趙貝琦，蒙澤，覃金鳳，張懿萱

（南京財經(jīng)大學(xué)，江蘇 南京 210046）

1 相關(guān)背景

2020 年9 月22 日，第七十五屆聯(lián)合國大會上，國家主席習(xí)近平宣布中國將力爭2030年前實現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060 年前實現(xiàn)“碳中和”。火力發(fā)電一直以來在發(fā)電領(lǐng)域占據(jù)主體地位，而煤炭燃燒作為主要的發(fā)電方式，容易造成嚴(yán)重的污染問題。因此，火力發(fā)電領(lǐng)域的低碳轉(zhuǎn)型成為我國目前重要的發(fā)展需求。從火力發(fā)電角度，與傳統(tǒng)煤炭燃燒發(fā)電相比，垃圾焚燒原料成本低，發(fā)電成本小，且相對碳排放量更低。

根據(jù)國家發(fā)展改革委發(fā)布的《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》到2025 年底我國城市垃圾資源化利用率將達(dá)到60%左右，全國城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理能力將達(dá)到80 萬噸左右，城市生活垃圾焚燒處理能力占比65%左右。垃圾焚燒發(fā)電作為一種新型的垃圾處理方式，具有環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢。從垃圾處理角度，與傳統(tǒng)的垃圾填埋處理相比，垃圾焚燒處理速度更快，容量更大，徹底的焚燒處理能有效減少二次污染造成的危害。因此，垃圾焚燒發(fā)電對我國垃圾的無污染、減量化和資源化處理具有重要作用。

相對而言，國外的垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)非常成熟，其發(fā)展已有130 多年的歷史[1]，而我國垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)起步較晚，仍處于初期階段。在國外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)下，我國垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的初始建設(shè)取得成功，而后續(xù)國內(nèi)在垃圾滲濾液處理技術(shù)、污泥干化技術(shù)、無軸螺旋給料技術(shù)和爐本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面的不斷突破，為垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的未來發(fā)展提供了巨大的可行性。

2 垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)狀況分析

垃圾焚燒發(fā)電利用城市生活垃圾作為燃燒物，將有毒有害的有機(jī)物燃燒轉(zhuǎn)變成無毒無害的無機(jī)物，利用產(chǎn)生的蒸汽帶動發(fā)電機(jī)組發(fā)電。在固廢領(lǐng)域，溫室氣體排放的主要來源是填埋場，而垃圾焚燒是生活垃圾資源化、減量化、無害化的重要手段。垃圾的無害化處理一直以來都是我國非常重視的問題。早年，垃圾無害化處理方式以衛(wèi)生填埋為主，焚燒處理占比較小，但隨著近些年技術(shù)水平的發(fā)展，焚燒處理已經(jīng)逐步代替衛(wèi)生填埋成為無害化處理的主要方式；截至2020 年，我國垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的垃圾處理能力已經(jīng)超過了每日60萬噸，年生活垃圾無害化處理量達(dá)到了1.4億噸，在垃圾處理中的占比仍然在持續(xù)上升[2]（圖1）。

圖1 2012-2020 生活垃圾清運量與處理量變化圖

垃圾焚燒發(fā)電的環(huán)保效益體現(xiàn)在兩大方面：一是避免填埋式垃圾處理方法在堆放過程中垃圾分解釋放甲烷等溫室氣體；二是利用垃圾焚燒代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃煤進(jìn)行發(fā)電，從而抵消由燃煤發(fā)電產(chǎn)生等額電量帶來的溫室氣體排放。在市區(qū)的附近建立垃圾焚燒發(fā)電廠不僅能夠滿足園區(qū)周邊生活區(qū)、小型工業(yè)區(qū)的電力和熱力需求，其不斷發(fā)展還有助于改善城鄉(xiāng)面貌，提高城市基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化水平，進(jìn)一步完善城市功能，彰顯著巨大的環(huán)保效益和社會價值[3]。

近年來，我國垃圾焚燒發(fā)電裝機(jī)容量持續(xù)走高，截至2020 年，我國裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到1450 千瓦。對2015-2020 年的垃圾焚燒發(fā)電裝機(jī)容量數(shù)據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)，我國垃圾焚燒發(fā)電裝機(jī)容量變化趨勢近似一條拋物線，因此，本文利用該數(shù)據(jù)，利用最小二乘法確定二次曲線參數(shù)，構(gòu)建二次曲線方程。

設(shè)t=1,2...6 期分別對應(yīng)2015,2016...2020 年期數(shù)，表示對應(yīng)年份的裝機(jī)容量預(yù)測值，yt表示對應(yīng)年份的裝機(jī)容量真實值，ei表示對應(yīng)年份離差值，Q表示總離差平方和，則有：

Y=22.77×t2+42.3×t+391.5

平均百分誤差MAPE=1.747，準(zhǔn)確度較優(yōu)。帶入2021...2025 對應(yīng)t=7...11，利用二次曲線趨勢預(yù)測模型進(jìn)行未來裝機(jī)容量的預(yù)測，求出對應(yīng)裝機(jī)容量為1804、2187、2617、3092、3612 千瓦，2025 年裝機(jī)容量較2020年增加約149.1%，其發(fā)展?jié)摿薮螅▓D2）。

圖2 2015-2020 我國垃圾焚燒發(fā)電裝機(jī)容量及預(yù)測

3 垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)存在的發(fā)展問題

3.1 污染控制的成本較大

垃圾焚燒發(fā)電具有良好的環(huán)保效應(yīng)，但由于城市生活垃圾成分復(fù)雜，垃圾焚燒發(fā)電工藝流程中會產(chǎn)生各種污染物（圖3）。首先，在堆放和存儲過程中，垃圾會發(fā)酵產(chǎn)生垃圾滲濾液，滲濾液通常氣味難聞且含有復(fù)雜的有害物質(zhì)，如若外滲或未經(jīng)處理排放，將會對土壤和淡水資源造成巨大污染；固體廢物主要為垃圾攜帶的污泥以及焚燒后留下的灰塵、爐渣和廢活性炭；此外，垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中也含有多種有害物質(zhì)，比如酸性化合物、二噁英、粉塵顆粒和重金屬物質(zhì)等，這些物質(zhì)具有較強的污染性，對于煙氣的處理成為污染控制任務(wù)中最為關(guān)鍵、投入最大的部分[4]。

目前，我國對于垃圾焚燒爐的煙氣排放污染物控制標(biāo)準(zhǔn)按照《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014）執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)在顆粒物和部分酸性物質(zhì)上的要求接近歐盟相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而在東部發(fā)達(dá)地區(qū)，相關(guān)要求則更加嚴(yán)格。相關(guān)人士表明，在環(huán)保方面，發(fā)電廠的資金投入占比正逐年上升。發(fā)電行業(yè)中的大型企業(yè)所具有的較強的社會公信力為其項目融資提供了便利，其余小型企業(yè)則更多地通過貸款和發(fā)行債券來進(jìn)行資金籌集，轉(zhuǎn)型資金存在較大缺口。

3.2 用于焚燒的垃圾原料日益短缺

垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ殡S“雙碳”目標(biāo)等環(huán)保戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，各大中小型企業(yè)接連步入垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)，部分大城市的垃圾焚燒發(fā)電市場已經(jīng)有了初步的定型，一些中小城市則存在著巨大的市場空間。根據(jù)調(diào)查研究，在設(shè)施產(chǎn)能方面，多家先入的垃圾焚燒發(fā)電廠的總裝機(jī)容量已足夠大，年發(fā)電量可達(dá)1 億kWh 以上，垃圾焚燒年處理量高達(dá)50 萬噸；但隨著行業(yè)內(nèi)競爭者的后續(xù)加入，大型城市生活垃圾開始大量分流，小型城市則對垃圾的收集效率低、對垃圾的焚燒利用不徹底，作為原材料的生活垃圾漸漸不能滿足一些發(fā)電廠的需求。工作人員描述稱，PPP 模式下發(fā)電廠焚燒處理一定量的垃圾可獲得政府對應(yīng)量的資金補助，但由于不斷加劇的市場競爭，未來可能出現(xiàn)惡意競價和發(fā)電廠自己向政府購買垃圾的情況。

3.3 技術(shù)水平與經(jīng)營模式尚未成熟

相較于國外的成熟體系，我國的垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)發(fā)展較晚，仍處于起步階段。日本作為垃圾焚燒技術(shù)最先進(jìn)的國家之一，1960 年便開始對生活垃圾進(jìn)行焚燒處理。2019 年，日本在運營的垃圾焚燒發(fā)電項目約1028 座，總焚燒量達(dá)17 萬噸每日，進(jìn)行焚燒處理的垃圾總量約占全國垃圾處理的83%以上[5]。2020 年，我國的該數(shù)據(jù)占比在62%左右。

在主體工藝與設(shè)備上，日本的垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施有著嚴(yán)格的余熱鍋爐主蒸汽參數(shù)，其余熱鍋爐的布置主要以立式布置為主，近幾年還引入了低溫省煤器，取代了降溫塔以回收更多的能量；在經(jīng)營模式上，東京的垃圾焚燒發(fā)電廠基本采用地方政府投資并主持運營的商業(yè)模式，即由地方政府向民營企業(yè)委托垃圾焚燒廠的設(shè)計、建設(shè)及運營的方式，其優(yōu)勢在于能對垃圾焚燒電廠進(jìn)行更加嚴(yán)格的污染排放管控，并提供更加穩(wěn)定的資金供給和更加先進(jìn)的技術(shù)支持[6]。除此之外，日本更加嚴(yán)格的城市生活垃圾分類措施也是垃圾焚燒發(fā)電廠高質(zhì)量發(fā)展的有力支持。對比之下，我國垃圾焚燒發(fā)電的專業(yè)技術(shù)和運行體系存在巨大的改善空間。

4 垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)后續(xù)發(fā)展的相關(guān)建議

4.1 堅持設(shè)備改造與技術(shù)突破

垃圾焚燒發(fā)電廠的焚燒爐主要有流化床焚燒爐、熱解焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐和機(jī)械爐排爐四大類。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，機(jī)械爐排爐較其他焚燒爐更優(yōu)，體現(xiàn)在機(jī)械爐排爐的工藝技術(shù)更加成熟，能處理的垃圾范圍更廣，對垃圾的預(yù)處理要求相對較低，燃燒更加充分，同時對設(shè)備的維護(hù)更簡單，因此具有更高的經(jīng)濟(jì)價值。

在污染物的防治和處理上，工程施工時可選用防滲系數(shù)為1×10-7cm/s 的瀝青混凝土或防滲系數(shù)為1×10-10cm/s的高密度聚乙烯材料，能有效防止?jié)B濾液外滲；固體廢物爐渣可與除塵設(shè)備收集的灰塵進(jìn)行統(tǒng)一的運輸和處置；對于煙氣的處理以脫硝技術(shù)為核心，在爐膛和除塵器出口分別設(shè)置SNCR 脫硝系統(tǒng)和SCR 反應(yīng)系統(tǒng)（SNCR+SCR 模式），尿素和氨氣在催化劑作用下還原NOX，以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；對SO2等酸性污染物的脫除利用“半干法+干法”處理模式，重金屬物質(zhì)和二噁英等則利用活性炭粉吸附[7]。當(dāng)前，國內(nèi)大部分垃圾焚燒發(fā)電廠排放指標(biāo)均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，有的甚至可實現(xiàn)全指標(biāo)優(yōu)于歐盟2010 標(biāo)準(zhǔn)，但如何更加經(jīng)濟(jì)、綠色、有效地處理污染，還需要自身技術(shù)的不斷突破和國外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)。

4.2 推進(jìn)工業(yè)垃圾的開發(fā)利用

生活垃圾焚燒發(fā)電方面我國取得了較好的前期成果，工業(yè)垃圾發(fā)電項目的推進(jìn)也應(yīng)提上日程。工業(yè)垃圾包括食品垃圾（食品加工過程產(chǎn)生）、普通垃圾（塑料、橡膠、廢玻璃等）、建筑垃圾（碎磚、廢木材等）和危險垃圾（化學(xué)和生物危險品）四類。工業(yè)垃圾質(zhì)地堅硬，處理難度大，我國主要以填埋方式為主，焚燒僅占10%左右。而工業(yè)垃圾的開發(fā)利用不僅能緩解工業(yè)發(fā)展帶來的工業(yè)垃圾圍城問題，也能解決垃圾來源不足的問題，在政府資金的大量投入和處理技術(shù)的持續(xù)突破下，工業(yè)垃圾的處理方式正在變得更加高效[8]。工業(yè)垃圾發(fā)電是一片巨大的“藍(lán)?！?，相信在行業(yè)的科學(xué)規(guī)劃、創(chuàng)新管理、技術(shù)研發(fā)下，未來的工業(yè)垃圾焚燒發(fā)電必然是垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)的中流砥柱。

4.3 加大政府與社會的共同參與

PPP 模式（政府和社會資本合作制）是政府在垃圾焚燒發(fā)電項目參與上的主要方式。政府的加入使得企業(yè)能夠享受更大優(yōu)惠政策和財政補貼，并保障穩(wěn)定的發(fā)電收入；政府也能很好地解決生活垃圾處理問題，引導(dǎo)社會綠色發(fā)展。然而在利益驅(qū)動下，部分官員將PPP項目當(dāng)作提升政績的手段，出現(xiàn)項目運營效率低下，資金調(diào)動不合理，官企聯(lián)合謀取私利等情況，對于政府和行業(yè)都是巨大的損失[9]。

因此，需加大對地方政府PPP 項目的巡視檢查和社會公眾的監(jiān)督約束，完善項目信息公開及公眾舉報渠道，鼓勵與支持相關(guān)科研機(jī)構(gòu)或非政府組織開展對垃圾焚燒發(fā)電項目進(jìn)行的科學(xué)調(diào)研；對于其違規(guī)行為進(jìn)行曝光。而在資金運轉(zhuǎn)上，我國在PPP 項目上投資巨大，投資回報與企業(yè)經(jīng)營息息相關(guān)。政府一方面應(yīng)采用更加靈活的補貼政策，建立科學(xué)統(tǒng)一的補貼標(biāo)準(zhǔn)，使得物盡其用；另一方面需積極加速綠色金融服務(wù)的有序推進(jìn)，實現(xiàn)投資形式的多樣化，并引導(dǎo)社會公眾共同參與和支持垃圾焚燒發(fā)電項目，降低風(fēng)險的同時反而更加有利于行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。