基于环境外部性约束分析垃圾发电与燃煤发电经济效益

华璀

摘要：在环境污染治理刻不容缓的背景下，垃圾发电和燃煤发电都受到了较强的环境约束。文章在对两种项目进行介绍的基础上，分析了不同发电项目受到的环境外部性约束，然后运用生命周期理论对项目外部发电成本进行了运算，最终比较项目经济效益发现垃圾发电更具优势。

关键词：环境外部性约束;垃圾发电;燃煤发电;经济效益

在社会经济加速发展的过程中，电力需求日渐增长与环境污染日益严重形成了巨大矛盾。在国家提出节能减排要求的背景下，以燃煤发电为主的能源消费结构需要面临环境外部性约束。而垃圾发电项目的建设，同样需要面对环境问题。从环境约束角度加强二者经济效益分析，能够为清洁发电技术的运用指明方向。

一、垃圾发电与燃煤发电

（一）垃圾发电

垃圾发电项目将城市固体垃圾当成是燃料，通过特制燃烧锅炉进行焚烧，然后借助蒸汽轮机发电。从垃圾发电项目特点来看，能够实现垃圾的资源化处理。通过分类处理和高温燃烧，能够将热能转化为动能，带动发电机发电。焚烧温度在900℃～1100℃之间，能够将垃圾中的病原菌杀灭，实现垃圾的无害化处理。经过焚烧后的灰渣仅占原本体积的5%，可以使垃圾得到减量化。将转化得到的电能用于生产生活，可以创造节能效益。因此垃圾发电项目在各国广受好评，有助于能源节约和环境污染治理。但就实际情况来看，垃圾项目未能得到合理建设和运营将产生大量的为废气、废水和残渣，处理不当将给环境带来二次污染。如在焚烧站工艺中，就要利用烟气净化设备对焚烧产生的二氧化硫等污染物进行处理。未能按照要求配备合规设备将导致气体直接进入大气，引发环境污染。而垃圾发电项目在污染物处理上要求严格，设备、设施配备将带来一定成本，并且提出了较高管理要求。

（二）燃煤发电

燃煤发电目前是主要的火力发电方式，将煤炭当成是燃料进行发电生产。利用燃煤产生的热能加热水，能够得到蒸汽，带动蒸汽机旋转，将热能转化为机械能。在汽轮机的带动下，发电机可以运转，将机械能转化为电能。在燃煤发电项目建设过程中，需要完成电站建造、运行，并进行煤炭生产、加工和运输。从电站设备构成上来看，包含锅炉、汽机等，运行过程中将产生二氧化碳、二氧化硫等污染物。大型发电项目通常燃烧煤粉，以便使燃煤效率得到提高。结合这一需求，通常需要配备磨煤机等设备，利用风机进行煤粉吹送。燃烧后形成的热烟气将经过烟道流动释放热量，最后进入除尘器等设备加强治理。按照节能环保要求，需要对除尘系统、烟气治理设施等加强管理，对污染物排放浓度定期检测。一旦发现超标问题，还要投入资金加强处理和改造，在提高煤炭利用率的同时，使污染排放得到有效控制。

二、环境给发电项目带来的外部性约束

（一）垃圾发电的环境约束

城市化进程的不断推进，使得城市产生的垃圾日渐增多。部分城市甚至出现了垃圾围城问题，给人们的生产生活带来了极大困扰。而垃圾焚烧项目的建设，能够为实现垃圾资源化提供有效路径，同时也能满足人们日渐增长的电力需求。但相较于其他发电项目，垃圾发电项目容易引起社会公众对环境问题的担忧。为加强该类项目管理，生态环境管理等部门出台了相关法律法规，通过环境评价对项目加强约束，确定项目是否符合国家产业发展和环境保护等方面的要求。按照《生活垃圾焚烧发电建设项目环境准入条件（试行）》规定，明确提出禁止在环境保护区域建设垃圾焚烧等发电项目。而在保护区以外的区域，建设垃圾发电项目也需要满足城市在水保护、大气治理、土地规划等各方面的要求。在项目监管方面，明确提出运行后项目环境质量达到功能区要求。针对环境质量无法达到标准要求的地区，要求项目投产前应制定并落实有效的污染排放削减方案，达到推动地区环境质量提高的目标。从人居角度，要求垃圾发电项目与生活区、农用地等至少保持300m的距离。受环境因素制约，垃圾发电项目建设通常需要配备烟气净化等设施，确保烟气中的污染物含量能够达到排放标准要求。针对项目开展环境风险评价，需要确定项目污染物排放是否超标。

（二）燃煤发电的环境约束

长久以来，煤炭占据国家能源消费比重的65%～70%。而大量燃煤发电项目的建设，给环境带来了严重污染。因为燃煤将产生大量二氧化碳、PM2.5等污染物，成为了碳排放的主要来源。为加强燃煤发电项目的污染物排放控制，国家从2012年开始制定了燃煤发电超低污染排放标准，使得项目建设、运行受到了较大的环境约束。发展至2017年，中国火电装机容量已经达到11.06亿kW。在污染物排放控制方面，國家制定的标准也日趋严格。按照《全国实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》要求，计划在2020年，全部燃煤电厂能够达到烟尘排放浓度不超10mg/m3，氮氧化物排放浓度不超50mg/m3，二氧化硫排放浓度不超35mg/m3等要求。实际上在欧美国家，燃煤发电尚未达到如此低的标准。因此对于燃煤发电厂来讲，需要不断引进烟气处理、污染治理等方面的先进技术，并承担相应的环境污染治理成本，导致其经济效益受到影响。此外，在与国际接轨的过程中，国家对碳排放提出了更高要求。而在二氧化碳排放方面，燃煤发电做出的“贡献”占据了较大比例。因为煤炭生产加工和燃煤发电运行等各个环节都将产生碳排放，促使其受到了较强的碳排放约束。所以在环境保护已经成为基本国策的背景下，燃煤发电行业不得不达到降耗减排目标，对原本设备设施进行改造，确保国家节能减排计划得到贯彻执行。

三、基于环境外部性约束的垃圾发电与燃煤发电经济效益分析

（一）分析方法

从环境约束角度对发电项目外部成本展开分析，能够加强项目经济效益比较，从中选择效益更显著的项目，为发电行业转型升级发展提供依据。在实际分析过程中，考虑到项目建设、运营的各个阶段都将产生环境污染问题，接受相应的外部性约束，因此还应从生命周期角度对项目经济效益展开评价，确保项目外部成本得到准确反映。结合这一目标，需要采用生命周期评价方法，系统化进行项目外部成本评价。采用该方法，需要对项目运行整个活动过程产生的能耗和污染物排放情况展开分析，完成环境影响评价。评价燃煤发电和垃圾发电两个项目，需要分别完成相关数据的收集，加强项目外部成本估算。目前，欧洲一些国家在产品环境影响估算方面都采用生命周期评价方法。如在城市垃圾管理研究方面，就开展了生命周期评价。借鉴国外先进经验，在对垃圾发电项目和燃煤项目展开经济比较时，可以结合污染物排放相关数据完成生命周期评价。按照方法运用思路，需要从产品原材料获取开始，对产品生产、加工、使用等各个过程产生的影响展开评价。针对发电项目，需要从能源开发、加工、运输等环节开始，对整个产业链生产、加工等过程产生的环境影响展开评价。

（二）项目评价

1. 评价对象

明确评价范围后，需要确定评价对象。在燃煤发电项目评价方面，可以1000MW超临界发电机组为例，对电厂建设、运营各个过程展开评价。该机组发电水平处于行业领先地位，能够通过零能耗脱硫实现污染有效治理，同时也能利用低温热能回收技术解决硫腐蚀问题。项目在废水处理等方面，采用了回收处理技术。在废渣处理上，通过与第三方企业合作实现资源回收利用。从总体上来看，项目污染治理水平较高，能够实现废水和废渣的零排放，因此可以从空气污染物排放角度对项目环境影响展开评价。

在垃圾发电项目选择上，可以二段式垃圾焚烧炉工艺模式为例。该项目建立在城市垃圾低热值、高水分的基础上，能够通过炉排炉等先进技术提高资源利用率。从产业链运行角度来看，包含焚烧发电、余热发电和污染治理三部分，为从环境影响角度加强项目经济比较，主要对发电阶段外部成本展开分析。从垃圾回收开始，直至污染治理，需要采用分散性控制系统加强生产管理，保证各种资源、能源得到高效利用。此外，采用焚烧烟气净化系统实现污染治理，能够使项目达到清洁生产水平，保证排放值达到相关标准要求。

2. 评价模型

实际对项目展开评价，需要对项目污染物排放数据进行获取。根据项目排放清单，能够确定不同污染物的排放情况。根据污染物环境影响类型，对其给环境带来的影响潜值进行分析，能够确定污染物做出的贡献。结合发电项目特点，在项目环境影响方面做出贡献的应包含粉尘、酸化、富营养化和全球变暖，得到：

YEP（j）=∑YEP（j）i=∑Q（j）i-YEP（j）i

其中，YEP（j）为环境影响潜值，Q（ji）指的是第i种污染物排放量，YEF（ji）则为第i种污染物的第j种环境影响当量因子。完成不同污染物环境影响潜值计算，然后实现标准化处理，能够加权得到平均值，最终得到项目生命周期每发1kWh电量产生的总环境影响。在实际分析时，可以采用中科院结合国情提出的权重因子和数据处理基准值。具体来讲，就是二氧化碳权重因子为0.83，二氧化硫权重因子为0.73，粉尘权重因子为0.61，对应的基准值分别为8700、35和18。

（三）结果与讨论

1. 评价结果

如表1所示，为发电项目生命周期环境影响评价结果。从总体来看，垃圾发电项目环境影响潜值能够达到5.95E-05人当量，燃煤发电项目为4.41E-04人当量。根据结果可知，对于垃圾发电项目来讲，整个建设、运行过程中主要受酸化因子的影响，需要加强二氧化硫等污染物的排放控制。在燃煤发电过程中，主要受到粉尘排放因素影响。相比较而言，垃圾发电环境影响更小，与燃煤发电相差一个数量级。从这一角度来看，在发电行业节能发展过程中，可以将垃圾发电项目看成是清洁能源，但是依然需要加强环境影响控制。

2. 发展建议

根据分析结果可知，从环境约束角度来看，垃圾发电的外部成本更低。在国家对发电行业提出严格节能环保要求的背景下，燃煤行业未来将面临较大的运营压力，如果建设燃煤发电项目势必要承担较高经济成本，使得项目效益获取面临较大不确定性。从行业转型升级发展层面制定战略决策，还应加快推进垃圾发电等清洁生产项目的建设，促使产业结构得到调整，迎合国家战略要求。从本质上来讲，垃圾发电项目带有公益性，原本目的在于解決城市垃圾治理问题，促使项目建设、运营将得到政府支持，获得更多利润来源。为鼓励项目建设推广，政府可以出台优惠电价和补偿费等政策，减少项目建设和运营成本，促使项目在获得一定社会效益的同时，能够获得可观经济效益。但为加强项目运营约束，还应出台相关法律法规对项目污染排放问题进行控制，督促建设、运营单位严格按照要求加强污染监测和排放控制，避免给环境带来二次污染，继而使项目取得可持续发展。

四、结语

综上所述，在建设发电项目的过程中，还应认识到项目未来将受到日渐严重的环境外部性约束，导致项目建设、运营产生的外部成本随之增加。为确保项目建设、运营能够带来更多经济效益，还应从生命周期角度加强项目成本分析。从实践分析结果来看，相较于燃煤发电项目，垃圾发电项目在环境污染控制和能源消耗两方面具有明显优势，能够满足发电行业的产业结构转型要求。

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（作者单位：广州环投福山环保能源有限公司）