北京市生活垃圾焚燒發(fā)電“零碳”模式探討

一、北京市生活垃圾概況

（一）生活垃圾產(chǎn)生及處理概況

北京市生活垃圾產(chǎn)生量隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高而增加，在2019年生活垃圾清運量達到了1011.2萬t，生活垃圾（含廚余垃圾）人均日產(chǎn)生量達到1.26kg。隨著2020年5月1日新修訂的《北京市生活垃圾管理條例》（以下簡稱《條例》）正式實施，生活垃圾的清運量自2020年呈現(xiàn)逐年下降趨勢，在2022年降至740.57萬t，同比下降5.56%；生活垃圾人均日產(chǎn)生量降至0.93kg，同比下降5.1%。

（二）生活垃圾處理方式對比

在原生生活垃圾“零填埋”的政策引領(lǐng)下，占地面積小、減量化明顯、減污降碳協(xié)同增效顯著的垃圾焚燒工藝成為當前生活垃圾處理的主要方式，一系列利好政策助推了其高速發(fā)展。

2018年，北京市生活垃圾焚燒量超過衛(wèi)生填埋量（圖1），2020年、2021年生活垃圾焚燒處理量均在60%以上（圖2）?？梢?，一直以來以填埋為主的生活垃圾處理方式將會逐漸減少，而生活垃圾焚燒將成為北京今后的主流方向。

二、生活垃圾焚燒與碳排放

在不同生活垃圾處理方式中，垃圾焚燒的碳排放強度遠低于垃圾填埋處理。根據(jù)北京市地方標準《溫室氣體排放核算指南 生活垃圾焚燒企業(yè)》 （DB11/T 1416—2017）（以下簡稱《核算指南》），生活垃圾焚燒企業(yè)碳排放分為生活垃圾物理組分礦物碳焚燒，助燃化石燃料燃燒，外購電力、熱力及發(fā)電上網(wǎng)四部分，以下從這四部分排放源進行核算。

（一）生活垃圾礦物碳焚燒碳排放

生活垃圾焚燒的碳排放分為礦物碳和生物碳兩種，由于生物碳焚燒產(chǎn)生的碳排放不計入統(tǒng)計，本文只對礦物碳焚燒產(chǎn)生的碳排放進行核算并計入統(tǒng)計中。

按照《生活垃圾采樣和分析方法》（CJ/T 313—2009），生活垃圾物理組分中具有可燃性并能釋放CO2組分的主要包括廚余類、紙類、橡塑類、紡織類和木竹類5類。本文參考《核算指南》給出的可燃組分的推薦值，計算生活垃圾焚燒礦物碳的碳排放強度，見表1和式（1）。

表1 某市入爐生活垃圾焚燒可燃組分參數(shù)推薦值

Ei=MSWi×Σi （WFi × dmi × CFi × FCFi × OFi ）× 44/12" " " " " " " " " " " " "（1）

式（1）中：Ei——生活垃圾中礦物成因碳焚燒導(dǎo)致CO2排放量，tCO2；

MSWi——生活垃圾焚燒量，t；

i——生活垃圾成分；

WFi——第i種成分生活垃圾所占比例，％；

dmi——第i種成分生活垃圾中的干物質(zhì)比例，％；

CFi——第i種成分生活垃圾干物質(zhì)中碳元素比例，％；

FCFi——第i種成分生活垃圾碳元素中礦物碳比例，％；

OFi——氧化因子，%（生活垃圾焚燒碳氧化率按95％確定）；

44/12——碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的轉(zhuǎn)換比例。

由表1和公式（1）得出噸入爐生活垃圾焚燒礦物碳排放強度為0.390tCO2，其中廚余類占46.15%、紙類占7.69%、塑料類占79.74、紡織類占7.44%、木竹類占0.51%。

（二）助燃化石燃料燃燒碳排放

生活垃圾焚燒在點火或在維持爐溫時，需要添加化石燃料（一般情況下為柴油）輔助燃燒時產(chǎn)生的CO2排放量計算如式（2）所示：

Ei=Σi （FCi × NCVi × CCi × OFi ）× 44/12" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（2）

式（2）中：Ei——生活垃圾焚燒添加的助燃化石燃燒導(dǎo)致的CO2排放量，t CO2；

i——化石燃料成分；

FCi——添加助燃的第i種化石燃料的年凈消耗量，其中固體或液體燃料單位為t，氣體燃料單位為萬m3；

NCVi——添加助燃的第i種化石燃料的平均低位熱值，其中，固體或液體燃料，GJ/t；氣體燃料，GJ/萬m3；

CCi——添加助燃的第i種化石燃料的單位熱值含碳量，tC/GJ；

OFi——添加助燃的第i種化石燃料的碳氧化率，%；

44/12——碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的轉(zhuǎn)換比例。

根據(jù)《核算指南》，北京市化石燃料燃燒CO2排放因子缺省值（表2）。另外，由式（2）可計算得出：噸柴油燃燒排放值為3.14tCO2。

表2 化石燃料燃燒CO2排放因子缺省值

以北京某垃圾焚燒發(fā)電廠2015年生活垃圾焚燒處理量72.82萬t/a、使用輔助燃料柴油424t/a為例，核算出該生活垃圾焚燒發(fā)電廠入爐化石燃料助燃溫室氣體排放強度（CO2當量）約為0.002tCO2/t入爐垃圾。

（三）生活垃圾焚燒發(fā)電上網(wǎng)碳排放

生活垃圾焚燒發(fā)電上網(wǎng)產(chǎn)生的CO2排放計算如式（3）所示：

Ebd=ADbd×EFbd" " " " " " " " " " " " " "（3）

式（3）中：Ebd——生活垃圾焚燒發(fā)電上網(wǎng)產(chǎn)生的CO2的排放量，tCO2；

ADbd——生活垃圾焚燒發(fā)電上網(wǎng)電量，MW·h；

EFbd——電力排放的CO2排放因子，tCO2/ MW·h。

參照生態(tài)環(huán)境部《關(guān)于做好2023—2025年發(fā)電行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放報告管理有關(guān)工作的通知》，2022年度全國電網(wǎng)平均排放因子EFbd為0.5703tCO2/MW·h，垃圾焚燒發(fā)電廠單位生活垃圾上網(wǎng)電量取值為280kW·h/t，即單位生活垃圾焚燒發(fā)電碳排放量為Ebd=280×10-3 × 0.5703=0.160tCO2

（四）生活垃圾焚燒外購電力、熱力

生活垃圾焚燒對外供熱的CO2排放計算見公式（4）：

Ebr=ADbr×EFbr" " " " " " " " " " " " " " "（4）

式（4）中：Ebr——生活垃圾焚燒對外供熱產(chǎn)生的CO2的排放量，tCO2；

ADbr——生活垃圾焚燒對外供熱，GJ；

EFbr——熱力排放的CO2排放因子，tCO2/MW·h。

對于垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)，除滿足自身電力外，剩余的用于上網(wǎng)發(fā)電，基本上不存在外購電力，即Ebr為零，熱力也能夠滿足自身需要，無須外購。

（五）小結(jié)

生活垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)的碳排放強度情況見表3，生活垃圾焚燒礦物碳排放量最大為0.39tCO2/t入爐垃圾；上網(wǎng)電量CO2排放量為負，即-0.160tCO2/t入爐垃圾。

表3 生活垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)碳排放強度情況

三、生活垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)“零碳”路徑探究

（一）開展生活垃圾源頭減量

1．嚴格執(zhí)行生活垃圾分類收集及回收利用政策

自2020年《條例》實施以來，北京城市生活垃圾的清運量呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，可見政策的導(dǎo)向作用助力了生活垃圾的源頭減量。

從目前的垃圾分類情況來看，垃圾源頭減量還有很大的空間。其間，做好低碳、環(huán)保、綠色理念的宣傳工作，加強居民垃圾分類意識并自覺按要求分類投放，保證有價值的再生資源得到回收利用，從源頭減少垃圾排放量。

在生活垃圾焚燒過程中，垃圾組分對碳排放量貢獻由大至小的順序依次是：塑料類＞廚余類＞紙類＞紡織類＞木竹類，其中塑料類占79.74%，廚余類占46.15%。由于現(xiàn)在物流行業(yè)的發(fā)達，產(chǎn)生了大量各種各樣的包裝塑料廢棄物，使塑料類垃圾在城市生活垃圾中占較大的比例，廢棄塑料中最普遍、數(shù)量最多的塑料聚烯烴（PO）主要包括聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），這些塑料經(jīng)過加工做成產(chǎn)品如包裝膜、編織袋、周轉(zhuǎn)箱和緩沖材料等進行再利用；對于廚余垃圾來說，由于我國廚余垃圾含水率高、有機質(zhì)高、含油率高的特點，生化處理是目前廚余垃圾處理的主流技術(shù)，它是一種經(jīng)濟、綠色、可循環(huán)，同時減量率達90%以上的處理方式。

2．實施居民生活垃圾分類計價、計量收費制度

積極探索居民生活垃圾按戶收費或按垃圾分類計價、計量收費制度，制定合理的收費價格，做好宣傳，開展試點，逐步推進實施，以達到生活垃圾源頭減量的目的。

（二）提高生活垃圾焚燒發(fā)電效率

首先，生活垃圾焚燒運營設(shè)備由專人負責(zé)管理和維護，保持設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定的運營工況。

其次，垃圾焚燒發(fā)電熱效率主要受余熱鍋爐熱效率和汽輪機熱效率的影響，理論上兩者的熱效率分別為80%以上和30%以上。我國生活垃圾焚燒發(fā)電廠主要采用中溫中壓余熱利用技術(shù)，若采用中溫次高壓或中溫超高壓技術(shù)，焚燒發(fā)電能效可提升3%～6%或6%～10%。因此，積極開展技術(shù)創(chuàng)新，不斷改進高參數(shù)余熱利用技術(shù)，對垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)減污降碳具有重要意義。

四、結(jié)論

生活垃圾焚燒實現(xiàn)了生活垃圾的減量化和無害化，減少了溫室氣體的排放，但是生活垃圾焚燒也帶來了新的環(huán)境問題，如占比較大的塑料類及廚余類等混合垃圾在焚燒設(shè)施檢修、故障等不穩(wěn)定的工況時，既產(chǎn)生大量溫室氣體，也會產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，對環(huán)境和人類健康帶來損害。因此，需要進一步出臺細化生活垃圾分類政策和措施，實施居民生活垃圾分類收集、計量收費制度，使分出的各種資源都有一個相對合理的去處，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

垃圾分類及資源循環(huán)利用，會大量減少入爐垃圾，這在很大程度上減少了溫室氣體的排放；生活垃圾焚燒上網(wǎng)發(fā)電可以抵消部分由于垃圾焚燒產(chǎn)生的溫室氣體，因此，通過科技創(chuàng)新提高垃圾焚燒發(fā)電效率，生活垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)“零碳”排放是可以實現(xiàn)的。

現(xiàn)階段，隨著國內(nèi)外碳捕集與封存CCS（Carbon Capture and Storage）及碳捕集、利用與封存CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage）技術(shù)的快速發(fā)展，將該技術(shù)應(yīng)用到生活垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)中，助力“負碳”排放。

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（責(zé)任編輯：張秋辰）