8固體廢棄物焚燒發電對天津溫室氣體總量減排的貢獻分析

8固體廢棄物焚燒發電對天津溫室氣體總量減排的貢獻分析 气候变化能力建设 温室气体减排与固废污染协同减排的成 本效益分析 天津大学环境学院 2011年12月 摘 要 固体废弃物处理有巨大的温室气体减排潜力，中国在2007年编制的《中国应对气候变化国家》中将加强城市固体废物管理作为减缓温室气体排放的重点领域之一。由此可见，城市固体废弃物在全球温室气体排放中的重要作用已经引起了多方重视。本文根据中国城市固体废弃物的构成与其含量，主要进行焚烧发电、填埋气发电两种城市固体废弃物处理方式的温室气体减排成本效益分析。 城市固体废弃物处理产生的温室气体主要包括CO、CH、NO三种，其中242CH产生的温室效应为CO的21倍，NO产生的温室效应为CO的310倍。通4222过单位城市固体废弃物碳排放量计算，可以得出卫生填埋每吨固体废弃物通过质量平衡法计算其碳排放为1.529t CO当量，一阶衰减法由半衰期不同(7.5a、5a、2 2.5a)分别排放1.673、1.862、1.978 t CO当量;而焚烧每吨固体废弃物排放0.448t 2 CO当量。所以，在没有后续发电项目时卫生填埋的碳排放高于焚烧。 2 填埋气发电项目的每吨城市固体废弃物通过质量平衡法核算的CO减排量2为1.68t，一阶衰减法由半衰期不同(7.5a、5a、2.5a)可计算CO减排量分别为21.065t、1.26t、1.467t。焚烧供电项目每吨城市固体废弃物的CO减排量为1.21t。 2 成本-效益分析选取天津市两个固体废弃物处理项目:天津市滨海新区汉沽固体废物焚烧发电项目和天津双口固体废物填埋场填埋气发电。城市固体废弃物焚烧发电项目总成本包括初始投资和运营与管理费用，为1492.65百万元。不考虑外部性即废弃物处置收益，替代能源收益包括售电收益与售热收益为699.02百万元。总城市固体废弃物处理量为10百万吨，总碳减排量为12.1百万吨。城市固体废弃物填埋气发电项目总成本为134.31百万元。替代能源收益包括售电收益，为109.04百万元。总城市固体废弃物处理量为7.39百万吨，总碳减排量为12.42百万吨。 比较可以发现两种处理方式各有优缺点: (1)焚烧发电的减排协同效应要低于填埋气发电; (2)焚烧发电的减排的成本要高于填埋气发电; (3)焚烧发电的减排发电收益要高于填埋气发电。 以天津市2005年为例，如果产生的固体废弃物全部填埋，温室气体排放量为314.97万吨CO当量。天津市人口密度高，土地紧张，最适合的固体废弃物2 处理方式为焚烧发电，目前填埋产生的温室气体占固体废弃物处置排放温室气体总量的68,。如果将来所有的固体废弃物全部焚烧发电，温室气体减排量为249.26万吨CO当量。 2 根据IPCC2006年清单提供的参数测算，天津市2005年能源和工业过程共排放CO:109.41百万吨。如果天津能减排总量的10,，那么固体废物减排可2 以占减排总量的25,，此结果与欧盟15国固体废弃物领域减排量占总减排量的 29.7%这一比例比较接近。 目 录 引 言.............................................................................................................. 1 1 国内外研究现状和应用情况 ........................................................................ 2 1.1 城市固体废弃物的温室气体排放研究..............................................................................2 1.2 课题目标和研究内容在国内外实现情况..........................................................................2 1.3 课题技术路线和技术指标在国内外实现情况..................................................................3 1.4 课题成果的应用成效及国内外比较分析..................................................................3 1.5 环境成本效益分析综述......................................................................................................3 1.6 环境政策成本效益分析框架..............................................................................................5 1.6.1 影响分析.................................................................................................................... 5 1.6.2 成本有效性分析........................................................................................................ 5 1.6.3 损害评估.................................................................................................................... 5 1.6.4 收益,成本分析........................................................................................................ 5 1.7 温室气体环境政策的成本效益评估..................................................................................7 1.7.1 理论基础.................................................................................................................... 7 1.7.2 国内外温室气体减排政策成本效益分析研究综述................................................ 8 1.7.3 各类环境政策成本效益分析.................................................................................... 9 2 技术路线 .................................................................................................... 12 3 碳排放监测 ................................................................................................ 15 3.1 收集运输阶段....................................................................................................................15 3.2 处理阶段............................................................................................................................15 3.2.1 填埋处理的碳排放监测.......................................................................................... 15 3.2.2 焚烧处理的碳排放监测.......................................................................................... 17 4 碳核算方法 ................................................................................................ 18 4.1 上游间接排放拟采取的核算方法....................................................................................18 4.2 操作过程直接排放拟采取的核算方法............................................................................19 4.3 下游间接排放拟采取的核算方法....................................................................................20 5 操作过程直接排放核算——中国 ............................................................... 21 5.1 填埋处理............................................................................................................................21 5.1.1 质量平衡方法.......................................................................................................... 21 5.1.2 一阶衰减(FOD)模式.......................................................................................... 22 5.2 焚烧处理............................................................................................................................23 5.3 温室气体排放量分析........................................................................................................24 5.3.1 本文温室气体排放量分析...................................................................................... 24 5.3.2 填埋温室气体排放量比较分析.............................................................................. 25 5.4校验.....................................................................................................................................26 5.4.1 可降解有机碳含量IPCC缺省值的校验............................................................... 26 5.4.2 IPCC推荐模型的校验及半衰期对结果的影响..................................................... 29 6 IPCC推荐方法减排量核算——以天津为例 ............................................... 31 6.1 填埋处理............................................................................................................................31 6.1.1 质量平衡方法.......................................................................................................... 31 6.1.2 一阶衰减(FOD)模式.......................................................................................... 32 6.2 焚烧处理............................................................................................................................33 7. 废弃物处理成本效益分析 ......................................................................... 35 7.1 概述..................................................................................................................................37 7.1.1 城市固体废弃物焚烧发电成本和收益................................................................ 37 7.1.2 城市固体废弃物填埋气发电成本和收益............................................................ 39 7.2 成本和效益比较..............................................................................................................41 8 固体废弃物焚烧发电对天津市温室气体总量减排的贡献分析 .................. 44 9. 讨论与政策建议 ........................................................................................ 44 9.1 几点讨论............................................................................................................................44 9.2 政策管理建议....................................................................................................................45 引言 引 言 根据主要经济体提交UNFCCC的1990-2007年温室气体排放数据(不含市场转型国家和LULUCF)，欧盟15国的减排数据显示虽然废弃物领域的排放量仅占2007年总排放量的2.76%，但是其减排总量却分别占到同年度减排总量的29.7%。研究德国1990年和2007年温室气体排放情况，可以发现仅占德国总排放量3.33%的废弃物领域的减排量占总减排量的11.18%，减排率达到71.5%，而且其中94.12%的减排是通过固体废弃物的处理实现的。上述研究数据表明固体废弃物处理有巨大的温室气体减排潜力。中国在2007年编制的《中国应对气候变化国家方案》中将加强城市固体废物管理作为减缓温室气体排放的重点领域之一。由此可见，城市固体废弃物在全球温室气体减排中的重要作用已经引起了多方重视。 选择合适的处理方式不仅可以减少固体废物对局地环境的影响，还可以减少温室气体的排放，节约化石能源，减缓气候变暖。这种在控制局域污染物的排放过程中减少温室气体的效应，被称为协同效应。本文根据中国城市固体废弃物的构成与其含量，主要对焚烧发电、填埋气发电两种城市固体废弃物处理方式进行分析，测算出减排固体废弃物同时带来的减排温室气体的协同效应，并且以天津市滨海新区汉沽固体废物焚烧供电CDM项目、天津双口固体废物填埋场填埋气发电CDM项目为例，通过IPCC2006温室气体清单提供的计算方法计算其温室气体排放量和减排量，并比较两种方法的经济成本与效益，对其温室气体减排进行成本效益分析。研究结论显示:两种城市固体废弃物处理方式的单位减排净成本比较结果为焚烧发电大于填埋气发电，但由于其焚烧发电方式占地面积小、选址容易，比较适用于用地紧张的天津市，据本文估算天津市固体废物焚烧发电的减排潜力比例可以占到未来总减排量的25,左右。 1 国内外研究现状和应用情况 1 国内外研究现状和应用情况 1.1 城市固体废弃物的温室气体排放研究 近年来，国内外在城市固体废弃物处理方式的温室气体排放方面有一定的研究。 政府间气候变化专门委员会编制的《2006年IPCC国家温室气体清单指南》提供了城市固体废弃物焚烧、卫生填埋和堆肥等处置方法的温室气体排放量计算方法学和相关排放因子参数。潘玲阳、叶红等(2010)，分析研究了北京市2001-2007年生活垃圾卫生填埋、堆肥和焚烧发展过程中直接和间接的温室气体排放量变化。研究发现虽然堆肥具有相对低的单位排放量，但由于市场等方面的原因，堆肥在北京生活垃圾处理中的比重并不大，2007年处理的垃圾量不到无害化总处理量的7%。2007年填埋产生CH总量约48万t，若50%回收利用，其4 发热量相当于约40万t管道煤气，具有很大的节能减排潜力。焚烧垃圾进行供热或发电的技术在国内外正蓬勃发展，也是节能减排的有效途径。陈移峰、蒲舸等(2007)，通过分析填埋气发电、厌氧堆肥沼气发电、垃圾焚烧回收能源项目流程与边界，得到了垃圾处理温室气体减排项目的减排基准线和温室气体减排量的计算公式。阳晶、马晓茜(2006)，以深圳下坪垃圾填埋场为例，定量分析垃圾填埋气体发电的温室气体减排效益。结果表明填埋气发电技术具有较好的环境效益，装机容量为7MW的填埋气发电技术CO减排量平均可达50665吨/年，售2 CERs(核证减排量)收入平均可达1056万元/年。胡秀莲、姜克隽等(2002)，以城市生活垃圾焚烧发电技术为案例，基于三个基准线，应用增量成本分析方法，计算垃圾焚烧发电作为CDM(清洁发展机制)项目的单位碳减排成本范围在127.8-158美元/t-C之间。 1.2 课题目标和研究内容在国内外实现情况 国外的碳排放核算和温室气体排放清单编制工作分多层次多领域展开，大到国家、区域层次，小到城市、行业、企业层次。在行业层次上主要是针对行业特点编制温室气体排放清单。温室气体清单需要严格按照一系列被广泛承认的原则和指南编制。国际上不同地区和行业计算温室气体排放的基本原则和前提假设不同，导致了排放量计算结果差异很大。此外，国内外对于温室气体的监测体系都还不完善，我们国家也缺乏针对温室气体的监测技术规范，监测数据的缺乏导致碳核算方法中参数的选取缺乏依据，迫切需要针对不同行业温室气体排放的特点选择合理的核算方法，并制定适合本行业的温室气体排放清单。 2 国内外研究现状和应用情况 国内外对于城镇生活垃圾碳排放的核算研究虽然很多，但缺乏系统化，本专题的研究力求在前人研究的基础上，减少城镇生活垃圾碳排放核算的不确定性，提出一套相对规范且完备的城镇生活垃圾处理系统碳核算方法，并选取典型区域编制城镇生活垃圾处理系统全生命周期碳排放清单，推进固体废弃物处置领域的温室气体清单编制工作的规范化。 1.3 课题技术路线和技术指标在国内外实现情况 生活垃圾(MSW)等城市固体废弃物在处理过程中的碳排放是温室气体的重要来源。为制定具针对性的生活垃圾碳减排策略，国内外学者研究了填埋、焚烧等不同处理方式的碳排放规律,并分别采用生命周期评价方法(LCA)、联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的推荐方法，以及基于清洁发展机制(CDM)的核算方法，对生活垃圾处理技术以及整个处理系统进行碳排放核算和分析。 在核算不同城市生活垃圾处理方式的碳排放时，以LCA方法居多。虽然LCA能够全面考虑垃圾处理全过程中的碳排放，理论上更为全面、合理，但由于诸多清单数据难以获得，在实际应用当中还存在许多问题，特别是由于参数选择的不同会导致核算结果有很大的差异。IPCC的核算方法主要是集中在垃圾的处理阶段，虽然该方法仅考虑直接排放，但是其核算模型是众多学者研究成果的集合，对于模型的参数选择和不确定性分析比较规范，可以将其核算方法与LCA核算方法结合，对LCA方法核算进行完善和修订。特别在选择排放因子时，本专题的研究将尽可能地通过实地调研或者监测，得到准确反映不同条件下城镇生活垃圾排放特征的排放因子。 1.4 课题计划成果的应用成效及国内外比较分析 随着城市化的加剧和人口的快速增加，中国各城镇都面临生活垃圾的量在不断增大的压力，如何能减少垃圾对环境的影响是中国各类城市都面临的问题，本专题提出城镇生活垃圾处理系统碳核算方法将为评估城镇生活垃圾处理技术低碳化程度提供工具，为制定城镇生活垃圾管理政策提供科学依据，将有助于促进中国城镇生活垃圾温室气体减排技术和低碳管理模式的发展。 1.5 环境成本效益分析综述 环境成本效益分析，是指在对投资项目进行可行性研究时，不仅要对项目进行传统意义的经济核算(包括财务核算和国民经济核算)，而且在经济核算时，将项目在建设和生产过程中所造成的环境影响以及产品在消费和消费后处理过 3 国内外研究现状和应用情况 程中对环境的影响也考虑在内，根据影响的正负效益将其量化(货币化)成成本和收益进入成本——效益分析模型中。 法国人杜波伊特(Jules Dupuit)在1844年撰写题为《市政效用的衡量》的时，提出了“消费者剩余”的概念，并指出市政工程的效益所产生的影响，一般来说和市政工程计划产生的直接收入不是一回事。由于这一概念的提出，他被称为成本效益的思想之父。 1805年加拉丁(Albert Gallatin，杰弗逊总统的财政部长)在一份关于运输规划的报告中强调:“为了美国这样一个新建立国家的利益，需要比较水利建设的费用和效益”。于是美国联邦水利机构开始运用成本效益分析方法来对水资源进行投资评价。水资源成了成本效益分析的最初应用领域。 1946年，美国联邦机构流域委员会任命了一个费用效益分委员会，协调联邦各个部门效益成本分析的具体工作。1950年，这个分委员会发表了一个里程碑式的报告，题为《关于流域规划经济分析实践的建议》。这份报告在用于经济分析时是成熟的，并为水资源领域的研究和思索奠定了理论基础。在众多的有关公共开支的报告中，它也是独树一帜的。时至今日，它仍不失为指导水利规划成本效益分析不断发展的总体原则，被称为“绿皮书”。 在“绿皮书”之后，一些研究和学术团体又陆续发表了一批优秀著作。如:埃克斯坦(Eckstein)的《水资源发展:计划评价的经济学》(1958年)，以其对于联邦机构成本效益分析实践认真的评论和批评而格外引人注目。赫斯克雷弗(Hirschleifer)、得黑文(Dehaven)和米利曼(Milliman)发表的《水的供给:经济学技术和政策》(1960年)，对一些原则做了清晰说明并应用于几个重要案例。1962年，麦斯(Maass)和他的合作者在哈佛撰写了《水资源系统设计》一书，深入的讨论了系统分析和计算机技术在成本效益分析领域内的应用。 在此以后，成本效益分析技术一直在不断地进步并且逐渐发展到水资源以外的领域。米香(Mishan)1976年出版的一本书认为:“传统成本效益分析的主流不是与水有关的研究，而是在其他领域的应用。” 1987年美国国家环境和发展研究所为多边借贷机构—世界银行和亚洲开发银行所做的“依赖生物圈”的研究表明，必须用经济的术语，即在账面上向馈赠者和借贷者传达对环境影响重大的事情，而不是关于环境污染、土壤侵蚀或物种消失的定性陈述。研究报告得出的结论认为在环境评价的理论方面研制并采用可靠的、较长时间的成本和效益评价方法是一项紧迫的任务。这标志着成本效益分析正式开始了其环境领域的运用。上世纪80年代以来，成本效益分析开始被用于环境政策的评价领域。 4 国内外研究现状和应用情况 1.6 环境政策成本效益分析框架 1.6.1 影响分析 影响分析包括环境影响分析与经济影响分析。 1. 环境影响分析又称环境影响评价，是指对拟议中的国家政策实施后可能对环境产生的影响(后果)进行的系统性识别、预测和评估。环境影响评价的根本目的是鼓励在规划和决策中考虑环境因素，最终达到更具环境相容性的人类活动。 2. 经济影响分析研究的是某一事物对经济系统的整体或局部产生的影响。例如: (1)环境管制对就业的影响; (2)环境法规对环保产业的影响; (3)保护湿地法案对社区人口增长和税收的影响; (4)环保法规对经济增长率的影响; (5)二氧化碳控制工作对穷国及富国的影响。 1.6.2 成本有效性分析 成本有效性分析研究的是给定目标的情况下，计算实现这一目标的各种方法的成本。 其中治理成本取决于污染控制技术的成本有效性。政府在对污染治理目标作出有力的公开承诺前，有必要首先进行成本有效性分析。 1.6.3 损害评估 损害评估包括:资源价值损失价值、恢复成本。 损害评估的步骤如下: (1)确定资源质量的初始水平; (2)确定可供选择的恢复资源方法的成本; (3)确定环境资源损失的价值。 1.6.4 收益,成本分析 1. 收益 收益-分本分析的第一部分是收益分析，即环境损害的估价。 其分析步骤如下: 5 国内外研究现状和应用情况 (1)确定损害函数; (2)测量排放量; (3)运用扩散模型确定周边环境质量受影响的程度; (4)估计上述周边环境水平下的影响; (5)确定这些影响的价值。 常用方法有:人力资本法、生产率变动法、内涵资产定价法(房屋价格)、 问卷调查法。 2. 成本 收益-分本分析的第二部分是成本分析，即分析治理的成本。包括如下几个 部分: (1)工程设施的成本 以污水厂为例，其工程设施的成本包括建设费用与年度费用。 • 建设费用 – 处理厂本身; – 输送设施; – 污泥处理。 • 年度费用 – 运营及维护费用 • 泵站; • 处理厂; • 污泥处理。 (2)地方法规的成本 为了分析地方法规的成本，现在假设存在一个大果园，这个大果园的用途是 发展经济以解决就业问题。地方法规规定要果园减少杀虫剂使用量，分析其法规 成本如下: • 增加生产费用 – 费用转移到消费者身上; – 费用转移到生产者身上、工人身上。 • 倒闭 – 工人失业; – 工人转移到其他的工作岗位。 (3)行业管制的成本 假设一批造纸企业被要求削减一定比例的排污量，政府想预测这一规定会对 这些企业的生产成本造成怎样的影响。其分析步骤如下: 6 国内外研究现状和应用情况 – 了解企业详细情况; – 企业会采用什么样的技术; – 如何改进内部的生产过程; – 用调查表进行成本调查。 (4)国家层面上的成本 • 短期: 首先，由于总资源中的一部分被用来控制污染，不仅需要把企业的污染控制成本相加还需要把各个产业之间的相互影响考虑进去。 其次，通过价格机制进行分析。分析由于价格变化导致的需求变化、产量变化和就业变化。 • 长期: 分析环境法规如何影响资本积累和技术变革。 运用宏观经济模型进行分析。 (5)其他成本 环境成本:大多数排放量削减项目都是基于一定介质的，同一项目在其他介 质中的排放总量可能会增加。 执行成本:政府需要投入资源来监督企业及个人的行为。 另外，政策法规成本还需要考虑人对法规的反应。例如对于某个项目，实施法规以前的成本为100元，未来不实施法规情况下的成本为120元，未来实施法规情况下的成本为150元。由此可以看出在计算成本时还要考虑人的反应。 1.7 温室气体环境政策的成本效益评估 1.7.1 理论基础 成本效益分析的主要理论基础是:以经济学的价值理论来评估政策、规划方案、建设投资决定的成本和效益，除了私人成本和利益外，同时也有外在成本(和效益)内在化，从而提供了比较客观的政策评估工具和方法。 成本可以包括时间、人手、交易、资金和资产投入的各类成本，都可以统一以经济价格为度量单位;效益包括不同主体如社会、群体、个人效益，也可以以经济价格为度量单位。以成本效益计量方法为分析工具，每一个政策或者项目不同方案的成本效益都可以系统地分析比较，得到一个清晰和有科学立据支持的决定。 目前对环境政策的成本效益分析主要停留在理论层面，很少有实证研究，对于成本效益的实证研究多集中在某项环境治理工程方面，对于环境标准变化的成 7 国内外研究现状和应用情况 本效益分析国内研究很少。 表1-1 成本效益分析在环境科学领域的研究现状 理论实证研究类别 例子 研究 研究 1. 低碳城市规划建设_成本效益分析 2. 成本效益、政策机制与生态恢复建设的可持续发展,整体视角 环境政策 多 少 下对我国生态保护建设工程及政策的评价 3. 成本效益分析与美国政府的能源决策 4. 绿色建筑成本效益评价研究 1. 北京市城市雨水利用的成本效益分析 2. 基于GIS查询的生态重建模式构建及其成本效益分析_以贵州环境治理少 多 省猫跳河流域为例 工程 3. 运用LCA方法分析污水再生处理的成本效益 4. 上海地区大型公共建筑中水工程成本效益分析 环境管理体系认证审核的成本效益_对企业实施国际标准ISO14000s的调环境标准 少 少 研 1.7.2 国内外温室气体减排政策成本效益分析研究综述 联合国IPCC于1996年发表的第三工作组报告，介绍如何用成本效益分析方法评价减排方案。其基本结论包括:(1)成本效益分析有其长处及短处，但它是目前决策者比较熟悉的方法;(2)成本效益分析适用问题包括:多少温室气体需要减排、用什么方法进行减排及谁应该减排。但报告也指出成本效益分析在面对宏观远景的时间跨度分析有其不确定性。IPCC 提出研究减排的成本效益分析方法可以包括3方面:估计边际成本、估计边际效益及计算增量成本。 近年国际上最有影响力的碳排放经济报告是2006年发表的《斯特恩回顾:气候变化经济学》报告。此报告从经济学角度论述了全球气候变化带来的经济损失及相关的减排成本，斯特恩回顾报告中推算全球控制碳排放不同手段及在未来经济发展情景下的边际成本和边际效益，提出由今天到2050年的发展期间内，如果社会维持今天的发展方式不作出控制碳排放措施，碳排放的边际成本为USD85/tC(2006年的价格)。如果全球有能力把大气中的二氧化碳量固定在450,550ppm二氧化碳当量，边际社会成本会下降到USD25,30/tC。 英国政府2002发表的碳排放社会成本报告。报告是英国政府环境、食物及农村事务部发表。是提供给英国国内不同政府部门和专业估计碳排放的社会成本 8 国内外研究现状和应用情况 依据。此报告分析不同的前期碳排放边际成本成果，明确指出要以成本效益分析框架作为政策手段及项目评估的基本方法，及使用边际成本的概念，提出英国政府所有部门使用统一口径的“社会碳价值”(Social cost of carbon)。最后建议最实际的边际成本值应该可以采用GBP70/tC(70英镑/吨碳)，但同时考虑把上限值设在GBP140/tC及下限值设在GBP35/tC。 国内对于碳排放的边际成本也有不同的研究成果。清华大学发表用宏观模型分析中国碳排放控制的成本提供了这方面的内容。报告研究中国减碳排放的边际成本曲线，提出成本约在USD12/tC,USD216/tC之间，分别满足不同减碳排放的指标值。前者的指标为在2000-2050年要减低5%碳排放量，而后者代表45%减排指标。此文献同时提供了其他近期对中国边际减碳排放成本研究的比较，不同研究的结论有重大分歧，减碳排放在20%,30%幅度间，2010的成本为USD14,USD167/tC 不等。 1.7.3 各类环境政策成本效益分析 11. 各部门温室气体减排政策综述 1)能源领域 (1)增加可再生能源比例; (2)提高能源利用效率; (3)建筑节能。 2)工业过程领域 工艺过程改进(钢铁产业中转炉改电炉等)。 3)交通领域 (1)生物燃油; (2)道路基础设施建设; (3)推广公共交通。 4)废弃物领域 (1)减少废弃物产生量; (2)增加市政基础设施建设。 2. 热点温室气体减排政策成本效益分析(可以考虑进行成本效益分析的环境政策) (1)碳关税 成本:国内出口成本上升、信息成本(统计产品含碳量)、实施成本(定税 1 根据《温室气体排放环境监管能力建设国际经验及政策建议》报告整理得到。 9 国内外研究现状和应用情况 率、海关收税)。 效益:碳减排(环境效益)、新技术。 研究可行性:研究的人多，文献多，争议多，敏感。 (2)绿色建筑(或者建筑节能等) 成本:设计成本、建设成本、维护、使用成本、认证成本。 效益: ?环境效益 a) 室内环境:建材污染、家具污染; b) 室外环境:温室气体排放。 ?经济效益 a) 节地; b) 节水:节水型器具、雨水收集利用、水循环系统; c) 节材; d) 节约能源:自然通风、天然采光、保温设计; e) 减少运营管理成本。 ?个人舒适度 研究可行性:研究集中在理论层次，实证研究少，如果进行实证研究需要做节能建筑的人配合拿到数据。 (3)可再生能源 成本:建设、运行成本。 收益:环境效益，节能、减少二氧化碳。 研究可行性:可以研究可再生能源的发电增量成本，这方面有一些研究，关键是确定研究范围，可以估算全国在发电中不同可再生能源比例情景下带来的成本效益变化。 (4)碳税(环境保护税) 成本:企业成本、信息成本、实施成本(增设税种)。 效益:新技术、环境改善。 研究可行性:集中在理论层次，已有的研究人员多，文献多，争议多，研究比较敏感。 (5)生活垃圾填埋场或污水处理厂(标准变化或者是处理率的变化) 成本:为新标准变化而增加的建设、运行费用。 收益:减少温室气体排放、节约能源。 研究可行性:实证研究比较多，但分析其温室气体减排的内容比较少。可以分析不同处理率情景下对温室气体减排的影响，或者是不同工艺标准要求下对温 10 国内外研究现状和应用情况 室气体减排的影响，主要是估算其成本(可以用钱来表示)，而收益(主要集中在温室气体减排方面，用温室气体减排量来估算)。 11 技术路线 2 技术路线 对城镇生活垃圾分类收集、运输以及处理情况进行调研，考虑城镇生活垃圾的主要成分、区域分布情况、随季节变化情况、典型运输工具、运输距离以及终端处理方式的差异，布设有代表性的采样点，监测各环节的碳排放，最终得到典型垃圾组分、处理环节的碳排放因子，力求反应城镇生活垃圾碳排放的平均水平。 根据生活垃圾数量以及组分的变化设定采样时间，分析所采样品的组成、分布和流向特征，监测垃圾在不同分类收集方式下通过气、液等形式的碳转移，获得碳排放数据;对垃圾运输方式和距离进行统计，分析运输过程中垃圾成分及单位运输距离对碳排放的影响;针对原生垃圾收集及运输垃圾中转，设定采样点监测、计算碳排放量，考察垃圾混合组分对碳排放的影响;掌握城镇生活垃圾最终处理方式以及各种方式所占比例，布设采样点分析垃圾处理厂中垃圾的组成、分布特征并对不同处理方式下的碳排放进行监测。 在城镇生活垃圾处理系统碳排放监测基础上统计分析各个监测对象碳排放量以及总排放量，确定城镇生活垃圾处理系统全生命周期主要碳排放源。采用生命周期评价法(LCA)核算城镇当前生活垃圾处理系统碳排放水平、研究碳循环和转化规律，编制城镇生活垃圾处理系统全生命周期碳排放清单。 IPCC方法提供了估算源自固体废弃物处置场所(SWDS)的CH排放的三4种方法，描述如下: 方法1:方法1的估算基于主要采用缺省活动数据和缺省参数的IPCC FOD(一阶衰减)方法。 方法2:方法2采用IPCC FOD方法和一些缺省参数，但需要有关SWDS当前和历史废弃物处置的优质特定国家活动数据。应当有10年或更多年的基于特定国家统计资料、调查或其他类似来源的历史废弃物处置数据。需要有关SWDS已处理量的数据。 方法3:方法3基于优质特定国家活动数据的使用(参见方法2)和FOD方法的使用，FOD方法具有国家制定的关键参数，或测量得出的特定国家参数。清单编制者可采用特定国家方法，这些方法的质量等同或高于上述所定义基于FOD的方法3的质量。关键参数应当包括半衰期、甲烷产生潜势或废弃物中的可降解有机碳(DOC)含量以及分解的DOC比例。上述这些参数可基于测量。 12 技术路线 开始 是否可以获采用使用特定 国家关键参数取有关历史是否可以是 是 和优质国家活和当前废弃获取特定动数据的特定物处置的优国家模式国家方法，来质特定国家或参数, 估算排放量。 活动数据, 框3:方法3 收集当前废弃物 处置数据，根据指 南估算历史数据。 采用使用缺省否 参数和优质特否 是 定国家活动数 据的IPCC FOD方法，来陆上处置固估算排放量。 体废弃物是 否为关键类框2:方法2 别, 采用使用缺省 数据的IPCC 否 FOD方法来估 算排放量，以 补充缺失的特 定国家数据。 框1:方法1 图2-1 IPCC方法源自固体废弃物处置场所的CH排放的决策树 4 CDM项目的方法学采用经批准的垃圾填埋气项目活动的整合基准线方法学 ACM0001，该方法适用于垃圾填埋气收集项目活动。相较于IPCC方法，CDM 项目的方法学增加了由基准线排放计算减排量的部分。其基准线情景是垃圾填埋 气部分地或全部向大气层排放。而CDM项目活动包括以下情况: (1)被收集的气体在火炬燃烧放空。 13 技术路线 (2)被收集的气体用于生产能源(例如电能/热能)，但并不要求计入由此 2替代或避免其他能源带来的减排量。 (3)被收集的气体用于生产能源(例如电能/热能)，并要求计入由此替代或避免其它能源带来的减排量。在此情况下，应提供被替代的电能和/或热能所对应的基准线方法或已被批准的方法学，包括ACM0002“可再生能源发电并网的整合基准线方法学”。如果发电容量低于15MW，和/或所替代的热能少于54TJ (15 GWh)，则可以运用小型项目方法学。 应用成本效益分析的方法。成本有效性分析法是把减排温室气体而产生的社会、经济效益从实物量变成价值量，以温室气体减排量作为经济效益的目标，对所有能够实现这个温室气体减排量目标的对策方案进行成本分析，从中比较选择出成本最小的对策方案。 成本计算公式为: ,t，，CMIr,,，+1,，， (2-1) t，，t 式中:C为项目全生命周期总成本，百万元;t为项目总生命周期，年;M为项 [25]目初始总投资，百万元;I为第i年运营与管理费用，百万元;r为折现率，8%。由于税费只是在国家内部的费用转移，故不将其列入成本计算范围。 2 尽管不要求计入由此替代或避免其他能源带来的减排量, 所有可能的财务收入和/或排放泄漏仍然应纳入所考虑的分析范围. 14 碳排放监测 3 碳排放监测 城镇生活垃圾处理处置主要排放的三种温室气体CO、CH、NO。三种气242体中除了甲烷有比较规范的环境监测技术方法，其他两种气体目前都缺乏规范的监测技术。因此重点对CH进行监测，对CO和NO排放量的监测主要依靠对422 垃圾组分的分析和能耗数据进行核算。 3.1 收集运输阶段 主要调研城镇生活垃圾收集分类的方式，随季节变化的垃圾量、垃圾运输方式，包括运输车辆类型、垃圾运输量，计算垃圾运输的距离、每百公里油耗等。根据运输过程的能耗核算CO排放量，此阶段一般时间较短，生活垃圾还没有2 进入酸化产甲烷阶段，不需要对甲烷进行监测。 3.2 处理阶段 主要针对城镇生活垃圾的两种主要处理方式:焚烧和填埋。 3.2.1 填埋处理的碳排放监测 填埋处理方式的监测主要根据《生活垃圾卫生填埋场环境监测技术要求(GB/T 19772-2008)》规定的采样点布设、采样频率等要求，设置监测点，确定合适的取样方法，对填埋气的组成进行监测、对CH的排放速率进行监测、对4 垃圾组成成分进行分析。 生活垃圾产生温室气体主要为甲烷。垃圾填埋后，由于微生物的活动，垃圾中的可降解有机成份被逐渐分解，这一过程可大致分为五个阶段:水解/好氧降解阶段、水解/发酵阶段、酸化阶段、产甲烷阶段、氧化阶段。垃圾中CH排放4基于一阶衰减方法。此方法假设，在CH和CO形成的整个数十年里，废弃物42 中的可降解有机成分(可降解有机碳，DOC)衰减很慢。如果条件恒定，CH4产生率完全取决于废弃物的含碳量。因此在沉积之后的最初若干年里，在处置场沉积的废弃物产生的CH排放量最高，随着废弃物中可降解有机碳被细菌(造4 成衰减)消耗，该排放量也逐渐下降。由此可见，甲烷的产生过程主要与垃圾中可降解有机碳的含量和降解的半衰期有关，半衰期主要受垃圾组成、填埋条件、气象条件的影响，半衰期通过监测单位时间内的产气量可以确定。 具体监测指标和方法如下: (一)可降解有机碳的监测 监测样品应从6类不同垃圾产生源分别采集，这些采样点包括商业区、居民 15 碳排放监测 生活区、事业区、清扫区、特殊区和混合区。测定垃圾容重后将大块垃圾破碎至粒径小于50mm的小块，摊铺在水泥地面充分混和搅拌，再用四分法缩分2(或3)次至25—50 kg样品，置于密闭容器运到分析场地。样品含碳量的测定分析方法采用重铬酸钾容量法中的外加热法。在外加热的条件下(油浴温度为180?，沸腾5分钟)，用一定浓度的重铬酸钾—硫酸溶液氧化样品中有机碳，剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁来滴定，从所消耗的重铬酸钾量，计算有机碳的含量。将其录入上位机工作站作为参数。 (二)温室气体排放量的监测 情况一:填埋作业阶段，无甲烷收集系统 填埋作业以台阶为单元，每1个台阶高度约12.5m;分两层填埋，每1层高度为6.0m，中间覆土层厚约30cm。完成1个台阶的填埋后即进行终场覆盖，覆土层厚度约1 m，边坡坡度1:3。用静态箱法进行甲烷含量监测，静态箱顶部设取样口和测温口，固定部分埋置在覆土层中，测试时将箱盖插在水封槽内，注水密封。分别在0、10、20、30、40min从气体取样口取样;取样同时记录箱内温度，以校正气体浓度。气样中甲烷的体积分数用气相色谱分析测试。 情况二:封场阶段，无甲烷收集系统 采取抽气实验法测定，抽气实验分为静态实验和动态实验两个阶段，静态实验过程包括测量所有实验井在进行抽气前填埋气的自然压力和甲烷含量，动态实验采用在集气井抽气并测量抽气负压和气体成分, 同时在监测井监测气体的压力和成分变化的方法。实验包括三部分:第一部分为在多口集气井同时抽气时测量相关的数据;第二部分为分别单独测试集气井的最大抽气流量及抽气压力;第三部分为在每天开始进行抽气实验前监测各井的静态压力。集气井的气体流量与抽气压力基本上呈线性关系。其比值的大小与所在地区垃圾的填埋时间和填埋厚度有关。同时，通过安装压力探头，确定抽气的影响范围。 情况三:有甲烷收集系统 运用德图testo350Pro烟气分析仪对收集井甲烷浓度进行监测。在收集井出口处截面增加测样装置段，从测样段下端与收集井的结合处进气，上端出气输入收集管等，并于侧面设置测样口和温度口，结合德图testo350pro烟气分析仪的烟气探针和温度探头(K型)型号大小设计可闭合测样口和温度口。测量将时testo350Pro烟气分析仪与动态箱进行连接，直接进行现场监测，方便快捷，避免样品采集、运输带来的误差。德图testo350Pro配有各种传感器，可测量各种气体的烟气参数，最多可同时测量6种参数。也可测量差压，计算烟气流速/流量，以及各种气体烟气年排放量。标配的烟气探针长700mm，耐温500?。监测所得数据可通过数据接口进行传输。 16 碳排放监测 流量传感器配置如下: 流量传感器采用原装进口智能涡街流量计，共四套，表头有液晶显示瞬时流量及累计流量，瞬时流量按量程输出4-20MA电流信号给流量积算仪表, 精度0.5%。 甲烷气体分析仪三地采集时序控制系统配置: 甲烷气体分析仪三地采集时序控制系统可以实现一套气体分析仪采集三地气体CH浓度，节省投资成本，该系统采用西门子S7系列PLC进行控制，其采4 集的总管、发电管道、火炬管道的CH浓度信号通过对零压电磁阀的时序控制4 实现连续测量，其中发电管道的CH浓度信号通过信号配电分配器输出给发电4 机组用于机组控制。 流量积算仪表采用原装进口WP系列积算仪，其可采集温度，压力及流量信号，瞬时流量及累计流量为经过温度压力补偿后的标况流量。 这些现场测量仪表系统测得的数据通过数据服务中心发送至上位机工作站。由产生所得气体的垃圾总量通过上位机工作站可以计算出单位重量垃圾在单位时间内的产气量。该数据用于效核垃圾降解半衰期的取值。 3.2.2 焚烧处理的碳排放监测 焚烧处理方式的监测主要是根据《城市生活垃圾采样和物理分析方法(CJ/T 3039-95)》对垃圾焚烧厂炉前储坑的垃圾进行垃圾组成成分分析，核算化石碳的含量，结合焚烧时添加的辅助燃料量和用电量，核算CO的排放量。 2 17 碳核算方法 4 碳核算方法 目前对于固体废物温室气体排放量的核算方法主要基于IPCC温室气体排放清单中提供的方法和LCA的方法。IPCC主要是针对处理阶段的温室气体排放进行核算，LCA的方法则包括了垃圾处理全过程中的碳排放，可用于计算一个项目、一个地区或者一个国家范围的碳排放，机制更为合理。本研究拟针对垃圾焚烧和填埋两种主要城镇生活垃圾处理方式，提出城镇生活垃圾处理系统全生命周期碳排放核算方法，选取实例编制其全生命周期碳排放清单。 图4-1中列出了填埋、焚烧2种处理方式的主要流程。 电能、燃油 处理工艺所需材料 LCA系统边界 上游间接排放 操作过程直接排放 下游间接排放 GHG 填埋气 填埋 发电 灰渣 MSW 蒸汽 收集运输 发电 GHG 焚烧 烟气、 处置 飞灰、渗滤液 残余物 产生电能代替煤电 图4-1 生命周期评价系统边界设定 将城镇生活垃圾整个系统的温室气体排放按来源分为上游间接、操作过程直接和下游间接排放3类。操作过程直接排放是指垃圾填埋产生的填埋气和垃圾及助燃剂在焚烧炉内燃烧形成的CO;上游间接排放主要包括垃圾收运过程以及设2 备运行和办公耗电;下游间接排放包括填埋气和焚烧发电上网的温室气体减排，填埋场渗滤液和垃圾焚烧烟气、飞灰处理及固体残渣等二次污染物后续处置过程中的温室气体排放。 4.1 上游间接排放拟采取的核算方法 根据调研得到的数据核算收集运输每吨垃圾化石能源消耗量和耗电量，作为活动水平，采用IPCC提供的化石能源碳排放因子的缺省值和中国区域电网基准线排放因子，将活动水平和排放因子相乘得到此阶段的碳排放量。 18 碳核算方法 4.2 操作过程直接排放拟采取的核算方法 填埋处理方式。参考IPCC提供的一阶衰减(FOD)模式，并结合实际对甲烷气体和垃圾组分的监测数据和相关研究成果对其缺省参数进行修订，重点提出不同条件下参数的选择原则。具体核算方法为: CH的计算: (4-1) E,DDOC,F,16/124CH4mdecompT 式(4-1)中:E为T年填埋城市固体废弃物的CH排放量，t;DDOCCH44m decopT为T年分解的DDOC，t;F为产生的垃圾填埋气体中的CH比例，结合调研和m4 实际监测数据确定;16/12为CH/C分子量比率。 4 一阶反应中，结果量始终与反应材料数量成比例。这意味着，废弃物材料沉积固体废弃物处置场所的年份与每年产生的CH量无关。只有当时在场所的分4 解材料总质量起作用。这也意味着，如果我们知道起始年份固体废弃物处置场所中分解材料的数量，则每一年皆可视为估算方法中第一年，基本的一阶计算的完成可采用这两个简单的公式，而衰减反应开始于沉积之后那年1月1日。 T年末固体废弃物处置场所累积的DDOCm: k, (4-2) DDOC,DDOC，(DDOC,e)maTmdTmaT1, T年末分解的DDOCm: k, (4-3) DDOC,DDOC,(1,e)mdecompTmaT1, 式(4-2)和(4-3)中:T为清单年份;DDOC为T年末固体废弃物处置maT 场所累积的DDOCm，t;DDOC为(T-1)年年终时固体废弃物处置场所累maT-1 积的DDOC，t;DDOC为T年沉积到固体废弃物处置场所的DDOC，; kmmdTm为反应常量，k=ln(2)/t/年，t为半衰期时间。 1/21/2 在一阶衰减模型中，垃圾降解的半衰期是影响填埋气体产量变化趋势的关键参数，模型推荐的取值范围为5~10 a，具体数值应根据实际情况确定。 焚烧处理方式。主要核算燃烧化石碳来源的生活垃圾排放的温室气体(CO2和NO)。 2 EMSWWFdmCFFCFOF,,,,,,,()44/12,COjjjjj2jCO的计算: (4-4) 2 ,6E,,MSWEF,10,GWPNONONO222NO的计算: (4-5) 2 E,E，EGHGCONO22 (4-6) 19 碳核算方法 WFE式(4-4)中:为焚烧城市固体废弃物的CO排放量，t;为固废中2jco2 dm成分j的百分比，根据调研和实测的数据得到;为成分j中的干物质百分比;j FCFOFCF为成分j的干物质中总碳的比例;为矿物碳在总碳中的比例;为jjj 氧化因子，取100%;44/12为CO/C分子量比率。 2 E式(4-5)中:为焚烧城市固体废弃物的NO排放量，t;为焚烧MSW2NO2 EF的城市固体废弃物质量，t;为NO的排放因子，取IPCC缺省值50gNO/t22NO2 城市固体废弃物;GWP为NO产生的温室效应与CO相比的倍数，取310。 N2O22 (1-6) E,FUD,CEFfudfud 式(4-6)中:FUD为焚烧时添加的辅助燃料量，t;CEF为辅助燃料燃烧fud时的CO2排放系数。 4.3 下游间接排放拟采取的核算方法 减排量的核算。对于固体废弃物处理项目的温室气体减排量的核算主要是基于CDM项目方法学。无论焚烧还是填埋气收集都可以用来发电，节省化石能源，达到减排的目的。这部分核算主要采用生活垃圾处理后对外输出的电量乘上当地发电的CO平均排放系数。 2 二次污染物后续处置碳排放的核算。垃圾焚烧过程中的烟气、飞灰、底渣等的处理选用文献推荐的处理工艺，运用该工艺处理1t垃圾焚烧产生的烟气、飞灰、底渣等带来的碳排放如表4-1所示，其余运行过程的电耗计入自耗电部分。 表4-1 烟气、飞灰、底渣、渗滤液处理带来的碳排放 处理过程 选用的处理方法 碳排放/kg 烟气净化 喷雾干燥法 18.73 飞灰稳定化 绿矾稳定化 1.28 底渣处置 磁力分选+破碎+分选 0.29 20 操作过程直接排放核算——中国 5 操作过程直接排放核算——中国 5.1 填埋处理 填埋气的主要成分是CH和CO，各占50%左右，其他气体如O、N、HS、42222 烷烃和芳烃等含量极少。但由于这部分的CO排放量是源自生物质的碳排放，2不计入其碳排放量。所以城市固体废弃物填埋的CO排放量为0，计入核算温室2气体为CH。 4 5.1.1 质量平衡方法 由于半衰期要根据实际情况确定，下文先采用质量平衡方法进行CH的核4 算。 1. CH的计算 4 E,,,,,MSWDOCr(16/12)0.5 (5-1) CH4 EMSW式(5-1)中:为卫生填埋场产生的甲烷，t;为填埋的城市固体CH4 废弃物总量，t;为城市固体废弃物中含可降解有机碳的百分比，DOC r;为垃圾中可降解有机碳的分解百分率，IPCC推荐为77%(定DOCdmDOC,,,jjj 为常数);16/12为CH/C分子量比率。 4 表5-1 城市固体废弃物构成 纺食物纸张/木橡胶/塑金玻其 织垃圾 纸板 材 皮革 料 属 璃 它 品 WF垃圾构成(%)() 26.2 18.8 3.5 3.5 1 14.3 2.7 3.1 7.4 j 有机碳占j成分百分比 15 40 43 24 39 0 0 0 0 (%)() dmDOC,jj 总碳占j成分百分比 15 41.4 43 40 56.28 75 NA NA - dmCF,(%)() jj 矿物碳(总碳-有机碳)占j成分 0 1.8 0 16 16.8 75 0 0 - dmCFFCF,,百分比(%)() jjj 根据表5-1的数据可由质量平衡方法计算得出每吨城市固体废弃物的可降解 21 操作过程直接排放核算——中国 有机碳DOC的含量为0.14185t，从而得出每吨城市固体废弃物填埋的产CH量4为0.0728t，由于CH产生的温室效应为CO的21倍，相当于排放了1.529t CO422当量。 表5-2 城市固体废弃物卫生填埋产气量质量平衡方法计算参数 单项目 数值 依据 位 14.185 % IPCC东亚数据 DOC r77 % IPCC缺省值 5.1.2 一阶衰减(FOD)模式 1. CH的计算 4 (5-2) E,DDOC,F,16/12CH4mdecompT 式(5-2)中:E为T年填埋城市固体废弃物的CH排放量，t;DDOCCH44m decopT为T年分解的DDOC，t;F为产生的垃圾填埋气体中的CH比例，结合调研和m4实际监测数据确定;16/12为CH/C分子量比率。 4 k, (5-3) DDOC,DDOC，(DDOC,e)maTmdTmaT1, k, (5-4) DDOC,DDOC,(1,e)mdecompTmaT1, 式(5-3)和(5-4)中:T为清单年份;DDOC为T年末固体废弃物处置maT 场所累积的DDOCm，t;DDOC为(T-1)年年终时固体废弃物处置场所累maT-1 积的DDOC，t;DDOC为T年沉积到固体废弃物处置场所的DDOC，; kmmdTm为反应常量，k=ln(2)/t/年，t为半衰期时间。 1/21/2 在一阶衰减模型中，垃圾降解的半衰期是影响填埋气体产量变化趋势的关键参数，模型推荐的取值范围为5~10 a。而中国垃圾中厨余的比例较高，故半衰期较短。计算时取半衰期为7.5a、5a、2.5a。计算时长取20年。 表5-3 一阶衰减计算卫生填埋1t城市固体废弃物CH产气量(20年) 4 t 7.5a(t) 5a(t) 2.5a(t) 1/2 1年 0.008348 0.012242 0.022899 2年 0.007611 0.010657 0.017354 3年 0.006939 0.009277 0.013152 4年 0.006327 0.008076 0.009967 5年 0.005768 0.007031 0.007554 22 操作过程直接排放核算——中国 6年 0.005259 0.006121 0.005725 7年 0.004795 0.005328 0.004338 8年 0.004371 0.004639 0.003288 9年 0.003986 0.004038 0.002492 10年 0.003634 0.003515 0.001888 11年 0.003313 0.00306 0.001431 12年 0.00302 0.002664 0.001085 13年 0.002754 0.002319 0.000822 14年 0.002511 0.002019 0.000623 15年 0.002289 0.001758 0.000472 16年 0.002087 0.00153 0.000358 17年 0.001903 0.001332 0.000271 18年 0.001735 0.00116 0.000205 19年 0.001582 0.00101 0.000156 20年 0.001442 0.000879 0.000118 CH总排放 0.079673 0.088656 0.094197 4 CO当量总排放 1.67314 1.861781 1.978143 2 故由一阶衰减可得出半衰期为7.5年时每吨城市固体废弃物填埋的产CH4量为0.079673t，相当于排放了1.67314t CO当量;半衰期为5年时每吨城市固2 体废弃物填埋的产CH量为0.088656t，相当于排放了1.861781t CO当量;半衰42期为2.5年时每吨城市固体废弃物填埋的产CH量为0.094197t，相当于排放了4 1.978143t CO当量。 2 5.2 焚烧处理 城市固体废弃物焚烧产生的温室气体主要是CO和NO，其中NO产生于222温度约500-950?的燃烧过程。 1. CO的计算 2 假设焚烧过程供氧充足，可燃固废中的碳全部被氧化并以CO形式释放。2由于城市固体废弃物中食物垃圾、木材等垃圾所含碳的最初来源为生物质，从碳平衡的角度看，整个过程为零碳排放，不计入焚烧的排放。只计算其中源自化石碳的排放，则进入焚烧厂的生活垃圾将排放CO的总量为: 2 EMSWWFdmCFFCFOF,,,,,,,()44/12, (5-5) COjjjjj2j EMSW式(5-5)中:为焚烧城市固体废弃物的CO排放量，t;为焚烧2co2 23 操作过程直接排放核算——中国 WFdm的城市固体废弃物总量，t;为固废中成分j的百分比;为成分j中的干jj FCFCF物质百分比;为成分j的干物质中总碳的比例;为矿物碳在总碳中的jj OF比例;为氧化因子，取100%;44/12为CO/C分子量比率。 2j 由表5-1数据，可计算得出进入焚烧厂的每吨生活垃圾将排放CO量为20.432t。 2. NO的计算 2 ,6E,,MSWEF,10 (5-6) NONO22 E式(5-6)中:为焚烧城市固体废弃物的NO排放量，t;MSW为焚烧2NO2 EF的城市固体废弃物质量，t;为NO的排放因子，取IPCC缺省值50gNO/t22NO2 城市固体废弃物。 故进入焚烧厂的每吨生活垃圾将排放NO量为0.00005t，由于NO产生的22温室效应为CO的310倍，相当于排放了0.016tCO当量。 22 表5-4 城市固体废弃物焚烧产气量计算参数 项目 数值 单位 依据 固废中矿物碳含量 11.7914 % IPCC东亚数据 氧化因子 100 % IPCC缺省值 焚烧NO的排放因250 gNO/t固废 IPCC缺省值 2子 5.3 温室气体排放量分析 5.3.1 本文温室气体排放量分析 根据上述介绍与计算结果，将城市固体废弃物卫生填埋和焚烧的温室气体排放情况与核算结果列于表5-5。 表5-5 城市固体废弃物处理温室气体排放情况 单位城市固体废弃物碳排放量 温室气体组成 (tCO当量/t固废) 2 24 操作过程直接排放核算——中国 质量平衡方法 1.529 7.5a 1.673 卫生填埋 CO、CH 245a 1.862 一阶衰减 2.5a 1.978 焚烧 CO、NO 0.448 22 注:IPCC提出卫生填埋产生的CO是源自生物质的碳排放，不计入碳排放量;焚烧只2 计算其中矿物碳的排放量。 由上表，城市固体废弃物处理产生的温室气体主要包括CO、CH、NO三242种，其中CH产生的温室效应为CO的21倍，NO产生的温室效应为CO的4222310倍。填埋气发电产生的CO都是源自生物质的碳排放，不计入碳排放量，焚2 烧发电也只计算其中矿物碳的排放量。通过单位城市固体废弃物碳排放量计算，可以得出在没有后续发电项目时卫生填埋碳排放高于焚烧。 5.3.2 填埋温室气体排放量比较分析 根据IPCC提供的东亚生活固体废弃物的成分组成缺省值，计算得出每吨城市固体废弃物排放的二氧化碳当量。比较此结果与其他研究者的结果可以发现，此结果与阳晶等(2006)、陈移峰等(2007)的结果比较接近，低于赵薇等(2009)、赵磊等(2010)等人的结果，主要是由于本文和陈移峰等(2007)都是采用了IPCC提供的东亚生活固体废弃物成分的参考数据，赵薇等(2009)和赵磊等(2010)的研究主要是基于天津和上海城市固体废弃物的成分来进行的计算(表5-7)，赵磊等人测算的固体废物中塑料的组分比例远大于IPCC提供的东亚数据，而食物固体废物的组分比例低于IPCC提供的东亚数据，所以测算的甲烷气体排放量低于根据IPCC清单测算的温室气体排放。赵薇等人是采用LCA 方法测算的，与本研究在方法上不同，并且LCA测算结果普遍低于根据IPCC测算的结果。 表5-6 不同研究者测算填埋方式温室气体排放量的比较 处理方温室气体单位城市固体废弃物碳排研究者 测算方法 式 组成 放量(tCO2当量/t固废) 楼波等(2006) IPCC1995年清单 填埋 CH 2.37 4 阳晶等(2006) IPCC1995年清单 填埋 CH 1.62 4 陈移峰等(2007) IPCC1995年清单 填埋 CH 1.62 4 赵薇等(2009) LCA方法 填埋 CH 0.65 4 赵磊等(2010) IPCC2006年清单 填埋 CH 0.75 4 25 操作过程直接排放核算——中国 LCA方法 填埋 CH 0.68 4 本研究结果 IPCC2006年清单 填埋 CH 质量平衡方法 1.53 4 7.5a 1.67 一阶衰 5a 1.86 减 2.5a 1.98 表5-7 不同研究者统计的固体废物组分构成 赵磊等(2010) 赵薇等(2009) IPCC东亚数据 (上海) (天津) 食物固体废物 22.1 56.9 26.2 纸张 21 8.7 18.8 木材 4.4 1.9 3.5 纺织品 6.1 2.5 3.5 橡胶 2.2 1 塑料 22 12.1 14.3 金属 1.4 0.4 2.7 玻璃 3.8 1.3 3.1 炉渣和陶瓷 17 16.2 其它 7.4 5.4校验 5.4.1 可降解有机碳含量IPCC缺省值的校验 IPCC推荐材料中将垃圾分为食物垃圾、纸张/纸板、木材、纺织品、橡胶/皮革、塑料、金属、玻璃、其它，共9类。其中含可降解有机碳的垃圾成分主要为食物垃圾、纸张/纸板、木材、纺织品4种，本文上述计算也采用这种分类。可是这与中国城市生活垃圾中含可降解有机碳的成分的分类有所不同。为能取得中国城市生活垃圾切实的可降解有机碳的数值，把中国城市生活垃圾物理组成按以下原则进行划分:(1)将相同性质或相近性质的组成归为一类;(2)结合我国城市垃圾的收集方式进行划分;(3)结合我国城市垃圾的实际产生情况进行划分;(4)按生活习惯，饮食结构进行划分。 划分结果含可降解有机碳的垃圾成分主要为:厨余、纸类、织物、竹木和灰渣。需要说明的是，灰渣主要的构成是扫街土，灰渣约占上述生活垃圾9种组成中“其它”组分的50%。 26 操作过程直接排放核算——中国 1. 利用IPCC缺省值计算温室气体产生量 本文根据IPCC推荐东亚数据可计算得出每吨城市固体废弃物的可降解有机碳DOC的含量为14.185%，因为产生的填埋气中CH和CO的比例分别取50%42 和50%，从而由质量平衡方法得出每吨城市固体废弃物填埋的产CH量为472.8kg，产CO量为200.2kg。 2 2. 根据实际测量DOC计算温室气体产生量 (1)上海实际测量数据 表5-8 上海某垃圾焚烧厂垃圾的组成、水分、灰分、碳含量和DOC 垃圾成分 质量比 水分 灰分 碳含量 DOC 纸 21.0% 63.7% 20.1% 46% 44% 塑料 22.0% 48.7% 14.1% 75% — 橡胶 2.2% 55.0% 14.5% 67% 47% 木块 4.4% 53.5% 23.5% 50% 50% 织物 6.1% 60.8% 9.1% 50% 30% 植物厨余 15.6% 67.3% 21.1% 44% 38% 动物厨余 6.5% 46.8% 17.6% 38% 38% 金属 1.4% 9.0% — — — 玻璃 3.8% 8.0% — — — 渣土、残余物 17.0% 44.0% — — — 注:质量比以湿基计;灰分、碳含量、DOC以干基计;“—”表示为测量或文献中未给出。 生活垃圾的基础数据以在上海取得的样本为准，以1t垃圾为计算功能单位。垃圾样品取自上海某大型生活垃圾焚烧厂炉前储坑，为保证垃圾取样的均匀性，对不同垃圾车辆各倾倒位置分别取样然后混合，再用四分法缩分取样，取样后对垃圾样品进行分析，分析过程下图所示。 27 操作过程直接排放核算——中国 塑料、橡胶、纸、 金属、织物、玻织物 璃、竹木 生活垃圾 滚筒筛 分选机 塑料、橡胶 纸 渣土、厨余、金属、玻璃、石 残余物 头、砖块 图5-1垃圾样品分离流程 根据上表中数据及相关公式计算，可得出: 上海市的城市固体废弃物中含可降解有机碳的百分比是22.70%，同样由质量平衡方法1t垃圾填埋产生的甲烷气体约为116.54kg;产生的二氧化碳气体约为320.48kg。 (2)中国推荐数据 根据周益洪等实测研究沈阳、武汉等地区的生活垃圾可降解有机碳含量，得出中国城市生活垃圾可降解有机碳推荐值如表5-9。 表5-9 实际测得的生活垃圾组分DOC含量 垃圾成分 质量比 DOC 纸类 21.0% 38.78% 竹木 4.4% 42.93% 织物 6.1% 47.63% 厨余 22.1% 32.41% 灰渣 25.0% 5.03% 计算得城市生活垃圾组分DOC含量为21.36%，根据相关公式计算，可得出:1t垃圾填埋产生的甲烷气体约为109.65kg;产生的二氧化碳气体约为301.53kg。 3. IPCC缺省值的校验 基于IPCC缺省值的城市固体废弃物中含可降解有机碳的百分比是14.185%，1t垃圾填埋产生的甲烷气体约为72.8kg;产生的二氧化碳气体约为200.2kg。通过实际测量的城市生活垃圾组分DOC含量为22.70%或21.36%，1t垃圾填埋产生的甲烷气体约为116.54kg或 109.65kg;产生的二氧化碳气体约为320.48kg 或301.53kg。 由此可以看出，利用IPCC缺省DOC值对我国城市生活垃圾排放温室气体 28 操作过程直接排放核算——中国 计算存在误差，相对于我国的实际情况，IPCC缺省DOC值偏小。 5.4.2 IPCC推荐模型的校验及半衰期对结果的影响 填埋气体产量的准确预测对论证填埋气体利用项目的可行性意义重大。填埋场抽气实验可以得出准确的填埋气体产量, 但往往在项目论证阶段只能采用模型进行预测。一阶衰减模型(FOD)模型由IPCC在1996年《IPCC国家温室气体清单指南》(修订本)中提出，并于2000年在《IPCC国家温室气体清单优良做法指南和不确定性管理》中被列为模拟填埋气体产生的优良做法，广泛用于模拟单个填埋场气体产生速率。该模型的提出是基于欧美国家垃圾的特性，用于我国填埋场垃圾产气估算时会产生一定的系统误差，但该模型作为国际通用的模型，易于在国际交流中被接受。该模型方程如下: CH在某年的产生量: 4 -k(t-x)(x)?MSW(x)?L(x))?e] (5-1) E=?x[(A?k?MSWtF0CH4,t 此模型即本文采用的一阶衰减模型(4-1)至(4-3)的变形形式，含义相同。 式(5-1)各参数的意义及其取值方法，如下表所示。 表5-10 IPCC一阶衰减模型参数的意义及取值范围 参数 参数意义 取值依据 t 计算清单当年 x 起始年至终场年限 k 甲烷产生速率常数 IPCC提供的DOC缺省值的取值范围为0.5—0.6 F -k A 修正总量的归一化因子 =(1—e)/k -1 MSW(x) 某年(x)垃圾进厂量/(万t?a) t MSW(x) 某年(x)年垃圾填埋百分比/% F L(x) 产甲烷潜能(m?CH/吨垃圾) = MCF(x)?DOC(x) ?DOC?16/12 04F MCF(x) 某年(x)年的甲烷修正因子 根据IPCC分类标准取值 DOC(x) 某年(x)年的可降解有机碳 取IPCC推荐的缺省值，为0.55 DOC 可降解有机碳的降解百分比=0.4A+0.17B+0.15C+0.3D F /% F 填埋气体中甲烷体积百分比对现场所有导气井测定的浓度取平均值 /% 16/12 碳转化为甲烷的系数 填埋气体产量的主要影响因素是垃圾组成、填埋时间和含水率。我国城市生活垃圾的特性与国外相比，最大的差别在于我国城市生活垃圾中易降解有机物含 29 操作过程直接排放核算——中国 量较大(厨余垃圾)，而中等易降解有机物(纸张、纸板类)含量较少。这种组分上的差异决定了我国城市生活垃圾具有产气周期短、降解快、达到产气高峰后产气量迅速下降的特性。 在IPCC推荐模型中，垃圾降解的半衰期是影响填埋气体产量变化趋势的关键参数，模型推荐的取值范围为5—10a。清华大学的罗钰翔等通过采用改进的现场抽气法对深圳市玉龙坑垃圾填埋场封场后填埋气体的实际产量进行测定，并与根据IPCC模型计算所得进行了比较。表5-11为根据IPCC推荐模型，通过设定不同半衰期而计算出的甲烷产率。 -1表5-11 IPCC推荐模型预测结果/m??h 年份 t=7.5 a t=5.0 a t=2.5 a 1/21/21/2 2005 846 766 366 2006 771 667 278 2007 703 580 210 2008 641 505 159 2009 585 440 121 2010 533 383 92 2011 486 333 69 2012 443 290 53 2013 404 253 40 2014 368 220 30 2015 336 191 23 根据IPCC提供的分类标准，甲烷修正因子值取1.0;可降解有机碳的降解百分比的缺省值取值范围为0.5—0.6，选用中值0.55;填埋气体中CH所占体积4分数取缺省值0.5。 通过现场抽气实验，得出2005年深圳市玉龙坑生活垃圾填埋场的甲烷产率为322m?/h。通过实际测量值，与表5-11中的数据进行比较，当取垃圾降解的半衰期为2.5 a，模型计算值与实测值能较好吻合。由上表可以看出，垃圾降解的半衰期是影响IPCC推荐模型预测准确性的关键参数，半衰期取值的取值不同导致甲烷产率差异较大。我国城市生活垃圾中可堆腐有机物以厨余垃圾为主，分解周期较短，垃圾降解的半衰期较IPCC 模型的推荐取值范围偏小。 上述计算结果为封场后的甲烷产量，此时玉龙坑垃圾填埋场处于产甲烷阶段的中后期，与本文5.1.2节的计算得出的甲烷产量趋势较为吻合。 30 IPCC推荐方法减排量核算——以天津为例 6 IPCC推荐方法减排量核算——以天津为例 6.1 填埋处理 城市固体废弃物填埋气发电项目的基准线为: 1. 在不存在填埋气发电项目时, 垃圾填埋排放的CH量; 4 2. 在不存在填埋气发电项目时, 当地发电厂的平均CO排放量。 2 利用填埋气发电主要减排的是CH，填埋气除了含有CH外，还含有部分44的CO。但是因为这部分碳的最初来源为生物质，因此，从碳平衡的角度来看，2 整个过程为零碳排放，不将其计入基准线排放。 城市固体废弃物填埋气发电项目的CO减排量为: 2 ERMDGWPCEF,,,，EG (6-1) yyyelectricityy,CH4 ERMDyy式(6-1)中:为该项目规定年份中减排的CO量，t;为该项目在2 GWPCH规定年份烧掉的CH量，t;为CH产生的温室效应与CO相比的倍数，4442 CEFEGelectricityy,y取21;为该项目在规定年份扣除自用电后的净上网电量，MW?h;为在规定年份，当地发电的CO平均排放系数, 单位为t/MW?h。 2 6.1.1 质量平衡方法 表6-1 城市固体废弃物填埋气发电减排量计算参数 项目 数值 单位 依据 MD0.072816 t/t固废 IPCC东亚数据 y GWP 21 - IPCC缺省值 CH4 EG 0.1720 MW?h/t固废 天津市双口垃圾填埋场y CEF 0.87045 tCO/MW?h 2010中国区域电网基准线排放因子 electricityy,2 根据天津市双口垃圾填埋场的数据，垃圾填埋产生的填埋气收集率为45-60%，由其2008-2014年垃圾量及收集率得出的平均值取收集率为55.5%，过剩的填埋气以及不发电时产生的所有气体都通过现场燃烧系统燃烧后再排放。填埋气发电量的95%被送入电网，5%现场消耗。1t甲烷可发电4.48MW?h。所以每吨城市固体废弃物填埋气发电项目的CO减排量为1.68t。 2 31 IPCC推荐方法减排量核算——以天津为例 6.1.2 一阶衰减(FOD)模式 由于一阶衰减模式计算的每年CH产量与垃圾实际填埋量有关，且天津市4 双口垃圾填埋场项目生命周期为21年，后期CH产量较低，不予利用。现根据4 天津市双口垃圾填埋场的数据分别计算半衰期为7.5a、5a和2.5a时的CH产量。 4 表6-2 一阶衰减计算双口垃圾填埋场CH产气量 4 t 7.5a(t) 5a(t) 2.5a(t) 1/2 2004年 2043.617 2996.744 5605.561 2005年 3789.697 5433.799 9532.493 2006年 5745.39 8088.784 13506.31 2007年 7957.264 11028.91 17694.15 2008年 9973.879 13588.43 20867.94 2009年 11812.47 15816.63 23273.22 2010年 13488.76 17756.39 25096.09 2011年 15017.07 19445.05 26477.56 2012年 16410.46 20915.11 27524.52 2013年 17680.85 22194.87 28317.97 2014年 18839.09 23308.97 28919.29 2015年 19895.09 24278.85 29375 2016年 20857.86 25123.18 29720.37 2017年 21735.64 25858.21 29982.11 2018年 22535.94 26498.09 30180.47 2019年 20546.52 23067.93 22872.52 2020年 18732.73 20081.8 17334.13 2021年 17079.05 17482.22 13136.81 2022年 15571.35 15219.16 9955.843 2023年 14196.75 13249.05 7545.118 2024年 12943.5 11533.96 5718.13 CH总排放 306853 362966 422635.6 4 年平均CH排放 14612.05 17284.1 20125.5 4 每吨固废平均CH排放 0.046207 0.054656 0.063642 4 同质量平衡法提供的其他参数，可计算得出半衰期为7.5年时每吨城市固体 废弃物填埋气发电项目的CO减排量为1.065t;半衰期为5年时每吨城市固体废2 弃物填埋气发电项目的CO减排量为1.26t;半衰期为2.5年时每吨城市固体废2 32 IPCC推荐方法减排量核算——以天津为例 弃物填埋气发电项目的CO减排量为1.467t。 2 6.2 焚烧处理 城市固体废弃物焚烧供电项目的基准线为: 1. 在不存在垃圾焚烧供电项目时，垃圾填埋排放的CH量; 4 2. 在不存在垃圾焚烧供电项目时，当地发电厂的平均CO排放量。 2 在计算城市固体废弃物焚烧供电项目的CO减排量时，由于固废中动物、2 植物、厨余、纸等垃圾所含碳的最初来源为生物质，因此，从碳平衡的角度来看，整个过程为零碳排放，不将其计入基准线排放。但对于塑料等填埋时没有降解的非生物质燃烧产生的CO量，在计算减排量时应予以扣除。由于目前我国城市2 固体废弃物的热值较低，在焚烧垃圾时往往需要加入煤、重油、天然气等化石类辅助燃料，在计算减排量时应扣除这部分化石燃料燃烧产生的CO量。 2 城市固体废弃物焚烧供电项目的CO减排量为: 2 (6-2) ERMDGWPETCEFEFUDCEF,,，,,,,yyCHyelectricityyCOflameyfuel,,42 ERMDyy-2)中:为该项目规定年份中减排的CO量，t;为在规定年式(62 GWPCH份，焚烧的城市固体废弃物如进行填埋所排放的CH量，t;为CH产生444 ETy的温室效应与CO相比的倍数，取21;为在规定年份，城市固体废弃物焚2 CEFelectricityy,烧炉对外输出的电量，MW•h;为在规定年份，当地发电的CO平均2 ECOflame,2排放系数，t/MW•h;为在填埋时不会释放的矿物源碳燃烧时的CO排放2 CEFfuelFUDy量;为在规定年份，焚烧时添加的辅助燃料量，单位为t;为辅助燃料燃烧时的CO排放系数。 2 表6-3 2006-2008年区域电网基准线排放因子 EF EF grid,OM,ygrid,BM,yCEFelectricityy, (tCO(tCO/MW•h) /MW•h) (tCO/MW•h) 222 华北区域电网 0.9914 0.7495 0.87045 东北区域电网 1.1109 0.7086 0.90975 华东区域电网 0.8592 0.6789 0.76905 华中区域电网 1.0871 0.4543 0.7707 西北区域电网 0.9947 0.6878 0.84125 南方区域电网 0.9762 0.4506 0.7134 33 IPCC推荐方法减排量核算——以天津为例 海南省电网 0.7972 0.7328 0.765 CEF当地发电的CO平均排放系数即为基准线排放因子，应当是电量2electricityy, 边际排放因子(EF)和容量边际排放因子(EF)的加权平均, 又称组合grid,OM,ygrid,BM,y边际CM, 权重wOM 和wBM默认值为50%。天津位于华北地区，采用华北区 域电网数据，其基准线排放因子为0.87045 tCO/MW•h。 2 表6-4 城市固体废弃物焚烧减排量计算参数 项目 数值 单位 依据 MD0.072816 t/t固废 IPCC东亚数据 y GWP 21 - IPCC缺省值 CH4 ET 205 kW?h/t固废 上海某城市生活垃圾焚烧发电厂y 2010中国区域电网基准线排放因CEF 0.87045 tCO/MW?h 2electricityy,子 PDCEF? 0.44785 tCO/t固废 IPCC东亚数据 2yfuel1 FUDCEF? 6.7-7.7 kg/t 上海某城市生活垃圾焚烧发电厂yfuel2 由上文计算可得我国每吨城市固体废弃物卫生填埋排放CH量为0.072816t，4焚烧较卫生填埋每吨多释放0.43235t CO和0.05kg NO。根据上海某城市生活垃22圾焚烧发电厂的统计数据，每吨城市固体废弃物的发电量为205kW?h，焚烧处理 过程所需辅助材料及助燃剂产生的排放量为6.7-7.7kg/t,助燃剂炉内燃烧直接排 放1.3kg/t。所以每吨城市固体废弃物焚烧供电项目的CO减排量为1.21t。 2 34 城镇生活垃圾处理系统碳排放清单编制 7. 废弃物处理成本效益分析 评价城市固体废弃物的温室气体减排效益，主要目的之一是衡量其经济可行性。本文选取成本效益分析方法来对城市固体废弃物焚烧发电、填埋气发电和堆肥三种方式减排温室气体的经济效益进行分析。 比较城市固体废弃物焚烧发电、填埋气发电和堆肥三种主要处理方法的优缺点如下: 1. 基本性质 焚烧设施一次性投资大，占用资金周期长，运行费用高。对垃圾的热值有一定的要求，不能低于3.34MJ/kg，限制了它的应用范围。 卫生填埋方式技术成熟，操作简单，投资少，处理量大，运行费用低。但新建的生活垃圾填埋场离城市越来越远，就造成运费和处理费用的增加。 堆肥法处理成本也较低，肥料可产生一定的经济效益，但存在产品质量与销售市场的问题。 表7-1 三种城市固体废弃物处理方法比较 城市固体废弃物处理方法 项目 卫生填埋气发电 堆肥 焚烧发电 技术可靠可靠 可靠，国内有一定经验 可靠 性 操作安全较好，注意防火 好 好 性 较困难，要考虑地质条较易，需避开住宅密集区，易，可靠近市区建设，件，防止周围水体受到污选址 气味影响半径小于200m，运输距离以10km以染，一般要求远离市区，运输距离10-20 km 内为宜 运输距离大于20 km 占地面积 大 中等 小 35 城镇生活垃圾处理系统碳排放清单编制 要求垃圾热值大于适用范围广，对垃圾成分垃圾中生物可降解有机物适用条件 4000 kJ/kg，否则需辅无严格要求 应超过40 % 助燃料掺烧 燃烧残渣需作处理，非堆肥物需作处置，占初始最终处置 无 占初始量的量的25%-35 % 10%-20 % 有沼气回收的填埋场，沼电能可为电网供电热产品市场 落实堆肥市场有一定困难 气可用于发电等 能可实现区域供热 2. 环境效益 焚烧法的优点是减容效果好，可使城市固体废弃物的体积减少80%-90%，并形成稳定灰渣，无害化程度相当高。消毒彻底，高温燃烧可以使垃圾中的有害成分得到完全分解，彻底杀灭病原菌，减轻或消除后续处置过程对环境的影响。可大大降低填埋场浸出液的污染物浓度和释放气体中的可燃气恶臭成分。而且占地面积少，处理方法快速，有利于实现城市垃圾的资源化。缺点是在焚烧过程中容易产生二恶英等有害物质，造成二次污染，焚烧灰渣和废水也要再经处理。 卫生填埋减容、减量化效果较差，处理周期长。而且其实际操作往往不满足卫生要求，造成臭气四溢、苍蝇等虫害孳生，严重影响环境;填埋场不可避免的产生大量气体(CH、NH、HS、N、O、H、CO)和挥发性有机物，处理不432222 当会酿成爆炸事故;且填埋场渗沥液极易污染地下资源。土地复原需要10年以上时间，复原后土质松软，只能作为绿化地使用。 堆肥法在处理垃圾的同时还能生产土壤改良剂，向植物提供养分，基本实现垃圾的无害化，资源化。对环境的危害是重金属和一些致病性物质可能污染土地，夹杂的塑料、玻璃、石头、金属等会污染土壤。垃圾中的一些重金属元素可在土壤中富集起来，并随食物链进入人体，危害居民身体健康。 3. 社会效益 焚烧法占地面积小，可在靠近市区的地方建厂，可节约用地，缩短垃圾的运输距离，对于经济发达的地区尤其重要。焚烧法处理垃圾速度快，无害化减量化彻底，但其排放污染情况严重，对人类健康构成威胁。 卫生填埋法占用大量土地，而且周围环境恶劣，对复原土地的使用和填埋后可能的污染问题也值得推敲。 高温堆肥既可以杀灭垃圾中的病菌，又可制造有机肥料。但此种处理方式只 36 城镇生活垃圾处理系统碳排放清单编制 适用于易腐有机质含量较高的垃圾，垃圾必须经过分拣，肥料可以肥田植树，美化环境。 7.1 概述 7.1.1 城市固体废弃物焚烧发电成本和收益 1. 成本 表7-2 城市固体废弃物焚烧项目的资金情况 主要参数 单位 数值 装机容量 MW 30 总静态投资 百万元 774.72 当拟议项目全面投产的净上网MW?h/年 85,900 电量 1,084,00当拟议项目全面投产的供热 GJ/年 0 元/kW?h (项目运作的前150.595 年) 电价 元/kW?h (项目运作的剩下年0.345 份) 城市固体废弃物倾倒费用 元/吨 167 热值价格 元/GJ 32 年运营与管理费用 百万元 85.29 项目建设期 年 2 项目运营周期 年 20 [26]根据UNFCCC网站上天津市滨海新区汉沽垃圾焚烧发电CDM项目资料分析成本，如表7-2。项目的初始总投资为774.72百万元，项目建设期2年，生命周期为20年，年处理城市固体废弃物500,000吨，年运营与管理费用为85.29百万元，年净上网电量85,900 MW?h，年供热1,084,000GJ。由成本计算公式可计算得出该项目全生命周期总成本为1492.65百万元。 2. 收益 表7-3 城市固体废弃物焚烧项目的年资金现值 37 城镇生活垃圾处理系统碳排放清单编制 成本 收益 初始总碳交易收运营与管理倾倒收益 售电收益 售热收益 年投资入 费用(百万(百万(百万(百万限 (百万(百万元) 元) 元) 元) 元) 元) 1 774.72 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 3 0 67.70595 66.28499 40.57316 27.53645 32.17799 4 0 62.6907 61.37499 37.56774 25.49672 29.79444 5 0 58.04694 56.8287 34.78495 23.60807 27.58744 6 0 53.74717 52.61916 32.20828 21.85932 25.54393 7 0 49.7659 48.72145 29.82249 20.24011 23.65178 8 0 46.07953 45.11245 27.61341 18.74085 21.8998 9 0 42.66623 41.77079 25.56797 17.35264 20.27759 10 0 39.50577 38.67666 23.67405 16.06726 18.77555 11 0 36.57942 35.81172 21.92042 14.87709 17.38477 12 0 33.86983 33.159 20.29668 13.77508 16.09701 13 0 31.36096 30.70278 18.79322 12.75471 14.90464 14 0 29.03792 28.4285 17.40113 11.80991 13.80059 15 0 26.88697 26.32268 16.11216 10.9351 12.77832 16 0 24.89534 24.37285 14.91867 10.1251 11.83178 17 0 23.05124 22.56746 13.81358 9.375089 10.95535 18 0 21.34374 20.89579 7.413753 8.680638 10.14384 19 0 19.76272 19.34796 6.864586 8.037628 9.392449 20 0 18.29882 17.91478 6.356098 7.442248 8.696712 21 0 16.94335 16.58775 5.885276 6.890971 8.052511 22 0 15.68829 15.35903 5.449329 6.380528 7.456028 总774.72 717.9268 702.8595 407.037 291.9855 341.2025 计 采用天津市滨海新区汉沽垃圾焚烧发电CDM项目资料分析城市固体废弃物焚烧发电的经济效益。其经济效益表现为废弃物处理、售电、供热与碳交易的收入，如表7-3所示。 (1)废弃物处置收入 38 城镇生活垃圾处理系统碳排放清单编制 处置城市固体废弃物收入为167元/吨，年处理城市固体废弃物500,000吨，以8%的折现率计算，如表7-3得其废弃物处置收入为702.86百万元。 (2)售电收入 年净上网电量为85,900MW?h，项目运营周期前15年电价为0.595元/kW?h，后5年电价为0.345元/kW?h，故以8%的折现率计算，如表7-3得其售电收益为407.04百万元。 (3)供热收入 该项目年供热1,084,000GJ，热值价格为32元/GJ，故以8%的折现率计算，如表7-3得其发热收益为291.99百万元。 (4)碳交易收入 每吨城市固体废弃物焚烧供电项目的CO减排量为1.21t，以每吨核证减排2 量价格为10美元计，取汇率为1美元=6.7人民币，故如表7-3得其碳交易收益为341.20百万元。 7.1.2 城市固体废弃物填埋气发电成本和收益 1. 成本 [24]根据UNFCCC网站上天津双口垃圾填埋场填埋气发电CDM项目资料分析成本，如表7-4。项目的初始总投资为46.66百万元，年运营与管理费用为8.75百万元。项目生命周期为21年，设计处理城市固体废弃物总容量为7.39百万吨，日处理量1300吨，填埋期为15.57年。由成本计算公式可计算得出该项目全生命周期总成本为134.31百万元。 表7-4 城市固体废弃物填埋气发电项目的资金情况 主要参数 单位 数值 总投资 百万元 46.66 项目周期 年 21 490451.7总发电量 MW?h 76 元电价 0.5 /kW?h 城市固体废弃物倾倒元/吨 167 费用 年运营与管理费用 百万元 8.75 2. 收益 39 城镇生活垃圾处理系统碳排放清单编制 采用天津双口垃圾填埋场填埋气发电CDM项目资料分析城市固体废弃物焚 烧发电的经济效益。其经济效益表现为废弃物处理与售电的收入。 (1)废弃物处置收入 处置城市固体废弃物收入为167元/吨，年处理城市固体废弃物351,905吨， 以8%的折现率计算，如表7-5得其废弃物处置收入为691.55百万元。 (2)售电收入 总净上网电量为490451.776MW?h，项目运营周期内电价为0.5元/kW?h，根 据每年的不同发电量以8%的折现率计算，如表7-5得其售电收益为109.04百万 元。 表7-5 城市固体废弃物填埋气发电项目的年资金现值 成本 收益 初始总投碳交易收运营与管理费倾倒收益 售电收益 年资 入 用 (百万(百万限 (百万(百万(百万元) 元) 元) 元) 元) 1 46.66 8.101852 73.37176 4.309665 5.64065 2 0 7.501715 67.93681 4.072359 5.330056 3 0 6.946032 62.90446 3.770703 4.935237 4 0 6.431511 58.24487 6.982784 9.139327 5 0 5.955103 53.93043 6.46554 8.46234 6 0 5.513984 49.93559 8.533491 11.16895 7 0 5.105541 46.23665 8.314738 10.88264 8 0 4.727353 42.81172 7.698832 10.07652 9 0 4.377178 39.64048 7.128548 9.330109 10 0 4.052943 36.70415 6.600507 8.638989 11 0 3.752725 33.98532 7.91667 10.36163 12 0 3.474745 31.46789 7.545161 9.875388 13 0 3.217357 29.13694 5.239695 6.857908 14 0 2.979034 26.97864 4.85157 6.349915 15 0 2.758365 24.98023 4.492194 5.879551 16 0 2.554042 13.28321 4.075383 5.334013 17 0 2.364853 0 2.567555 3.360512 18 0 2.189679 0 2.377366 3.111585 19 0 2.027481 0 2.201265 2.881097 40 城镇生活垃圾处理系统碳排放清单编制 20 0 1.877297 0 2.038208 2.667682 21 0 1.738238 0 1.859225 2.433422 总46.66 87.64703 691.5491 109.0415 142.7175 计 (3)碳交易收入 每吨城市固体废弃物填埋供电项目的CO减排量为1.68t，以每吨核证减排2 量价格为10美元计，取汇率为1美元=6.7人民币，故如表7-5得其碳交易收益为142.72百万元。 7.2 成本和效益比较 选取天津市两个固体废弃物处理项目:天津市滨海新区汉沽固体废物焚烧发电项目和天津双口固体废物填埋场填埋气发电。天津市滨海新区汉沽固体废物焚烧发电CDM项目初始总投资为774.72百万元，项目建设期2年，生命周期为20年，年处理城市固体废弃物500,000吨，年运营与管理费用为85.29百万元， [13]年净上网电量85,900 MW•h，年供热1,084,000GJ。天津双口固体废物填埋场填埋气发电CDM项目初始总投资为46.66百万元，年运营与管理费用为8.75百万元。项目生命周期为15年，设计处理城市固体废弃物总容量为7.39百万吨， [7][14]日处理量1300吨，填埋期为15.57年。进行成本效益分析时,取年折现率8%。 比较焚烧发电和填埋场填埋气发电两类固体废物处理方式，可以发现两种处理方式各有优缺点。 (1)焚烧发电的减排协同效应要低于填埋气发电。由于焚烧发电中由于燃烧化石碳来源的固体废物会释放出二氧化碳等温室气体，并且由于中国的固体废物热值较低，还需要同时添加辅助燃料，这些都使焚烧发电的减排协同效应要低于填埋气发电形式。 (2)焚烧发电的减排的成本要高于填埋气发电。无论是初始投资还是运行费用，焚烧发电都高于填埋气发电，焚烧设施一次性投资大，占用资金周期长，运行费用高。填埋方式技术成熟，操作简单，投资少，处理量大，运行费用低。但新建的生活固体废物填埋场离城市越来越远，会造成运费和处理费用的增加。 (3)焚烧发电的减排发电收益要高于填埋气发电。焚烧发电的效率要高于填埋气发电，每吨固体废物发电量在205kwh~268kwh左右，填埋气发电每吨固体废物发电量最高也只能达到168kwh左右，因此减排1吨CO2当量的温室气体，焚烧发电带来的售电收益要远远高于填埋气发电，但是由于焚烧发电的成本远远大于填埋气发电，即使售电收益较高，抵消了部分成本，其减排净成本仍大 41 城镇生活垃圾处理系统碳排放清单编制 于填埋气发电项目 表7-6 两种固体废物发电项目的成本收益比较 初始投资运行费用年限 固体废物处发电收益(百 (百万元) (百万元) 理量(百万t) 万元) 固体废物774.72 717.93 20 10 407.04 焚烧发电 项目 固体废物46.66 87.65 15 7.39 109.04 填埋场填 埋气发电 减排协同减排量(百减排成本减排的发电减排净成本 效应 万吨) (元/t 收益(元/t (元/t CO2减 (t CO / CO2) CO)排) 22 t固废) 固体废物1.21 12.1 123.36 33.64 89.72 焚烧发电 项目 固体废物1.68 12.42 10.81 8.78 2.03 填埋场填 埋气发电 虽然焚烧发电的成本要高于填埋气发电，其减排温室气体的协同效应也低于填埋气发电，但由于其占地面积小、选址容易，是比较适用于用地紧张的城市地 [11]区，但由于焚烧本身也会释放温室气体，根据何品晶等人的研究，焚烧过程温室气体的排放量尚且不能抵消替代化石能源发电的减排量，也就是焚烧单位固体废物发电排放的温室气体是大于燃烧化石能源发电所排放的温室气体，所以尽管焚烧发电减少了填埋造成的CH4的排放，但其本身的燃烧效率还有待提高。 表7-7 不同地区EF值下的电能输出温室气体(以CO2计)净减排量和焚烧过程排放量 项目 华北 东北 华东 华中 西北 南方 EF值(kg/(kW•h)) 0.8936 0.9268 0.7826 0.8529 0.8340 0.7880 电能输出净减排-137 -142 -120 -130 -128 -121 量(kg/t) 焚烧过程排放量149~195 144~190 166~212 156~202 158~204 165~211 42 城镇生活垃圾处理系统碳排放清单编制 (kg/t) 43 城镇生活垃圾处理系统碳排放清单编制 8 固体废弃物焚烧发电对天津市温室气体总量减排的贡献分析 天津市区城市生活固体废物来自于各类居民住宅、企事业单位、商业网点及街道清扫等。城市固体废物产量随着城市化的发展及居民生活水平的不断提高，在经过一段时间的稳中有降后，有缓慢增长的趋势。其中居民生活固体废物约占总量的61,，企事业单位的生活固体废物约占15.4,，商业固体废物约占12.5,，其余为街道清扫、摊群市场及公共场所固体废物。天津市1999—2005年固体废物增长情况见表6。 表7-7 天津市区生活固体废物产量统计(1999~2005年) 年份 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 年产量(mt/y) 157 164 172.2 180.8 186.8 196.8 206 日产量(t/d) 4301 4493 4718 4954 5118 5392 5644 数据来自环卫科技网() 原文链接: 以天津市2005年为例，全年固体废物产生量为5644吨/日×365天,206万吨。如果没有焚烧发电，全部填埋，温室气体排放量为:206万吨固体废物×1.53吨CO当量/吨生活固体废物,314.97万吨CO当量。天津市人口密度高，土地22 紧张，最适合的固体废弃物处理方式为焚烧发电，目前填埋产生的温室气体占固体废弃物处置排放温室气体总量的68,。如果将来所有的固体废弃物全部焚烧发电，温室气体减排量为:206万吨固体废物×1.21吨CO当量/吨生活固体废2 物,249.26万吨CO当量。 2 根据IPCC2006年清单提供的参数测算，天津市2005年能源和工业过程(钢铁，水泥)共排放CO:109.41百万吨。如果天津能减排总量的10,，即减排2 10.9百万吨，那么固体废物减排可以占减排总量的25,，此结果与欧盟15国固体废弃物领域减排量占总减排量的29.7%这一比例比较接近。 9. 讨论与政策建议 9.1 几点讨论 (1)计算的结果中卫生填埋气发电项目的成本小，其中忽略了一项重要的成 44 城镇生活垃圾处理系统碳排放清单编制 本即土地使用成本，考虑到城市用地的紧张，填埋气发电项目的成本将会大大提高。 (2)焚烧发电项目可以同时供热，采用热电联产技术利用焚烧发电后的余热,还能提供5940~8415MJ 的热能。这样,发电和供热综合的温室气体减排效果可以达到每t 固体废物480~1371kg。本文在计算焚烧供电项目的减排量时，由于缺少参数，忽略了焚烧炉替代供热的减排量，故其实际减排量还应大于计算结果。 (3)在测算温室气体排放量时，由于计算方法和选择参数的不同，会对结果造成一定影响。 (4)在进行成本、效益计算时，由于数据来源和时间问题，每种方法只选取了一个项目的数据，不够全面。可在接下来的研究中综合分析几个项目，得到更可靠的结果。 9.2 政策管理建议 1. 大力发展城市固体废弃物焚烧发电技术 随着中国城市居民生活水平的不断提高，城市固体废弃物中可燃成分比例逐步增大，为城市固体废弃物焚烧发电提供了有利条件，有利于实现城市固体废弃物处理的资源化、减量化和无害化。 2. 因地制宜选用恰当的城市固体废弃物处理方法 中国的地域广阔，城市间差别较大，选用固体废物处理方法要紧密结合当地的实际情况，例如中国东部沿海经济比较发达的城市，由于人口众多，土地资源比较宝贵，可以考虑采用固体废物焚烧发电方式;而中国西部地区，由于山地较多，人口稀少，可考虑采用卫生固体废物填埋发电的方式。值得注意的是不论采用何种处理方式，都要避免引起二次污染。 3. 加强技术研究 以固体废物焚烧发电来处理城市固体废弃物的方法越来越受到青睐，采用此法的城市也逐渐增多。但由于焚烧固体废物会产生致癌物质二恶英，因此，应该加强去除尾气中二恶英的研究。 4. 发展城市固体废弃物分类与回收利用 国家应加大宣传力度，提高国民的环保意识，争取进行固体废物的源头分离，即在扔放固体废物之前先按要求对固体废物进行分类，以便更好地实现城市生活固体废物的无害化、减量化和资源化。 5. 推动CDM项目 清洁发展机制(CDM)允许发达国家在发展中国家投资用于温室气体减排的项目，利用由此而产生的经认证的减少排放量来部分履行其在《京都议定书》 45 城镇生活垃圾处理系统碳排放清单编制 所承诺的限制和减少的排放量。发达国家可通过提供资金和技术等方式，与发展中国家开展项目级合作。CDM允许承担温室气体减排义务的发达国家与目前还处于发展中的国家缔约方联合开展二氧化碳等温室气体减排项目。推进在城市固体废弃物处理领域的CDM项目，可以获得额外的资金与技术的支持，推动中国环保事业的发展。 46 城镇生活垃圾处理系统碳排放清单编制 参考文献: [1] 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