基于合同能源管理的城市生活垃圾焚燒廠運行可行性分析

夏瑞杰,皮家悅,鄭 婧,于 洋,王 鶴

基于合同能源管理的城市生活垃圾焚燒廠運行可行性分析

夏瑞杰,皮家悅,鄭 婧,于 洋,王 鶴

(重慶大學城市建設與環境工程學院 ,重慶400045)

如何合理利用能源,達到節能目的是當前迫在眉睫的問題。引入合同能源管理模式來加速各類具有良好節能效益和經濟效益的項目的廣泛實施是解決能源浪費的辦法。本文針對城市生活垃圾焚燒中能源浪費的問題,深入探討了合同管理模式與城市生活垃圾焚燒廠之間的能源管理與利用關系,并通過分析具體案例得出了利用合同能源管理模式來運行城市生活垃圾焚燒廠是可行的。

合同能源管理;垃圾焚燒;節能;可行性

隨著生產力的不斷發展,能源消耗的日益增加,造成了全球環境急劇變化等諸多嚴重后果。因此,如何節約和充分利用能源成為各國在發展經濟的同時首先考慮的問題。

據國家能源研究所估算,我國能源利用效率目前仍然很低,比以發達國家為主要成員國的經濟合作與發展組織(OECD)國家落后20年,相差10個百分點。作為一個能源緊缺的國家,我國的能源浪費卻十分嚴重,單位能耗所創造的財富遠遠低于發達國家。我國單位 GDP的能耗是世界平均值的3至4倍。如果繼續按照高耗能、粗放式的方式擴大再生產,中國未來的發展必將受到嚴重阻礙。而合同能源管理的實質就是以減少的能源費用來支付節能項目全部成本的節能業務方式。由此可見,合同能源管理在中國有著廣闊的發展前景。

1 合同能源管理(EPC)

合同能源管理 (EPC—Energy Performance Contracting)是上世紀70年代中期發展起來的一種新型市場化節能機制。節能服務公司(EMCo)是一種基于合同能源管理機制運作的、以贏利為直接目的的專業化公司[1]。節能服務公司與愿意進行節能改造的用戶簽訂節能服務合同,為用戶的節能項目投資或融資,并向用戶提供節能項目設計、設備采購、施工、監測、培訓和運行管理等一條龍服務,并通過與用戶分享項目實施后產生的節能效益來贏利和滾動發展。從圖1可清楚的看到客戶通過節能改造所產生的節能效益。

圖1 節能改造前后能源費用對比圖

從EMCo的業務運作方式可以看出,EMCo是市場經濟下的節能服務商業化實體,與傳統的節能項目運作模式相比,采用合同能源管理方式實施節能項目具有節能效率高、客戶零投資、節能有保證、投資回收短、節能更專業、技術更先進、客戶風險低和改善現金流等諸多優點。

2 城市生活垃圾焚燒處理的資源潛力和前景

隨著中國迅速發展,人民生活水平日益提高,垃圾的產量也在急劇上升。據國家環保總局預測, 2015年我國城市垃圾年產量會達到1.79億t,而2020年將增加到2.1億t[2]。如果到2015年城市生活垃圾中能基本滿足直接焚燒要求的垃圾占其總量的60%,按熱值5 000 kJ/kg計算,則垃圾資源可利用量為537 TJ,垃圾發電裝機潛力為3 440 MW,提供電力約25 TWh。按以上方法計算,到2020年垃圾資源可利用量為630 TJ,垃圾發電裝機潛力為4 145 MW,提供電力將達30 TWh。由此看出垃圾焚燒發電潛力巨大。目前全國每年因為垃圾造成的損失高達300億元,而將這些垃圾綜合利用則可以創造2500億元的直接經濟效益。

雖然中國的垃圾發電事業才剛剛起步,還處于研究開發的初級階段,設備和技術也基本從國外引進,但是由于中國擁有豐富的垃圾資源,所以蘊含著巨大的資源潛力和潛在的經濟效益。

3 合同能源管理與垃圾焚燒廠的運行關系

目前我國對垃圾發電的產業政策,首先是從結構定位上將它確定為一個新能源產業,一個環保產業,一個要產業化的產業,一個要重點扶持的產業。允許和鼓勵各類企業參與競爭,通過招標將垃圾焚燒發電廠的建設和運行管理權交給企業來建設和運行管理。但按照目前的現狀,很多企業沒有能力從事整個企業的能源服務管理、維修管理和技術的引進,而合同能源管理模式可以彌補這樣的空白。在垃圾焚燒發電廠中引入合同能源管理機制不僅可以利用節能公司對垃圾焚燒發電廠進行長期的運行管理,減輕政府負擔,有助于垃圾發電的產業化,還可以通過節能技術服務公司對垃圾焚燒廠中能量浪費大的設備進行技術升級改造,來達到有效節能的目的。

目前合同能源管理的模式有四種:(1)節能效益支付型,即客戶委托專業 EMCo進行節能改造工程,先期支付一定比例的預付款,余額由節能效益全額支付;(2)節能量保證型,節能改造的全部投入由節能服務公司先期提供,如達到所承諾的節能量,客戶支付節能改造工程價款;(3)節能效益分享型,即節能改造前期投入由節能服務公司支付,節能服務公司獲取由節能改造后帶來的降耗收益,合同期滿,節能設施及后期收益全部歸客戶所有;(4)能源費用長期托管型,客戶全部能源費用交由節能服務公司管理,節能設備長期的管理、維護、更新、改造均由節能服務公司承擔。客戶零投資,節能收益由節能服務公司與客戶按比例長期分享。

垃圾焚燒廠可以采用合同能源管理的任意一種模式運行。以節能效益分享型為例,節能服務公司為垃圾焚燒廠制定一整套節能服務方案并對垃圾焚燒廠能耗大的設備進行改造。改造后產生的節能效益由節能服務公司獲得。合同期滿后(此時節能服務公司已經賺回成本并獲得利潤),節能設備和后期收益全部歸垃圾焚燒廠所有。垃圾焚燒廠不承擔任何風險,不僅獲得了設備優化,還實現了環保節能的目的,一舉兩得。

4 管理模式與可行性分析

4.1 國外垃圾焚燒廠建設融資管理模式現狀

以德國為例,垃圾焚燒廠主要有兩種融資管理模式:1.政府利用收取的處理費(或一部分為財政撥款)將設施承包給企業進行運營;2.通過以BOT及其衍生方式為主的建設融資方式以及對現有國有基礎設施進行私有化以實現融資。BOT模式實質上是基礎設施投資、建設和經營的一種方式,由政府向私人機構頒布特許,允許其在一定時期內籌集資金建設某一基礎設施并管理和經營該設施及其相應的產品與服務。整個過程中的風險由政府和私人機構分擔。當特許期限結束時,私人機構按約定將該設施移交給政府部門,轉由政府指定部門經營和管理。目前垃圾焚燒發電作為主要的能源回收方式在德國廣泛應用。但由于垃圾相對發電量仍然較少,只有靠政府向投資商支付一定的垃圾處理費才能保證投資商獲得合理的回報。垃圾焚燒發電廠的收益主要來自兩方面:一是售電收益;二是政府支付的垃圾處理費。歐美國家運作的垃圾焚燒發電項目大多采用這種收益模式,只是售電收益和垃圾處理費在總收入中所占的比例因各地區實際情況不同而有所區別[3]。

4.2 我國垃圾焚燒廠建設融資管理模式現狀

我國的垃圾焚燒發電廠在管理體制上大致有三種模式:1.政府投資建設,事業單位運營;2.政府投資建設,招標或委托企業運營;3.由企業實行特許經營。

我國傳統的垃圾處理設施屬“政府投資建設,事業單位運營”。此模式對于衛生填埋、堆肥等技術條件要求相對較低的處理方式較為適用。對于垃圾焚燒項目,地方政府通常受技術水平與人才資源的限制,難于自建自管。因此,采用“政府投資建設,招標或委托企業運營”的方式,取得了較好的效果,“企業實行特許經營(BOT模式)”的方式廣為應用。采用BOT模式有推動垃圾焚燒項目的建設進程,提高運作效率,引進國外先進技術等有利方面。但同時也存在一些弊端,比如(1)夸大處理規模和裝機容量,以充分利用國家允許的20%加煤量政策,爭取更多的發電量和發電收益;(2)運營商在實際運營中也會增加輔助燃料的用量,增加成本;(3)在財務評價分析中,通過加大上網電量收入,名義上降低政府處理費補貼;(4)通過加大單位處理投資規模,減少實際資本金投入;(5)政府需要支付更高的成本。從BOT模式項目建設環節看,還有前期風險和工程總承包的風險。當項目進入移交階段時,遇到的風險也會更明顯。

市場調查分析表明,目前在能源用戶中存在大量技術上可行、經濟上合理的節能技改項目,垃圾焚燒廠也在其中。從市場經濟較成熟的國家的節能事業發展的經驗和我國的實際情況來看,我國已有的節能機構和潛在的投資者完全可以通過“合同能源管理”新模式與垃圾焚燒廠合作,實施節能項目,并從中獲得利潤與發展。

4.3 可行性分析

4.3.1 經濟可行性

現在我國垃圾焚燒廠主要的收益來自售電收入和政府補貼兩個方面,以國內企業化運作的垃圾焚燒廠為例,收益率大多在8%～12%[4]。如果采用合同能源管理模式,不僅會產生額外的節能效益,還會促進環保產業又好又快的發展。隨著國家政策支撐力度的加大,合同能源管理模式應用于我國垃圾焚燒廠,其財務指標將會更加穩健。

4.3.2 技術可行性

在國外,合同能源管理模式經過長期發展已很成熟。國內在引進國外技術的基礎上經過消化吸收已經開發出適應我國國情的技術。國內知識產權技術在垃圾焚燒上也已得到較廣泛應用。以蓄熱式高溫燃燒技術為例,將其運用在垃圾焚燒的焚燒爐和余熱鍋爐上,可將空氣、煤氣均預熱到高溫狀態,能最大限度地回收出爐廢氣的余熱,大幅度地節約燃料、降低成本,大大減少CO2和NOx的排放量,有利于環境保護,其節能效果達到30%以上,提高產量15%～20%[5]。

4.3.3 政策可行性

我國把節約資源作為一項基本國策,加快建設資源節約型、環境友好型社會,實現可持續發展。為此出臺了一系列政策,如:《關于推進城市污水、垃圾處理產業化發展的意見》,積極鼓勵余熱利用等。這都為合同能源管理模式在垃圾焚燒廠的發展提供了有利的條件。

4.4 案例分析

北京高安屯生活垃圾焚燒廠項目是北京市第一個生活垃圾焚燒發電廠項目,也是北京2008年奧運工程的重點項目。該項目日處理生活垃圾1600噸,垃圾運到廠后不再分類,直接進行焚燒。垃圾焚燒工藝采用往復式機械爐排技術,煙氣處理系統采用半干法+袋式除塵器+活性炭噴射系統以及非接觸性催化還原脫氮工藝組成的煙氣凈化工藝。焚燒廠每年將焚燒處理生活垃圾53.3萬噸,解決朝陽區一半的垃圾處理量,余熱每年可發電2.2億度,相當于每年節約7萬噸標準煤,可為朝陽區200多萬城市人口提供環境衛生服務[6]。

北京高安屯生活垃圾焚燒廠項目管理模式采取工程總承包和項目管理相結合的方式。其主要優點是能克服設計、采購、施工相互制約和脫節的矛盾,能有效地對質量、費用和進度進行綜合控制,最大程度的減少項目公司的風險。同時委托有豐富垃圾焚燒處理業務經驗的工程項目管理公司,從項目的策劃、設計到竣工投產全過程為項目公司提供管理服務,有效地彌補項目公司知識和經驗的不足。在此引入合同能源管理制度也不失為一種解決類似問題的有效途徑。

目前北京高安屯生活垃圾焚燒廠項目的運營是處于可觀的狀態,但是隨著北京市城市人口的不斷增加,居民生活垃圾的逐年增長,不將垃圾分類投放回收以提高垃圾資源質量和垃圾循環利用率必將導致所有的垃圾焚燒廠以及其他無害化垃圾處理設施不堪重負,導致生活垃圾不能及時處理,很可能擴大污染。而處理設施的超負荷運轉也可能會引起各排放物的增多,設備受損或使用年限縮短,從而也影響垃圾焚燒完全率及增大設備的電力消耗。采用合同能源管理模式,就可以幫助垃圾焚燒廠節能減排從而提高生產效益。同時值得注意的是,北京高安屯生活垃圾焚燒廠的設備是完全向日本株式會社天熊公司定購的進口設備,其運行維護的費用相比國產設備要高的多,難度也大得多,能源服務公司同樣可以利用合同能源管理模式與垃圾焚燒廠合作。具體說來就是,能源服務公司具有對國外先進技術與設備熟悉了解的專業人員,派其對設備進行合理而科學的操作監控,并引進國外先進的管理體制對項目進行管理運營,以及對有待改進的設備實施改造,從而提高項目效益,實現雙贏。

5 結論

在垃圾焚燒廠中引入合同能源管理模式,不僅可以幫助垃圾焚燒廠節能減排,還有助于垃圾發電的產業化,提高管理效率,減輕政府負擔,并帶動節能新技術的開發和節能投資市場的壯大,最終形成一個基于市場的節能服務產業大軍。鑒于合同能源管理在我國的發展尚屬起步階段,許多中小型能源服務公司尚需積累更豐富的經驗與掌握更成熟的技術,他們的自身完善除了加強國際交流、學習國外先進經驗外,還需要建立良好的互動機制,這樣才能將合同能源管理這一產業做大做強,為建設節約型社會貢獻自己的力量。但是無論從經濟、技術還是政策上來說,合同能源管理模式在城市生活垃圾焚燒廠的應用都是可行的。

[1] 張曉宇.合同能源管理在中國各行業的發展前景分析[J].遼寧行政學院,2008,10(8):88-90.

[2] 時璟麗,張 成.垃圾焚燒發電技術在我國的應用及發展趨勢[J].可再生能源,2005,(2):65-66.

[3] 吳文偉.德國垃圾焚燒管理途徑分析[J].城市管理與科技, 2008,(2):70-71.

[4] 張 潔.焚燒技術發展研究及在典型城市的應用分析[J].中國高新技術企業,2008,(19):74.

[5] 劉瑞鈞.蓄熱式高溫燃燒技術的應用[J].資源節約與環保, 2008,(4):40.

[6] 北京首座大型垃圾焚燒廠建成投入試運行 垃圾處理由填埋轉向焚燒[J].城市管理與科技,2008,10(4):37.

(2)樣品測定

按表1所列參數選擇分析線和調試。儀器用冷卻純水調零,吸入空白樣和試樣,測量其吸光度。扣除空白樣吸光度后,從儀器上直接讀出試樣中的鐵、錳濃度(也可從校準曲線上查出試樣中的鐵、錳濃度)。

(3)校準曲線

吸取混合標準溶液0,0.50,1.00,2.00,3.00, 4.00 ml分別放入六個100 ml(Fe)和50 ml(Mn)容量瓶中,用純水稀釋至刻度,搖勻。此混合標準系列的濃度見表2。

表2 標準系列的配制和濃度

(4)樣品鐵、錳測定結果見表3。

表3-1 Fe、Mn系列實測結果

表3-2 茶葉鐵、錳測定結果

分析過程用質控樣(國家環境標樣)隨機同測,對鐵(0.799 mg/L±0.042 mg/L)、錳(1.31 mg/L ±0.05 mg/L)進行測試,結果鐵為0.798 mg/L(n =6,RSD%為 2.6%)、錳 1.328 mg/L(n=6, RSD%為2.1%),準確度和精密度較好。

茶葉被人們譽為“21世紀的綠色飲料”,今天喝茶又是人們生活中的必備消費物。茶葉有因它的產地和加工不同它的一些元素含量也不同,我們不管它產自何地,我們飲用時沖泡第一次的茶水去掉(也就是人們喝茶時說的洗茶)。

參考文獻:

[1] 國家環保局.水和廢水監測分析方法[S](第四版).北京:中國環境科學出版社,2002年10月.

[2] 卓 琳,傅 敏,陳盛明.火焰原子吸收光譜法測定污泥中金屬元素含量[J].三峽環境與生態,2008,1(1):22-23.

Analysis of the Operating Feasibility of Municipal Waste Incineration Plan with EPC Mode

(Faculty of Urban Construction and Environmental Engineering,Chongqing University,Chongqing 400045,China)

XIA Rui-jie,PI Jia-yue,ZHENGJing,YU Yang,WANG He

Nowadays how to use the energy for energy-saving purpose is the current issues at stake.The introduction of the energy performance contracting,which can make implementations of various kinds of energy-saving benefit and cost-effective projects wider,is a way to solve the energy waste problem.Exploring the management and utilization of energy between the EPC and municipal waste incineration plant in respect of energy waste problem in incineration plant.And through analysis of specific cases,it is concluded that the operation of the municipal waste incineration plant with EPC mode is feasible.

contract energy management;waste incineration;energy saving;feasibility

X32.022

A

1674-2842(2010)01-0059-04

2009-07-16

國家大學生創新性實驗計劃項目資助(項目編號081061116)

夏瑞杰,男,重慶大學城環學院在讀,E-mail:beckham_xia@ yahoo.com.cn。