中國生物質發電產業的空間布局與支持政策研究-第一章

圖書在版編目（CIP）數據

中國生物質發電產業的空間布局與支持政策研究　\/

閭浩著.　南京　:　南京大學出版社,　2018.12

ISBN　9787305213489

Ⅰ.　①中…　Ⅱ.　①閭…　Ⅲ.　①生物能－發電－產業布

局－研究－中國　Ⅳ.　①F426.61

中國版本圖書館CIP數據核字(2018)第291456號

出版發行南京大學出版社

社址南京市漢口路22號郵編210093

出版人金鑫榮

書名中國生物質發電產業的空間布局與支持政策研究

著者閭浩

責任編輯朱小燕榮衛紅編輯熱線02583685720

照排南京南琳圖文製作有限公司

印刷江蘇鳳凰數碼印務有限公司

開本718×10001／16印張　15字數　238千

版次2018年12月第1版2018年12月第1次印刷

ISBN　9787305213489

定價52.00元

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中國生物質發電產業的空間布局與支持政策研究

第一章緒論1

1.1研究背景和意義1

1.1.1研究背景1

1.1.2研究意義7

1.2國內外研究現狀8

1.2.1生物質發電技術和項目評價研究8

1.2.2生物質發電項目政策分析10

1.2.3生物質發電空間布局研究12

1.2.4生物質發電產業發展研究17

1.2.5生物質發電碳排放研究20

1.3主要內容和研究方法22

1.3.1主要內容22

1.3.2研究方法23

1.4創新點24

第二章相關的基本理論和方法25

2.1相關概念25

2.1.1新能源的定義25

2.1.2新能源產業的構成26

2.1.3生物質發電的概念27

2.2空間布局理論及方法28

2.2.1選址理論的發展28

2.2.2項目定址方法31

2.2.3生物質電廠選址34

2.3綠色發展理論35

2.3.1可持續發展理論35

2.3.2循環經濟理論37

2.4政策理論39

2.4.1結構轉換理論39

2.4.2市場失靈理論40

2.4.3技術創新理論42

2.4.4國家競爭力理論44

第三章我國生物質發電產業分析48

3.1主要發展階段48

3.1.1第一階段：研究、試驗階段（1987—2005年）49

3.1.2第二階段：快速發展階段（2006—2010年）49

3.1.3第三階段：成熟階段（2011至今）52

3.2國內外生物質發電產業分析53

3.2.1與先進發達國家的生物質發電產業對比分析53

3.2.2我國生物質發電項目區域分布56

3.2.3我國生物質發電產業現狀57

3.2.4我國生物質發電產業特點65

3.3我國生物質發電項目現有問題及其對策68

3.3.1我國生物質發電項目現存問題68

3.3.2我國生物質發電項目現存問題溯源73

3.3.3我國生物質發電項目發展的對策建議76

第四章生物質發電產業布局現狀分析84

4.1生物質發電產業合理布局的意義84

4.2生物質發電產業布局的基本原則85

4.2.1生物質發電產業發展以不影響國家糧食安全為前提

條件85

4.2.2產業發展應考慮社會、經濟和生態效益相統一86

4.2.3生物質發電產業布局與農業、工業、交通等其他產業布局

相結合86

4.2.4因地製宜，根據生產導向選擇最優生產區位86

4.3中國生物質發電產業區域分布87

4.3.1中國生物質發電產業布局的主導方向87

4.3.2中國生物質發電產業重點發展領域89

4.4生物質發電產業發展現狀92

4.4.1秸稈發電發展現狀92

4.4.2垃圾發電發展現狀95

4.4.3沼氣發電發展現狀96

4.4.4生物質發電的發展前景97

第五章我國生物質發電產業空間布局的影響因素99

5.1生物質發電係統99

5.1.1發電係統的邊界及構成99

5.1.2發電係統的輸入、輸出101

5.1.3發電係統的生產過程104

5.1.4生物質發電項目建設運營所需設備設施105

5.2影響因素識別109

5.2.1技術因素對生物質發電的影響110

5.2.2經濟因素對生物質發電的影響111

5.2.3社會因素對生物質發電的影響112

5.2.4環境因素對生物質發電的影響113

5.2.5碳排放因素對生物質發電的影響114

5.3影響因素之間的關係115

第六章我國生物質發電產業空間布局的區位選擇方法118

6.1生物質發電空間布局的區位選擇評價指標設計118

6.1.1指標設計的原則118

6.1.2現有的生物質發電相關評價指標體係研究120

6.1.3指標關聯分析127

6.2生物質直燃發電項目區位選擇指標體係132

6.2.1生物質發電項目區位評價指標體係構建132

6.2.2指標權重確定136

6.3評價方法138

6.3.1區位因素選擇集138

6.3.2多屬性分析139

6.3.3數據采集及其處理139

6.3.4可行性分析141

第七章我國生物質發電產業空間布局的定址模型144

7.1幾個影響因素的進一步分析144

7.1.1裝機規模與原料需求量144

7.1.2原料需求量與收購半徑145

7.1.3收購半徑與運輸能耗146

7.2模型構造147

7.2.1基本模型構建147

7.2.2成本偏好下的模型154

7.2.3碳排放偏好下的模型155

7.3生物質秸稈發電項目定址的現實條件約束156

第八章我國生物質發電產業空間布局的案例分析159

8.1問題背景159

8.2數據來源161

8.2.1項目區位選擇161

8.2.2項目定址決策165

8.3結論與討論169

8.3.1結論169

8.3.2敏感性分析170

第九章生物質發電產業支持政策172

9.1中國生物質發電政策的演變172

9.1.1建國初期的生物質能利用政策（1949—1978年）172

9.1.2能源需求增長下的生物質能利用政策（1979—1999年）

173

9.1.3全球氣候變化下的生物質能支持政策（2000—至今）174

9.1.4中國生物質發電支持政策的演變特征179

9.2典型生物質能利用大國的政策及其特征181

9.2.1美國生物質能源發電政策及其特征181

9.2.2丹麥生物質能源發電政策及其特征183

9.2.3德國生物質能源發電政策及其特征184

9.2.4中外生物質能源政策差異性分析186

9.3國際生物質能支持政策對中國的啟示187

9.3.1中國生物質發電支持政策的實施及其效果187

9.3.2中國生物質發電支持政策的不足192

9.3.3中國生物質發電支持政策的建議193

附錄198

參考文獻202

第一章緒論

1.1研究背景和意義

1.1.1研究背景

（1）　國內外生物質發電的發展狀況

在全球可再生能源熱量供給中，生物質能供給量最大。2016年，生物質資源一次能源總供應量為56.5EJ，占可再生能源總供應量的70%（World　Bioenergy　Association，　2018）。在各大洲，生物質能的作用非常突出。在非洲，90%以上的可再生能源的一次能源供應來自生物質能。在其他大洲的可再生能源供應中，生物質能的供應占比也是最大的。

從能量的應用來看，在電力部門，生物質能發電是第三大可再生發電來源，2016年生物質發電571億千瓦時。在熱電廠發電過程中，由於化石能源的脫碳能力有限，使得生物質能在有限的選擇中成為最重要的替代燃燒物之一。2016年生物質能用於發電的熱產生量為1.05EJ，而相比地熱能產量為　0.04EJ，太陽熱能產量為0.01EJ，96%的可再生熱力發電來源於生物質和廢棄物。2000年的情況有所不同，當時生物質能發電僅次於水電，位居世界第二。然而，在過去的十年裏，太陽能和風能技術發展迅速。風電增長30倍，太陽能光伏發電增長300倍，太陽能熱電發電增長10倍。從各大洲生物質能發電情況來看，歐洲生物質發電量最大，產量為208億千瓦時，其次是美洲和亞洲，分別達到162億千瓦時和152億千瓦時（IEA，　2018）。

生物質能供應來自各種原料——木材燃料、森林殘留物、木炭、農作物及其殘留物、城市和工業廢料、沼氣、生物燃料等。一般來說，供應可分為三個主要部門——林業、農業和廢物。由於環境惡化問題的日益突出和對減少化石燃料使用的重視，利用生物質作為發電部門的原材料已成為許多國家的普遍做法。在20世紀70年代爆發全球石油危機之後，1988年，世界上第一個　5MW　秸稈發電廠誕生於丹麥Haslev（林偉剛，2005）。美國於1979年開始測試區域生物質能源發展，並於1991年提出了生物質發電計劃。隨著可消耗能源的枯竭和“京都議定書”的生效，生物質發電在各國達到了工業規模，實現了成功的商業運作，如歐洲和美國。2004年，丹麥擁有130座秸稈發電廠;2007年，美國有350多個生物質發電廠，占美國一次能源消耗的4％；而瑞典、奧地利和芬蘭的生物質發電，分別占該國的16％、10％和11％。2010年11月，美國提出了生物質中長期計劃，其中生物質發電的績效目標：通過提高發電能力，增加對國家可再生能源目標的貢獻;並分別於2015年和2016年推出10個20兆瓦規模的發電測試和溫室氣體（GHG）減排的驗證。根據美國能源信息署（EIA）預測，美國在2008—2035年間的新增發電量中，可再生能源占其41%。增長最快的就是生物質發電，占總增量的20.2%。更重要的是，秸稈發電技術已被聯合國列為重點推廣項目。

就我國而言，自2007年以來，中國已成為全球最大的二氧化碳排放國，主要是因為煤炭主導著我國的能源供應。在防止環境惡化和促進能源安全的雙重壓力下，以可再生能源為基礎的低碳能源結構在中國經濟發展中越來越重要。為了優化能源結構和減少溫室氣體排放，我國在過去幾十年裏一直在促進可再生能源和清潔能源作為替代品參與能源供應。目前，我國火力發電占總裝機容量的72%，發電量占總發電量的81%。中國是世界上最大的發電和電力消費國，電力行業減排負擔沉重（Zhang等，2017）。利用發多樣化的電源是在不損害電力消耗的情況下實現減排的解決辦法之一。近年來，中國為實現減排目標做出了許多努力。自2006年出台價格補貼等政策以來，我國可再生能源補貼總量迅速增長。在強有力的政策支持下，我國可再生能源產業發展迅速。生物質能發電作為中國應對氣候變化戰略的重要組成部分，無論是在資金投入還是在裝機容量方麵，其規模都有了較大的增長。《中華人民共和國可再生能源法》和一係列支持性產業政策(如價格補貼和強製電網接入可再生電力)加快了我國生物質能發電產業的發展進程。

在我國重點發展的可再生能源(風能、太陽能和生物質能)發電方式中，由於其間歇性，風能和太陽能都在穩定供電上存在問題。如果必須避免碳排放，風能和太陽能發電廠的運行需要依賴生物質能源的後備能力（Moiseyev等，2014）。由於生物質發電的穩定性，其不依賴於使用化石燃料作為後備，因此生物質能資源可隨時作為發電的原料供給電力（REN21，2018）。同時，生物質能的利用可以轉化為電力、燃氣、液體、固體燃料等多種能源形式，滿足多個行業的需求。農林廢棄物是我國生物質能材料的主要組成部分，綜合利用農林廢棄物既能創造就業機會，又能保護環境，是促進農村經濟發展的一種有吸引力的選擇（Lin和He，2017）。將農業生物質用於能源供應可以改善城市環境的脫碳並提升能源供應的可靠性。此外，考慮到收集和運輸產生了大量的勞動力需求，它可以產生巨大的社會效益，增加就業和收入。

中國作為一個重要的發展中國家和轉型國家，生物質能發電行業在2006—2016年大幅增長。根據統計，截至2016年底，生物質能發電總裝機容量達到1　214萬千瓦，較2015年增長17.86%；發電量650億千瓦時，較2015年增長23.34%（REN21，　2018），並且生物質能發電排名世界第三。這些生物質發電中有很大一部分是基於直燃技術。2013年底，中國生物質能直燃機總裝機容量為4.195GW(CNREC，　2013)，並且生物質能發電的比重大於其裝機容量的比重。

中國的生物質資源非常豐富，我國非常重視生物質能源。我國將生物質能利用技術的研究和應用列為四個“五年計劃”的重點科技攻關項目。2003年11月，中國政府、世界銀行和全球環境基金（GEF）合作建立了中國可再生能源規模化發展項目（CRESP），項目一期旨在支持江蘇、福建、內蒙古和浙江四個地區的高效、商業化可再生能源電力市場建設。可再生能源規模發展政策的一期試點和投資取得了初步成果，第二階段得到了推廣。“十一五”規劃提出“加快物質能源的發展”。2007年，《可再生能源中長期發展規劃》確定了農業和林業發電殘餘物的總裝機容量，2010年為4000兆瓦（MW），2020年為24000兆瓦。“十二五”期間，中國生物質發電能力將翻一番，達到8000兆瓦。2009年6月，國務院辦公廳將生物能源列為《關於促進生物產業若幹政策發展的通知》的五個重點領域之一。

2010年，中國農作物秸稈總產量約為7.2億噸，到2020年預計將達到8億噸。截至2013年底，我國累計批準的生物質發電量達到12226.21兆瓦，並網容量為7790.01兆瓦，占核定容量的63.72％。農林生物質直燃發電總裝機容量為4195.3兆瓦，占並網容量的53.85％。在農林生物質資源豐富的地區，生物質發電項目具有較高的規模效益和較低的發電成本。受上述資源稟賦和各地區生產特點的影響，我國生物質發電的分布特征十分明顯。目前，華東並網發電裝機容量達到3514.84兆瓦，占全國總裝機容量的　45.12％；　中部和南部的裝機容量分別為1438兆瓦和1096兆瓦。

2006年1月實施的《中華人民共和國可再生能源法》及其修正案於2009年12月通過，確立了可再生能源的法律地位。雖然中國的生物質發電產業在政府支持下取得了快速發展，取得了很好的效果，但仍存在許多問題。

（2）　我國生物質發電存在的主要問題

根據國家發展和改革委員會和國家電力監管委員會2011年1月公布的數據，第一座生物電廠於2006年12月正式投入運營，截至2010年9月，農業和林業廢棄電廠有70個。中國發電企業，總裝機容量1438.40MW（國家發展和改革委員會，2011），沒有完成預定的目標。主要原因是生物質發電投資巨大，運營成本高，現有企業普遍虧損，導致其他公司不敢投資。主要問題如下：

①　有些地方盲目開放生物質發電項目，而且這種現象有繼續的可能

為了完成吸引投資、節約能源、減少排放的任務，一些企業被迫改造，以抓住優質原料生產基地和小火電企業，導致生物質發電項目無序化。截至2010年9月，前四名投產項目地區分別為江蘇（11家）、山東（8家）、黑龍江（7家）和河南（6家）。例如，在江蘇省宿遷100公裏範圍內，共有宿遷凱迪、中節能、國信泗陽、沭陽光大、嘉豪泗洪5座秸稈發電廠。前三個在施工後投入運營，而宿遷凱迪和中節能距離不足20公裏。江蘇鹽城計劃在五年內在各縣建設秸稈發電廠;山東也有這樣的計劃。2009年2月，國家發展和改革委員會和農業部發布《關於編製秸稈綜合利用規劃的指導意見》。同年12月，江蘇省率先推出《江蘇省農作物秸稈綜合利用規劃（2010—2015年）》，主要目的是計劃充分利用秸稈的多樣性，接著是安徽、上海等地。各地區實施“綜合利用規劃”將使秸稈供缺口更大（張欽，周德群，2010）。

②　生物質發電廠的原材料供應可能存在不足

原料供應不足是生物質電廠需要麵對的主要問題，其根本原因有如下兩點。首先，農民幾乎不願意出售稻草。稻草的收集、翻曬和儲存都很費勁；當農場忙碌時，缺乏勞動力；農民賣秸稈沒有利潤。其次，企業之間的資源存在競爭。生物質發電項目部署密集，如宿遷;同時，秸稈具有其他用途，如揚州有造紙等12家企業，秸稈需求量為每年3萬至15萬噸，如東馬塘鎮是傳統的草繩加工大鎮，每年消耗稻草達5萬噸。原料短缺導致企業生產能力不足，設備運行效率低下，秸稈價格逐年上漲（最高價格達到480元\/噸），收購半徑不斷增大（國信如東電廠最大距離超過200km）（江蘇省能源研究會，2009）。農業生物資源原料分散、不穩定的特點與中大型生物質生產的工業集中利用之間一直存在著矛盾。實際上，生物能源的最終利用和工業發展需要原料具有一種平衡機製來實現動態平衡。與農業生物質有關的能源戰略假定當地區域廣泛使用初級生物質資源，這將增加需要提供足夠原料的生物質設施或植物之間的不合理競爭。評價現有農業資源的數量涉及評價生物質能在能源市場上的現實可行經濟效益的情況。如果一個國家由於持續的能源需求而希望增加對當地農業資源的利用，就必須深入了解各種因素或驅動因素是如何影響地方和國家生物能源部門獲得生物質資源的。

③　生物質發電項目的安裝規模還有討論的餘地

我國秸稈發電的裝機容量一般有三種：24MW，25MW，30MW。理論上，裝機容量越大，效率越高；但投資所需資金、秸稈需求量和收購半徑越大，其運行成本和風險也越高；短期內無法收回投資已成為事實。因此，有人提出小規模發電以避免上述問題（張欽和周德群，2010）。國家發改委已規定裝機容量一般不超過30MW，每個縣或100km半徑範圍內不得重複建廠（國家發改委，2010）。2007年加拿大政府就已經不鼓勵大規模秸稈發電項目，比如多倫多、不列顛哥倫比亞開始支持10MW以下規模的項目（Nasiri和Zaccour，2009）。同時，盡管生物質發電技術迅速推廣，以更清潔的方式利用的生物質在發電成本方麵仍無法與化石燃料競爭。生物質發電行業是否仍出於規模報酬遞增階段很難判斷。

④　生物質收儲、運輸和發電中的能耗及碳排放，有研究的必要

隨著新農村建設進程的加快，到2020年，中國農村商品能源消費量預計將從人均標準煤0.62噸增加到1.99噸，相當於中國能源開發中長期能源消費增長計劃（2005—2020）的60％。據統計，秸稈發電廠每年秸稈消耗量約為20萬噸。如果按365天\/年計算，平均需求量為550噸\/天。從現場到臨時采集點，隻能使用三到四輪車，運秸稈為1.5噸\/車，每天需要367輛。從臨時采集點到發電廠的卡車可以運輸5噸\/車，這需要110輛\/天。秸稈粉碎、包裝和轉運需要特殊設備和操作。因此，如果將秸稈大規模轉化為電能，將不可避免地加劇農村能源的不合理現象（李曉明，2008）：高能量密度傳統能源，如煤炭和柴油分散在農村或小型城鎮，利用效率低、汙染嚴重;低能量密度秸稈資源，通過建立龐大的物流係統，消耗其他能源來轉化和再利用。在坎昆會議之後，生物質發電能否為中國新減排目標做出貢獻值得研究。此外，生物質發電行業缺少生物質廢物收集價格標準和一個更加詳細的補貼標準，以提高農民和機構的生物質廢物收集和運輸效率，並且生物質能在采運過程中也可能產生額外的碳排放。與煤燃料相比，生物質燃料的能量密度較低，而且它們的分布相對分散，因此在運輸過程中可能會消耗大量的化石燃料；考慮這些消耗，可能會無法保證生物質燃料的利用產生正的淨排放。