我国垃圾焚烧发电行业现状分析及对策研究
时间：2023-03-10 20:00:04 来源：千叶帆 本文已影响人
赵贝琦，蒙泽，覃金凤，张懿萱
（南京财经大学，江苏 南京 210046）
2020 年9 月22 日，第七十五届联合国大会上，国家主席习近平宣布中国将力争2030年前实现“碳达峰”，2060 年前实现“碳中和”。火力发电一直以来在发电领域占据主体地位，而煤炭燃烧作为主要的发电方式，容易造成严重的污染问题。因此，火力发电领域的低碳转型成为我国目前重要的发展需求。从火力发电角度，与传统煤炭燃烧发电相比，垃圾焚烧原料成本低，发电成本小，且相对碳排放量更低。
根据国家发展改革委发布的《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》到2025 年底我国城市垃圾资源化利用率将达到60%左右，全国城镇生活垃圾焚烧处理能力将达到80 万吨左右，城市生活垃圾焚烧处理能力占比65%左右。垃圾焚烧发电作为一种新型的垃圾处理方式，具有环保、节能等优势。从垃圾处理角度，与传统的垃圾填埋处理相比，垃圾焚烧处理速度更快，容量更大，彻底的焚烧处理能有效减少二次污染造成的危害。因此，垃圾焚烧发电对我国垃圾的无污染、减量化和资源化处理具有重要作用。
相对而言，国外的垃圾焚烧发电技术非常成熟，其发展已有130 多年的历史[1]，而我国垃圾焚烧发电行业起步较晚，仍处于初期阶段。在国外先进技术的引进下，我国垃圾焚烧发电行业的初始建设取得成功，而后续国内在垃圾渗滤液处理技术、污泥干化技术、无轴螺旋给料技术和炉本体结构优化等方面的不断突破，为垃圾焚烧发电行业的未来发展提供了巨大的可行性。
垃圾焚烧发电利用城市生活垃圾作为燃烧物，将有毒有害的有机物燃烧转变成无毒无害的无机物，利用产生的蒸汽带动发电机组发电。在固废领域，温室气体排放的主要来源是填埋场，而垃圾焚烧是生活垃圾资源化、减量化、无害化的重要手段。垃圾的无害化处理一直以来都是我国非常重视的问题。早年，垃圾无害化处理方式以卫生填埋为主，焚烧处理占比较小，但随着近些年技术水平的发展，焚烧处理已经逐步代替卫生填埋成为无害化处理的主要方式；
截至2020 年，我国垃圾焚烧发电行业的垃圾处理能力已经超过了每日60万吨，年生活垃圾无害化处理量达到了1.4亿吨，在垃圾处理中的占比仍然在持续上升[2]（图1）。
图1 2012-2020 生活垃圾清运量与处理量变化图
垃圾焚烧发电的环保效益体现在两大方面：一是避免填埋式垃圾处理方法在堆放过程中垃圾分解释放甲烷等温室气体；
二是利用垃圾焚烧代替传统燃煤进行发电，从而抵消由燃煤发电产生等额电量带来的温室气体排放。在市区的附近建立垃圾焚烧发电厂不仅能够满足园区周边生活区、小型工业区的电力和热力需求，其不断发展还有助于改善城乡面貌，提高城市基础设施现代化水平，进一步完善城市功能，彰显着巨大的环保效益和社会价值[3]。
近年来，我国垃圾焚烧发电装机容量持续走高，截至2020 年，我国装机容量已经达到1450 千瓦。对2015-2020 年的垃圾焚烧发电装机容量数据观察发现，我国垃圾焚烧发电装机容量变化趋势近似一条抛物线，因此，本文利用该数据，利用最小二乘法确定二次曲线参数，构建二次曲线方程。
设t=1,2...6 期分别对应2015,2016...2020 年期数，表示对应年份的装机容量预测值，yt表示对应年份的装机容量真实值，ei表示对应年份离差值，Q表示总离差平方和，则有：
Y=22.77×t2+42.3×t+391.5
平均百分误差MAPE=1.747，准确度较优。带入2021...2025 对应t=7...11，利用二次曲线趋势预测模型进行未来装机容量的预测，求出对应装机容量为1804、2187、2617、3092、3612 千瓦，2025 年装机容量较2020年增加约149.1%，其发展潜力巨大（图2）。
图2 2015-2020 我国垃圾焚烧发电装机容量及预测
3.1 污染控制的成本较大
垃圾焚烧发电具有良好的环保效应，但由于城市生活垃圾成分复杂，垃圾焚烧发电工艺流程中会产生各种污染物（图3）。首先，在堆放和存储过程中，垃圾会发酵产生垃圾渗滤液，渗滤液通常气味难闻且含有复杂的有害物质，如若外渗或未经处理排放，将会对土壤和淡水资源造成巨大污染；
固体废物主要为垃圾携带的污泥以及焚烧后留下的灰尘、炉渣和废活性炭；
此外，垃圾焚烧产生的烟气中也含有多种有害物质，比如酸性化合物、二噁英、粉尘颗粒和重金属物质等，这些物质具有较强的污染性，对于烟气的处理成为污染控制任务中最为关键、投入最大的部分[4]。
目前，我国对于垃圾焚烧炉的烟气排放污染物控制标准按照《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）执行，该标准在颗粒物和部分酸性物质上的要求接近欧盟相关标准，而在东部发达地区，相关要求则更加严格。相关人士表明，在环保方面，发电厂的资金投入占比正逐年上升。发电行业中的大型企业所具有的较强的社会公信力为其项目融资提供了便利，其余小型企业则更多地通过贷款和发行债券来进行资金筹集，转型资金存在较大缺口。
3.2 用于焚烧的垃圾原料日益短缺
垃圾焚烧发电行业有着巨大的发展潜力，伴随“双碳”目标等环保战略的不断推进，各大中小型企业接连步入垃圾焚烧发电行业，部分大城市的垃圾焚烧发电市场已经有了初步的定型，一些中小城市则存在着巨大的市场空间。根据调查研究，在设施产能方面，多家先入的垃圾焚烧发电厂的总装机容量已足够大，年发电量可达1 亿kWh 以上，垃圾焚烧年处理量高达50 万吨；
但随着行业内竞争者的后续加入，大型城市生活垃圾开始大量分流，小型城市则对垃圾的收集效率低、对垃圾的焚烧利用不彻底，作为原材料的生活垃圾渐渐不能满足一些发电厂的需求。工作人员描述称，PPP 模式下发电厂焚烧处理一定量的垃圾可获得政府对应量的资金补助，但由于不断加剧的市场竞争，未来可能出现恶意竞价和发电厂自己向政府购买垃圾的情况。
3.3 技术水平与经营模式尚未成熟
相较于国外的成熟体系，我国的垃圾焚烧发电行业发展较晚，仍处于起步阶段。日本作为垃圾焚烧技术最先进的国家之一，1960 年便开始对生活垃圾进行焚烧处理。2019 年，日本在运营的垃圾焚烧发电项目约1028 座，总焚烧量达17 万吨每日，进行焚烧处理的垃圾总量约占全国垃圾处理的83%以上[5]。2020 年，我国的该数据占比在62%左右。
在主体工艺与设备上，日本的垃圾焚烧发电设施有着严格的余热锅炉主蒸汽参数，其余热锅炉的布置主要以立式布置为主，近几年还引入了低温省煤器，取代了降温塔以回收更多的能量；
在经营模式上，东京的垃圾焚烧发电厂基本采用地方政府投资并主持运营的商业模式，即由地方政府向民营企业委托垃圾焚烧厂的设计、建设及运营的方式，其优势在于能对垃圾焚烧电厂进行更加严格的污染排放管控，并提供更加稳定的资金供给和更加先进的技术支持[6]。除此之外，日本更加严格的城市生活垃圾分类措施也是垃圾焚烧发电厂高质量发展的有力支持。对比之下，我国垃圾焚烧发电的专业技术和运行体系存在巨大的改善空间。
4.1 坚持设备改造与技术突破
垃圾焚烧发电厂的焚烧炉主要有流化床焚烧炉、热解焚烧炉、回转窑焚烧炉和机械炉排炉四大类。经对比发现，机械炉排炉较其他焚烧炉更优，体现在机械炉排炉的工艺技术更加成熟，能处理的垃圾范围更广，对垃圾的预处理要求相对较低，燃烧更加充分，同时对设备的维护更简单，因此具有更高的经济价值。
在污染物的防治和处理上，工程施工时可选用防渗系数为1×10-7cm/s 的沥青混凝土或防渗系数为1×10-10cm/s的高密度聚乙烯材料，能有效防止渗滤液外渗；
固体废物炉渣可与除尘设备收集的灰尘进行统一的运输和处置；
对于烟气的处理以脱硝技术为核心，在炉膛和除尘器出口分别设置SNCR 脱硝系统和SCR 反应系统（SNCR+SCR 模式），尿素和氨气在催化剂作用下还原NOX，以达到排放标准；
对SO2等酸性污染物的脱除利用“半干法+干法”处理模式，重金属物质和二噁英等则利用活性炭粉吸附[7]。当前，国内大部分垃圾焚烧发电厂排放指标均优于国家标准，有的甚至可实现全指标优于欧盟2010 标准，但如何更加经济、绿色、有效地处理污染，还需要自身技术的不断突破和国外先进技术的引进。
4.2 推进工业垃圾的开发利用
生活垃圾焚烧发电方面我国取得了较好的前期成果，工业垃圾发电项目的推进也应提上日程。工业垃圾包括食品垃圾（食品加工过程产生）、普通垃圾（塑料、橡胶、废玻璃等）、建筑垃圾（碎砖、废木材等）和危险垃圾（化学和生物危险品）四类。工业垃圾质地坚硬，处理难度大，我国主要以填埋方式为主，焚烧仅占10%左右。而工业垃圾的开发利用不仅能缓解工业发展带来的工业垃圾围城问题，也能解决垃圾来源不足的问题，在政府资金的大量投入和处理技术的持续突破下，工业垃圾的处理方式正在变得更加高效[8]。工业垃圾发电是一片巨大的“蓝海”，相信在行业的科学规划、创新管理、技术研发下，未来的工业垃圾焚烧发电必然是垃圾焚烧发电产业的中流砥柱。
4.3 加大政府与社会的共同参与
PPP 模式（政府和社会资本合作制）是政府在垃圾焚烧发电项目参与上的主要方式。政府的加入使得企业能够享受更大优惠政策和财政补贴，并保障稳定的发电收入；
政府也能很好地解决生活垃圾处理问题，引导社会绿色发展。然而在利益驱动下，部分官员将PPP项目当作提升政绩的手段，出现项目运营效率低下，资金调动不合理，官企联合谋取私利等情况，对于政府和行业都是巨大的损失[9]。
因此，需加大对地方政府PPP 项目的巡视检查和社会公众的监督约束，完善项目信息公开及公众举报渠道，鼓励与支持相关科研机构或非政府组织开展对垃圾焚烧发电项目进行的科学调研；
对于其违规行为进行曝光。而在资金运转上，我国在PPP 项目上投资巨大，投资回报与企业经营息息相关。政府一方面应采用更加灵活的补贴政策，建立科学统一的补贴标准，使得物尽其用；
另一方面需积极加速绿色金融服务的有序推进，实现投资形式的多样化，并引导社会公众共同参与和支持垃圾焚烧发电项目，降低风险的同时反而更加有利于行业的发展进步。
