第３５卷第３期 ２０１４年６月 电力与能源 ３７５ 降低集中式生物质发电厂燃料成本的方法 赵浩亮，张 旭，翟明岭 （同济大学，上海２０１８０４） 摘要：生物质发电存在燃料成本高，且农民出售秸秆的积极性也不高等问题。提出了一种降低集中式生物 质发电厂燃料成本的改进方法，由生物质电厂购买收割机主动帮助农民免费收割，并就地打包运输秸秆，其秸 秆归生物质电厂所有。通过成本计算得到，在改进方式下收集稻类秸秆价远低于市场价，利用提高年作业量 的方式还可大幅降低生物质发电燃料成本。 关键词：生物质发电；燃料成本；收割机；年作业量 基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目“村镇建筑低品位能利用关键技术研究与工程示范”（２０１１ＢＡＪｏ８Ｂ０９） 中图分类号：ＴＭ６１９ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９５—１２５６（２０１４）０３－－０３７５－－０４ Ａ Ｎｅｗ Ｍｏｄｅｌ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ｆｕｅｌ Ｃｏｓｔ ｏｆ Ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ Ｂｉｏｍａｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｚｈａｏ Ｈａｏｌｉａｎｇ，Ｚｈａｎｇ Ｘｕ，Ｚｈａｉ Ｍｉｎｇｌｉｎｇ （Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｔｈｅ ｆｕｅｌ ｃｏｓｔ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ ｐｏｗｅｒ ｉｓ ｈｉｇｈ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｏｆ ｆｕｅｌ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ，ｐｅａｓ— ａｎｔｓ ｔｅｎｄ ｔｏ ｂｕｒｎｉｎｇ ｓｔｒａｗ ｒａｔｈｅｒ ｔｈａｎ ｓｕｐｐｌｙ ｓｔｒａｗ ｆｏｒ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ．Ｇｉｖｅｎ ｔｈａｔ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃａｍｅ ｕｐ ｗｉｔｈ ａ ｐｒｏ— ｐｏｓａｌ ｏｆ ｗｉｎ－ｗｉｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｔｈａｔ ｂｉｏｍａｓｓ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔｓ ｏｆｆｅｒ ｒｅａｐｅｒｓ ｆｏｒ ｐｅａｓａｎｔｓ ｔｏ ｈａｒｖｅｓｔ ｔｈｅｉｒ ｆｉｅｌｄｓ ｆｏｒ ｆｒｅｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒａｗ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｗａｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｔｏ ｂｉｏｍａｓｓ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ．Ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｐｒｉｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｙ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ ｒｉｃｅ ｓｔｒａｗ ｗａｓ ｍｕｃｈ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｍａｒｋｅｔ ｐｒｉｃｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｉｔ ｗｏｕｌｄ ｒｅｄｕｃｅ ｂｉｏ— ｍａｓｓ ｆｕｅｌ ＣＯＳＴＳ ｇｒｅａｔｌｙ ｂｙ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｂｉｏｍａｓｓ ｐｏｗｅｒ；Ｆｕｅｌ ｃｏｓｔ；Ｒｅａｐｅｒｓ；Ａｎｎｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ０ 引言 生物质电厂购买收割机帮助农民免费收割，其秸 秆归生物质电厂所有的秸秆收集方式。 通过生物质能转换技术可以高效利用生物质 资源生产各种清洁燃料，从而减少对矿物质能源 １ 改进的秸秆收集方式 的依赖，减轻能源消费给环境造成的污染。我国 传统的秸秆收集方式是由农户收集秸秆，经 生物质能发展的重点是生物质发电，目前该产业 纪人收购之后打包、运输至生物质电厂。该种方 还处于起步阶段，存在以下几个问题：燃料成本 式可降低秸秆供应的随意性及风险，保证秸秆收 高，包括原料购买成本、加工成本、储运费用以及 购的稳定性。但由于时间周期长，再加上环节复 损耗成本等；单位发电量成本高；大多数地区秸秆 杂，且农民出售秸秆的积极性不高，导致电厂秸秆 利用率低，农民不会主动将秸秆卖给生物质电厂， 收购的成本提高，不能有效地减少秸秆焚烧的情 而是在田间以就地焚烧的方式处理秸秆，造成污 况发生以及解决燃料成本过高的问题。 染。国家虽然出台了一些优惠政策，但是效果并 改进的秸秆收集方式是由生物质电厂出资购 不乐观，生物质能的集中规模不具备较强的市场 竞争力。生物质发电成本过高主要与燃料价格有 买收割机帮助农民免费收割，并就地打包运输秸 关，由于出售秸秆的价格低导致农民积极性不高， 秆（见图１）。该方式解决了农民高额的收割费 另外电价的限制也使得电厂收集燃料困难、价格 用，也可帮助农民清理田间秸秆，不仅时间周期 过高。 短、农民积极性高，而且环节简单可以成本降低， 鉴于此，本文提出了一种由生物质电厂主动 也可以有效避免秸秆就地焚烧的情况发生，减少 收购秸秆以降低生物质发电成本的改进方法，即 了污染。 赵浩亮，等：降低集中式生物质发电厂燃料成本的方法 ３ ７，７ ＋人员工资＝＝＝３４ ５００（元） 收割机年总成本一年固定成本＋年可变成本 一７４ ８１９（元） ４秸秆产量与燃料成本计算 ４．Ｉ 秸秆产量的估算方法 我国秸秆资源分布不均匀，５０ ９／６以上的秸秆 资源集中在河南、河北、湖南、湖北、四川Ｉ、浙江、山 东、江苏等省。稻草主要分布在长江以南，小麦和 玉米秸秆主要集中在长江与黄河流域之间，以及 吉林和黑龙江等省份＿３］。 生物质发电厂的生物质秸秆燃料主要以小 麦、玉米和水稻秸秆为主，而红薯、花生秸秆多作 为饲料利用，因此以小麦、玉米、水稻等谷物类秸 秆为研究对象。 秸秆可获得量的表达式为： ｎ Ｓ 一＞：Ｍ Ｎ （２） ｉ＝１ 式中：Ｓ 为秸秆获得量，ｔ；帆为第 种农作物的产量，ｔ； Ｎ 为第ｉ种农作物的谷草比。 我国每公顷的粮食产量＿５ 如表１所示，常见 农作物谷草比［５ 如表２所示。 表Ｉ我国粮食产量 ｋｇ／ｈｍ 年份 谷物 棉花 花生 油菜籽 芝麻 ２００５ ５ ２２５ １ １２９ ３ ｏ７６ １ ７９３ １ ０５４ ２００６ ５ ３１Ｏ １ ２９５ ３ ２５４ １ ８３３ １ １７３ ２００７ ５ ３２０ １ ２８６ ３ ３０２ １ ８７４ １ １４７ ２００８ ５ ５４８ １ ３０２ ３ ３６５ Ｉ ８３５ Ｉ ２４３ ２００９ ５ ４４７ １ ２８９ ３ ３６ｌ １ ８７７ １ ３０７ ２Ｏ１０ ５ ５２４ Ｉ ２２９ ３ ４５５ １ ７７５ １ ３１２ ２Ｏ１１ ５ ７ｏ７ １ ３０８ ３ ５０２ １ ８２７ １ ３８５ 表２常见农作物谷草比 从我国农业种植结构及粮食产量来看，主要 农作物有小麦、水稻、玉米、薯类、豆类和棉花等。 从秸秆的产量上来看，三大粮食作物秸秆所占的 比例较大，占农作物秸秆总量的８０ 以上。其 中，玉米秸秆最多，占４Ｏ ９／６以上，其次是稻谷秸 秆、小麦秸秆－３］。 以２０１１年的数据为例进行计算，一台收割机 平均一年作业８０ ｈｍ２，其稻类秸秆产量为６０８．７５ ｔ， 不考虑加工费用和运输费用，每吨燃料成本是 １２３元，３３０台收割机年获得秸秆量为２Ｏ．Ｏ９万ｔ， 足够一个２５ ＭＷ的生物质电厂一年所用燃料。 ４．２秸秆燃料的成本构成分析 秸秆燃料的成本由收割机年成本、加工成本 以及运输成本构成，可得其收割作业量经济关系 图如图４所示，秸秆价格与Ｉ临界作业量的关系图 如图５所示。 元／ｔ 鉴 元／ｔ 耋元／ｔ 摆 萋 图４收割机作业量经济关系图 删 廿睬磐 ３ 如拍 Ｏ ６ ３ 加 Ｏ ６ ３ Ｂ Ｏ 图５秸秆价格与临界作业量的关系 从图５可知，作业量越少，燃料成本就越高， 当直接购买秸秆的价格为１５０元／ｔ时，相当于其 年作业量３１．１３ ｈｍ 时的成本价格，年作业量多 于３１．１３ ｈｍ。时，燃料成本将小于１５０元／ｔ；当直 接购买秸秆的价格为２００元／ｔ时，相当于其年作 业量２０．０７ ｈｍ 时的成本价格，年作业量多于 ２Ｏ．０７ ｈｍ 时，燃料成本将小于２００元／ｔ；当直接 购买秸秆的价格为２５０元／ｔ时，相当于其年作业 量１５．０７ ｈｍ 时的成本价格，年作业量多于 １５．０７ ｈｍ 时，燃料成本将小于２５０元／ｔ；目前收 割机的年作业量远远超过上述临界值。 按照目前秸秆收购价平均为２００元／ｔ计算， 与上述方法计算所得１２３元／ｔ，加上打包费用 １Ｏ元／ｔ［ 、运费３０元／ｔ［ ，其每吨成本为１６３元， 与市场价每吨相差３７元。如果将该部分所得做 收益计算，每年收益为２．２６万元，一台收割机的 投资回收期为２．３年。如果购人收割机时考虑农 （下转第３８０页） ３８Ｏ 王 凯：光伏建筑一体化探讨及应用案例分析 光电转换技术，解决建筑物的照明、采暖等用能 需求，可以代替常规的煤、水等能源，对我国发 展低碳经济具有重要的推动作用。我国光伏产 业正以每年３Ｏ ９／５的速度增长，光伏建筑一体化 即在建筑设计上增加了清洁、绿色的概念，又为 图４ 达坂城西部歌城屋顶光伏组件安装不意图 城市的电力供应提供了选择和保障，具有很大 ４．３经济效益分析 的应用价值。 目前屋顶光伏组件的投资约为８．５元／Ｗ， 参考文献： ８ Ｍｗ总投资约６ ８ＯＯ万元，年平均利用小时数为 ［１］郝国强，李红波，陈鸣波．光伏建筑一体化（ＢＩＰＶ）并网电站 １ １５０ ｈ。该新能源规划项目建成后，每年将为当 的应用与发展［Ｊ］．上海节能，２００６（６）：６６—７０． 地提供绿色电力９．２ ＧＷｈ，相当于年节约用煤 Ｅ２３ 梁祥莹．基于太阳能光伏技术的节能建筑系统的设计与研 ３ ０００ ｔ，每年减少ＣＯ 排放量约８ ２２２ ｔ。该项目 究［Ｊ］．应用能源技术．．２００９（２）：６－９． ［３］郝斌，李现辉．太阳能光伏建筑一体化探讨［Ｊ］．建设科技， 的建成，每年将给当地带来１４０万元的税收，可至 ２００９，２Ｏ（１０）：３２—３４． 少解决当地１００人的就业问题。在项目建设过程 ［４］施韬，沈佳燕，蒋金洋．光伏建筑一体化研究及应用现状 中，还能带动当地原材料市场的繁荣，以及促成当 ［Ｊ］．新型建筑材料，２０１１，（１１）：３８—４１． 地整个光伏产业的产业链的形成。 ［５３李芳，沈辉，许家瑞，等．光伏建筑一体化的现状与发展［Ｊ］． 电源技术，２００７，（８）：６５９—６６２． ５ 结语 ［６］杨洪兴，韩俊，孙亮亮．香港太阳能光伏建筑一体化的研究 与进步［Ｊ］．新材料产业，２００８，（９）：２５—３１． 随着世界能源短缺加剧、环境污染日益严重， 收稿日期：２０１４—０３一ｌ１ 世界各国都在寻求可持续发展的能源战略，光伏 作者简介：王 凯（１９８５－），女，工程师，从事光伏、风电新 建筑一体化具有很大的发展空间。城乡建设领域 能源设计工作。 是太阳能光电技术应用的主要领域，利用太阳能 （责任编辑：赵艳粉） （上接第３７７页） 参考文献： 机补贴，以及运输生物质燃料时运费补贴，其效果 ［１］贾小黎，丁航，李晓真，等．中国生物质发电产业现状、问题 更佳可观。 和建议ＥＪ］．太阳能，２００７（３）：３－４． ［２］盛海．区域联合收割机投入量的经济分析ｆＪ］．中国农机化， ５ 结论 ２０１２（２）：卜５． 本文提出的一种秸秆发电厂收集秸秆的改进 ［３］王胜曼．秸秆发电工程技术经济分析［Ｄ］．河北农业大学， ２００８：２３—５０． 方法，一方面可帮助农民收割农作物，节省农民收 ［４］ Ｍａｒｃｏｓ Ｅｓｃｕｄｅｒｏ，Ａ ｎｇｅｌ Ｊｉｍｅ ｎｅｚ．Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ 割费用，切实减少秸秆焚烧而造成的污染；另一方 ｏｆ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｐｏｗｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｏｆ 面也解决了生物质电厂原料收集困难的问题，节 Ｂｉｏｍａｓｓ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｅｕ— 省燃料费用，降低发电成本。 ｒｏｐｅａｎ Ｕｎｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｏｌｉｃｙ５３（２０１３）：６３—７５． １）改进方法后，秸秆燃料成本为１６３元／ｔ， ［５３黄锦涛，王新雷，徐彤．生物质直燃发电经济性及影响因素 分析ＥＪ］．可再生能源，２００８，２６（２）：９７—９８． 远低于市场价２００元／ｔ。 ［６］顾晓山．秸秆焚烧发电项目的技术经济分析［Ｊ］．可再生能 ２）计算可得，年作业量为３１．１３ ｈｍ２时，相当 源，２００７，２５（４）：６６—６７． 于秸秆市场价１５０元／ｔ；年作业量为２Ｏ．０７ ｈｍ２时， ［７］ 中华人民共和国国家统计局．２０１３中国统计年鉴［Ｍ］．北 相当于秸秆市场价２００元／ｔ，年作业量１５．０７ ｈｍｚ 京：中国统计出版社，２Ｏ１３． 时，相当于秸秆市场价２５０元／ｔ。由此可知，收割 ［８］ 陈丽欢．生物质发电秸轩收集储存运输物流技术规范研究 ［Ｄ］．南京农业大学，２００９． 机年作业量越多，其燃料成本就越低，反之亦然。 收稿日期：２０１４—０２—２４ ３）若将成本价与市场差价当做收益，当秸秆 作者简介：赵浩亮（１９８９一），男，硕士研究生，从事生物质发 市场价为２００元／ｔ时，该种秸秆收集方式每年收 电成本分析研究。 益２．２６万元，投资回收期仅为２．３年。 （责任编辑：赵艳粉）
