我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀分析及對(duì)策研究

趙貝琦，蒙澤，覃金鳳，張懿萱

（南京財(cái)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(guó)大會(huì)上，國(guó)家主席習(xí)近平宣布中國(guó)將力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060 年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”?；鹆Πl(fā)電一直以來(lái)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(wèn)題。因此，火力發(fā)電領(lǐng)域的低碳轉(zhuǎn)型成為我國(guó)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(duì)碳排放量更低。

根據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委發(fā)布的《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類(lèi)和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》到2025 年底我國(guó)城市垃圾資源化利用率將達(dá)到60%左右，全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理能力將達(dá)到80 萬(wàn)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(shì)。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(duì)我國(guó)垃圾的無(wú)污染、減量化和資源化處理具有重要作用。

相對(duì)而言，國(guó)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(guó)垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)起步較晚，仍處于初期階段。在國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)下，我國(guó)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(guó)內(nèi)在垃圾滲濾液處理技術(shù)、污泥干化技術(shù)、無(wú)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(lái)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(wú)毒無(wú)害的無(wú)機(jī)物，利用產(chǎn)生的蒸汽帶動(dòng)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(lái)源是填埋場(chǎng)，而垃圾焚燒是生活垃圾資源化、減量化、無(wú)害化的重要手段。垃圾的無(wú)害化處理一直以來(lái)都是我國(guó)非常重視的問(wèn)題。早年，垃圾無(wú)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(wú)害化處理的主要方式；截至2020 年，我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的垃圾處理能力已經(jīng)超過(guò)了每日60萬(wàn)噸，年生活垃圾無(wú)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(yùn)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(guò)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(lái)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(mǎn)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(huì)價(jià)值[3]。

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

設(shè)t=1,2...6 期分別對(duì)應(yīng)2015,2016...2020 年期數(shù)，表示對(duì)應(yīng)年份的裝機(jī)容量預(yù)測(cè)值，yt表示對(duì)應(yīng)年份的裝機(jī)容量真實(shí)值，ei表示對(duì)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(duì)應(yīng)t=7...11，利用二次曲線(xiàn)趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行未來(lái)裝機(jī)容量的預(yù)測(cè)，求出對(duì)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(guó)垃圾焚燒發(fā)電裝機(jī)容量及預(yù)測(cè)

3 垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)存在的發(fā)展問(wèn)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(huì)產(chǎn)生各種污染物（圖3）。首先，在堆放和存儲(chǔ)過(guò)程中，垃圾會(huì)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(huì)對(duì)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(qiáng)的污染性，對(duì)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(guó)對(duì)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(qiáng)的社會(huì)公信力為其項(xiàng)目融資提供了便利，其余小型企業(yè)則更多地通過(guò)貸款和發(fā)行債券來(lái)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(chǎng)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(chǎng)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(wàn)噸；但隨著行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)者的后續(xù)加入，大型城市生活垃圾開(kāi)始大量分流，小型城市則對(duì)垃圾的收集效率低、對(duì)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(mǎn)足一些發(fā)電廠的需求。工作人員描述稱(chēng)，PPP 模式下發(fā)電廠焚燒處理一定量的垃圾可獲得政府對(duì)應(yīng)量的資金補(bǔ)助，但由于不斷加劇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，未來(lái)可能出現(xiàn)惡意競(jìng)價(jià)和發(fā)電廠自己向政府購(gòu)買(mǎi)垃圾的情況。

3.3 技術(shù)水平與經(jīng)營(yíng)模式尚未成熟

相較于國(guó)外的成熟體系，我國(guó)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(guó)家之一，1960 年便開(kāi)始對(duì)生活垃圾進(jìn)行焚燒處理。2019 年，日本在運(yùn)營(yíng)的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目約1028 座，總焚燒量達(dá)17 萬(wàn)噸每日，進(jìn)行焚燒處理的垃圾總量約占全國(guó)垃圾處理的83%以上[5]。2020 年，我國(guó)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(yíng)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(yùn)營(yíng)的商業(yè)模式，即由地方政府向民營(yíng)企業(yè)委托垃圾焚燒廠的設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)營(yíng)的方式，其優(yōu)勢(shì)在于能對(duì)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(lèi)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(duì)比之下，我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電的專(zhuān)業(yè)技術(shù)和運(yùn)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(jiān)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(lèi)。經(jīng)對(duì)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(duì)垃圾的預(yù)處理要求相對(duì)較低，燃燒更加充分，同時(shí)對(duì)設(shè)備的維護(hù)更簡(jiǎn)單，因此具有更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

在污染物的防治和處理上，工程施工時(shí)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(yùn)輸和處置；對(duì)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(duì)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(guó)內(nèi)大部分垃圾焚燒發(fā)電廠排放指標(biāo)均優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，有的甚至可實(shí)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(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)。

4.2 推進(jìn)工業(yè)垃圾的開(kāi)發(fā)利用

生活垃圾焚燒發(fā)電方面我國(guó)取得了較好的前期成果，工業(yè)垃圾發(fā)電項(xiàng)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(guò)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(xiǎn)垃圾（化學(xué)和生物危險(xiǎn)品）四類(lèi)。工業(yè)垃圾質(zhì)地堅(jiān)硬，處理難度大，我國(guó)主要以填埋方式為主，焚燒僅占10%左右。而工業(yè)垃圾的開(kāi)發(fā)利用不僅能緩解工業(yè)發(fā)展帶來(lái)的工業(yè)垃圾圍城問(wèn)題，也能解決垃圾來(lái)源不足的問(wèn)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)海”，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(lái)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(huì)的共同參與

PPP 模式（政府和社會(huì)資本合作制）是政府在垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)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(cái)政補(bǔ)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(wèn)題，引導(dǎo)社會(huì)綠色發(fā)展。然而在利益驅(qū)動(dòng)下，部分官員將PPP項(xiàng)目當(dāng)作提升政績(jī)的手段，出現(xiàn)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)效率低下，資金調(diào)動(dòng)不合理，官企聯(lián)合謀取私利等情況，對(duì)于政府和行業(yè)都是巨大的損失[9]。

因此，需加大對(duì)地方政府PPP 項(xiàng)目的巡視檢查和社會(huì)公眾的監(jiān)督約束，完善項(xiàng)目信息公開(kāi)及公眾舉報(bào)渠道，鼓勵(lì)與支持相關(guān)科研機(jī)構(gòu)或非政府組織開(kāi)展對(duì)垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)行的科學(xué)調(diào)研；對(duì)于其違規(guī)行為進(jìn)行曝光。而在資金運(yùn)轉(zhuǎn)上，我國(guó)在PPP 項(xiàng)目上投資巨大，投資回報(bào)與企業(yè)經(jīng)營(yíng)息息相關(guān)。政府一方面應(yīng)采用更加靈活的補(bǔ)貼政策，建立科學(xué)統(tǒng)一的補(bǔ)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(shí)現(xiàn)投資形式的多樣化，并引導(dǎo)社會(huì)公眾共同參與和支持垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目，降低風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)反而更加有利于行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。