基于環(huán)境外部性約束分析垃圾發(fā)電與燃煤發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益

華璀

摘要：在環(huán)境污染治理刻不容緩的背景下，垃圾發(fā)電和燃煤發(fā)電都受到了較強(qiáng)的環(huán)境約束。文章在對(duì)兩種項(xiàng)目進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，分析了不同發(fā)電項(xiàng)目受到的環(huán)境外部性約束，然后運(yùn)用生命周期理論對(duì)項(xiàng)目外部發(fā)電成本進(jìn)行了運(yùn)算，最終比較項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益發(fā)現(xiàn)垃圾發(fā)電更具優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境外部性約束;垃圾發(fā)電;燃煤發(fā)電;經(jīng)濟(jì)效益

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展的過程中，電力需求日漸增長(zhǎng)與環(huán)境污染日益嚴(yán)重形成了巨大矛盾。在國(guó)家提出節(jié)能減排要求的背景下，以燃煤發(fā)電為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)需要面臨環(huán)境外部性約束。而垃圾發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)，同樣需要面對(duì)環(huán)境問題。從環(huán)境約束角度加強(qiáng)二者經(jīng)濟(jì)效益分析，能夠?yàn)榍鍧嵃l(fā)電技術(shù)的運(yùn)用指明方向。

一、垃圾發(fā)電與燃煤發(fā)電

（一）垃圾發(fā)電

垃圾發(fā)電項(xiàng)目將城市固體垃圾當(dāng)成是燃料，通過特制燃燒鍋爐進(jìn)行焚燒，然后借助蒸汽輪機(jī)發(fā)電。從垃圾發(fā)電項(xiàng)目特點(diǎn)來看，能夠?qū)崿F(xiàn)垃圾的資源化處理。通過分類處理和高溫燃燒，能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)化為動(dòng)能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。焚燒溫度在900℃～1100℃之間，能夠?qū)⒗械牟≡鷼纾瑢?shí)現(xiàn)垃圾的無害化處理。經(jīng)過焚燒后的灰渣僅占原本體積的5%，可以使垃圾得到減量化。將轉(zhuǎn)化得到的電能用于生產(chǎn)生活，可以創(chuàng)造節(jié)能效益。因此垃圾發(fā)電項(xiàng)目在各國(guó)廣受好評(píng)，有助于能源節(jié)約和環(huán)境污染治理。但就實(shí)際情況來看，垃圾項(xiàng)目未能得到合理建設(shè)和運(yùn)營(yíng)將產(chǎn)生大量的為廢氣、廢水和殘?jiān)?，處理不?dāng)將給環(huán)境帶來二次污染。如在焚燒站工藝中，就要利用煙氣凈化設(shè)備對(duì)焚燒產(chǎn)生的二氧化硫等污染物進(jìn)行處理。未能按照要求配備合規(guī)設(shè)備將導(dǎo)致氣體直接進(jìn)入大氣，引發(fā)環(huán)境污染。而垃圾發(fā)電項(xiàng)目在污染物處理上要求嚴(yán)格，設(shè)備、設(shè)施配備將帶來一定成本，并且提出了較高管理要求。

（二）燃煤發(fā)電

燃煤發(fā)電目前是主要的火力發(fā)電方式，將煤炭當(dāng)成是燃料進(jìn)行發(fā)電生產(chǎn)。利用燃煤產(chǎn)生的熱能加熱水，能夠得到蒸汽，帶動(dòng)蒸汽機(jī)旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。在汽輪機(jī)的帶動(dòng)下，發(fā)電機(jī)可以運(yùn)轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。在燃煤發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)過程中，需要完成電站建造、運(yùn)行，并進(jìn)行煤炭生產(chǎn)、加工和運(yùn)輸。從電站設(shè)備構(gòu)成上來看，包含鍋爐、汽機(jī)等，運(yùn)行過程中將產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫等污染物。大型發(fā)電項(xiàng)目通常燃燒煤粉，以便使燃煤效率得到提高。結(jié)合這一需求，通常需要配備磨煤機(jī)等設(shè)備，利用風(fēng)機(jī)進(jìn)行煤粉吹送。燃燒后形成的熱煙氣將經(jīng)過煙道流動(dòng)釋放熱量，最后進(jìn)入除塵器等設(shè)備加強(qiáng)治理。按照節(jié)能環(huán)保要求，需要對(duì)除塵系統(tǒng)、煙氣治理設(shè)施等加強(qiáng)管理，對(duì)污染物排放濃度定期檢測(cè)。一旦發(fā)現(xiàn)超標(biāo)問題，還要投入資金加強(qiáng)處理和改造，在提高煤炭利用率的同時(shí)，使污染排放得到有效控制。

二、環(huán)境給發(fā)電項(xiàng)目帶來的外部性約束

（一）垃圾發(fā)電的環(huán)境約束

城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，使得城市產(chǎn)生的垃圾日漸增多。部分城市甚至出現(xiàn)了垃圾圍城問題，給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大困擾。而垃圾焚燒項(xiàng)目的建設(shè)，能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)垃圾資源化提供有效路徑，同時(shí)也能滿足人們?nèi)諠u增長(zhǎng)的電力需求。但相較于其他發(fā)電項(xiàng)目，垃圾發(fā)電項(xiàng)目容易引起社會(huì)公眾對(duì)環(huán)境問題的擔(dān)憂。為加強(qiáng)該類項(xiàng)目管理，生態(tài)環(huán)境管理等部門出臺(tái)了相關(guān)法律法規(guī)，通過環(huán)境評(píng)價(jià)對(duì)項(xiàng)目加強(qiáng)約束，確定項(xiàng)目是否符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)等方面的要求。按照《生活垃圾焚燒發(fā)電建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境準(zhǔn)入條件（試行）》規(guī)定，明確提出禁止在環(huán)境保護(hù)區(qū)域建設(shè)垃圾焚燒等發(fā)電項(xiàng)目。而在保護(hù)區(qū)以外的區(qū)域，建設(shè)垃圾發(fā)電項(xiàng)目也需要滿足城市在水保護(hù)、大氣治理、土地規(guī)劃等各方面的要求。在項(xiàng)目監(jiān)管方面，明確提出運(yùn)行后項(xiàng)目環(huán)境質(zhì)量達(dá)到功能區(qū)要求。針對(duì)環(huán)境質(zhì)量無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的地區(qū)，要求項(xiàng)目投產(chǎn)前應(yīng)制定并落實(shí)有效的污染排放削減方案，達(dá)到推動(dòng)地區(qū)環(huán)境質(zhì)量提高的目標(biāo)。從人居角度，要求垃圾發(fā)電項(xiàng)目與生活區(qū)、農(nóng)用地等至少保持300m的距離。受環(huán)境因素制約，垃圾發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)通常需要配備煙氣凈化等設(shè)施，確保煙氣中的污染物含量能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。針對(duì)項(xiàng)目開展環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，需要確定項(xiàng)目污染物排放是否超標(biāo)。

（二）燃煤發(fā)電的環(huán)境約束

長(zhǎng)久以來，煤炭占據(jù)國(guó)家能源消費(fèi)比重的65%～70%。而大量燃煤發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)，給環(huán)境帶來了嚴(yán)重污染。因?yàn)槿济簩a(chǎn)生大量二氧化碳、PM2.5等污染物，成為了碳排放的主要來源。為加強(qiáng)燃煤發(fā)電項(xiàng)目的污染物排放控制，國(guó)家從2012年開始制定了燃煤發(fā)電超低污染排放標(biāo)準(zhǔn)，使得項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)行受到了較大的環(huán)境約束。發(fā)展至2017年，中國(guó)火電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到11.06億kW。在污染物排放控制方面，國(guó)家制定的標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格。按照《全國(guó)實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》要求，計(jì)劃在2020年，全部燃煤電廠能夠達(dá)到煙塵排放濃度不超10mg/m3，氮氧化物排放濃度不超50mg/m3，二氧化硫排放濃度不超35mg/m3等要求。實(shí)際上在歐美國(guó)家，燃煤發(fā)電尚未達(dá)到如此低的標(biāo)準(zhǔn)。因此對(duì)于燃煤發(fā)電廠來講，需要不斷引進(jìn)煙氣處理、污染治理等方面的先進(jìn)技術(shù)，并承擔(dān)相應(yīng)的環(huán)境污染治理成本，導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)效益受到影響。此外，在與國(guó)際接軌的過程中，國(guó)家對(duì)碳排放提出了更高要求。而在二氧化碳排放方面，燃煤發(fā)電做出的“貢獻(xiàn)”占據(jù)了較大比例。因?yàn)槊禾可a(chǎn)加工和燃煤發(fā)電運(yùn)行等各個(gè)環(huán)節(jié)都將產(chǎn)生碳排放，促使其受到了較強(qiáng)的碳排放約束。所以在環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為基本國(guó)策的背景下，燃煤發(fā)電行業(yè)不得不達(dá)到降耗減排目標(biāo)，對(duì)原本設(shè)備設(shè)施進(jìn)行改造，確保國(guó)家節(jié)能減排計(jì)劃得到貫徹執(zhí)行。

三、基于環(huán)境外部性約束的垃圾發(fā)電與燃煤發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益分析

（一）分析方法

從環(huán)境約束角度對(duì)發(fā)電項(xiàng)目外部成本展開分析，能夠加強(qiáng)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益比較，從中選擇效益更顯著的項(xiàng)目，為發(fā)電行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展提供依據(jù)。在實(shí)際分析過程中，考慮到項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)營(yíng)的各個(gè)階段都將產(chǎn)生環(huán)境污染問題，接受相應(yīng)的外部性約束，因此還應(yīng)從生命周期角度對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益展開評(píng)價(jià)，確保項(xiàng)目外部成本得到準(zhǔn)確反映。結(jié)合這一目標(biāo)，需要采用生命周期評(píng)價(jià)方法，系統(tǒng)化進(jìn)行項(xiàng)目外部成本評(píng)價(jià)。采用該方法，需要對(duì)項(xiàng)目運(yùn)行整個(gè)活動(dòng)過程產(chǎn)生的能耗和污染物排放情況展開分析，完成環(huán)境影響評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)燃煤發(fā)電和垃圾發(fā)電兩個(gè)項(xiàng)目，需要分別完成相關(guān)數(shù)據(jù)的收集，加強(qiáng)項(xiàng)目外部成本估算。目前，歐洲一些國(guó)家在產(chǎn)品環(huán)境影響估算方面都采用生命周期評(píng)價(jià)方法。如在城市垃圾管理研究方面，就開展了生命周期評(píng)價(jià)。借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)垃圾發(fā)電項(xiàng)目和燃煤項(xiàng)目展開經(jīng)濟(jì)比較時(shí)，可以結(jié)合污染物排放相關(guān)數(shù)據(jù)完成生命周期評(píng)價(jià)。按照方法運(yùn)用思路，需要從產(chǎn)品原材料獲取開始，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、使用等各個(gè)過程產(chǎn)生的影響展開評(píng)價(jià)。針對(duì)發(fā)電項(xiàng)目，需要從能源開發(fā)、加工、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)開始，對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)、加工等過程產(chǎn)生的環(huán)境影響展開評(píng)價(jià)。

（二）項(xiàng)目評(píng)價(jià)

1. 評(píng)價(jià)對(duì)象

明確評(píng)價(jià)范圍后，需要確定評(píng)價(jià)對(duì)象。在燃煤發(fā)電項(xiàng)目評(píng)價(jià)方面，可以1000MW超臨界發(fā)電機(jī)組為例，對(duì)電廠建設(shè)、運(yùn)營(yíng)各個(gè)過程展開評(píng)價(jià)。該機(jī)組發(fā)電水平處于行業(yè)領(lǐng)先地位，能夠通過零能耗脫硫?qū)崿F(xiàn)污染有效治理，同時(shí)也能利用低溫?zé)崮芑厥占夹g(shù)解決硫腐蝕問題。項(xiàng)目在廢水處理等方面，采用了回收處理技術(shù)。在廢渣處理上，通過與第三方企業(yè)合作實(shí)現(xiàn)資源回收利用。從總體上來看，項(xiàng)目污染治理水平較高，能夠?qū)崿F(xiàn)廢水和廢渣的零排放，因此可以從空氣污染物排放角度對(duì)項(xiàng)目環(huán)境影響展開評(píng)價(jià)。

在垃圾發(fā)電項(xiàng)目選擇上，可以二段式垃圾焚燒爐工藝模式為例。該項(xiàng)目建立在城市垃圾低熱值、高水分的基礎(chǔ)上，能夠通過爐排爐等先進(jìn)技術(shù)提高資源利用率。從產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)行角度來看，包含焚燒發(fā)電、余熱發(fā)電和污染治理三部分，為從環(huán)境影響角度加強(qiáng)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)比較，主要對(duì)發(fā)電階段外部成本展開分析。從垃圾回收開始，直至污染治理，需要采用分散性控制系統(tǒng)加強(qiáng)生產(chǎn)管理，保證各種資源、能源得到高效利用。此外，采用焚燒煙氣凈化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)污染治理，能夠使項(xiàng)目達(dá)到清潔生產(chǎn)水平，保證排放值達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2. 評(píng)價(jià)模型

實(shí)際對(duì)項(xiàng)目展開評(píng)價(jià)，需要對(duì)項(xiàng)目污染物排放數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取。根據(jù)項(xiàng)目排放清單，能夠確定不同污染物的排放情況。根據(jù)污染物環(huán)境影響類型，對(duì)其給環(huán)境帶來的影響潛值進(jìn)行分析，能夠確定污染物做出的貢獻(xiàn)。結(jié)合發(fā)電項(xiàng)目特點(diǎn)，在項(xiàng)目環(huán)境影響方面做出貢獻(xiàn)的應(yīng)包含粉塵、酸化、富營(yíng)養(yǎng)化和全球變暖，得到：

YEP（j）=∑YEP（j）i=∑Q（j）i-YEP（j）i

其中，YEP（j）為環(huán)境影響潛值，Q（ji）指的是第i種污染物排放量，YEF（ji）則為第i種污染物的第j種環(huán)境影響當(dāng)量因子。完成不同污染物環(huán)境影響潛值計(jì)算，然后實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化處理，能夠加權(quán)得到平均值，最終得到項(xiàng)目生命周期每發(fā)1kWh電量產(chǎn)生的總環(huán)境影響。在實(shí)際分析時(shí)，可以采用中科院結(jié)合國(guó)情提出的權(quán)重因子和數(shù)據(jù)處理基準(zhǔn)值。具體來講，就是二氧化碳權(quán)重因子為0.83，二氧化硫權(quán)重因子為0.73，粉塵權(quán)重因子為0.61，對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)值分別為8700、35和18。

（三）結(jié)果與討論

1. 評(píng)價(jià)結(jié)果

如表1所示，為發(fā)電項(xiàng)目生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)果。從總體來看，垃圾發(fā)電項(xiàng)目環(huán)境影響潛值能夠達(dá)到5.95E-05人當(dāng)量，燃煤發(fā)電項(xiàng)目為4.41E-04人當(dāng)量。根據(jù)結(jié)果可知，對(duì)于垃圾發(fā)電項(xiàng)目來講，整個(gè)建設(shè)、運(yùn)行過程中主要受酸化因子的影響，需要加強(qiáng)二氧化硫等污染物的排放控制。在燃煤發(fā)電過程中，主要受到粉塵排放因素影響。相比較而言，垃圾發(fā)電環(huán)境影響更小，與燃煤發(fā)電相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。從這一角度來看，在發(fā)電行業(yè)節(jié)能發(fā)展過程中，可以將垃圾發(fā)電項(xiàng)目看成是清潔能源，但是依然需要加強(qiáng)環(huán)境影響控制。

2. 發(fā)展建議

根據(jù)分析結(jié)果可知，從環(huán)境約束角度來看，垃圾發(fā)電的外部成本更低。在國(guó)家對(duì)發(fā)電行業(yè)提出嚴(yán)格節(jié)能環(huán)保要求的背景下，燃煤行業(yè)未來將面臨較大的運(yùn)營(yíng)壓力，如果建設(shè)燃煤發(fā)電項(xiàng)目勢(shì)必要承擔(dān)較高經(jīng)濟(jì)成本，使得項(xiàng)目效益獲取面臨較大不確定性。從行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展層面制定戰(zhàn)略決策，還應(yīng)加快推進(jìn)垃圾發(fā)電等清潔生產(chǎn)項(xiàng)目的建設(shè)，促使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到調(diào)整，迎合國(guó)家戰(zhàn)略要求。從本質(zhì)上來講，垃圾發(fā)電項(xiàng)目帶有公益性，原本目的在于解決城市垃圾治理問題，促使項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)營(yíng)將得到政府支持，獲得更多利潤(rùn)來源。為鼓勵(lì)項(xiàng)目建設(shè)推廣，政府可以出臺(tái)優(yōu)惠電價(jià)和補(bǔ)償費(fèi)等政策，減少項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，促使項(xiàng)目在獲得一定社會(huì)效益的同時(shí)，能夠獲得可觀經(jīng)濟(jì)效益。但為加強(qiáng)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)約束，還應(yīng)出臺(tái)相關(guān)法律法規(guī)對(duì)項(xiàng)目污染排放問題進(jìn)行控制，督促建設(shè)、運(yùn)營(yíng)單位嚴(yán)格按照要求加強(qiáng)污染監(jiān)測(cè)和排放控制，避免給環(huán)境帶來二次污染，繼而使項(xiàng)目取得可持續(xù)發(fā)展。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在建設(shè)發(fā)電項(xiàng)目的過程中，還應(yīng)認(rèn)識(shí)到項(xiàng)目未來將受到日漸嚴(yán)重的環(huán)境外部性約束，導(dǎo)致項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的外部成本隨之增加。為確保項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)營(yíng)能夠帶來更多經(jīng)濟(jì)效益，還應(yīng)從生命周期角度加強(qiáng)項(xiàng)目成本分析。從實(shí)踐分析結(jié)果來看，相較于燃煤發(fā)電項(xiàng)目，垃圾發(fā)電項(xiàng)目在環(huán)境污染控制和能源消耗兩方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠滿足發(fā)電行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型要求。

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（作者單位：廣州環(huán)投福山環(huán)保能源有限公司）