基于合同能源管理的城市生活垃圾焚烧厂运行可行性分析

夏瑞杰,皮家悦,郑 婧,于 洋,王 鹤

基于合同能源管理的城市生活垃圾焚烧厂运行可行性分析

夏瑞杰,皮家悦,郑 婧,于 洋,王 鹤

(重庆大学城市建设与环境工程学院 ,重庆400045)

如何合理利用能源,达到节能目的是当前迫在眉睫的问题。引入合同能源管理模式来加速各类具有良好节能效益和经济效益的项目的广泛实施是解决能源浪费的办法。本文针对城市生活垃圾焚烧中能源浪费的问题,深入探讨了合同管理模式与城市生活垃圾焚烧厂之间的能源管理与利用关系,并通过分析具体案例得出了利用合同能源管理模式来运行城市生活垃圾焚烧厂是可行的。

合同能源管理;垃圾焚烧;节能;可行性

随着生产力的不断发展,能源消耗的日益增加,造成了全球环境急剧变化等诸多严重后果。因此,如何节约和充分利用能源成为各国在发展经济的同时首先考虑的问题。

据国家能源研究所估算,我国能源利用效率目前仍然很低,比以发达国家为主要成员国的经济合作与发展组织(OECD)国家落后20年,相差10个百分点。作为一个能源紧缺的国家,我国的能源浪费却十分严重,单位能耗所创造的财富远远低于发达国家。我国单位 GDP的能耗是世界平均值的3至4倍。如果继续按照高耗能、粗放式的方式扩大再生产,中国未来的发展必将受到严重阻碍。而合同能源管理的实质就是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能业务方式。由此可见,合同能源管理在中国有着广阔的发展前景。

1 合同能源管理(EPC)

合同能源管理 (EPC—Energy Performance Contracting)是上世纪70年代中期发展起来的一种新型市场化节能机制。节能服务公司(EMCo)是一种基于合同能源管理机制运作的、以赢利为直接目的的专业化公司[1]。节能服务公司与愿意进行节能改造的用户签订节能服务合同,为用户的节能项目投资或融资,并向用户提供节能项目设计、设备采购、施工、监测、培训和运行管理等一条龙服务,并通过与用户分享项目实施后产生的节能效益来赢利和滚动发展。从图1可清楚的看到客户通过节能改造所产生的节能效益。

图1 节能改造前后能源费用对比图

从EMCo的业务运作方式可以看出,EMCo是市场经济下的节能服务商业化实体,与传统的节能项目运作模式相比,采用合同能源管理方式实施节能项目具有节能效率高、客户零投资、节能有保证、投资回收短、节能更专业、技术更先进、客户风险低和改善现金流等诸多优点。

2 城市生活垃圾焚烧处理的资源潜力和前景

随着中国迅速发展,人民生活水平日益提高,垃圾的产量也在急剧上升。据国家环保总局预测, 2015年我国城市垃圾年产量会达到1.79亿t,而2020年将增加到2.1亿t[2]。如果到2015年城市生活垃圾中能基本满足直接焚烧要求的垃圾占其总量的60%,按热值5 000 kJ/kg计算,则垃圾资源可利用量为537 TJ,垃圾发电装机潜力为3 440 MW,提供电力约25 TWh。按以上方法计算,到2020年垃圾资源可利用量为630 TJ,垃圾发电装机潜力为4 145 MW,提供电力将达30 TWh。由此看出垃圾焚烧发电潜力巨大。目前全国每年因为垃圾造成的损失高达300亿元,而将这些垃圾综合利用则可以创造2500亿元的直接经济效益。

虽然中国的垃圾发电事业才刚刚起步,还处于研究开发的初级阶段,设备和技术也基本从国外引进,但是由于中国拥有丰富的垃圾资源,所以蕴含着巨大的资源潜力和潜在的经济效益。

3 合同能源管理与垃圾焚烧厂的运行关系

目前我国对垃圾发电的产业政策,首先是从结构定位上将它确定为一个新能源产业,一个环保产业,一个要产业化的产业,一个要重点扶持的产业。允许和鼓励各类企业参与竞争,通过招标将垃圾焚烧发电厂的建设和运行管理权交给企业来建设和运行管理。但按照目前的现状,很多企业没有能力从事整个企业的能源服务管理、维修管理和技术的引进,而合同能源管理模式可以弥补这样的空白。在垃圾焚烧发电厂中引入合同能源管理机制不仅可以利用节能公司对垃圾焚烧发电厂进行长期的运行管理,减轻政府负担,有助于垃圾发电的产业化,还可以通过节能技术服务公司对垃圾焚烧厂中能量浪费大的设备进行技术升级改造,来达到有效节能的目的。

目前合同能源管理的模式有四种:(1)节能效益支付型,即客户委托专业 EMCo进行节能改造工程,先期支付一定比例的预付款,余额由节能效益全额支付;(2)节能量保证型,节能改造的全部投入由节能服务公司先期提供,如达到所承诺的节能量,客户支付节能改造工程价款;(3)节能效益分享型,即节能改造前期投入由节能服务公司支付,节能服务公司获取由节能改造后带来的降耗收益,合同期满,节能设施及后期收益全部归客户所有;(4)能源费用长期托管型,客户全部能源费用交由节能服务公司管理,节能设备长期的管理、维护、更新、改造均由节能服务公司承担。客户零投资,节能收益由节能服务公司与客户按比例长期分享。

垃圾焚烧厂可以采用合同能源管理的任意一种模式运行。以节能效益分享型为例,节能服务公司为垃圾焚烧厂制定一整套节能服务方案并对垃圾焚烧厂能耗大的设备进行改造。改造后产生的节能效益由节能服务公司获得。合同期满后(此时节能服务公司已经赚回成本并获得利润),节能设备和后期收益全部归垃圾焚烧厂所有。垃圾焚烧厂不承担任何风险,不仅获得了设备优化,还实现了环保节能的目的,一举两得。

4 管理模式与可行性分析

4.1 国外垃圾焚烧厂建设融资管理模式现状

以德国为例,垃圾焚烧厂主要有两种融资管理模式:1.政府利用收取的处理费(或一部分为财政拨款)将设施承包给企业进行运营;2.通过以BOT及其衍生方式为主的建设融资方式以及对现有国有基础设施进行私有化以实现融资。BOT模式实质上是基础设施投资、建设和经营的一种方式,由政府向私人机构颁布特许,允许其在一定时期内筹集资金建设某一基础设施并管理和经营该设施及其相应的产品与服务。整个过程中的风险由政府和私人机构分担。当特许期限结束时,私人机构按约定将该设施移交给政府部门,转由政府指定部门经营和管理。目前垃圾焚烧发电作为主要的能源回收方式在德国广泛应用。但由于垃圾相对发电量仍然较少,只有靠政府向投资商支付一定的垃圾处理费才能保证投资商获得合理的回报。垃圾焚烧发电厂的收益主要来自两方面:一是售电收益;二是政府支付的垃圾处理费。欧美国家运作的垃圾焚烧发电项目大多采用这种收益模式,只是售电收益和垃圾处理费在总收入中所占的比例因各地区实际情况不同而有所区别[3]。

4.2 我国垃圾焚烧厂建设融资管理模式现状

我国的垃圾焚烧发电厂在管理体制上大致有三种模式:1.政府投资建设,事业单位运营;2.政府投资建设,招标或委托企业运营;3.由企业实行特许经营。

我国传统的垃圾处理设施属“政府投资建设,事业单位运营”。此模式对于卫生填埋、堆肥等技术条件要求相对较低的处理方式较为适用。对于垃圾焚烧项目,地方政府通常受技术水平与人才资源的限制,难于自建自管。因此,采用“政府投资建设,招标或委托企业运营”的方式,取得了较好的效果,“企业实行特许经营(BOT模式)”的方式广为应用。采用BOT模式有推动垃圾焚烧项目的建设进程,提高运作效率,引进国外先进技术等有利方面。但同时也存在一些弊端,比如(1)夸大处理规模和装机容量,以充分利用国家允许的20%加煤量政策,争取更多的发电量和发电收益;(2)运营商在实际运营中也会增加辅助燃料的用量,增加成本;(3)在财务评价分析中,通过加大上网电量收入,名义上降低政府处理费补贴;(4)通过加大单位处理投资规模,减少实际资本金投入;(5)政府需要支付更高的成本。从BOT模式项目建设环节看,还有前期风险和工程总承包的风险。当项目进入移交阶段时,遇到的风险也会更明显。

市场调查分析表明,目前在能源用户中存在大量技术上可行、经济上合理的节能技改项目,垃圾焚烧厂也在其中。从市场经济较成熟的国家的节能事业发展的经验和我国的实际情况来看,我国已有的节能机构和潜在的投资者完全可以通过“合同能源管理”新模式与垃圾焚烧厂合作,实施节能项目,并从中获得利润与发展。

4.3 可行性分析

4.3.1 经济可行性

现在我国垃圾焚烧厂主要的收益来自售电收入和政府补贴两个方面,以国内企业化运作的垃圾焚烧厂为例,收益率大多在8%～12%[4]。如果采用合同能源管理模式,不仅会产生额外的节能效益,还会促进环保产业又好又快的发展。随着国家政策支撑力度的加大,合同能源管理模式应用于我国垃圾焚烧厂,其财务指标将会更加稳健。

4.3.2 技术可行性

在国外,合同能源管理模式经过长期发展已很成熟。国内在引进国外技术的基础上经过消化吸收已经开发出适应我国国情的技术。国内知识产权技术在垃圾焚烧上也已得到较广泛应用。以蓄热式高温燃烧技术为例,将其运用在垃圾焚烧的焚烧炉和余热锅炉上,可将空气、煤气均预热到高温状态,能最大限度地回收出炉废气的余热,大幅度地节约燃料、降低成本,大大减少CO2和NOx的排放量,有利于环境保护,其节能效果达到30%以上,提高产量15%～20%[5]。

4.3.3 政策可行性

我国把节约资源作为一项基本国策,加快建设资源节约型、环境友好型社会,实现可持续发展。为此出台了一系列政策,如:《关于推进城市污水、垃圾处理产业化发展的意见》,积极鼓励余热利用等。这都为合同能源管理模式在垃圾焚烧厂的发展提供了有利的条件。

4.4 案例分析

北京高安屯生活垃圾焚烧厂项目是北京市第一个生活垃圾焚烧发电厂项目,也是北京2008年奥运工程的重点项目。该项目日处理生活垃圾1600吨,垃圾运到厂后不再分类,直接进行焚烧。垃圾焚烧工艺采用往复式机械炉排技术,烟气处理系统采用半干法+袋式除尘器+活性炭喷射系统以及非接触性催化还原脱氮工艺组成的烟气净化工艺。焚烧厂每年将焚烧处理生活垃圾53.3万吨,解决朝阳区一半的垃圾处理量,余热每年可发电2.2亿度,相当于每年节约7万吨标准煤,可为朝阳区200多万城市人口提供环境卫生服务[6]。

北京高安屯生活垃圾焚烧厂项目管理模式采取工程总承包和项目管理相结合的方式。其主要优点是能克服设计、采购、施工相互制约和脱节的矛盾,能有效地对质量、费用和进度进行综合控制,最大程度的减少项目公司的风险。同时委托有丰富垃圾焚烧处理业务经验的工程项目管理公司,从项目的策划、设计到竣工投产全过程为项目公司提供管理服务,有效地弥补项目公司知识和经验的不足。在此引入合同能源管理制度也不失为一种解决类似问题的有效途径。

目前北京高安屯生活垃圾焚烧厂项目的运营是处于可观的状态,但是随着北京市城市人口的不断增加,居民生活垃圾的逐年增长,不将垃圾分类投放回收以提高垃圾资源质量和垃圾循环利用率必将导致所有的垃圾焚烧厂以及其他无害化垃圾处理设施不堪重负,导致生活垃圾不能及时处理,很可能扩大污染。而处理设施的超负荷运转也可能会引起各排放物的增多,设备受损或使用年限缩短,从而也影响垃圾焚烧完全率及增大设备的电力消耗。采用合同能源管理模式,就可以帮助垃圾焚烧厂节能减排从而提高生产效益。同时值得注意的是,北京高安屯生活垃圾焚烧厂的设备是完全向日本株式会社天熊公司定购的进口设备,其运行维护的费用相比国产设备要高的多,难度也大得多,能源服务公司同样可以利用合同能源管理模式与垃圾焚烧厂合作。具体说来就是,能源服务公司具有对国外先进技术与设备熟悉了解的专业人员,派其对设备进行合理而科学的操作监控,并引进国外先进的管理体制对项目进行管理运营,以及对有待改进的设备实施改造,从而提高项目效益,实现双赢。

5 结论

在垃圾焚烧厂中引入合同能源管理模式,不仅可以帮助垃圾焚烧厂节能减排,还有助于垃圾发电的产业化,提高管理效率,减轻政府负担,并带动节能新技术的开发和节能投资市场的壮大,最终形成一个基于市场的节能服务产业大军。鉴于合同能源管理在我国的发展尚属起步阶段,许多中小型能源服务公司尚需积累更丰富的经验与掌握更成熟的技术,他们的自身完善除了加强国际交流、学习国外先进经验外,还需要建立良好的互动机制,这样才能将合同能源管理这一产业做大做强,为建设节约型社会贡献自己的力量。但是无论从经济、技术还是政策上来说,合同能源管理模式在城市生活垃圾焚烧厂的应用都是可行的。

[1] 张晓宇.合同能源管理在中国各行业的发展前景分析[J].辽宁行政学院,2008,10(8):88-90.

[2] 时璟丽,张 成.垃圾焚烧发电技术在我国的应用及发展趋势[J].可再生能源,2005,(2):65-66.

[3] 吴文伟.德国垃圾焚烧管理途径分析[J].城市管理与科技, 2008,(2):70-71.

[4] 张 洁.焚烧技术发展研究及在典型城市的应用分析[J].中国高新技术企业,2008,(19):74.

[5] 刘瑞钧.蓄热式高温燃烧技术的应用[J].资源节约与环保, 2008,(4):40.

[6] 北京首座大型垃圾焚烧厂建成投入试运行 垃圾处理由填埋转向焚烧[J].城市管理与科技,2008,10(4):37.

(2)样品测定

按表1所列参数选择分析线和调试。仪器用冷却纯水调零,吸入空白样和试样,测量其吸光度。扣除空白样吸光度后,从仪器上直接读出试样中的铁、锰浓度(也可从校准曲线上查出试样中的铁、锰浓度)。

(3)校准曲线

吸取混合标准溶液0,0.50,1.00,2.00,3.00, 4.00 ml分别放入六个100 ml(Fe)和50 ml(Mn)容量瓶中,用纯水稀释至刻度,摇匀。此混合标准系列的浓度见表2。

表2 标准系列的配制和浓度

(4)样品铁、锰测定结果见表3。

表3-1 Fe、Mn系列实测结果

表3-2 茶叶铁、锰测定结果

分析过程用质控样(国家环境标样)随机同测,对铁(0.799 mg/L±0.042 mg/L)、锰(1.31 mg/L ±0.05 mg/L)进行测试,结果铁为0.798 mg/L(n =6,RSD%为 2.6%)、锰 1.328 mg/L(n=6, RSD%为2.1%),准确度和精密度较好。

茶叶被人们誉为“21世纪的绿色饮料”,今天喝茶又是人们生活中的必备消费物。茶叶有因它的产地和加工不同它的一些元素含量也不同,我们不管它产自何地,我们饮用时冲泡第一次的茶水去掉(也就是人们喝茶时说的洗茶)。

参考文献:

[1] 国家环保局.水和废水监测分析方法[S](第四版).北京:中国环境科学出版社,2002年10月.

[2] 卓 琳,傅 敏,陈盛明.火焰原子吸收光谱法测定污泥中金属元素含量[J].三峡环境与生态,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

国家大学生创新性实验计划项目资助(项目编号081061116)

夏瑞杰,男,重庆大学城环学院在读,E-mail:beckham_xia@ yahoo.com.cn。