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生物质能行业的存量博弈与增量转型



背景

随着国内大力希望和反对可再生能源,生物质原料的发电行业也获得了大力发展,2018年底已经并网投产的电厂数量已经超过320多个,并未来将会于2020年底达到450个左右。在我国生物质发电兴起的将近15年后,行业对生物质原料发电项目的热度出现两级分化的态度:一方面因为生物质发电项目在基础设施行业中有相对较高的投资回报率而受到爱好,另一方面因为以其较差的现金流而深受诟病。在风电、太阳能等新能源形式逐渐逼近平价并网,低成本洗手可再生能源概念日益成为行业趋势的背景下,生物质发电行业的未来是依靠优先于其它新能源形式的财政补贴存量博弈论,还是迎合未来低成本可再生能源的发展趋势开拓增量转型沦为当前的讨论热点。

1.生物质行业及补贴介绍

1.1生物质行业的区分

如下图所示,生物质行业可分为两个大的子行业,以生物质资源生产、收集、存储等为主的生物质原料行业,和以生物质作为原料的应用于行业。生物质原料应用于行业还包括了农业、工业和能源业等。在生物质能应用于行业中,关注度较高的是小型生物质发电、沼气和热解气等

生物质原料的应用于区分

1.2为什么生物质能发电行业不会倚赖额外的政府财政补贴?

所有的生物质原料应用行业都消耗生物质原料,与生物质能行业一样,生物质原料的农业和工业应用于也大量消耗生物质原料,但政府并未对其大规模的、普遍的财政补贴。那么,政府为什么要额外单独对生物质能发电行业进行大面积的财税补贴?这是因为以生物质原料的农业应用于和工业应用于已经把成本移往到了生产出来的产品,并经过市场互相交换后由全社会消纳。而与之有所不同的是,生物质能行业的产品成本明显低于现有的以煤为原料的传统能源行业,难以通过正常的市场交换提供利润,所以凡是与以煤作为原料的能源项目竞争中,全球几乎所有的生物质能项目都得到了市场体系之外的补贴。我国自2010年起,生物质发电按照电价0.75元/度(大致为煤电电价的2倍),增值税即征伐即退和全额上网。

在生物质能行业补贴的具体操作上,我国主要以生物质能应用于行业的企业为对象,对生物质原料行业的补贴由生物质能应用企业以购买原料的形式,转移缴纳给生物质原料供应商,这和国外一些补贴以生物质原料行业的企业为对象有较大的有所不同。这种针对生物质能应用行业的补贴也导致整个生物质原料行业的价格上涨,抬高了以生物质为原料的工农业应用行业的产品价格,只不过这种成本的上涨通过工农业产品的市场交换转移给了下游消费者。

生物质发电的补贴逻辑来自两个方面:第一是因为生物质原料成本和收储风险均高于原煤,这一条已经被全行业所认识到,也就是对生物质原料行业的补贴。第二是很少被提及但又难以回避的,生物质电厂因为其自身的规模小、建设投资高、运行确保成本高等特点导致的单位发电量运营成本远高于传统燃煤电厂,这一条很多时候被故意忽视掉了,也可以认为是针对生物质能应用行业自身特点的补贴。一旦离开了政策补贴,即使允许生物质发电厂和其它燃煤电厂一样几乎以煤为燃料,结局也必然是亏损,这是因为自身低运营成本造成的。认识这两点很重要,因为未来高效率低成本生物质能行业的增量转型并不是减少生物质原料行业的成本,而是通过应用技术减少生物质原料在应用于切换环节的成本,提高应用环节的效率而构建的。

2.国家为什么发展和希望生物质能源行业?

在原煤尚且充足的今天,希望和发展生物质能源行业主要有四个方面的原因。

2.1大量生物质原料被荒废或室外焚烧为生物质能行业获取燃料基础

我国的生物质原料非常丰富,工农业仅能消耗很小一部分生物质原料。大量生物质原料被废弃或室外必要烧毁,荒废的生物质原料自然分解成为甲烷等气体,未经任何处理的室外焚烧则产生大量的粉尘,导致雾霾等环境污染因素。而生物质能行业对燃料的集中处理和环保设施可以构建烟气和粉尘的达标排放,构建环境保护的目的。

经过十多年的发展,生物质发电厂消耗的生物质原料,仍然不到我国可能源化利用生物质原料总量的10%。从生物质原料看作,该数据显著高于生物质能应用的先进设备国家,也意味着我国生物质能行业并不缺少生物质原料,生物质能应用行业仍有相当大的发展潜力。

2.2能源行业近乎无限的市场需求为生物质能行业提供市场基础

当前我国电力年生产和消费约在7万亿度,2018年生物质电厂提供的电量不到500亿度,不足全国电量的1%。从发电量角度看,该数据也显著低于生物质能应用于的先进设备国家,也可以说道生物质能行业的市场需求有近乎无限的市场成长空间。

2.3后煤电时代洗手可再生能源的拒绝为生物质能行业获取了广阔的发展空间

在全球增加CO2废气的环境保护趋势下,欧洲、北美等地区的国家已经进入了后煤电时代,美国的煤电比例已经低于30%,法国英国已经低于10%(7%和5%),而我国的煤电比例高达70%。我国的年度CO2排放已经超过了第二美国和第三欧盟的废气之和,人均排放量还是单位GDP排放量都近超全球平均值。无论从环境保护角度,还是国际政治经济角度,我国也必将持续减少CO2废气,减少煤电比例,也意味着生物质能发电行业在我国的发展拥有极大的成长潜力。

2018年全球碳排放饼图

2.4国外生物质能应用于技术为我国生物质能发展获取可拿来的自由选择

在我国生物质发电起源的2005/2006年,生物质发电应用于技术参考和引入了欧洲小型生物质发电技术,且早已实现国产化。而在15年前引入欧洲生物质发电技术时,小型生物质直燃发电技术在欧洲已经有约20年的历史,也就是说,目前我国主流的生物质发电技术已经有了约35年的历史。

从欧洲国家来看,2000年前后,大部分欧洲国家已经开始了生物质能行业的转型与升级。小型生物质发电厂纷纷向纯供热或者以供热居多的热电联产转型,纯发电的小型生物质发电厂因其成本高且效率较低而逐渐退出历史舞台,取而代之的是大型火力发电厂的生物质原料能源转换应用,也被称作生物质耦合发电。

大型火力发电厂的生物质耦合发电具有显著的建设投资成本低、运行维护成本低、生物质原料发电效率高等优点,在20多年来在欧洲、北美和日韩等获得了相当大的发展,在不断提高生物质原料比例的同时,已经成为了生物质能发电的主流应用。这也意味著生物质能应用于技术的发展为行业的成长获取了技术基础。

3.我国生物质能行业的特点

3.1生物质能发电的建设规模

当前我国已投产的小型生物质发电项目数量已经相似400家,加上正在建设的赶工在2020年底之前计划投产的项目,预计将超过450家左右。大部分装机容量为1*30MW和少数2*30MW,以及极少数的其它装机容量,合计总装机容量约14GW。按照单位千瓦造价7000-10000元计,单个30MW项目的总投资在2.1亿-3亿之间,450家生物质发电厂的总投资规模约在1200亿左右。

3.2生物质能发电的电量规模

小型生物质发电厂的机组以高温高压为主流,早期有小部分中温中亚机组,近期有小部分高温超高压机组,这里以典型30MW高温高压机组计,扣除电厂自身综合厂用电部分,其供电燃料折合标煤单耗约为470g/kwh,按照平均年度供电量在1.6亿度,2020年底450个生物质发电项目全部投产后,2021年较理想的网际网路电量有望超过720亿度(2018年实际上网电量将近500亿度),约为我国每年电力生产和电力消费的1%。

3.3生物质能发电的燃料消耗规模

参照小型生物质发电厂的典型标煤单耗470g/kwh,720亿度电所消耗的生物质原料折算标煤为3384万吨,约为我国可能源化利用生物质原料的7.36%。考虑到实际进厂前生物质燃料的热值产于集中于在2200-2500Kcal/kg,远高于标煤的7000Kcal/kg,实际生物质燃料的消耗量将在1亿吨左右。

按照生物质原料平均值进厂单价集中产于在0.10-0.12元/Kcal计,生物质发电厂年度采购的燃料总价有望达250亿元左右。

3.4生物质能发电的财政补贴规模

生物质发电的上网电价为0.75元/度,考虑到煤电项目网际网路电价的差异,这里按照单位火电电价0.375元,则平均值每度电国家补贴0.375元计(增值税即征即弃),每年国家财政补贴270亿元。按照2018年我国可再生能源基金理论征收金额799亿元,实际征税金额691亿元,270亿元的财政补贴约为全国可再生能源基金的39.1%。如果按照可再生能源基金每年15%的增长,2021年预期征税金额未来将会约1000亿,生物质发电的补贴金额比例在可再生能源基金额的27%左右。

这里对燃料并购总价250亿元和国家财政补贴270亿元进行比较,两者非常相似,相当于政府财政补贴用作支付了所有的燃料采购款,生物质能应用于行业是在零燃料成本运营。

4.我国生物质能行业与国际生物质能应用行业的纵向比较

我国的生物质能发电行业起源于2005年山东十里泉燃煤电厂140MW机组的引入欧洲技术的20%生物质耦合发电,2006年以后全面转向典型30MW机组显生物质燃料机组发电项目,发展到目前已投产项目300多家。

从欧洲的生物质发电历史看,以林业废弃物为燃料的小型生物质发电项目源于1980年代,以农业废弃物为燃料小型生物质发电项目起源于1990年代初,大型燃煤电厂生物质直接自燃耦合发电蓬勃发展于2000年前后。生物质耦合发电在十多年前已经沦为生物质能发电的主流应用,并从早期典型20%以内(5%,10%,20%)的生物质燃料比例逐渐发展为30%,50%,80%甚至100%的生物质燃料比例,其生物质耦合发电的技术、计量、运营确保、补贴优惠机制等已经较为完善。

与小型生物质发电项目相比较,大型燃煤电厂生物质耦合发电在投资、生物质原料利用效率、综合成本、运行确保、燃料管理、现有基础设施利用等方面都具有显著的差异。参照欧洲国家数据,由于借出了现有燃煤电厂的锅炉、汽轮机、接入系统等大部分基础设施,生物质耦合发电改建的单位千瓦造价仅为小型生物质发电项目的1/12-1/7。在消耗同等规模生物质燃料的基础上,可以极大程度的节约国家或社会投资,并减轻国家或地方财政对生物质发电行业的补贴压力。改建已完成后达到14GW的生物质耦合装机容量,其改造投资仅为100-170亿元,而对应的新建小型生物质发电项目的总投资约为1200亿元。

参照我国大型燃煤电厂的供电效率,生物质耦合发电的供电标煤单耗可在310g/kwh以下,对应720亿度电消耗的生物质燃料折算标煤为2232万吨,为小型生物质发电机组消耗生物质原料折算标煤3384万吨的66%。同理,折算3384万吨标煤的生物质原料用于大型燃煤机组,可以获取生物质供电量1092亿度,比小型生物质发电机组消耗同等燃料供应电量多出51.7%。

参照我国可能源化利用的生物质原料折合标煤为4.6亿吨,其10%的生物质原料折合标煤为4600万吨,在大型燃煤电厂中供应1484亿度生物质电量,占到比当前我国总电量的2%,如果有30%-50%的可能源化利用生物质原料用于大型燃煤电厂发电,则可提供6%-10%的全社会用电量。

生物质原料的产生时间不均匀,农业废弃物生物质原料的季节性尤其明显,大量农业废弃物必须在短时间内完成搜集和存储,而长期存储过程中由于自然分解和腐败会造成甲烷气体的产生,而且存储还不会带来消防和成本等问题,同时其热值会较大幅度的降低。大型燃煤电厂耦合生物质发电可以在生物质原料产生的高峰时段高比例燃烧生物质原料,在其低谷时段少火烧甚至不烧生物质原料。从全年看,一方面构建了生物质原料发电,另一方面进一步减少了生物质发电的成本。

由于大型燃煤电厂生物质耦合发电在建设投资、生物质原料利用效率、生物质原料存储等多方面的差异,其单位供电成本在设备折旧、贷款利息、单位度电燃料成本、运营成本摊销等多方面都低于小型生物质发电。如果按照大型燃煤电厂生物质耦合发电的补贴为小型生物质发电项目补贴的1/4-1/2计算出来,270亿元国家财政补贴可希望实现1440亿度到2880亿度生物质电,相当于当前全国电量的2%-4%。

与小型生物质发电项目有所不同的是,大型燃煤电厂耦合生物质发电时,电厂既可以提供生物质电,也可以获取煤电。除通过必要的财政优惠补贴政策希望生物质电外,还可以通过减少对应生物质电量一定比例的煤电网际网路的措施,电厂可以通过增量煤电得到的盈利,来填补生物质电量的损失。这样,政府甚至可以在不承担财政压力的情况下,通过电网调度措施,既提高了生物质电量,又构建生物质原料的环保处理。

我国拥有全球最大规模的燃煤电厂和电网,300MW容量以上机组数量多达2000台,为大型生物质原料发电厂提供了大量潜在的设施基础。

5.结论:生物质能行业的增量转型与升级

即使不赞同2019年瑞典环保少女桑伯格振臂一呼,上百个国家的上百万青少年群起罢课,也不去解读西方国家一大批明星政要纷纷为其讨好的政治逻辑,但不可否认增加化石能源消耗,减少碳排放已经沦为了能源行业的共识。在未来的国际政治经济竞争中,我国的CO2废气很有可能成为众矢之的,发展经济的同时发展清洁可再生能源已是必然。在我国巨量能源需求和经济快速增长新常态的背景下,依靠高额的政府补贴也将越来越难以为继,未来的主流洗手可再生能源不能是低成本的。否则,高额的政府补贴将沦为经济发展沈重的开销,反之,天量而又低比例的煤电碳排放则将面对国际政治经济和环境保护的双重压力。

在此背景下,生物质能行业想不断提高其在全国电量中的比例,沦为一种相对较为主流的洗手可再生能源而不被边缘化,唯一的出路是回头生物质能应用行业的增量转型,而不是在自身行业固步自封的模式上单纯地博弈论去谋求更多的政府优惠补贴。可以预期的是,即使在政府策略性作出妥协的情况下,也最多暂时保全一个小规模的食利阶层,而不是让整个生物质行业获得更大的发展;反之,在政府机构不妥协的情况下,没什么后备准备而寄希望于存量博弈顺利企业,必然在未来的行业升级和转型中被时代抛弃。