摘要：中國生物質(zhì)資源豐富，經(jīng)濟環(huán)境和發(fā)展水平使生物質(zhì)能技術(shù)的發(fā)展處于比較有利的階段。雖然生物質(zhì)發(fā)電被認為是優(yōu)質(zhì)的發(fā)電方式，但由于生物質(zhì)發(fā)電項目的燃料費用過高，生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的整體效益不容樂觀。用系統(tǒng)動力學(xué)的方法構(gòu)建以單個生物質(zhì)直燃發(fā)電廠為例的經(jīng)營發(fā)展模型，分析生物質(zhì)發(fā)電廠的生存現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上建立對生物質(zhì)發(fā)電廠實施電價補償?shù)慕?jīng)營發(fā)展動力學(xué)模型，研究電價補償對生物質(zhì)發(fā)電廠的經(jīng)營發(fā)展的影響。結(jié)果表明：目前的常規(guī)生物質(zhì)發(fā)電廠難以盈利的情況普遍存在，電價補償對生物質(zhì)發(fā)電廠發(fā)展的激勵作用明顯，分段電價補償模式比定值電價補償模式更有利于生物質(zhì)發(fā)電廠的發(fā)展。

一、引言

近年來，中國加大對清潔能源的支持力度，可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。作為可再生能源的重要組成部分，生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展，是構(gòu)筑穩(wěn)定、經(jīng)濟、清潔、安全的能源供應(yīng)體系，突破經(jīng)濟社會發(fā)展資源環(huán)境制約的重要途徑。中國從1978年開始進行生物質(zhì)能發(fā)電研究，生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展，為更好地利用生物質(zhì)能源奠定了良好基礎(chǔ)。但在此過程中，生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)。目前，中國對生物質(zhì)發(fā)電的補償并沒有明確的機制規(guī)范，國家統(tǒng)一的生物質(zhì)發(fā)電上網(wǎng)電價是0.75元，但對于絕大多數(shù)生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)來說，這個固定的上網(wǎng)電價并不能有效地補償企業(yè)的高運營成本，仍然有很多企業(yè)投資不足，難以實現(xiàn)規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化。要實現(xiàn)生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)快而好的發(fā)展，改善生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)的運營現(xiàn)狀，并對其進行適當?shù)难a償，具有重要的現(xiàn)實意義和必要性。

目前，研究生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的文獻大致可分為3類：

一是對生物質(zhì)發(fā)電的現(xiàn)狀及其發(fā)展?jié)摿Φ姆治觥ＪY冬梅等提出了秸稈資源發(fā)電的綜合效益模型，分析了我國秸稈發(fā)電的一個綜合效益，并對未來發(fā)電效益進行推論預(yù)測。金銘對生物質(zhì)發(fā)電在全球的發(fā)展?jié)摿M行研究分析，認為生物質(zhì)發(fā)電對緩解全球能源危機具有重要意義和作用。劉志彬等研究發(fā)現(xiàn)中國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源儲量豐富，生物質(zhì)發(fā)電潛力較大。Singh等、Gómez等利用地理信息系統(tǒng)(GIS)和數(shù)學(xué)模型對生物質(zhì)資源的發(fā)電潛力進行評估預(yù)測，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)發(fā)電的潛力巨大。Raman等使用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法研究了目前的生物質(zhì)資源現(xiàn)狀并提出了建立生物質(zhì)發(fā)電廠的商業(yè)模式，并詳細討論了生物質(zhì)發(fā)電的貢獻。Zhao等用SWOT分析評估了中國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，為中國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的研究提供了基礎(chǔ)。

二是對具體生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效益評價的研究。蔡樹文以生物質(zhì)資源豐富為大前提對中國生物質(zhì)資源的利用進行預(yù)測。魏延軍等以具體容量的生物質(zhì)直燃發(fā)電項目為例，分析其經(jīng)濟效益，并得出相應(yīng)的理論建議。Sun等選取了30個在中國的生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)，使用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法對生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的效率進行評估。

三是對生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)發(fā)展的相關(guān)影響因素及其方法機制進行分析、研究，因為生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，所關(guān)注的不僅是生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的巨大潛力，更重要的是生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)面臨的重重阻礙需要解決。

Qing等提出了生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)在中國的最大問題是缺乏市場機制，并構(gòu)建了電價補償模型對相關(guān)因素的相互影響作用進行了分析。趙浩亮等研究發(fā)現(xiàn)對生物質(zhì)電廠發(fā)電成本影響最大的因素是燃料費用”。檀勤良等提出了生物質(zhì)發(fā)電秸稈收購經(jīng)紀人數(shù)量的增加有利于降低秸稈成本。王愛軍等發(fā)現(xiàn)在生物質(zhì)發(fā)電過程中發(fā)電效率對燃料成本有較大影響。董暢等提出可再生能源配額制的實施將有利于生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，但如果生物質(zhì)發(fā)電電價居高不下，生產(chǎn)成本又過高的話，它將無法在生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)的市場競爭中得到市場補償，也無法在其中生存。范道津等通過分析生物質(zhì)發(fā)電電價補償現(xiàn)狀，提出了在電價補貼制度下生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)的相關(guān)發(fā)展對策。趙洱崠等構(gòu)建固定電價與配額交易下的產(chǎn)業(yè)發(fā)展系統(tǒng)動力學(xué)模型，模擬分析結(jié)果表明配額交易制度對中國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的激勵效應(yīng)比固定電價政策更為直接有效。對生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)存在問題的研究不多，主要是研究影響生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)發(fā)展的影響因素及其相互之間的關(guān)系，又或者在某種政策基礎(chǔ)下的生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展建議研究。

根據(jù)已有研究文獻，結(jié)合生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀分析可知，目前的生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，?jīng)濟效益可觀，但發(fā)展現(xiàn)狀遠遠未達到預(yù)期水平。在前人研究中，多數(shù)是根據(jù)影響成本因素提出降低成本的相關(guān)建議，但就眼下中國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，降低成本還存在一定的難度，適當?shù)募顧C制對于生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)來說是很有必要的。國家提出的關(guān)于生物質(zhì)發(fā)電的支持政策主要分為保證所有用電量強制入網(wǎng)的政府命令控制型政策和以電價補貼為主的經(jīng)濟刺激型政策。對生物質(zhì)發(fā)電廠進行補償是對其發(fā)展的直接刺激，目前關(guān)于電價補償?shù)难芯枯^少，且大部分屬于理論性研究。文章結(jié)合已有研究，考慮現(xiàn)實背景，構(gòu)建了生物質(zhì)發(fā)電廠的發(fā)展效益模型，在不考慮電價補償?shù)那樾蜗掠孟到y(tǒng)動力學(xué)方法構(gòu)建生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)的發(fā)展效益動力學(xué)模型，對其結(jié)果進行分析再考慮給予電廠補償，并從裝機容量的增長及其利潤的變化來研究補償電價的效用，研究了補償電價對生物質(zhì)發(fā)電廠經(jīng)營發(fā)展產(chǎn)生的影響。
 

二、系統(tǒng)動力學(xué)模型構(gòu)建

(一)模型的基本假設(shè)

在構(gòu)建生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)的經(jīng)營發(fā)展動力學(xué)模型時，針對模型研究的主要問題和模型的現(xiàn)實意義，進行基本假設(shè)，簡化現(xiàn)實條件及其影響因素，使其目的更明確，減少多重因子干擾。在此主要提出以下幾點假設(shè)：

(1)生物質(zhì)發(fā)電廠的原材料充足。因為模型只考慮補償電價的變化對發(fā)電廠利潤及增容的影響，所以在此不考慮原材料的供給問題，以原料充足為基礎(chǔ)背景進行研究。

(2)忽略技術(shù)進步對發(fā)電廠帶來的影響。因為考慮補償對電廠發(fā)展的影響，主要研究電價補償對其利潤和發(fā)展規(guī)模的影響，生物質(zhì)發(fā)電廠的技術(shù)發(fā)展對發(fā)展的影響較為復(fù)雜，所以本文模型沒有考慮技術(shù)進步對電廠帶來的復(fù)雜影響。

(3)燃料成本在一定范圍內(nèi)隨機變動。燃料成本并非一成不變，所以在模型中對于平均單位成本的數(shù)值設(shè)置了一個高低成本范圍內(nèi)的隨機函數(shù)來確定。

(4)簡化生物質(zhì)發(fā)電廠成本輸出。因為對生物質(zhì)電廠發(fā)電成本影響最大的因素是燃料費用，所以建立模型時主要考慮發(fā)電燃料與裝機建設(shè)成本對利潤的影響，模型屬于簡單系統(tǒng)研究，并未做深層次的多因素影響研究。

(二)經(jīng)營發(fā)展結(jié)構(gòu)圖

以某個30MW的生物質(zhì)直燃秸稈發(fā)電廠為例，建立電廠經(jīng)營發(fā)展動力學(xué)模型。首先分析生物質(zhì)發(fā)電廠的經(jīng)營發(fā)展結(jié)構(gòu)，主要分為利潤和成本兩部分。生物質(zhì)發(fā)電廠的收入主要來源于售電收益，由于生物質(zhì)能源發(fā)電的上網(wǎng)電價是標準不變的標桿電價，所以電廠的利潤主要由售電收益、發(fā)電量和生產(chǎn)成本決定。研究電廠的發(fā)展，主要以裝機容量為參照，以利潤為影響因素。電廠發(fā)展的模塊構(gòu)建，設(shè)定電廠的利潤是刺激其增容的決定性因素，所以電廠的利潤決定了電廠的發(fā)展規(guī)模。

(三)系統(tǒng)動力學(xué)流圖構(gòu)建

1.無補償?shù)南到y(tǒng)動力學(xué)流圖構(gòu)建

一個生物質(zhì)發(fā)電廠的成本主要由裝機建設(shè)成本和原材料的到廠發(fā)電成本構(gòu)成，電廠收入的主要來源為售電收益。模型的構(gòu)建主要是從成本和收入兩方面來展開，電廠利潤即等于售電收益減去生產(chǎn)成本。在此模型中生物質(zhì)發(fā)電的燃料主要是以秸稈燃燒為主，所以模型中燃料的低位熱值以秸稈為例進行相應(yīng)的取值。燃料的消耗量由燃料低位熱值和電廠的發(fā)電效率及其發(fā)電量共同決定。模型中的原材料成本是由燃料消耗量和燃料發(fā)電的單位成本所決定的，單位成本的取值根據(jù)參考生物質(zhì)發(fā)電廠的歷史數(shù)據(jù)做了一個總體的評估，根據(jù)評估結(jié)果設(shè)置了一個關(guān)于燃料單位成本的隨機函數(shù)。一個生物質(zhì)發(fā)電廠的發(fā)電總量主要由電廠裝機容量、裝機容量利用時間和發(fā)電效率所決定。隨著電廠利潤的不斷增長，電廠決策者會根據(jù)電廠的收益情況對其做出相應(yīng)的發(fā)展決策。在模型中，結(jié)合實際電廠的考察結(jié)果，設(shè)置了電廠利潤對電廠增容的影響因子函數(shù)。模型設(shè)計中，生產(chǎn)成本只考慮燃料的到廠發(fā)電成本和如果電廠增容的裝機成本，因為每個發(fā)電廠的成本因地區(qū)不同和其他硬件設(shè)施不同生產(chǎn)成本也會相應(yīng)發(fā)生變化，結(jié)合背景電廠的實際情況在此僅考慮影響成本的顯著性因素。
 

2.添加補償模塊的系統(tǒng)動力學(xué)流圖構(gòu)建為了激勵生物質(zhì)發(fā)電廠的發(fā)展，清潔發(fā)電，提高生物質(zhì)燃料的利用，對生物質(zhì)發(fā)電廠進行電價補償?；谏鲜龅膭恿W(xué)模型，增加電價補償模塊。對電價補償模式的設(shè)置，文中主要涉及了兩種補償模式：一種是直接補償定值電價，即每度電補償一個定值電價;另一種是以燃料消耗量為基礎(chǔ)，根據(jù)燃料的利用量來決定電價的補償，設(shè)計了一個關(guān)于燃料消耗量對補償電價的影響因子，實施補償電價分段遞增補償?shù)募顧C制，并在電價補償變量的設(shè)置上，給定一個補償?shù)纳舷拗狄苑乐钩霈F(xiàn)不合常理的無限增長。在圖2基礎(chǔ)上添加補償電價模塊，得到添加電價補償模塊的生物質(zhì)發(fā)電廠的經(jīng)營發(fā)展系統(tǒng)動力學(xué)流圖(圖3)

在添加電價補償模塊的模型中，單位電價的值變?yōu)闃藯U電價加上補償電價。設(shè)置補償變量模式，補償固定電價模式設(shè)置參考國家之前的生物質(zhì)發(fā)電的電價補償，每度電補償0.25元。以燃料消耗量設(shè)置補償模式的電價隨著生物質(zhì)能源的利用量增大而階段性遞增，根據(jù)定值電價補償取值，階段補償電價的最大值取定值補償?shù)膬杀?，即補償電價的取值為0～0.5元。

三、系統(tǒng)仿真結(jié)果分析

(一)無補償生物質(zhì)發(fā)電廠的經(jīng)營發(fā)展系統(tǒng)仿真結(jié)果分析

根據(jù)考察電廠所得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，完善模型方程并進行仿真分析。經(jīng)過有效性檢驗和靈敏度分析證明模型的可行性后，得出關(guān)于電廠利潤變化量的仿真結(jié)果(圖4)。由仿真結(jié)果可看出，在沒有外部補償?shù)那闆r下，生物質(zhì)發(fā)電廠的盈利基本上是符合“生物質(zhì)發(fā)電廠的收益掙扎在盈虧平衡線上”的說法。由仿真結(jié)果可知，在沒有補償?shù)那闆r下，發(fā)電廠的利潤基本上是隨成本的變化上下波動，在盈虧平衡線上下波動。在此情況下的利潤變化量與生產(chǎn)成本的變化基本是一致的，成本降低，收益增長，符合電廠的實際情況。

(二)添加電價補償模塊的生物質(zhì)發(fā)電廠的經(jīng)營發(fā)展系統(tǒng)仿真結(jié)果分析

在初始的電廠收益發(fā)展的基礎(chǔ)動力學(xué)模型上添加電價補償模塊，仿真模擬并進行結(jié)果分析。改變年燃料消耗量對補償電價的影響函數(shù)，得到兩種補償模式下的相關(guān)變量數(shù)據(jù)表(表1、表2)?？傮w來看，電廠的年利潤額還是在不斷的增長中，分段補償?shù)哪昀麧櫾鲩L較定值補償?shù)哪昀麧櫾鲩L在趨勢上更為可觀。相較于定值補償，分段補償?shù)碾妰r補償激勵作用更明顯，電價補償?shù)脑鏊佥^快，同樣的決策條件下電廠的規(guī)模擴張速度也比較快。從仿真結(jié)果數(shù)據(jù)總體上看，分段補償在數(shù)據(jù)上的結(jié)果數(shù)值要優(yōu)于定值補償?shù)慕Y(jié)果。
 

根據(jù)仿真結(jié)果(圖5)可以觀測兩種電價補償模式下系統(tǒng)中各因素之間相互影響的情況，分段補償模式下電廠的利潤增長趨勢更為明顯，剛開始實施電價補償機制的幾年中兩種補償模式下的利潤變化趨勢相差較大，在后期基本穩(wěn)定的時段，兩種補償模式下的利潤變化量變化趨勢基本吻合。關(guān)于電廠利潤與電廠增容的變化情況，根據(jù)圖5可知，在給予定值電價補償?shù)哪Ｊ较?，電廠的增容時間間隔較長，相同情況下，最多也就只能達到增容IOWM;而分段補償?shù)哪Ｊ较?，電廠的增容時間間隔較短，并且在相對較短的時間內(nèi)達到了模型中設(shè)置的增容最高點。根據(jù)模型仿真結(jié)果，如果現(xiàn)實情況中電廠決策者不滿足現(xiàn)狀、期望更大的利益的話，可能會考慮繼續(xù)擴大電廠規(guī)模，保守的決策者也許就滿足現(xiàn)狀五一擴大規(guī)模。對于分段補償模式下補償電價的變化，模擬結(jié)果顯示，大約在電廠進行補償10年后才會進入一個相對穩(wěn)定的較高補償價格，分段補償中的補償電價的變化趨勢與年燃料消耗的變化趨勢也基本一致，經(jīng)過10年經(jīng)營兩變量的值在一個定值附近波動，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。從補償電價與利潤的仿真模擬圖可得，補償電價在前幾年的變速變化較大，利潤的增長卻比較緩慢，因為方開始補償電價伴隨著裝機容量的增長從而影響成本，所以前幾年利潤的增長并沒有以補償電價增速增長，到后來補償電價趨于穩(wěn)定，電廠的利潤累計增速才有所提高，基本上實現(xiàn)穩(wěn)定增長。

從以上仿真結(jié)果可知，一個普通的生物質(zhì)發(fā)電廠在沒有補償?shù)那闆r下基本是處于難以盈利的狀態(tài)。國家補償對生物質(zhì)發(fā)電廠的發(fā)展有著直接影響，文章通過對生物質(zhì)發(fā)電廠給予電價補償并進行建模研究，觀測補償電價對其經(jīng)營發(fā)展的影響。結(jié)果表明：對生物質(zhì)發(fā)電進行電價補償，使生物質(zhì)發(fā)電廠擺脫的盈虧平衡線上掙扎的境遇是可行的。設(shè)計不同的補償模式并對其進行建模分析，對生物質(zhì)發(fā)電廠給予分段電價補償?shù)哪Ｊ捷^給予定值電價補償?shù)哪Ｊ綄ι镔|(zhì)發(fā)電廠的激勵效果更佳。生物質(zhì)發(fā)電廠享受電價補償達到一定年限后，會進入一個較為穩(wěn)定的發(fā)展趨勢。

四、結(jié)語

文章應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)的方法，研究了給予電價補償對生物質(zhì)發(fā)電廠經(jīng)營發(fā)展的影響，得出根據(jù)生物質(zhì)能源的利用量對電價進行分段補償?shù)哪Ｊ捷^直接補償定值電價的模式對生物質(zhì)發(fā)電廠的發(fā)展激勵效果更佳。對于絕大多數(shù)生物質(zhì)發(fā)電廠來說，獲得適當補償不失為一個有助于發(fā)展的機制，分段電價補償就是相對較好的一種補償模式。

根據(jù)文章研究結(jié)論結(jié)合生物質(zhì)發(fā)展現(xiàn)狀，對生物質(zhì)發(fā)電的電價補償機制提出以下兩點建議：

(1)對生物質(zhì)發(fā)電的電價補償可以根據(jù)不同的企業(yè)發(fā)展環(huán)境制定不同的補償機制。生物質(zhì)電價補償不是生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)盈利的保障，更多的是對整個行業(yè)的發(fā)展提供前期不穩(wěn)定狀態(tài)下的幫扶政策。在發(fā)展初期，作為一種激勵機制促進其發(fā)展，中期給予其適當?shù)难a貼，平衡電廠部分虧損，幫助電廠逐漸走上正軌，后期根據(jù)電廠發(fā)電規(guī)模實行等級獎勵制度。分段補貼機制能更好地將補貼用到生物質(zhì)發(fā)電廠的實際運行中，真正推動生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

(2)生物質(zhì)發(fā)電的電價補償應(yīng)基于電廠的發(fā)電量和生物質(zhì)利用量設(shè)計相應(yīng)的補償機制。一些生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)認為，只要電價上去了，成本和盈利問題就迎刃而解了。多數(shù)企業(yè)關(guān)心的都是補貼和電價的增減趨勢，而不是通過自身的發(fā)展去爭取更大的利益。通過設(shè)計可自我調(diào)控的生物質(zhì)發(fā)電補償機制，能更好地促進企業(yè)發(fā)展，同時也能使國家對生物質(zhì)發(fā)電的補貼政策效應(yīng)最大化。

目前，關(guān)于生物質(zhì)發(fā)電廠的經(jīng)營發(fā)展激勵機制還未形成具體的政策制度，本文的補償模式及其研究也僅是以個體發(fā)電廠的基本情況為樣本，不能廣泛應(yīng)用于各類型的生物質(zhì)發(fā)電廠。但文中所提出的補償電價研究為制定生物質(zhì)發(fā)電廠激勵機制提供了新的思路，為生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究提供了新的方向。未來的研究應(yīng)更進一步深入模型相關(guān)影響因素選取，盡可能全面、統(tǒng)一地模擬更接近于大多數(shù)生物質(zhì)發(fā)電廠經(jīng)營狀況，并據(jù)此提出更具建設(shè)性的建議。