广东省生物质发电应用的影响因素分析

张岳琦; 廖翠萍; 谢鹏程; 吴佳欢; 赵黛青

doi:10.3969/j.issn.2095-560X.2020.06.010

新能源进展 >

2020 , Vol. 8 >Issue 6: 524 - 532

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2020.06.010

广东省生物质发电应用的影响因素分析

张岳琦 ¹^,²^,³^,⁴ ,
廖翠萍 ¹^,²^,³ ,
谢鹏程 ¹^,² ,
吴佳欢 ¹^,²^,³^,⁵ ,
赵黛青 ^,¹^,²^,^†

展开

1.中国科学院广州能源研究所,广州 510640
2. 中国科学院可再生能源重点实验室,广州 510640
3. 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室,广州 510640
4. 中国科学院大学,北京 100049
5. 深圳市燃气集团股份有限公司,广东深圳 518049

† 通信作者：赵黛青，E-mail：zhaodq@ms.giec.ac.cn

作者简介：张岳琦（1992-），男，博士研究生，主要从事可再生能源战略规划和相关政策方面的研究。赵黛青（1958-），女，研究员，博士生导师，主要从事能源战略与低碳发展研究。

收稿日期: 2020-07-21

要求修回日期: 2020-09-20

基金资助

洛克菲勒兄弟基金会项目（y906011001）

收起

Influence Factors Analysis of Biomass Power Generation Application in Guangdong Province

Yue-qi ZHANG ¹^,²^,³^,⁴ ,
Cui-ping LIAO ¹^,²^,³ ,
Peng-cheng XIE ¹^,² ,
Jia-huan WU ¹^,²^,³^,⁵ ,
Dai-qing ZHAO ^,^†^,¹^,²^,³

Expand

1. Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China
2. CAS Key Laboratory of Renewable Energy, Guangzhou 510640, China
3. Guangdong Provincial Key Laboratory of New and Renewable Energy Research and Development, Guangzhou 510640, China
4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
5. Shenzhen Gas Corporation Ltd., Shenzhen 518049, Guangdong, China

Received date: 2020-07-21

Request revised date: 2020-09-20

Copyright

Fold

摘要

中国农林生物质发电装机已超过“十三五”规划的目标,但华南地区如广东省的生物质发电装机只占全国的3.2%,发展相对落后,生物质发电利用存在区域发展不平衡的问题。本文采用德尔菲法、多标准技术筛选模型及生物质发电项目财务分析模型,以广东省为例,分析其生物质发电应用的主要影响因素并提出建议。分析结果表明,广东省生物质总资源量为3 300万t,发电潜力为1 196亿kW∙h,而其中的经济潜力为174亿kW∙h,全省生物质发电实际利用量仅占经济潜力的17.6%,生物质发电利用仍有巨大的发展空间。大规模的生物质发电项目的原料需求量大,收集半径过大,原料价格及收集与运输成本过高,导致发电成本超过0.8元/(kW∙h),大于0.75元/(kW∙h)的生物质标杆电价,致使项目折现投资回收期超过30年,内部收益率不足1%,项目财务负担过重,严重制约了生物质发电利用的发展;研究引入企业所得税收优惠以及原料处理费补贴,发现项目财务主要指标均得到显著改善。建议开发前期对周边原料市场进行调研考察,将原料种类多样化并根据气候和物流特点制定详细的原料收集规划,新建生物质电厂应控制装机规模在30 MW以内,使得原料收集范围在300 km以内,以控制原料收集与运输成本;完善税收优惠政策,政策应涵盖更多的生物质原料种类,使电厂能享受相应优惠;建立原料处理费补贴机制,以原料中生物质废物垃圾比例为指标发放补贴,实现外部环境成本内部化,提高环保效益,促进广东省生物质能利用的发展。

关键词： 生物质发电; 技术筛选; 财务分析模型; 政策补贴情景分析

本文引用格式

张岳琦 , 廖翠萍 , 谢鹏程 , 吴佳欢 , 赵黛青 . 广东省生物质发电应用的影响因素分析[J]. 新能源进展, 2020 , 8(6) : 524 -532 . DOI: 10.3969/j.issn.2095-560X.2020.06.010

Abstract

The installed capacity of biomass power plant in China has surpassed the target in the 13th Five-year Plan of Biomass Energy Development. However, only 3.2% of the capacity was installed in Guangdong province of south China region. The biomass development in Guangdong is relatively backward, and there is a problem of uneven regional development in the utilization of biomass power. In this paper, a multi-criteria technology screening model with Delphi method as well as a project level financial analysis model were used to analyze the major factors that influence the application of biomass power generation in Guangdong, and some suggestions were proposed. The result showed that, the total biomass resource in Guangdong was 33 million tons, the power generation potential was 119.6 TW∙h, and the economic potential was 17.4 TW∙h. Only 17.6% of the economic potential was used for power generation, the biomass potential was still abundant in Guangdong. The large biomass feedstock demand and the large feedstock collection radius caused an excessive feedstock price and transportation cost, which resulted in a high levelized cost of electricity (LCOE) of the project: over 0.8 RMB/(kW∙h), higher than the feed-in-tariff of biomass power. The discounted payback period exceeds 30 years, the internal rate of return was less than 1%, resulted in a poor financial performance of the project, which severely limited the development of biomass energy; the income tax preferential policy and feedstock treatment subsidy can significantly improve the project’s financial performance. In the early stage of the project, the surrounding feedstock market should be investigated and analyzed, the types of feedstock should be diversified, and a detailed feedstock collection plan should be formulated according to the local climate and logistics characteristics. The installed capacity of newly-built biomass power plant should be controlled within 30 MW so that the collection radius can be within 300 km for collection and transportation cost control; improve income tax preferential policies, which should cover more types of biomass feedstock so that power plants can enjoy the policy; establish a biomass feedstock treatment fee subsidy mechanism by providing subsidy based on the proportion of biomass waste in feedstock. It can achieve internalization of external environmental costs, improve environmental benefits and promote the development of biomass energy utilization in Guangdong Province.

Key words： biomass power; technology screening; financial analysis model; policy subsidy scenario analysis

0 引言

能源和环境问题是世界各国社会经济发展过程中面临的重要问题。中国是世界第一大能源消费国,一次能源消耗结构以煤为主,煤烟型污染已经成为中国大气污染的最主要来源,对经济社会发展和生态环境造成了严重的威胁和破坏。生物质发电属于清洁的可再生能源,能够产生较高的综合利用效益,大力发展生物质发电等可再生能源,对中国能源的可持续发展具有重要的战略意义,是保障我国能源安全、优化能源结构和缓解环境污染的必然选择。

近年来,我国政府一直积极推动生物质能的开发利用,《2020中国生物质发电产业发展报告》的数据显示,截至2019年底,我国已投产生物质发电项目并网装机容量2 254万kW,其中,农林生物质发电累计装机容量973万kW,装机容量排名前5的省份分别是山东省（18.2%）、安徽省（13.1%）、黑龙江省（10.5%）、湖北省（6.4%）、江苏省（6.2%）,合计占全国累计装机容量的54.3%。广东省生物质发电装机为31万kW,占比仅为3.2%。可以看出,我国农林生物质发电装机主要集中在长江及以北地区,华南地区尤其是广东省的生物质发电装机,相对其他省份较为落后,探究制约该地区生物质能发展的因素具有重要的现实意义。

国内外学者^{[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]}在资源潜力、产业发展、发电技术、发电成本效益以及相关政策等主要方面都有大量的研究。而对区域内生物质发电项目可行性分析、实际运营成本等方面的研究还较少,项目财务评价指标体系和评价方法方面的研究还不够深入。基于此,本文以华南地区的广东省为例,围绕生物质发电应用的主要影响因素,对资源潜力、技术潜力和经济潜力以及财务的盈利性进行分析比较,并对广东省生物质发电应用提出建议。

1 广东省生物质能利用潜力分析

1.1 分析范围

本文对农业剩余物、林木生物质和城市固体废弃物等几类生物质原料依据下列三种级别的资源潜力进行评估：

（1）资源潜力是指每个地区每种原料的生物质能含量,是根据农业、林业和废弃物管理的生产数据,农业和林业每单位生产所产生的废弃物残余量的生物质系数,固体废弃物中有机物质比例的估量来进行估算的。如果确定了原料的其他当前（基准情景）用途,则需要从资源潜力估算中减去这些量。

（2）技术潜力是指每种原料和技术结合所产生的能源量,其数值由上述资源潜力数值及不同原料和技术类型的生物质能转换系数（每吨生物质的能量单位）估算。

（3）经济潜力是指与其他基准能源（如煤电）相比在经济上可行的生物质资源量,是根据上述技术潜力、每种生物质原料的收集成本数据以及与每种技术相关的非燃料成本估算得出。若估算的成本低于化石能源的平准化度电成本（levelized cost of electricity, LCOE）,则认为该种原料/技术组合在发电方面具有经济竞争力,在经济上可行且具有经济开发潜力。

1.2 资源潜力和技术潜力分析

1.2.1 数据来源和分析方法

（1）在生物质资源潜力分析方面,研究主要考虑了农业剩余物、林业剩余物和城市固体废弃物这三大类共15种生物质原料,具体原料种类见表1。

研究采用2017年广东省农村统计年鉴中的区县级农林产业数据、城市树木和绿地数据^[15]、广东省2017年统计年鉴中的固体废弃物和污水生产数据以及各区县人口数据^[16]。省级废弃物数据根据人口多少分配到各区,市级城市森林和绿地数据根据城市面积估算分配给各区。城市面积是根据地理信息系统（geographic information system, GIS）分析中提供的土地利用/土地覆盖（land use and land cover, LULC）数据得出。基于农村统计年鉴的数据,对广东省生物质潜力的分析能精确到区县级,使得资源潜力的空间分布特征更为直观明显。

使用上述提到的产业数据以及各类生物质资源系数^[2,17-21]计算每个区域的生物质资源潜力估计值。所得的资源潜力数值通过减去已知用于其他用途（如动物饲料、堆肥、干燥机燃料和建筑材料等）的生物质总量进行调整。

根据研究文献[22,23]中的热值和产沼气潜力,估算可用生物质资源潜力。按吨计的资源潜力来估算生物质原料直接燃烧产生的热量：

$${{E}_{\text{b}}}=\frac{{{P}_{\text{r}}}\times {{Q}_{\text{b}}}}{1000} (1)$$

其中：E_b为生物质能,TJ;P_r为资源潜力,t;Q_b为净热值,MJ/kg。

由生物质转化的沼气通过燃烧产生的热能潜力是根据按吨计算的资源潜力、沼气发电潜力和原料中挥发性固体的百分比来估算。

$${{H}_{\text{bg}}}=\frac{{{P}_{\text{b}}}\times {{S}_{\text{v}}}\times \sigma \times \rho \times {{E}_{\text{bg}}}}{{{10}^{6}}} (2)$$

其中：H_bg为沼气热能,TJ;S_v为挥发性固体的百分比,%;σ为沼气产生系数,mL CH₄/g VS;ρ为沼气浓度,1.15 kg/m³;${{E}_{\text{bg}}}$为沼气的能量,50.4 MJ/kg。

按上述方法计算广东省每种生物质原料的资源潜力值,得到的数据如表1所示。

Table 1 The biomass resources, technical and economic potential in Guangdong (compared with coal power cost)

表1 广东省生物质资源、技术及经济潜力（与燃煤电价相比）

原料领域		潜力类型
		资源潜力			技术潜力				经济潜力
		资源量 / t	生物质一次热能 / TJ	沼气一次热能 / TJ	生物质产热量 / TJ	生物质发电量 / (GW∙h)	沼气产热量 / TJ	沼气发电量 / (GW∙h)	生物质直燃发电 / (MW∙h) （6 ~ 25 MW）			生物质气化发电 / (MW∙h)（1 ~ 5 MW）		生物质混燃发电 / (MW∙h)（10 ~ 40 MW）
		资源量 / t	生物质一次热能 / TJ	沼气一次热能 / TJ	生物质产热量 / TJ	生物质发电量 / (GW∙h)	沼气产热量 / TJ	沼气发电量 / (GW∙h)	LCOE ≤ 330元/ (MW∙h)	LCOE ≤ 396元/ (MW∙h) (6 MW)	LCOE ≤ 396元/ (MW∙h) (25 MW)	LCOE ≤ 330元/ (MW∙h)	LCOE ≤ 396元/ (MW∙h)	LCOE ≤ 330元/(MW∙h)	LCOE ≤ 396元/ (MW∙h)
农业	谷壳	2 223 767	40 131	2 948	26 463	2 528	3 094	281	2 360 844	2 360 844	2 360 844	1 936 914	1 936 914	2 628 824	2 628 824
	秸秆	7 495 975	111 690	70 148	94 937	8 999	56 118	5 134	8 999 298	8 999 298	8 999 298	7 383 320	7 383 320	10 020 808	10 020 808
	甘蔗作物剩余物	633 774	10 521	7 709	8 943	848	6 167	561	847 689	847 689	847 689	695 472	695 472	943 910	943 910
	甘蔗渣	425 380	2 363	451	6 038	572	1 084	99	0	0	572 385	0	0	637 356	637 356
林业	城市绿地剩余物	2 227 023	15 406	NA	13 095	1 460	NA	NA	0	0	0	0	0	0	0
	其他城市林木剩余物	43 451	560	NA	476	53	NA	NA	0	0	0	0	0	0	0
	森林砍伐剩余物	1 949 641	37 341	NA	28 659	3 194	NA	NA	0	2 984 712	2 984 712	0	0	3 323 506	3 323 506
	木材加工剩余物	4 623 141	88 503	NA	71 466	7 084	NA	NA	0	0	0	0	0	0	0
	竹材加工剩余物	153 429	3 075	NA	2 325	259	NA	NA	0	208 924	208 924	0	0	232 639	232 639
	薪材	549 375	10 036	NA	8 530	950	NA	NA	0	0	0	0	0	0	0
	灌木丛剩余物	151 100	1 154	NA	981	109	NA	NA	0	0	0	0	0	0	0
	造林/再造林剩余物	323 945	6 146	NA	5 224	582	NA	NA	0	0	0	0	0	0	0
城市固废	城市固体废物总有机物	9 585 225	134 141	22 324	114 020	12 716	17 860	247	0	0	0	0	0	0	0
	城市固体废物：纸/纸板	996 055	13 546	NA	11 514	1 284	NA	NA	0	1 507 122	1 507 122	0	0	1 678 195	1 678 195
	城市固体废物：木类废料	996 055	18 676	NA	15 875	1 770	NA	NA	0	0	0	0	0	0	0
	城市污水污泥	5 971 854	11 944	22 687	10 152	1 132	18 150	346	0	0	0	0	0	0	0
总计	所有原料	33 062 186	430 710	127 187	363 002	37 333	102 474	6 668	12 207 831	16 908 590	17 480 974	10 015 707	10 015 707	19 465 238	19 465 238


	注：经济潜力分析得出的LCOE与330元/(MW∙h) 和396元/(MW∙h) 的煤电成本相比较,生物质原料按50 km的运输距离计算;所考虑的发电技术及装机规模根据调研报告收集的数据来确定。

（2）在生物质技术潜力分析方面,本文主要考虑生物质发电利用模式,分别选择生物质直燃锅炉、生物质直燃发电、沼气直燃锅炉和沼气发电四种典型的生物质利用技术来估算其技术潜力。

结合资源潜力和主要生物质发电技术的转换效率及热值^[2,24-26],估算每种生物质原料在区县一级的技术潜力,其中,生物质直燃锅炉和沼气直燃锅炉技术的潜力通过锅炉效率计算,发电技术则通过技术热值计算得出。结果如表1所示。

1.2.2 评估结果

计算结果表明,广东省生物质资源总量超过3 300万t,其发电潜力为1 196亿kW∙h。如果生物质原料全部转化成沼气,资源潜力将超过1 222万t标煤。生物质原料来源数量最大的前四种分别是城市固体垃圾中的有机物958万t、秸秆749万t、污水污泥597万t和木材加工剩余物462万t。广东省生物质产热量的总技术潜力约为1 240万t标煤,生物质发电技术潜力为383亿kW∙h,沼气产热量为350万t标煤,沼气发电潜力为70亿kW∙h。

1.3 生物质发电经济潜力分析

1.3.1 分析方法和数据来源

在得出生物质发电资源和技术潜力后,对经济潜力的评估能进一步确定具有经济可行性的技术应用。判断一个生物质发电项目是否具有经济可行性的重要指标是估算其平准化度电成本。平准化度电成本由原料成本、结合技术应用的其他非原料成本和参数计算得出,并将其与煤电度电成本进行比较,以判断每种原料在区县级上是否具有经济潜力。

相关原料成本数据通过市场调研、生物质发电企业走访和文献报告^[27,28]等方式获得,其中原料装载和卸载成本为20元/t,运输成本为1.29元/(t∙km),沼气技术的成本中包括发酵过程成本0.24元/(kW∙h)。其他非原料成本包括各类技术在不同装机容量下的初始投资成本、融资成本、运维成本、技术热值、技术寿命周期、贷款利率和期限。

按照原料总量和技术潜力来计算广东省生物质发电总经济潜力,以年发电量兆瓦时表示,得到的数据如表1所示。

1.3.2 经济潜力评估结果

计算结果如下。

（1）三种类型的生物质发电技术的度电成本均低于燃煤发电成本0.1 ~ 0.2元/(kW∙h),比火力发电显示出了成本优势,即生物质直燃发电技术（6 MW和25 MW）、生物质气化发电技术（1 ~ 5 MW）和生物质混燃发电技术（10 ~ 40 MW）。而三种沼气发电技术的平准化度电成本在1 000 ~ 3 000元/MW之间,与火力发电相比,其在生物质原料上无成本优势,因此该技术的经济潜力不足。

（2）运输成本对最后的平准化度电成本影响较大。运输成本受运输里程（即原料收集范围）影响,在经济潜力分析中,研究设定的收集范围为50 km,而据调研,在电厂实际运营中,生物质原料收集范围达300 km以上。在输入该数值后,农业类生物质原料的经济潜力在不同技术类型下至少减少了57%,而林业生物质和城市固废在所有发电技术下均没有经济潜力。因此,生物质发电项目应当在规划设计时考虑控制原料收集范围,否则将严重影响项目运营的财务情况和可持续性。

（3）谷壳、秸秆和甘蔗作物残渣在表1所示的三种技术类型中均具有经济潜力,需对三种技术类型进行评价筛选,以确定生物质发电中最具效益和发展潜力的技术应用。

2 生物质技术多标准筛选调查问卷

为了筛选出广东省内最有发展前景的生物质发电技术,研究采用德尔菲法开发了生物质技术应用多标准评估（multi-criteria assessment, MCA）筛选调查问卷,向27位来自学术界、政府机构和生物质发电产业的生物质专家和从业人员发放了调查问卷。将上文的潜力评估数据与各类生物质发电技术的成本、技术和财务数据作为背景信息提供给专家。专家结合自身相关专业知识和从业经验,对图1所示的四种技术种类的10个筛选指标进行评分,对每项指标上给出高、中、低和不确定四种看法,四种看法分别记为3、2、1、0分。汇总问卷结果,计算每种技术或应用模式的总得分情况如图1所示。

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Fig. 1 The results of MCA screening survey

图1 多标准评估调查问卷结果

由图1可以看出,生物质直燃发电技术和生物质混燃发电技术在得分上相差无几,表明专家认为这两种技术在经济可行性上都适合在广东省应用。

在产业调研中发现,生物质混燃发电技术只需改装现有燃煤电厂的火力发电设备,与其他需要完全新建电厂的发电技术相比,其初始投资成本最低,但在广东省煤电机组关停、减量替代等环保政策背景下,该技术在广东省应用的潜力十分有限。因此,生物质直燃发电技术是在广东省生物质发电中最具效益和发展潜力的技术应用。结合技术筛选结果和表1中的计算结果,当前广东省生物质发电技术的经济潜力为174亿kW∙h。

综合上述分析,虽然广东省生物质资源潜力能达到2019年全省全社会用电量的17.8%,但其技术潜力只有资源潜力的32.1%,而经济潜力（50 km收集范围）则只有16.3%。全省生物质发电经济潜力如果全部达到,以生物质电厂年发电时数7 500 h换算,全省生物质发电装机容量能达到2 331 MW。然而,目前广东省农林生物质发电总装机只有410 MW（含规划建设项目100 MW）,仅利用了17.6%的经济潜力。

通过以上分析,广东省生物质能利用潜力大、生物质直燃发电技术在广东省生物质发电应用中最具经济可行性。以下从生物质发电项目财务层面进行分析,以进一步探究造成广东省生物质发电开发进展缓慢的影响因素。

3 广东省生物质发电项目财务分析

在对生物质电厂调研中,了解到生物质发电项目占地面积庞大,电厂的初始投资成本多年来一直维持在8 000 ~ 9 500元/kW,投资规模达数亿元。广东省生物质发电项目为省内大型能源企业投资建设（南方电网、韶能集团、粤电集团等）,但其投资本金比例只在20% ~ 30%之间,超过七成的投资额仍需通过融资方式实现。若项目的经济可行性和财务表现缺乏足够吸引力,融资渠道将十分有限,不利于项目推进开发。

3.1 分析方法和参数设定

为分析和找出影响发电项目财务指标的关键变量,研究开发了生物质发电项目财务分析模型,结合电厂调研和专家走访收集到的项目数据,分别对100 MW和30 MW两种装机规模的生物质电厂的财务表现相关指标进行分析计算,以探究生物质发电应用在项目层面的经济可行性和财务表现特点。

模型中的项目财务评估的相关指标包括投资回报周期、折现还本、项目折现净现金流（net cash flow, NCF）、内部收益率（internal rate of return, IRR）、投资回报率（return of interest, ROI）或风险调整的投资回报率、成本效益和平准化度电成本。

模型中的主要参数为项目投资成本、原料消耗量、年发电小时数、电厂自用电比例、原料采购成本、固定运维成本、原料运输、加工、储运、损耗总成本、投融资比例和贷款周期、生物质发电标杆电价、自用电价值、企业所得税和增值税、折现率、利率和通货膨胀率。由于系统装机规模的不同,某些参数如年发电时数、投资成本、原料采购价格等将有所不同。

根据对湛江生物质发电厂和阳山生物质发电厂的调研,对这些参数分别进行了设定。将参数输入财务分析工具后项目财务指标如表2所示。

Table 2 The financial performance of biomass direct-firing generation plants in Guangdong

表2 广东省生物质直燃发电厂财务分析关键指标

电厂装机	补贴及优惠方式	总初始投资 / 元	NCF / 元	IRR / %	MARR / %	ROI / %	投资截止时间 / 年	PBP / 年	DPBP / 年	成本效益比	LCOE / [元/ (kW∙h)]	实施成本的净现值 / 元
100 MW	无	880 510 000	32 163 987	0.2	7.0	14	15.0	24.6	44.1	1.05	0.833 42	8 196 375 904
30 MW	无	283 140 000	50 170 919	0.8	7.0	18	15.0	23.7	39.1	1.08	0.810 67	2 155 299 666
	60元/t原料处理费补贴	283 140 000	225 805 840	4.4	7.0	26	15.0	16.4	22.7	1.15	0.833 47	2 213 844 555
	所得税优惠	283 140 000	105 307 683	1.8	7.0	21	15.0	21.9	33.1	1.10	0.790 05	2 100 162 901
备注			2019-2068年;业主的净收入	2019-2068年;应当大于资本成本	资本成本	2019- 2068年	投资者对投资回报周期的目标	基础股本回收	根据风险调整后的基础股本回收	2019- 2068年,折现后	未折现;基准是0.37元/(kW∙h)的煤电成本	2019-2068年;股东权益、还本付息、运营与维护


	注：MARR为最低可接受回报（minimum acceptable rate of return）。

表2中绿色部分表示超过了投资方对指标的预期要求,红色部分表示该指标未能达到投资方的期望值。平准化度电成本的期望值是小于或等于广东省煤电成本,内部收益率应大于资本成本即利率。项目投资回收期的预期数值为十年。效益成本比以是否超过1.0（即收益超出成本）来判断是否符合投资方预期。实施成本的净现值表明了项目的总成本,包括初始本金投入、融资以及运营和维护成本。

从表2可见,100 MW生物质发电项目的净现金流能达到3 216万元（预期目标是大于零）。但内部收益率仅0.2%,低于最低期望值,即资本成本（8.2%）。投资回报率达到14%,高于投资者对项目的预期值（9.0%）。需要注意的是,参数设定中100 MW项目的年发电时数来自湛江生物质电厂自2011年投产以来所达到的最大发电时数。由于物流和成本的影响,100 MW生物质电厂的发电时数难以保持稳定在7 500 h,因此该计算为最乐观估计。

30 MW生物质电厂的净现金流为5 017万。内部收益率仅为0.8%,投资回报率达到18%,其关键指标除净现金流外均稍好于湛江电厂。而电厂投资回收期（payback period, PBP）和折现投资回收期（discount payback period, DPBP）分别是23.7年和39.1年,均远长于预期回收年数。

除关键的财务指标外,两种项目所计算出的LCOE为广东省煤电成本的两倍以上,且均略高于生物质发电补贴电价 [0.75元/(kW∙h)],电厂将陷入发电越多亏损越多的困境。生物质发电距离实现平价上网的目标仍较远。

3.2 政策补贴情景分析

在对生物质电厂的调研中,电厂运营方认为将各类林木加工物残余、废弃家具等作为原料用来发电,起到了和垃圾焚烧厂类似的废物利用等环保作用。但我国《资源综合利用企业所得税优惠目录》并没有涵盖生物质电厂所有可利用资源品种^[29],如湛江生物质电厂原料中桉树类生物质占68%、橡胶树类生物质占12%、其他废木料占10%,阳山生物质电厂原料中林业废弃物占80%,均无法完全享受企业所得税优惠政策,造成地方执法部门普遍“生搬硬套”该政策目录,导致行业存在极大的政策违规风险。根据调研数据,本研究引入所得税优惠,即只计算90%的企业所得税,并导入财务分析模型。在输入财务分析工具后项目财务指标如表2所示。

在所得税优惠政策情景下,项目的平准化度电成本能降低0.02元/(kW∙h),其他主要财务指标也得到了较大提升。其中折现回报周期缩短了6年,折现净现金流实现翻倍。

研究还发现,垃圾焚烧发电厂的垃圾处理费补贴对电厂的盈利能力有很大帮助。北方省份如安徽省也有类似的生物质补贴发放,农户与电厂共可获得100元/t左右的补贴,使得当地生物质原料物价稳定在100元/t左右;湖南省则在电价上给予一定补贴。研究借鉴其他地区的补贴力度,将原料补贴设定为60元/t,在输入财务分析工具后,30 MW项目财务指标如表2所示。

在60元/t的处理费补贴情景下,项目财务指标在内部收益率、回报率、成本效益比上均有提高,折现净现金流大幅提高至2.25亿元,投资回报周期缩短至16.4年,项目财务情况得到显著改善。

3.3 结果分析

通过比较广东省两种装机规模的生物质发电厂的财务表现指标,可以发现：

（1）即便在原料供应最充足的情景下,生物质电厂仍需超过30年才能实现回本,且内部收益率仅有1.5%,多个财务指标远达不到投资方的预期,且项目投资规模庞大,投资强度高,使得企业对规划开发生物质发电项目的意愿不足,难以形成足够的盈利性动力。

（2）对于30 MW生物质发电项目而言,若原料采购成本超过300元/t,则其净现金流和内部收益率将为负值,项目财务表现将受到严重影响,面临严重亏损。据产业调研数据,目前广东省生物质电厂均存在原料收集范围过大（300 km以上）,原料价格不稳定导致项目成本难以控制,项目长期处于亏损状态的问题,制约了广东省生物质发电应用的发展。

（3）生物质发电项目的装机容量不宜太大,否则将导致原料需求量扩大,使得收集运输成本攀高,度电成本升高。

根据周边省份统计,湖南省内已有生物质发电装机312 MW,并有超过十个项目在建,而广西壮族自治区有150 MW的生物质发电装机,还有400 MW的项目在建。在可预见的未来,生物质原料的需求量会大增,相邻省份的电厂增加将加剧生物质原料收集的竞争,华南地区的生物质原料成本可能会继续攀高。

4 结论和建议

从生物质资源潜力、技术应用筛选、项目财务表现等方面,以华南地区的广东省为例,分析了生物质发电应用的主要影响因素,结果如下：

（1）广东省仍有大量的生物质发电潜力还未开发利用。通过生物质资源潜力评估,广东省生物质资源总量超过3 300万t,其发电潜力为1 196亿kW∙h,为2019年全省全社会用电量的17.8%。通过对四种生物质利用技术的研究,得出广东省生物质发电总技术潜力为383亿kW∙h。而经济性潜力则通过德尔菲法对四种生物质发电技术应用的多标准筛选评估来确定。研究发现,广东省生物质发电经济潜力只有资源潜力的16.3%。且目前省内农林生物质发电总装机（包括在建）为410 MW,仅有17.6%的经济潜力得到利用。

（2）生物质发电项目的装机容量不宜太大。两种装机规模的生物质发电项目的财务模型分析结果表明,30 MW生物质电厂的财务指标略好于100 MW项目。但两个项目的主要财务指标大多未达预期值。项目装机容量过大将使得原料需求增加,最终导致度电成本过高,项目财务负担加重,企业将长期高负债经营,无法形成真正的财务良性循环。

（3）原料收集范围过大,致使采购成本过高,严重影响项目收益。当原料采购成本超过300元/t时,项目净现金流和内部收益率将为负值,项目财务表现将受到严重影响,面临严重亏损。而产业调研数据也反映出目前广东省生物质电厂存在的收集范围过大（300 km以上）,原料价格不稳定等问题,导致项目长期处于亏损状态,严重制约广东省生物质发电应用的发展。

（4）生物质原料处理费补贴和企业所得税优惠政策能改善电厂财务表现。对生物质原料处理费补贴政策和企业所得税优惠政策进行了财务模型分析,两项政策均能提高项目的内部收益率、投资回报率和折现净现金流,缩短投资回报周期。

基于研究结果,对广东省生物质发电技术的发展建议如下：

①科学布局和控制建设规模。广东省生物质电厂发展应优先考虑粤东地区,以避免受到北部和西部相邻省份的生物质电厂原料竞争;规划建设的每期装机规模应设置在30 MW左右,以减轻项目财务负担。

②做好原料成本控制和收集规划。在项目前期规划中,应开展全面细致的原料价格咨询和评估,了解并控制总体原料价格水平,采用多种原料种类和收集来源,以减少总体生物质原料成本,平均成本应控制在300元/t以内;原料最大收集范围控制在200 ~ 300 km以内,减轻电厂收集工作负担和成本,改善项目财务运营情况。

③加大政策扶持力度。完善税收优惠政策,将农林生物质发电行业收集利用的农林废弃物品种全部纳入企业所得税目录,帮助企业降低生产成本。建立生物质原料处理费补贴机制。各类林木加工物残余、废弃家具和木类建材等是生物质电厂的重要原料来源,以原料中生物质废物垃圾比例为指标发放处理费补贴能促使电厂收集更多的此类原料,实现废物循环利用并将外部环境成本内部化,减少城市垃圾堆积和环境污染。安徽省的类似补贴政策实践也表明,该政策可以稳定当地生物质原料物价,避免原料因季节气候和需求而大幅波动。该机制能大幅改善生物质电厂长期高负债运营的现状,促进广东省生物质能的开发应用。

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