基于環境外部性約束分析垃圾發電與燃煤發電經濟效益

華璀

摘要：在環境污染治理刻不容緩的背景下，垃圾發電和燃煤發電都受到了較強的環境約束。文章在對兩種項目進行介紹的基礎上，分析了不同發電項目受到的環境外部性約束，然后運用生命周期理論對項目外部發電成本進行了運算，最終比較項目經濟效益發現垃圾發電更具優勢。

關鍵詞：環境外部性約束;垃圾發電;燃煤發電;經濟效益

在社會經濟加速發展的過程中，電力需求日漸增長與環境污染日益嚴重形成了巨大矛盾。在國家提出節能減排要求的背景下，以燃煤發電為主的能源消費結構需要面臨環境外部性約束。而垃圾發電項目的建設，同樣需要面對環境問題。從環境約束角度加強二者經濟效益分析，能夠為清潔發電技術的運用指明方向。

一、垃圾發電與燃煤發電

（一）垃圾發電

垃圾發電項目將城市固體垃圾當成是燃料，通過特制燃燒鍋爐進行焚燒，然后借助蒸汽輪機發電。從垃圾發電項目特點來看，能夠實現垃圾的資源化處理。通過分類處理和高溫燃燒，能夠將熱能轉化為動能，帶動發電機發電。焚燒溫度在900℃～1100℃之間，能夠將垃圾中的病原菌殺滅，實現垃圾的無害化處理。經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。將轉化得到的電能用于生產生活，可以創造節能效益。因此垃圾發電項目在各國廣受好評，有助于能源節約和環境污染治理。但就實際情況來看，垃圾項目未能得到合理建設和運營將產生大量的為廢氣、廢水和殘渣，處理不當將給環境帶來二次污染。如在焚燒站工藝中，就要利用煙氣凈化設備對焚燒產生的二氧化硫等污染物進行處理。未能按照要求配備合規設備將導致氣體直接進入大氣，引發環境污染。而垃圾發電項目在污染物處理上要求嚴格，設備、設施配備將帶來一定成本，并且提出了較高管理要求。

（二）燃煤發電

燃煤發電目前是主要的火力發電方式，將煤炭當成是燃料進行發電生產。利用燃煤產生的熱能加熱水，能夠得到蒸汽，帶動蒸汽機旋轉，將熱能轉化為機械能。在汽輪機的帶動下，發電機可以運轉，將機械能轉化為電能。在燃煤發電項目建設過程中，需要完成電站建造、運行，并進行煤炭生產、加工和運輸。從電站設備構成上來看，包含鍋爐、汽機等，運行過程中將產生二氧化碳、二氧化硫等污染物。大型發電項目通常燃燒煤粉，以便使燃煤效率得到提高。結合這一需求，通常需要配備磨煤機等設備，利用風機進行煤粉吹送。燃燒后形成的熱煙氣將經過煙道流動釋放熱量，最后進入除塵器等設備加強治理。按照節能環保要求，需要對除塵系統、煙氣治理設施等加強管理，對污染物排放濃度定期檢測。一旦發現超標問題，還要投入資金加強處理和改造，在提高煤炭利用率的同時，使污染排放得到有效控制。

二、環境給發電項目帶來的外部性約束

（一）垃圾發電的環境約束

城市化進程的不斷推進，使得城市產生的垃圾日漸增多。部分城市甚至出現了垃圾圍城問題，給人們的生產生活帶來了極大困擾。而垃圾焚燒項目的建設，能夠為實現垃圾資源化提供有效路徑，同時也能滿足人們日漸增長的電力需求。但相較于其他發電項目，垃圾發電項目容易引起社會公眾對環境問題的擔憂。為加強該類項目管理，生態環境管理等部門出臺了相關法律法規，通過環境評價對項目加強約束，確定項目是否符合國家產業發展和環境保護等方面的要求。按照《生活垃圾焚燒發電建設項目環境準入條件（試行）》規定，明確提出禁止在環境保護區域建設垃圾焚燒等發電項目。而在保護區以外的區域，建設垃圾發電項目也需要滿足城市在水保護、大氣治理、土地規劃等各方面的要求。在項目監管方面，明確提出運行后項目環境質量達到功能區要求。針對環境質量無法達到標準要求的地區，要求項目投產前應制定并落實有效的污染排放削減方案，達到推動地區環境質量提高的目標。從人居角度，要求垃圾發電項目與生活區、農用地等至少保持300m的距離。受環境因素制約，垃圾發電項目建設通常需要配備煙氣凈化等設施，確保煙氣中的污染物含量能夠達到排放標準要求。針對項目開展環境風險評價，需要確定項目污染物排放是否超標。

（二）燃煤發電的環境約束

長久以來，煤炭占據國家能源消費比重的65%～70%。而大量燃煤發電項目的建設，給環境帶來了嚴重污染。因為燃煤將產生大量二氧化碳、PM2.5等污染物，成為了碳排放的主要來源。為加強燃煤發電項目的污染物排放控制，國家從2012年開始制定了燃煤發電超低污染排放標準，使得項目建設、運行受到了較大的環境約束。發展至2017年，中國火電裝機容量已經達到11.06億kW。在污染物排放控制方面，國家制定的標準也日趨嚴格。按照《全國實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》要求，計劃在2020年，全部燃煤電廠能夠達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。實際上在歐美國家，燃煤發電尚未達到如此低的標準。因此對于燃煤發電廠來講，需要不斷引進煙氣處理、污染治理等方面的先進技術，并承擔相應的環境污染治理成本，導致其經濟效益受到影響。此外，在與國際接軌的過程中，國家對碳排放提出了更高要求。而在二氧化碳排放方面，燃煤發電做出的“貢獻”占據了較大比例。因為煤炭生產加工和燃煤發電運行等各個環節都將產生碳排放，促使其受到了較強的碳排放約束。所以在環境保護已經成為基本國策的背景下，燃煤發電行業不得不達到降耗減排目標，對原本設備設施進行改造，確保國家節能減排計劃得到貫徹執行。

三、基于環境外部性約束的垃圾發電與燃煤發電經濟效益分析

（一）分析方法

從環境約束角度對發電項目外部成本展開分析，能夠加強項目經濟效益比較，從中選擇效益更顯著的項目，為發電行業轉型升級發展提供依據。在實際分析過程中，考慮到項目建設、運營的各個階段都將產生環境污染問題，接受相應的外部性約束，因此還應從生命周期角度對項目經濟效益展開評價，確保項目外部成本得到準確反映。結合這一目標，需要采用生命周期評價方法，系統化進行項目外部成本評價。采用該方法，需要對項目運行整個活動過程產生的能耗和污染物排放情況展開分析，完成環境影響評價。評價燃煤發電和垃圾發電兩個項目，需要分別完成相關數據的收集，加強項目外部成本估算。目前，歐洲一些國家在產品環境影響估算方面都采用生命周期評價方法。如在城市垃圾管理研究方面，就開展了生命周期評價。借鑒國外先進經驗，在對垃圾發電項目和燃煤項目展開經濟比較時，可以結合污染物排放相關數據完成生命周期評價。按照方法運用思路，需要從產品原材料獲取開始，對產品生產、加工、使用等各個過程產生的影響展開評價。針對發電項目，需要從能源開發、加工、運輸等環節開始，對整個產業鏈生產、加工等過程產生的環境影響展開評價。

（二）項目評價

1. 評價對象

明確評價范圍后，需要確定評價對象。在燃煤發電項目評價方面，可以1000MW超臨界發電機組為例，對電廠建設、運營各個過程展開評價。該機組發電水平處于行業領先地位，能夠通過零能耗脫硫實現污染有效治理，同時也能利用低溫熱能回收技術解決硫腐蝕問題。項目在廢水處理等方面，采用了回收處理技術。在廢渣處理上，通過與第三方企業合作實現資源回收利用。從總體上來看，項目污染治理水平較高，能夠實現廢水和廢渣的零排放，因此可以從空氣污染物排放角度對項目環境影響展開評價。

在垃圾發電項目選擇上，可以二段式垃圾焚燒爐工藝模式為例。該項目建立在城市垃圾低熱值、高水分的基礎上，能夠通過爐排爐等先進技術提高資源利用率。從產業鏈運行角度來看，包含焚燒發電、余熱發電和污染治理三部分，為從環境影響角度加強項目經濟比較，主要對發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加強生產管理，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實現污染治理，能夠使項目達到清潔生產水平，保證排放值達到相關標準要求。

2. 評價模型

實際對項目展開評價，需要對項目污染物排放數據進行獲取。根據項目排放清單，能夠確定不同污染物的排放情況。根據污染物環境影響類型，對其給環境帶來的影響潛值進行分析，能夠確定污染物做出的貢獻。結合發電項目特點，在項目環境影響方面做出貢獻的應包含粉塵、酸化、富營養化和全球變暖，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種環境影響當量因子。完成不同污染物環境影響潛值計算，然后實現標準化處理，能夠加權得到平均值，最終得到項目生命周期每發1kWh電量產生的總環境影響。在實際分析時，可以采用中科院結合國情提出的權重因子和數據處理基準值。具體來講，就是二氧化碳權重因子為0.83，二氧化硫權重因子為0.73，粉塵權重因子為0.61，對應的基準值分別為8700、35和18。

（三）結果與討論

1. 評價結果

如表1所示，為發電項目生命周期環境影響評價結果。從總體來看，垃圾發電項目環境影響潛值能夠達到5.95E-05人當量，燃煤發電項目為4.41E-04人當量。根據結果可知，對于垃圾發電項目來講，整個建設、運行過程中主要受酸化因子的影響，需要加強二氧化硫等污染物的排放控制。在燃煤發電過程中，主要受到粉塵排放因素影響。相比較而言，垃圾發電環境影響更小，與燃煤發電相差一個數量級。從這一角度來看，在發電行業節能發展過程中，可以將垃圾發電項目看成是清潔能源，但是依然需要加強環境影響控制。

2. 發展建議

根據分析結果可知，從環境約束角度來看，垃圾發電的外部成本更低。在國家對發電行業提出嚴格節能環保要求的背景下，燃煤行業未來將面臨較大的運營壓力，如果建設燃煤發電項目勢必要承擔較高經濟成本，使得項目效益獲取面臨較大不確定性。從行業轉型升級發展層面制定戰略決策，還應加快推進垃圾發電等清潔生產項目的建設，促使產業結構得到調整，迎合國家戰略要求。從本質上來講，垃圾發電項目帶有公益性，原本目的在于解決城市垃圾治理問題，促使項目建設、運營將得到政府支持，獲得更多利潤來源。為鼓勵項目建設推廣，政府可以出臺優惠電價和補償費等政策，減少項目建設和運營成本，促使項目在獲得一定社會效益的同時，能夠獲得可觀經濟效益。但為加強項目運營約束，還應出臺相關法律法規對項目污染排放問題進行控制，督促建設、運營單位嚴格按照要求加強污染監測和排放控制，避免給環境帶來二次污染，繼而使項目取得可持續發展。

四、結語

綜上所述，在建設發電項目的過程中，還應認識到項目未來將受到日漸嚴重的環境外部性約束，導致項目建設、運營產生的外部成本隨之增加。為確保項目建設、運營能夠帶來更多經濟效益，還應從生命周期角度加強項目成本分析。從實踐分析結果來看，相較于燃煤發電項目，垃圾發電項目在環境污染控制和能源消耗兩方面具有明顯優勢，能夠滿足發電行業的產業結構轉型要求。

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（作者單位：廣州環投福山環保能源有限公司）