（管理科学与工程专业论文）生物质发电项目风险管理研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 能源和风险是2 1 世纪的两大主题，人类在开发新技术缓解能源压力的同时，也 面临着越来越多的风险，研究可再生能源项目风险势在必行。 本文首先阐述了国内外生物质发电项目的发展现状和工程项目风险管理研 究现状，概述了生物质能源的分布使用状况、生物质发电技术原理、我国生物质 发电产业相关法律法规以及发展现状和生物质发电项目建设的重大意义；通过总 结生物质发电项目风险的类别和特征，采用风险元传递模型提出了项目全寿命风 险综合管理架构，并结合汤原生物质发电项目案例，从风险意识、风险识别、风 险评价、风险应对、风险监控五个模块详细论述了风险管理方法技术，对模型的 可行性和实用性进行了验证。希望为从事可再生能源项目见者管理者提供参考。 关键词：生物质发电项目，风险，综合管理，模型 a b s t r a c t e n e r g ya n dr i s ka t et w ot h e m e si nt h e2 1s tc e n t u r y h u m a ni sf a c i n go fm o r ea n dm o r e r i s kw h e nr e l i e v i n ge n e r g yp r e s s u r eb yd e v e l o p i n gt e c h n o l o g yo fn e we n e r g ys o u r c e s t h e r e s e a r c ho fr e n e w a b l ee n e r g yp r o j e c tr i s km u s tb ee n f o r c e d f i r s t l y , t h i sp a p e rd i s c u s s e dt h ep r e s e n ts i t u a t i o no fb i o m a s se n e r g yp o w e rg e n e r a t i o n p r o j e c ta n dr i s km a n a g e m e n t ，s e c o n d l y , t h et e c h n o l o g ya n ds i g n i f i c a n c eo fb i o m a s se n e r g y p o w e rg e n e r a t i o nw e r es u m m a r i z e d ，t h i r d l y , t h i sp a p e rp u tf o r w a r da ni n t e g r a t e dr i s k m a n a g e m e n tf r a m e w o r ki nt o t a ll i f ec y c l ec o m b i n e dw i t ht h er i s k st r a n s f e rt h e o r y , f i n a l l y , i t i n t r o d u c e ds y s t e m a t i c a l l yr i s km a n a g e m e n tm e t h o da n dt e c h n o l o g yf r o mf i v ea s p e c t s ，a c a s eo fb i o m a s sg e n e r a t i o np o w e rp r o j e c tw a sg i v e nt ov e d f yt h ef e a s i b i l i t ya n d p r a c t i c a b i l i t yo ft h em o d e l d u a nl i n l i n g ( m a n a g e m e n ts c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a oz h e n y u k e yw o r d s ：b i o m a s sg e n e r a t i o np o w e rp r o j e c t ，r i s ki n t e g r a t e dm a n a g e m e n t ， m o d e l 1 华北电力大学硕士学位论文 摘要 能源和风险是2 1 世纪的两大主题，人类在开发新技术缓解能源压力的同时，也 面临着越来越多的风险，研究可再生能源项目风险势在必行。 本文首先阐述了国内外生物质发电项目的发展现状和工程项目风险管理研 究现状，概述了生物质能源的分布使用状况、生物质发电技术原理、我国生物质 发电产业相关法律法规以及发展现状和生物质发电项目建设的重大意义；通过总 结生物质发电项目风险的类别和特征，采用风险元传递模型提出了项目全寿命风 险综合管理架构，并结合汤原生物质发电项目案例，从风险意识、风险识别、风 险评价、风险应对、风险监控五个模块详细论述了风险管理方法技术，对模型的 可行性和实用性进行了验证。希望为从事可再生能源项目见者管理者提供参考。 关键词：生物质发电项目，风险，综合管理，模型 a b s t r a c t e n e r g ya n dr i s ka t et w ot h e m e si nt h e2 1s tc e n t u r y h u m a ni sf a c i n go fm o r ea n dm o r e r i s kw h e nr e l i e v i n ge n e r g yp r e s s u r eb yd e v e l o p i n gt e c h n o l o g yo fn e we n e r g ys o u r c e s t h e r e s e a r c ho fr e n e w a b l ee n e r g yp r o j e c tr i s km u s tb ee n f o r c e d f i r s t l y , t h i sp a p e r d i s c u s s e dt h ep r e s e n ts i t u a t i o no fb i o m a s s e n e r g yp o w e rg e n e r a t i o n p r o j e c ta n dr i s km a n a g e m e n t ，s e c o n d l y , t h et e c h n o l o g ya n ds i g n i f i c a n c eo fb i o m a s se n e r g y p o w e rg e n e r a t i o nw e r es u m m a r i z e d ，t h i r d l y , t h i sp a p e rp u tf o r w a r da ni n t e g r a t e dr i s k m a n a g e m e n tf r a m e w o r ki nt o t a ll i f ec y c l ec o m b i n e dw i t ht h er i s k st r a n s f e rt h e o r y , f i n a l l y , i t i n t r o d u c e ds y s t e m a t i c a l l yr i s km a n a g e m e n tm e t h o da n dt e c h n o l o g yf r o mf i v ea s p e c t s ，a c a s eo fb i o m a s sg e n e r a t i o np o w e rp r o j e c tw a sg i v e nt ov e d f yt h ef e a s i b i l i t ya n d p r a c t i c a b i l i t yo ft h em o d e l d u a nl i n l i n g ( m a n a g e m e n ts c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a oz h e n y u k e yw o r d s ：b i o m a s sg e n e r a t i o np o w e rp r o j e c t ，r i s ki n t e g r a t e dm a n a g e m e n t ， m o d e l 1 士= 1明明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文生物质发电项目风险管理研究，是 本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师赵振宇副教授的指导下进行的研究工作 和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果户也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：二孝垃日 期：型：三：y 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文：同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期：遮! ：三：阳 导师签名： 华北电力大学硕士学位论文 1 1 论文选题的背景 第一章引言 能源是国民经济重要的基础产业，是人类生产和生活必需的基本物质保障。目 前，世界化石能源资源的有限性和开发利用过程中引起的环境问题，严重制约着可 持续发展。世界化石能源资源快速消耗，环境污染日益严重和气候变暖威胁逐渐增 大的形势下，可再生能源的开发利用受到了全世界的高度重视，很多国家将开发利 用可再生能源作为能源战略的重要组成部分，通过立法和制定优惠政策等措施鼓励 可再生能源的发展。 ( 1 ) 国外生物质能源产业发展情况 自2 0 世纪7 0 年代世界石油危机以来，发达国家已经将开发利用可再生能源作为 调整能源结构，实现能源替代和可持续发展的重要措施。由于较早意识到开发利用 新能源的重要性，丹麦、德国、日本等国家通过联合企业、政府补贴新能源开发企 业、发布新能源利用计划等积极政策，多渠道、重扶持发展新能源产业，其中，丹 麦的秸秆热电技术较具代表性。 丹麦只有5 0 0 多万人口，4 3 万平方公里面积，工农业高度发达。1 9 7 3 年的石油 危机，促使丹麦开始研究生物质能秸秆发电技术，在政府的关注和支持下，丹麦由 b w e 公司率先研发秸秆生物燃烧发电技术，在这家欧洲著名能源研发企业的努力下， 丹麦1 9 8 8 就诞生了世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂。如今已有1 3 0 多家秸秆发电 厂遍及丹麦，秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费量的2 4 以上，曾依赖石油 进口的丹麦，1 9 7 4 年以来g d p 稳步增长，但石油年消费量比1 9 7 3 年下降了5 0 。现 在秸秆发电技术从丹麦走向了世界，并被联合国列为重点推广项目。据资料显示， 目前在丹麦、荷兰、瑞典、芬兰等欧洲国家，利用植物秸秆作为燃料发电的机组已 有3 0 0 多台。 ( 2 ) 国内生物质能源产业发展情况 随着我国的工业化、城镇化进程加快，国民经济的高速发展和生活水平的不断 提高，能源需求量持续增长，资源与环境对经济社会发挥的压力也越来越大。而开 发利用可再生能源，则是满足能源增长需要，建设资源节约型、环境友好型社会、 有效解决农村能源问题，促进农村经济和社会发展，实现可持续发展的重要措施。 生物质发电项目特别是秸秆焚烧发电作为可再生能源利用的一种形式，已得到 我国政府的大力支持，相继出台有利于生物质发电的政策。如2 0 0 6 年1 月1 同开始实 施的可再生能源法规定，秸秆发电厂所发电量将由电网全额收购，进口设备的 1 华北电力大学硕士学位论文 关税和进1 ：3 环节增值税全免。同时，各地方政府还可因地制宜制定其他补贴政策， 这些措施为秸秆发电项目提供了极好的发展机遇。目前，国内呈现生物质发电投资 迅速升温的态势。几大发电集团和其他社会资本( 包括外资) 纷纷涌入秸秆焚烧发 电市场。自2 0 0 3 年以来，国家发改委先后批复江苏如东、山东单县和河北晋州3 个 国家级秸秆发电示范项目，拉开了我国秸秆发电建设的序幕，其中山东省单县生物 发电厂的国能单县生物发电项目在2 0 0 6 年1 2 月1 日正式投产发电，成为我国首座生 物质能发电厂。随后，中国节能投资公司投资建设的两个秸秆直燃发电示范项目， 在江苏宿迁、旬容两市先后开工建设。此外，广东、河南、浙江、甘肃等多个省市 的生物质发电项目也都有不同程度的发展。预计至1 2 0 2 0 年将建成总装机容量2 0 0 0 万 千瓦的生物质发电项目，每年不但可以替代7 5 0 0 j 了吨煤，而且减少大量的污染排放， 此外，出售秸秆这一项还可以给农民带来2 0 0 , - - , 3 0 0 亿元的收入。 虽然生物质发电项目得到了迅速的发展，但是，对生物质发电项目的风险管理 还没有得到足够的重视，很多投资主体只看到生物质发电项目的优惠政策的一面， 对生物质发电项目的劣势和威胁认识不够，在项目的投资建设过程中风险意识淡 薄，缺乏风险管理理念，严重阻碍了我国生物质能源产业的规模化发展。 生物质发电项目的投资、建设、运营过程是一个周期长、投资大、技术难度高、 系统复杂的过程，在该过程中，确知因素、随机因素和模糊因素大量存在，并不断 变化，由此而造成的j x l 险直接威胁项目的顺利实施和成功，现阶段，生物质发电项 目的技术还不够成熟，如何结合生物质发电项目的特点对项目的风险加以认识、判 断、评价和控制，建设一个经济效益好、具有市场竞争力的秸秆焚烧发电项目已经 成为一项迫切的任务。 1 2 论文选题的意义 生物质发电项目的迅速发展在为广大投资者、社会、环保带来效益的同时也面 临着一般工程项目所具备的风险。本文结合生物质发电项目的特点，提出生物质发 电项目综合风险管理，主要意义体现在以下几个方面： ( 1 ) 为从事生物质发电项目的管理者和企业提供一套完整的项目风险管理方 法，有利于提升管理者的风险管理能力和企业的风险管理水平。 ( 2 ) 生物质综合风险管理方法的提出有利于降低项目的成本、确保项目如期 竣工、保障项日的质餐安全，提高项 j 的成功率和经济效益，为项目目标的顺利实 现提供有力的保障。 ( 3 ) 合理有效的风险管理方法能促进；l 物质发电项目的规模化建设。目前， 我国生物质发电产业还出起步阶段，技术上还不够成熟，有些工艺流程还没有成型， 加强项目的风险管理有利于促进我国生物质发电项目建设的标准化、规模化。 2 一 华北电力大学硕士学位论文 ( 4 ) 综合、全面的风险管理方法可以确保在生物质项目的投资、建设过程中 对项目风险进行充分、全面的考虑，确保项目预期的社会效益和环保效益。 1 3 国内外风险管理相关理论研究和发展现状 目前，在生物质发电项目的风险管理理论方面，采用的均是普通工程项目风险 管理方法，没有单独的针对这一类型的项目提出一套新的风险管理方法。本文现就 国内外的风险管理理论研究和发展现状进行总结，寻求对生物质发电项目的风险管 理方法。 1 3 1 国外风险管理理论研究和发展现状 在国外，美、英、德、法、日等国家十分重视对风险的分析和管理。1 9 8 4 年， 美国项目管理协会p m i ( p r o j e c tm a n a g e m e n ti n s t i t u t e ) 制定的p m b o k 将项目风险管 理作为一个重要组成部分，并于2 0 0 0 年对其进行了修正，足以说明p m i 对项目风险 管理的重视。 英国的风险研究与美国相比有其自己的特色，c b c h a p m a n 教授提出了“风险 工程”的概念【，他认为，风险工程是对各种分析技术及管理方法的集成，以更有 效的风险管理为目的，范围更广、方式更加灵活。该框架模型的构建弥补了单一过 程风险分析技术的不足，使得在较高层次上大规模地应用风险分析领域的研究成果 成为可能。英国除了自己的成熟理论体系外，许多学者还注意把风险分析研究成果 应用到大型的工程项目当中。如1 9 7 6 年在北海油田输油管道的铺设过程中，由于采 用了风险分析的方法，从而降低了该项目的成本并提高了安全系数。 美英两国在风险管理与研究方面各有所长，且具有很强的互补性，代表了该学 科领域的两个主流。当今世界上一些大型土木工程项目均无一例外地采用了风险管 理，例如美国的华盛顿地铁、英国伦敦地铁、香港地铁、新加坡地铁等大型项目都 采用的风险管理技术，从而保证了项目的成功。 在国外，风险分析方面的论文和专著层出不穷，风险分析的范围也十分广泛。 有用概率分布来描述的模糊集风险模型，并给出模型求解的矩阵算法1 2 j ：有通过解 析层次过程和决策树分析经济风险管理的定量方法，即辨识出各种风险因素后，对 各因素的发生概率和后果进行定量使风险因素得到定量，并提出了减少风险因素影 响的方案1 3 j ；有对影响风险投资项目风险决策的显性因素进行了研究，并将显性因 素按重要程度可以分为三个层次，最重要的层次为管理，次重要的层次为机会，第 三个层次为技术、操作、市场营销和概念1 4 j ；也有对项目管理进行风险分析，包括 对风险特性、风险偏好以及预测建筑工程造价和工期时的心理因素进行论述，还给 出了有关的风险分析模型和方法，并运用了大量案例进行分析，这些案例说明了业 气 华北电力大学硕士学位论文 主和承包商是如何处理风险的【5 】；有提出风险分析中的模型不确定性的概念，通过 分类，讨论了模型的不确定性会聚集风险，一种替换的方法就是不管系统的特性如 何，将模型当作不确定因素来表述1 6 j 。 国外的风险研究起步早，相对成熟。曾提出蒙特卡洛模拟法、解析法、风险调 整贴现率法、决策树法、层次分析法、风险图法等方法。国外的风险分析一般借助 计算机来进行，风险分析方面的软件十分普遍，风险分析的成果已成为可行性研究、 经济评价、综合评价、施工管理等项目的主要决策依据之一。 1 3 2 国内风险管理理论研究和发展现状 我国长期以来对风险的研究一般限于一些高风险的行业，如石油、矿山、水利 等行业。随着社会主义市场经济体制的完善，对风险管理的研究已经在学术界成为 了一个热点。对建设项目经济评价、社会评价、施工项目管理等风险研究越来越多， 在国内外公开的期刊上发表学术论文数量每年在递增。例如，有的学者借助网络图， 提出了一种估算项目工期的方法，该方法可以方便地判断各风险因素所起的作用大 小1 7 】；有的学者对项目的工期进行风险分析并采用蒙特卡洛法研究风险因素与项目 总工期的相关性1 8 j 1 9 】：有的对带有模糊性的风险问题进行研究，提出模糊风险率、 模糊风险度的概念及相应的数学模型1 0 】1 1 1 】；也有通过仿真获得工程的进度估计和统 计分布特性，从而获得总工期的风险分布，并通过案例进行了说明，加强了进度风 险分析和管理决策1 1 2 】1 1 3 l ；亦有在前人研究的基础上，以风险期望损失发生后的最终 体现项目收益的减少为风险研究对象，提出一种风险的动态分析方法1 1 4 j ；提出 了模糊网络计划方法，模糊网络计划中r 一截集时间参数不同，其关键线路也不同， 并对这种改变以及发生的可能性进行量化，为项目管理者提供决策分析依据i l5 j ；有 的学者研究创建了基于伙伴关系模式的项目风险管理模型，使项目参与各组织通过 资源最优化配置提升项目风险管理水平【1 6 1 ；还有对风险管理与项目管理的进行整 合，包括组织整合、技术整合和流程整合三方面，使风险管理过程得到有效实施i l 。 尽管国内外的风险管理研究成果辉煌，但作者认为，国内外在生物质发电产业 仍然缺少系统的风险管理理论，在目前生物质发电项目迅速发展的时期，结合生物 质发电项目的特点，提出一套系统的、适合生物质发电产业的风险管理方法显得尤 为重要。 1 4 论文的主要研究内容 本文在了解生物质发电项目的发展现状和工程项目风险管理研究现状的同时， 系统介绍了生物质能源分布及使用状况，生物质发电技术原理，当前我国生物质发 电产业相关法律法规、发展现状以及重大意义，总结出生物质发电项目的风险类别 4 华北电力大学硕士学位论文 和特征，提出了结合生物质发电项目特点的综合风险管理架构和模型，并详细阐述 模型中的风险意识、风险识别、风险评价、风险应对和风险监控五个阶段及其采用 的管理方法技术，并引用案例对理论模型进行了应用性研究。本文将风险管理的理 念贯穿于生物质发电项目的整个管理过程中，旨在加强生物质发电项目的风险管 理、降低发电成本、提高工程项目的成功率，供生物质发电投资者决策参考，同时 对其他再生资源综合利用项目的建设具有借鉴作用。 本文研究的具体内容包括以下几个部分： ( 1 ) 引言。主要介绍本文的研究背景，即国内生物质发电项目的发展现状和 面临一系列风险的客观事实，说明了论文研究的主要意义，对国内外工程项目风险 管理理论的研究成果和发展现状进行了总结，提出了本文要研究的主要内容以及文 章的结构安排。 ( 2 ) 生物质发电项目概述。分别对国内外的生物质能资源的分布、使用状况， 生物质能转化利用技术体系及生物质发电技术的基本原理，我国生物质发电产业相 关法律法规，国内外生物质发电技术发展现状以及在我国发展生物质发电产业的重 大意义做了简单的介绍，为充分认识生物质发电项目及其风险提供一定的理论基 础。 ( 3 ) 生物质发电项目风险概述。在比较分析不确定性和风险的基础上概括了 风险和生物质发电项目风险的定义，结合实际项目对生物质发电项目风险进行了分 类，并总结了生物质发电项目风险的主要特征。 ( 4 ) 生物质发电项目综合风险管理。提出了生物质发电项目综合风险管理框 架，即从风险意识、风险量化分析和优化决策三个不同层次、不同方面加强项目的 风险管理，并建立了相应的风险管理模型、风险系统模型和风险量化分析模型，结 合汤原生物质秸秆直燃发电项目，从风险管理意识、风险识别、风险评价、风险应 对和风险监控五大模块对本文提出的综合风险管理进行了阐述和应用。 一5 华北电力大学硕士学位论文 第二章生物质发电项目概述 以生物质能源为主的生物质资源开发利用已引起世界各国政府和科学家的关 注，有许多国家都制定了相应的可再生能源政策支持生物质产业的发展，一个新兴 的生物质产业正在全球范围蓬勃兴起。在我国中长期科技发展规划( 2 0 0 5 2 0 2 0 ) 中， “农林生物质工程 被列为重大专项之列，并作为国家能源战略的重要组成部分。 通过走农业工业化之路，解决农民的增收和“三农 问题。生物质产业可望在未来 1 5 2 0 年内为解决2 1 世纪中国面临的能源短缺、环境污染、食品安全等重大社会经 济问题，乃至全面建设“小康 社会目标的实现做出重大贡献。为了让生物质发电 项目风险管理更具有计划性和目的性，本章将从生物质能源的分布与利用现状、生 物质发电技术原理、生物质发电项目相关政策、生物质发电产业现状和意义五个方 面对生物质发电项目进行初步的介绍。 2 1 生物质能源 ( 1 ) 生物质能源的类型 从广义上讲，生物质( b i o m a s s ) 是植物通过光合作用生成的有机物，它的能量 最初来源于太阳能。生物质能资源在地球上分布极为广泛，包括所有动物、植物和 微生物，以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物质。 从能源利用角度来看，生物质能资源是能够作为能源而利用的生物质能，其主 要条件是资源的可获得性和可利用性。按原料来源不同可以分为以下几类：农业生 产废弃物，主要为农作物秸秆；薪柴、枝权柴和柴草；农林加工废弃物，木屑、谷 壳和果壳；人畜粪便和生活有机垃圾等；工业有机废弃物，有机废水和废渣等；能 源植物，包括所有可作为能源用途的农作物、林木和水生植物资源等。 其中，各类农林、工业和生活有机废弃物是目前生物质能利用的主要原料，主 要提供纤维素类原料。能源植物距离成为真工f 的生物质能资源还比较遥远，是今后 生物质能资源发展的主要方向。 ( 2 ) 生物质能源的分布状况 1 ) 世界生物质能资源状况 目前，生物质能占全世界总能牦的1 4 ，数量相当巨大。根据目前粗略的估计， 在发展中国家，农村地区平均每人每年消费的各种类型生物质约1 吨，半城市化地 区和城市地区平均每人每年消费约为0 5 吨。虽然在世界上部分地区的传统生物质能 源的消费有相对下降的趋势，但整体数鼍却是绝对增长的。每个地区的资源可供性、 气候差异、人口增长、社会经济的发展以及文化的影响等众多因素导致了生物质能 6 华北电力大学硕士学位论文 源消耗的变化和差异， 在美国，生物质能消耗占一次能源消耗总量的4 左右；在巴西，生物质能利用 量约占2 5 左右；在瑞典和奥地利，生物质能利用量分别占该国一次能源消耗的1 6 和1 0 。目前世界生物质总量高达6 9 x1 0 1 7 千卡年，但利用率仅为3 。 2 ) 国内生物质能资源状况 我国是农业大国，生物质能资源极为丰富，主要为淀粉类、糖类和纤维素类生 物质。2 0 0 1 年，我国仅农作物秸秆资源量就达7 亿吨：薪柴消耗量为2 1 3 亿吨，实际 上当年理论上可供给的薪柴量为1 4 3 亿吨，薪柴量供需缺口约为0 7 亿吨，存在薪柴 过度采伐的问题；我国禽畜粪便资源年产干物质总量约1 3 6 亿吨，其中集约化养殖 产生的禽畜粪便干物质量约为0 3 7 亿吨。据1 9 9 5 年统计，全国工业废水年排放总量 约为2 2 2 亿吨( 未含乡镇工业) ，废水中含有有机物约5 0 0 万吨。随着城市规模的扩大 和小城镇建设的加快，城镇生活垃圾以每年8 1 0 的速度递增，估计全国可利用 的生物质能资源总量可达7 亿吨标准煤以上。 纤维素类的生物质能资源包括农作物秸秆、薪柴、粪便、工业和生活固体有机 废弃物和垃圾等。 农作物秸秆是我国主要的生物质能资源之一，水稻、玉米和小麦是我国三种主 要的农作物。1 9 9 8 年，我国农作物秸秆总产量为6 0 5 亿吨，可获得系数为8 5 ，约 5 1 3 亿吨，相当于3 1 亿吨标准煤，其中水稻、玉米和小麦秸秆约2 5 亿吨标准煤，占 秸秆总产量的8 4 3 左右。我国农作物秸秆的产量近年来一直呈现递增的趋势。我 国各类农作物秸秆的资源量组成情况如表2 1 所示，农作物秸秆的消费流向如表2 2 所示。 表2 12 0 0 1 年我国农作物秸秆资源组成 我幽农作物秸秆在目前的使用过程中存在一些问题： 一是农作物秸秆燃烧甘肃等省的农民目前仍然以秸秆为主要的炊事和取暖的 燃料效率低下引起的浪费。我国部分省市如陕西，利用方式为直接燃烧。1 9 9 8 年我 7 华北电力大学硕士学位论文 国约有2 亿吨农作物秸秆被用于该用途。而直接燃烧的效率十分低下，仅为5 8 ， 由此造成了对农作物秸秆资源的大量浪费。 表2 21 9 9 8 年我国秸秆消费流向 二是农作物秸秆的大量遗弃、焚烧带来的浪费及社会问题。随着农村经济的发 展和生活水平的提高，人们的消费观念和消费方式发生了巨大的变化，农民己经不 再局限于以农作物秸秆作为能源消费的唯一选择，而是同时开始使用煤炭等矿物能 源，由此导致大量的剩余秸秆被遗弃在田间地头，有些地区将剩余的秸秆在田头焚 烧，既浪费资源，又严重的污染了环境。 薪柴对于人类而言是一种重要的能源，它的应用范围十分广泛，不仅可以用 于家庭，还可用于工业生产中。根据第六次全国森林资源清查( 1 9 9 9 年2 0 0 3 年) 结果，我国现有林木蓄积量达1 2 4 5 6 x1 0 8 m 3 以上，森林面积约为1 7 5 1 0 8 h m z ，而 薪炭林面积约为3 7 lx1 0 4 h m 2 ，占森林总面积的2 1 2 左右。调查表明，我国年均薪 柴产量约为1 2 7 亿吨，折合标准煤0 7 4 亿吨。 禽畜粪便的资源量与畜牧业生产有关。从禽畜粪便的可获得性来分析，我国主 要的禽畜是鸡、牛和猪。 我国大中型奶牛、猪、鸡养殖场约有6 0 0 0 多家，每天排出的大量粪尿及冲洗污 水8 0 多万吨，目前只有2 0 的粪便污水受到不同程度的厌氧或耗氧处理，处理数量 有限，故对环境造成了很大的污染。我国的禽畜粪便主要用于农业肥料，只在西藏、 青海等少数民族地区才一通过风干直接燃烧的方法利用禽畜粪便为燃料。此外，禽 畜粪便作为沼气原料已在我国得到了较为普遍的应用。 城镇生活垃圾主要是由居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑垃圾等废 弃物所构成的混合物，成分比较复杂。随着我国城市化水平的提高，城市数量和城 市规模都在不断扩大。与此同时，我国城镇垃圾的产生量和堆积量均在逐年增加( 详 见表2 3 ) ，年增长率在1 0 左右。大量的城市垃圾不仅影响城市景观，同时污染了 大气、水和土壤，对城镇居民的健康构成威胁。 工业有机废弃物可分类为工业固体有机废弃物和工业有机废水两大类。在我 国，工业固体有机废弃物主要来自木材加工厂、造纸厂、糖厂和粮食加工厂等，包 8 华北电力大学硕士学位论文 括木屑、树皮、蔗渣、谷壳等。工业有机废水资源主要来自食品、发酵、造纸工业 等行业。我国的木材加工生产线都是跑车带锯制材生产线，锯材规格质量较差，合 格率仅为5 0 左右。如按平均原木出材率为7 0 、锯材利用率为6 0 计算，1 9 9 5 年全 国木材剩余物的数量应为3 7 0 0 x1 0 4 m 3 ，约占木材生产总量的5 5 。由粮食加工行业 排出的谷壳量达4 0 0 0 万吨，除小部分用于酿酒、饲料和能源外，其余大部分沦为废 弃物，成为该行业的环境负担【1 8 j 。 表2 3 我国城镇垃圾的清运量 通过以上的分析说明，我国的生物质能源丰富，但在使用、处理生物质能源的 过程中存在着使用不当、过度使用和处理技术低下等很多问题，因此，继续开展生 物质能利用技术的研究与开发显得尤为重要。 2 2 生物质发电技术 在诸多的生物质能利用技术中，生物质发电技术是最具发展潜力的利用技术之 一。因为该技术的终端产品一电的利用范围较广，而且可以充分利用现存电网设施， 部分地区还可以实现分布式发电，从而满足我国巨大的电力需求。 生物质发电技术包括生物质燃烧发电技术和生物质气化发电技术两大类。生物 质燃烧发电是通过生物质原料的直接燃烧得到的能量带动相应的汽轮机等设备发 电；而生物质气化发电技术则是在将生物质原料转化得到的可燃气体的基础上再通 过内燃机等设备转化为电力的。二者的相同之处在于均是以生物质为原料进行发电 的，不同之处在于前者没有气化过程，后者则是气化基础上的转化。 ( 1 ) 生物质燃烧发电技术 生物质燃烧发电技术根据不同的技术路线，可以分为汽轮机、蒸汽机和斯特林 发动机等。各种生物质燃烧发电技术主要对比见表2 4 。 1 ) 汽轮机发电技术 汽轮机是将蒸汽能量转化为机械功旋转式动力机械，是蒸汽动力装置主要设备 之一。它在发电和热电联产领域中已经是相当成熟的技术，是现代电力生产中最主 9 华北电力大学硕士学位论文 要的热动力装置。汽轮机一般应用于中型或大规模的发电系统，装机容量为 5 - 5 0 0 m w 。 表2 4 生物质燃烧发电技术对比 工作介质 燃烧发电技术装机容量发展状况 汽轮机 5 5 0 0 m w 成熟技术 水蒸气 蒸汽机 0 1 1 m w 成熟技术 气体( 无相变)斯特林发动机2 0 1 0 0 l k w发展与示范阶段 其发电过程为：生物质在锅炉中燃烧，释放出热量，产生高温、高压的水蒸气 ( 饱和蒸汽) ，在蒸汽过热器吸热后成为过热蒸汽，进入汽轮机膨胀做功，以高速度 喷向涡轮叶片，驱动发电机发电。做功后的乏气在向冷却水释放出热量后凝结为水， 经给水泵重新进入锅炉，完成一个循环。 2 ) 蒸汽机发电技术 蒸汽机是将蒸汽的能量转化为机械功往复式动力机械。它的出现引起了1 8 世纪 的工业革命。直到2 0 世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机。每台蒸汽机的装机 容量为5 0 1 2 0 0 k w ，因此可应用于小规模系统和中型系统。它的发电过程与汽轮机 类似。 3 ) 斯特林发动机发电技术 斯特林发动机，又称活塞式热气发动机，是一种外燃闭式活塞往复循环发动机。 它利用氢、氮、氦或空气等作为工质，在一端为热腔，另一端为冷腔的汽缸内循环 进行工作。斯特林发动机虽然在发电领域并没有完全商业化，但在丹麦、英国等国 外部分地区生物质斯特林发电系统还是得到了一定的发展。 ( 2 ) 生物质气化发电技术 生物质气化发电技术按燃起发电方式可以分为内燃机发电系统、燃气轮机发电 系统及燃气一蒸汽联合循环发电系统。气化发电系统主要由进料机构、燃气净化装 置、发电机组及废水处理设备等组成。 1 ) 内燃机气化发电系统 内燃机以往复活塞式最为普遍，经过长期的发展，目前己经是较为完善的动力 机械。内燃机的工作原理足通过使燃料在机器内的燃烧，将燃料释放出的热能直接 转换为动力的热力发电机。具体而言，燃料经与空气混合后，在汽缸内燃烧，释放 出的热量使汽缸内产生高温高压燃气，燃气膨胀推动活塞做功，再通过传动装置将 机械功输出。内燃机发电系统具有设备简单、技术成熟可靠、功率和转速范围宽、 配套方便、机动性能好、热效率高等特点，获得了广泛的应用。 内燃机气化发电系统j 叮以适应生物质气化后产生的可燃气体，但需要经过较好 一1n 华北电力大学硕士学位论文 的净化过程才能使用。目前国内燃气内燃机最大功率只有2 0 0 k w 左右，再高功率的 系统需要多台内燃机并联而成，这在一定程度上限制了内燃机气化发电系统的大规 模应用，但由于该类系统技术较为成熟，故仍具有较大的应用价值。 2 ) 燃气轮机发电系统 燃气轮机是以连续流动的气体为工质驱动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为 有用功的热力发电机。燃气轮机的工作过程是：压气机连续不断的从大气中吸入空 气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后进行燃烧，成为高 温燃气，随即流入燃气透平中膨胀做功，推动透平叶轮带动压气机叶轮一起旋转： 加热后的高温燃气做功能力显著提高，因而燃气透平在带动压气机的同时，尚有余 量作为燃气轮机的输出机械功1 1 9 j 。 由于生物质燃气属于低热值燃气，燃烧温度和发电效率偏低，而且由于燃气的 体积偏大，压缩困难，降低了系统的发电效率，因此需要采用燃气增压技术。此外， 生物质燃气中杂质较多，对叶轮的腐蚀作用较大。这些都是目前燃气轮机气化发电 系统中存在的问题。 未来燃气轮机的发展趋势是提高效率，采用高温陶瓷材料。提高效率的关键是 提高燃气的初温，即改进透平叶片的冷却技术，研制出耐高温材料，这样就可以在 不用空气冷却的情况下大幅度提高燃气初温，从而提高燃气轮机的效率。另外一个 提高效率的办法是提高压缩比，研制级数更少而压缩比更高的压气机。 ( 3 ) 燃气一蒸汽联合循环发电系统 燃气轮机发电系统效率较低，而生物质整体气化联合循环系统( b i g c c ) 则可有 效的解决该问题。对于燃气轮机气化发电系统，发电后排放的尾气温度为 5 0 0 6 0 0 0 c ，尾气携带大量的可用能量，可以加以利用；另外，在生物质气化炉出 口燃气温度也比较高，约7 0 0 - - 8 0 0 0 c ，这些能量也应当被充分的利用起来。所以， 在使用燃气轮机发电基础上，增加余热锅炉和过热器产生蒸汽，再利用蒸汽循环进 行发电，可有效的提高发电效率，系统整体效率大于4 0 ，这种系统就可称为生物 质整体气化联合循环( b i g c c ) 。该类系统是目前发达国家重点研究的内容，但在我 国由于资金和技术的问题，其推广应用还具有较大的困难【2 0 】【2 。 2 3 生物质发电产业相关法律法规 ( 1 ) 可再生能源法 为了确立可再生能源在国家能源战略中的重要地位，消除可再生能源开发利用 的市场障碍、营造可再生能源发展的市场空间，建立可再生能源发展的资金保证体 系，中华人民共和国可再生能源法于2 0 0 5 年2 月2 8 号经十届全国人大委员会第 是三次会议和第十四次会议审议通过，2 0 0 6 年1 月1 日起施行。该法的制定，大力促 一1 1 华北电力大学硕士学位论文 进了生物质发电项目的发展，既可以增加能源供给，保障国家能源安全，又保护了 环境和公众健康，还解决了农村和偏远地区能源状况，加快新农村建设步伐。 ( 2 ) 可再生能源发展专项资金管理暂行办法 可再生能源发展专项资金是指由国务院财政部门依法设立的，用于支持可再生 能源开发利用的专项资金，本办法列举了资助和重点扶持的项目活动，对资助方式、 项目的审批流程和考核监督做了明确的说明，为符合条件的生物质发电项目提供有 力的资金支持，同时也提高了此项资金的使用效益。 ( 3 ) 可再生能源发电有关管理规定 ( n - - i 再生能源发电有关管理规定是为了进一步贯彻落实中华人民共和国可 再生能源法，规范可再生能源发电项目管理，明确电网企业和发电企业的责任， 促进我国可再生能源发电产业的更快发展而制定的，确保生物质发电全额上网。 ( 4 ) 可再生能源发电价格和费用分摊管理施行办法 此办法中规定生物质发电项目上网电价实行政府定价的，由国务院价格主管部 门分地区制定标杆电价，电价标准由各省( 自治区、直辖市) 2 0 0 5 年脱硫燃煤机组 标杆上网电价加补贴电价组成。补贴电价标准为每千瓦时0 2 5 元，发电项目自投产 之日起，1 5 年内享受补贴电价；运行满1 5 年后，取消电价补贴。自2 0 1 0 年起，每年 新批准和核准建设的发电项目的补贴电价比上一年新批准和核准建设项目的补贴 电价递减2 。发电消耗热量中常规能源超过2 0 的混燃发电项目，视同常规能源发 电项目，执行当地燃煤电厂的标杆电价，不享受补贴电价。此外，还对具体的费用 支付和分摊也作了详细的说明。 ( 5 ) 清洁发展机制项目运行管理办法 此法是根据我国批准的联合国气候变化框架公约和核准的京都议定书 的规定以及缔约方会议的有关决定，为促进清洁发展机制项目活动的有效开展，维 护中国的利益，保障项目活动的有序进行而特意制定的，规定了清洁发展机制项目 的许可条件、管理和实施机构以及实施程序。 2 4 生物质发电产业现状 随着我国社会主义新农村建设的推进，生物质的综合利用项目也得到了广泛的 推广，生物质气化、气化发电、生物质致密成型等产业得到了不断的稳步发展。 ( 1 ) 直接燃烧和发电 随着原油和煤炭价格的不断上涨，以及社会主义新农村建设项目的实施，原本 一直处于停滞状态的致密成型燃料生产企业，有逐步重新启动的趋势。致密成型燃 料燃烧是把生物质固化成型后再采用传统的燃煤设备燃用，主要优点是将分散和疏 松的生物燃料进行集中和加密，以便于储存和运输，使之成为便捷和可以清洁高效 1 2 华北电力大学硕士学位论文 利用的能源。主要缺点是生产成本偏高。我国小型生物质燃烧发电也已商业化，南 方地区的许多糖厂利用甘蔗渣发电。广东、广西两省共有小型发电机组3 8 0 台，总 装机容量达8 0 万千瓦，云南省也有一些此类电厂。甘蔗渣电厂一般只在榨季运行。 我国正在准备引进欧洲技术，建设秸秆、谷壳等生物质直接燃烧、生物质一煤混合 燃烧发电技术的工业应用示范工程，目前已完成项目可行性研究工作。2 0 0 6 年底， 全国生物质能发电累计装机容量达至1 j 2 2 0 万千瓦；其中蔗渣热电联产为1 7 0 万千瓦， 秸秆和稻壳等农业废弃物、林业废弃物、工农业沼气、垃圾直接燃烧和填埋气发电 合计5 0 万千瓦。生物质能发电主要分为直燃发电和气化发电。2 0 0 6 年，生物质直燃 发电，国家发展改革委和地方发展改革委总计核准了3 9 个项目，合计装机容量为 1 2 8 4 万千瓦，投资预计为1 0 0 3 亿元，截止至1 1 2 0 0 6 年底，投产5 4 万千瓦。生物质气 化以及垃圾填埋气发电，2 0 0 6 年投产3 万千瓦，在建的有9 万千瓦。根据我国的国情， 生物质能发电技术产业化的关键是要考虑农业生产体制、农村经济条件、交通运输 状况与运输半径和生物质资源密度，并根据实际情况确定生物质直燃发电和气化发 电工程的合理规模。同时，在技术方面，还存在直燃发电的炉体结渣、炉壁腐蚀和 气化发电的燃气焦油问题。 ( 2 ) 生物质气化及发电 我国已开发出多种固定床和流化床小型气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝等 为原料生产燃气，热值为4 1 0 兆焦立方米。目前用于木材和农副产品烘干的有8 0 0 多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近6 0 0 处，年产生物质燃气2 0 0 0 万立方米。小 型气化工艺需研究燃气净化、标准化系统以及与气化装置配套的微型燃气轮机和燃 料电池。兆瓦级生物质气化发电系统已推广应用2 0 多套。“十五期间，国家8 6 3 计划支持建设了4 兆瓦规模生物质气化发电的示范工程。中国科学院广州能源研究 所开发了“生物质气化发电新技术 ，将为黑龙江农垦总局建设2 0 套农业固体废弃 物谷壳、稻草的生物质气化发电系统，总投资为4 0 0 0 多万元，年总发电量为7 5 0 0 万 千瓦，年处理农业固体废弃物约1 0 万吨。 2 5 我国发展生物质产业的意义 综上所述，生物质能产业直面我国“三农”、能源和环境三大主题，是新兴的 朝阳产业。我国生物质能源的发展一直是在“改善农村能源”的观念和框架下运 作，较早地起步于农村户用沼气，后来在秸秆气化上部署了试点。近两年，生物质 能源在我国受到越来越多的关注，生物质能源利用取得了很大的成绩，对我国经济 的发展有着重大的意义。 ( 1 ) 逐步改善现有的能源消费结构，降低石油的进口依存度 中国经济的高速发展，必须构筑在能源安全和有效供给的基础之上。目前，中 1 3 华北电力大学硕士学位论文 国能源的基本状况是：资源短缺，消费结构单一，石油的进口依存度高，形势十分 严峻。2 0 0 4 年，中国一次能源