通过对合肥市中节能公司垃圾焚烧发电项目的研究，首先利用改进的CDM方法学计算2016~2021年该项目产生的温室气体排放量，然后用灰色预测模型对2022~2035年该项目产生的温室气体减排潜力进行预测。预测结果显示：该项目产生的温室气体减排量随着年份的增长不断增加，其中，基准线排放量总是高于垃圾焚烧发电的直接排放量；垃圾焚烧发电的温室气体直接排放量为主要排放源，间接排放和替代排放占比较小，但总体作用使得减排总量呈现逐年上升的趋势，说明未来存在一定的减排潜力。

垃圾焚烧发电，温室气体，减排潜力，CDM方法学

Bin Wang, Xiangqian Wang^*

School of Economics and Management, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui

Received: Sep. 12^th, 2022; accepted: Oct. 12^th, 2022; published: Oct. 24^th, 2022

Based on the research of the waste incineration power generation project of Zhong Energy Saving Company in Hefei, the GHG emissions generated by the project from 2016 to 2021 were calculated by using the improved CDM methodology, and then the GHG emission reduction potential generated by the project from 2022 to 2035 was predicted by using the grey prediction model. The prediction results show that the greenhouse gas emission reduction generated by the project increases with the growth of the year, and the baseline emission is always higher than the direct emission of waste incineration power generation. Direct greenhouse gas emissions from waste incineration and power generation are the main emission sources, while indirect emissions and alternative emissions account for a relatively small proportion. However, the overall effect makes the total emission reduction increase year by year, indicating that there is a certain potential for emission reduction in the future.

Keywords:Waste Incineration Power Generation, Greenhouse Gases, Emission Reduction Potential, CDM Methodology

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“低碳”问题是当今世界关注的热点，也是人类社会共同面对的挑战。不断加快的城市化进程导致城市生活垃圾越来越多，在城市生活垃圾的处理过程中会产生多种温室气体。其中甲烷和二氧化碳对温室效应的贡献都比较大，同时氮氧化物在大气中的停留时间可达上百年，这些气体的产生对地球的增温效应十分明显。传统的垃圾填埋处理及占用土地资源又容易造成土壤污染，而垃圾焚烧发电技术的提出能够有效解决土地浪费及土壤污染为题，同时垃圾焚烧产生的温室气体排放远小于填埋处理。

自2017年以来，国内的生活垃圾约为2.1亿多吨，人均生活垃圾约为155 kg，并且随着城市生活水平日益增长，每年的生活垃圾排放量的增长速率约为3.78% [1]。国内一线及二线城市均面临“垃圾围城”问题，且日益严重。我国垃圾处理方式目前以垃圾填埋为主，该处理方式通常不仅会占用土地资源，并且该处理方式降解产生的CH₄为温室气体，对生态环境存在较大影响。根据第三章分析情况来看，2021年合肥市城市生活垃圾清运量高达209.71万吨，接近2016年清运量的1.5倍，人均年产量为264.56 kg，城市生活垃圾清运量逐年增大。就清运量增长率来看，2016~2021年间，合肥市城市生活垃圾清运量年均增长率为7.77%，增长率总体呈逐年增长趋势。因此，合肥市的生活垃圾日益增长占用的土地资源与环境污染的问题亟需解决。为了有效控制城市生活垃圾处理产生的温室气体排放，本文以合肥市中节能公司为例，对城市生活垃圾焚烧发电项目的温室气体减排潜力进行研究。

我国主要的垃圾处理方式为堆肥、垃圾填埋、垃圾焚烧发电，学者Murray等 [2] 研究表明对垃圾进行“压榨预处理 + 干组分焚烧 + 湿组分厌氧发酵”的综合处理方式，可以得到的温室气体减排潜力最大。但该种方式需要对垃圾进行充分的分类，成本较高，目前不适用于我国。朱文婷 [3] 将垃圾填埋和垃圾焚烧发电的温室气体减排角度进行比较，得出应提高垃圾焚烧发电的使用比例。此外，我国学者还通过不同方面、不同角度对垃圾焚烧发电的温室气体减排进行研究。夏树林等 [4] 将垃圾焚烧发电厂分为多个层次，对不同层次的减排潜力进行研究，结果表明渗透液处理工艺的温室气体减排潜力最大；潘玲阳 [5] 通过层次分析法对不同城市化阶段的垃圾处理方式和温室气体减排进行研究，城市化后期和中期阶段的城市适合采用垃圾焚烧发电技术的综合管理体系；于涛等 [6] 以垃圾焚烧厂为例，对固定设施排放源的直接排放、间接排放和避免排放进行核算，研究认为降低塑料类生活垃圾入炉比例是减少垃圾焚烧发电温室气体排放的关键因素之一。与此同时，我国学者还通过多种方法对垃圾焚烧发电引起的温室气体减排量进行计算。杨卫华等 [7] 分别用CDM方法学和LCA方法对垃圾焚烧发电的温室气体减排量进行核算，得出LCA在我国发展较迟，我国没有还没有建立完善的数据库，因此，CDM方法学更适合我国研究的结论；何品晶等 [8] 采用UOD表格法分析了垃圾焚烧发电不同环节的温室气体减排贡献和影响其排放的主要因素，生活垃圾中化石碳对减排量的贡献最大，降低生活垃圾的含水率、提高垃圾可发电量是我国通过垃圾焚烧发电进程温室气体减排的关键途径。

通过对国内外相关文献的回顾，不能直观的反映垃圾焚烧发电所带来的温室气体减排量；我国对于垃圾焚烧发电的温室气体减排潜力研究较少，研究垃圾焚烧发电的温室气体减排潜力，对提高垃圾焚烧发电技术带来的温室气体减排效果有重要的意义。基于此，本文在垃圾焚烧发电对温室气体减排的潜力进行研究，不仅弥补了缺少对垃圾焚烧发电单方面研究的缺陷，同时还为未来能源的可持续发展提供参考。

本文所采用的减排潜力模型是结合UOD表格法的理念进行改进的CDM方法学，即将温室气体减排量分为基准线情景下的排放量、间接排放、直接排放和替代排放四个部分，避免间接排放在垃圾焚烧发电项目过程中的重复计算，然后将基准线情景下的温室气体排放与垃圾焚烧发电的温室气体排放的直接排放、间接排放和替代排放量相比较得到垃圾焚烧发电导致的温室气体减排量 [9]。其中垃圾焚烧发电项目边界中所包含的温室气体如表1所示。

表1. 垃圾焚烧发电项目边界中所包含的温室气体

根据上述垃圾焚烧发电项目边界对温室气体的划分，城市生活垃圾焚烧发电的温室气体减排量的计算公式如下：

E = B E − D E − I E + S E (1)

式中E (Emission reductions)表示城市生活垃圾焚烧发电的温室气体减排量 [10]，BE (Baseline displacement)表示基准情景下温室气体排放量，DE (Direct emissions)表示垃圾焚烧产生的直接排放量，IE (Indirect emissions)表示垃圾焚烧过程中产生的间接排放量，SE (Substitution emissions)表示焚烧发电活动项目替代发电的排放量。

1) 基准线排放量

基准线温室气体排放量是指城市生活垃圾在填埋情况下产生的CH₄排放量，具体计算如公式(2)所示：

B E = φ × ( 1 − f ) × G W P CH 4 × M S W × D O C × D O C f × F 1 × M C F × 16 12 × ( 1 − O X ) (2)

BE表示城市生活垃圾进行填埋处理情况下甲烷排放量，φ为模型修正系数，f为垃圾填埋场中甲烷捕获率，GWP为垃圾焚烧排放的温室气体CH₄全球变暖潜势值，MSW表示城市生活垃圾处理量，DOC表示城市生活垃圾中有机碳含量，本项目中有机碳含量为43%，DOC_f表示垃圾中可降解有机碳含量比重，F₁表示填埋产生气体中甲烷所占比重，MCF为甲烷修正因子，OX为氧化因子。

2) 直接排放量

直接排放量是指城市生活垃圾在焚烧过程中产生的温室气体排放量，具体计算表达式为：

D E = P E COM-CO 2 + P E COM-CH 4 -N 2 O (3)

DE为垃圾焚烧产生的温室气体直接排放量， P E COM-CO 2 表示城市生活垃圾焚烧过程中二氧化碳排放量， P E COM-CH 4 -N 2 O 表示城市生活垃圾焚烧过程中甲烷和氮氧化物气体排放量。

P E COM-CO 2 = M S W × ( 1 − ω ) × D O C × 44 12 (4)

P E COM-CH 4 -N 2 O = M S W × E F CH 4 × G W P CH 4 + M S W × E F N 2 O × G W P N 2 O (5)

公式(4)中， ω 表示城市生活垃圾含水率,本项目含水率为25%。公式5中，EF为城市生活垃圾焚烧过程中温室气体排放因子，GWP为垃圾焚烧排放的温室气体全球变暖潜势值。本项目在焚烧后产生的CH₄温室气体量极少，故在计算中可忽略不计。

3) 间接排放量

间接排放量是指垃圾焚烧发电项目在运行过程中消耗电力、辅助燃料等产生的温室气体排放量，具体计算公式如下：

I E = P E F C + P E E C (6)

公式(6)中，IE表示城市生活垃圾焚烧过程中排放温室气体间接排放量，PE_FC表示城市生活垃圾焚烧过程中消耗化石燃料产生的排放量，PE_EC表示城市生活垃圾焚烧过程中消耗电力产生的排放量，本项目焚烧使用的电量均来自自身发电，故该排放量为0。

P E F C = M F C × N C V F C × E F F C (7)

式(7)中，M_FC为化石燃料消耗质量，NCV_FC为化石燃料燃烧热值，EF_FC为化石燃料排放因子。本项目的辅助燃料为柴油和天然气。

4) 替代排放量

替代排放量是指不采用垃圾焚烧项目进行发电时，所替代的化石能源发电产生的温室气体排放量，计算公式为：

S E = G E × E F E C × ( 1 + T D L ) (8)

式(8)中，SE表示城市生活垃圾焚烧过程中排放温室气体替代排放量，一般为负值，GE表示城市生活垃圾焚烧发电上网量，EF_EC表示电网排放因子，TDL为输电线平均线损。

本文采用灰色预测模型对合肥市2022~2035年的城市生活垃圾产生量进行预测，模型构建如下：

1) 设基本数据数列为 X t ( t = 0 , 1 , 2 , ⋯ , n ) ，对数列 X t 进行累加，得到新数列如下 [11]，

Y t = ∑ i = 0 t X t (9)

对公式进行均值化处理得公式(10)：

Z t = Y t + Y t − 1 2 (10)

2) 用 Y t 求得一阶线性微分方程并求解，得灰色预测模型GM(1,1)为：

Y ^ t = ( X 0 − μ a ) e − a ( k − 1 ) + μ a , ( k = 1 , 2 , 3 , ⋯ , n ) (11)

公式(11)中 μ 表示模型灰色作用量，a表示发展灰数，根据最小二乘法计算得出参数为：

μ = ∑ t = 1 n Z t 2 ∑ t = 1 n X t − ∑ t = 1 n Z t ∑ t = 1 n X t Z t n ( ∑ t = 1 n Z t 2 ) − ( ∑ t = 1 n Z t ) 2 (12)

a = ∑ t = 1 n X t Z t − n ∑ t = 1 n X t Z t n ( ∑ t = 1 n Z t 2 ) − ( ∑ t = 1 n Z t ) 2 (13)

3) 计算 X t 的估计值为：

X ^ t = Y ^ t − Y ^ t − 1 (14)

当预测误差不大于5%时即模型的预测精度大于95%，说明预测精度很好，可使用公式(14)进行预测。

本文以合肥市中节能公司为例对城市生活垃圾焚烧发电项目产生的温室气体排放量进行了估算，并对未来该项目在城市生活垃圾处理上的减排潜力进行了预测和分析。得出结论如下：

1) 合肥市城市生活垃圾焚烧项目，不仅实现了城市生活垃圾的无害化和减量化，改善了合肥市城市生活垃圾处理手段单一低效的现状，还能减少火力发电厂和生活垃圾填埋场的温室气体排放，该项目在2016~2021年之间的运行期间，平均每年可发电264751.98 MWh，通过发电带来的年均碳减排效益将达到59.87万吨，说明垃圾焚烧发电项目具有一定的减排潜力。

2) 与已有研究相比，本文改进了CDM方法学用来计算各阶段温室气体排放量，并利用灰色预测模型对未来城市生活垃圾产生量和垃圾焚烧发电项目产生的温室气体减排潜力进行预测。预测结果显示城市生活垃圾产生量总体呈现上升趋势；城市生活垃圾焚烧发电项目产生的温室气体减排量也随着年份的增长不断增加。

3) 根据历史数据对中节能公司2022~2035年城市生活垃圾焚烧发电的温室气体减排量进行预测，研究表明：基准线排放量总是高于垃圾焚烧发电的直接排放量；垃圾焚烧发电的温室气体直接排放量为主要排放源，间接排放和替代排放占比较小，但总体作用使得减排总量呈现逐年上升的趋势，说明未来存在一定的减排潜力，这对于我国实现节能减排、减少温室气体排放的目标有所助益，对于温室气体减排研究提供了一定的参考。

基金项目：高校学科(专业)拔尖人才资助项目(项目编号：gxbjZD2021051)。

王 斌,王向前. 合肥市垃圾焚烧发电温室气体减排潜力研究The Study on Greenhouse Gas Emission Reduction Potential of Waste Incineration Power Generation in Hefei[J]. 可持续能源, 2022, 12(02): 9-18. https://doi.org/10.12677/SE.2022.122002