)算。目前生物質(zhì)電廠的平均造價(jià)為10000元/kw。假設(shè)秸稈價(jià)格(元/噸)，服從正態(tài)分布N(320，25);假設(shè)電廠年運(yùn)行時(shí)間，在區(qū)間［6000，7200］(小時(shí))之間，呈均勻分布;總投資服從正態(tài)分布N(29000，1500)，假設(shè)項(xiàng)目總投資的2/3需要銀行貸款，貸款利率6.55%。運(yùn)用excel2003版本來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效果模擬，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入到excel表格中，運(yùn)用NORMINV函數(shù)生成秸稈價(jià)格和總投資的隨機(jī)數(shù)值，運(yùn)用RAND函數(shù)生成電廠年運(yùn)行時(shí)間的隨機(jī)數(shù)值。在excel中用蒙特卡羅模擬技術(shù)對(duì)生物質(zhì)發(fā)電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率，模擬500次后，得出如表1結(jié)果(按折現(xiàn)率12%，殘值率5%，項(xiàng)目周期16年，直線折舊計(jì)算):

表1 當(dāng)前環(huán)境下生物質(zhì)能發(fā)電項(xiàng)目效益的蒙特卡羅模擬結(jié)果

四、政府補(bǔ)貼和秸稈成本對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的影響分析

樊京春［3］等通過敏感性分析得出，其中影響最大的因素是運(yùn)營期的上網(wǎng)電價(jià)和秸稈成本。根據(jù)已經(jīng)投入運(yùn)行的電廠情況來看，上網(wǎng)電價(jià)及秸稈成本是影響生物質(zhì)發(fā)電效益最重要的兩個(gè)因素，下面就這兩個(gè)因素對(duì)電廠效益的影響進(jìn)行分析。

(一)政府補(bǔ)貼電價(jià)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益影響分析

上述的經(jīng)濟(jì)效益分析中是在實(shí)行標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)0.75元/kwh的情況下進(jìn)行的，然而隨著生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的成熟，政府的補(bǔ)貼力度會(huì)隨之減少。本節(jié)分析政府補(bǔ)貼政策變化對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響，設(shè)政府對(duì)生物質(zhì)發(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)為p元/千千瓦時(shí)，首先通過確定性分析計(jì)算出盈虧平衡的上網(wǎng)電價(jià)暫記為P1，然后利用特卡羅模擬技術(shù)分析生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目上網(wǎng)電價(jià)在P1時(shí)凈現(xiàn)值大于等于零的概率，并計(jì)算出生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目在區(qū)間［P1，750］內(nèi)取各數(shù)值時(shí)凈現(xiàn)值大于等于零的概率。

1.盈虧平衡分析

計(jì)算凈現(xiàn)值為零(NPV=0)時(shí)，p的值?？紤]到政府補(bǔ)貼是針對(duì)所有的項(xiàng)目，因此計(jì)算時(shí)采用每項(xiàng)收入或費(fèi)用的期望值，即采用確定性分析來分析政府補(bǔ)貼期望值。采用的參數(shù)均選擇平均值。利用excel計(jì)算，當(dāng)p=673.9時(shí)，生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目的凈現(xiàn)值為零(NPV=0)，此時(shí)盈虧平衡。因此，對(duì)30MW的生物質(zhì)電廠而言，上網(wǎng)電價(jià)不應(yīng)小于673.9元/千千瓦時(shí)。

2.不同電價(jià)水平下項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益分析

通過確定性分析，可知上網(wǎng)電價(jià)不應(yīng)小于673.9元/千千瓦時(shí)。下面計(jì)算上網(wǎng)電價(jià)在［680，750］時(shí)，NPV≥0的概率，見表2。分析P(NPV≥0)≥0.6時(shí)，上網(wǎng)電價(jià)變化水平對(duì)NPV≥0概率的影響。從表2可以發(fā)現(xiàn)上網(wǎng)電價(jià)從680增長到700時(shí)，電價(jià)變化10元，NPV≥0的概率增加的幅度在10%左右;上網(wǎng)電價(jià)從700增長到720時(shí)，電價(jià)每變化10元，NPV≥0的概率增加的幅度均在5%左右;上網(wǎng)電價(jià)從720增長到750時(shí)，電價(jià)變化10元，NPV≥0的概率增加的幅度在3%左右。

可見，上網(wǎng)電價(jià)從680增長到700時(shí)，電價(jià)提升對(duì)項(xiàng)目的凈現(xiàn)值分布影響很大，但此時(shí)電價(jià)還沒能夠保證項(xiàng)目盈利概率在0.8以上，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益一般;上網(wǎng)電價(jià)從700增長到720時(shí)，電價(jià)提高的幅度對(duì)項(xiàng)目?jī)衄F(xiàn)值分布影響較大，這時(shí)的上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼力度比較到位，項(xiàng)目盈利的概率已經(jīng)達(dá)到0.8以上;上網(wǎng)電價(jià)從720增長到750時(shí)，電價(jià)提高的幅度對(duì)項(xiàng)目?jī)衄F(xiàn)值分布影響減弱，這種作用相當(dāng)于企業(yè)的邊際效益遞減造成的影響。

3.生物質(zhì)能發(fā)電項(xiàng)目上網(wǎng)電價(jià)中政府補(bǔ)貼可變動(dòng)趨勢(shì)分析

我們認(rèn)為NPV≥0的概率在0.9以上時(shí)，投資者會(huì)對(duì)項(xiàng)目投資，這時(shí)沒有政府補(bǔ)貼也不會(huì)改變投資行為，且由于邊際效益遞減規(guī)律，政府在P(NPV≥0)≥0.9時(shí)的補(bǔ)貼對(duì)投資行為的效用是不明顯的。而NPV≥0的概率低于在0.8時(shí)，由于較高風(fēng)險(xiǎn)，投資熱情難以保證。而經(jīng)計(jì)算電價(jià)在［715，738］元/千千瓦時(shí)時(shí)，在P(NPV≥0)概率在區(qū)間［0.8，0.9］內(nèi)。因此由項(xiàng)目計(jì)算得出的結(jié)論是:上網(wǎng)電價(jià)在［715，738］區(qū)間內(nèi)是既能保證項(xiàng)目投資者投資熱情，又最合理有效的。根據(jù)2004－2011年的常規(guī)電力上網(wǎng)電價(jià)，我們用灰色預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)了以后各年的電價(jià)情況，見表3。政府各年份的電價(jià)補(bǔ)貼區(qū)間為［715－常規(guī)上網(wǎng)電價(jià)，738－常規(guī)上網(wǎng)電價(jià)］，即圖2中兩條曲線之間的區(qū)域。隨著常規(guī)上網(wǎng)電價(jià)的上漲，政府電價(jià)補(bǔ)貼可以逐年減少。

表2 上網(wǎng)電價(jià)對(duì)凈現(xiàn)值影響

表3 常規(guī)上網(wǎng)電價(jià)預(yù)測(cè)結(jié)果 單位:元/千千瓦時(shí)

圖2 政府電價(jià)補(bǔ)貼走勢(shì)圖

圖3 不同年份電價(jià)水平下NPV累積概率

根據(jù)以上分析結(jié)果，我們選取常規(guī)上網(wǎng)電價(jià)在690元/千千瓦時(shí)以上的年份，分析其所在年份凈現(xiàn)值的分布情況，見圖3。由圖可知，在2025年到2026年期間，上網(wǎng)電價(jià)會(huì)上升到現(xiàn)在生物質(zhì)發(fā)電電價(jià)水平，也就是說在那時(shí)候就不需要政府補(bǔ)貼了。

(二)秸稈成本對(duì)經(jīng)濟(jì)效益影響分析

設(shè)秸稈成本為c元/噸，首先通過確定性分析計(jì)算出盈虧平衡的秸稈成本暫記為c1，然后利用特卡羅模擬技術(shù)分析秸稈成本等于c1時(shí)凈現(xiàn)值大于等于零的概率，并計(jì)算出在區(qū)間［320，c1］內(nèi)取各數(shù)值時(shí)凈現(xiàn)值大于等于零的概率。

1.盈虧平衡分析

計(jì)算凈現(xiàn)值為零(NPV=0)時(shí)，c的值。采用的參數(shù)均選擇平均值。利用excel計(jì)算，得出當(dāng)c=391.3時(shí)，生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目的期望凈現(xiàn)值為零(NPV=0)。即就目前的30MW的生物質(zhì)電廠而言，秸稈到廠價(jià)不應(yīng)高于391.3元/噸。

2.不同秸稈成本水平下項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益分析

分別計(jì)算秸稈在［320，390］時(shí)，NPV≥0的概率，見表4。分析P(NPV≥0)≥0.6時(shí)，秸稈成本對(duì)NPV≥0概率的影響。秸稈成本從370降低到350時(shí)，秸稈成本變化10元，NPV≥0的概率增加的幅度均在8%左右;秸稈成本從350降低到340時(shí)，秸稈成本變化10元，NPV≥0的概率增加的幅度在10%左右;秸稈成本從340降低到330時(shí)，秸稈成本每變化10元，NPV≥0的概率增加的幅度不到7%;秸稈成本從330降低到320時(shí)，秸稈成本每變化10元，NPV≥0的概率增加的幅度不到3%。

將秸稈成本的控制與NPV≥0概率增速繪成圖4，可知:NPV≥0概率與秸稈成本之間呈現(xiàn)凸性曲線關(guān)系，NPV≥0概率先隨著上網(wǎng)電價(jià)的提高增速加快，隨之秸稈成本從350降低到340時(shí)，增速最快，隨后又開始放慢。秸稈成本從350降低到340時(shí)，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益良好，盈利概率在［0.8，0.9］之間，且成本控制效果最好，盈利概率增速最快。秸稈成本從330降低到320時(shí)，秸稈成本控制難度加大，且成本降低對(duì)項(xiàng)目?jī)衄F(xiàn)值分布影響減弱，這種作用相當(dāng)于企業(yè)的邊際效益遞減造成的影響。由此可見，電廠應(yīng)該加強(qiáng)成本管理盡量將秸稈成本控制在340元/噸以下，最糟糕的情況下不能超過370元/噸，否則電廠極有可能虧損。

表4 秸稈成本對(duì)凈現(xiàn)值影響

圖4 秸稈成本控制與NPV≥0概率增速關(guān)系

五、結(jié)論及政策啟示

1.當(dāng)前政策環(huán)境下，生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目具有合理的盈利空間，短期上網(wǎng)電價(jià)不具有下調(diào)空間，未來可逐步下調(diào)政府的上網(wǎng)政府補(bǔ)貼。由表1可知，生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目在實(shí)行標(biāo)桿電價(jià)750元/千千瓦時(shí)時(shí)，內(nèi)部收益率均值為16.92%左右，凈現(xiàn)值的均值為6896.57萬元，其中項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于目標(biāo)值的概率為94%，也即生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目在正常運(yùn)行的情況下，能夠取得滿意經(jīng)濟(jì)效果(NPV≥0)的概率為94%，不能取得滿意經(jīng)濟(jì)效果(NPV≤0)的概率為6%。由此項(xiàng)目在實(shí)行標(biāo)桿電價(jià)下可見項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效果良好。30MW的生物質(zhì)電廠盈虧平衡電價(jià)是673.9元/千千瓦時(shí)，低于生物質(zhì)發(fā)電實(shí)行標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)750元/Kkwh。由政府補(bǔ)貼可變動(dòng)趨勢(shì)分析可知，政府可將上網(wǎng)電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)低至715元/Kkwh，將標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目成功概率下調(diào)14%(成功概率為0.8)。圖2顯示生物質(zhì)能發(fā)電項(xiàng)目上網(wǎng)電價(jià)中政府補(bǔ)貼可逐步較低水平，2025年可以取消政府補(bǔ)貼。

2.秸稈成本的控制對(duì)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目的效益影響很大，應(yīng)圍繞秸稈的獲取和成本降低做好規(guī)劃和管理工作。在不同秸稈成本下的研究表明:秸稈成本控制在350元/噸以下時(shí)，盈利概率高達(dá)八成以上;秸稈成本控制在370元/噸以下時(shí)，盈利概率在六成以上;秸稈成本控制在380元/噸以上時(shí)，盈利概率降到六成以下。對(duì)于生物質(zhì)發(fā)電秸稈收集問題的解決，從國家層面來說可以通過加強(qiáng)生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)布局來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)我國各地區(qū)生物質(zhì)資源種類的不同，以及資源數(shù)量的不同，我國應(yīng)該對(duì)生物質(zhì)電廠統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施。企業(yè)在新建生物質(zhì)電廠前應(yīng)充分調(diào)研當(dāng)?shù)氐纳镔|(zhì)資源狀況，做好可行性研究工作，做到科學(xué)決策。在電廠投入運(yùn)行后，電廠要加強(qiáng)秸稈收購環(huán)節(jié)的管理，選擇合理的秸稈收儲(chǔ)模式，保證秸稈的供給。

3.政府應(yīng)加強(qiáng)鍋爐設(shè)備的研發(fā)投入，實(shí)施進(jìn)口替代戰(zhàn)略。前面分析可見，目前我國鍋爐設(shè)備主要靠國外進(jìn)口，成為我國生物質(zhì)能發(fā)電成本較高的重要制約因素，如果政府通過資金投入，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)工作，實(shí)現(xiàn)鍋爐設(shè)備的進(jìn)口替代，就可以較低政府的補(bǔ)貼水平，縮短需補(bǔ)貼的時(shí)間，促進(jìn)生物質(zhì)能發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

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