中科院城市环境研究所：如何让垃圾焚烧更具环保效益？ |《自然-能源》论文

论文导读：

“垃圾围城”问题已成为当前城市环境可持续发展面临的重大挑战。由于城市垃圾组分复杂、产量巨大、地区差异显著，以及处置技术多样化等原因，中国城市垃圾处理处置面临着更为严峻的挑战。通过十多年的努力，中国通过大规模推广垃圾焚烧清洁发电，并在技术与模式不断突破，实现了城乡县市大规模覆盖，在短期内有效应对了“垃圾围城”问题，同时成功遏制了垃圾填埋导致的温室气体排放。在此背景下，构建城市垃圾焚烧的物质-能源-碳排放耦合量化模型，深入分析垃圾焚烧发电在垃圾处理、温室气体排放与能源输出之间的关系，对于权衡和统筹降碳、减污和供电等多重目标、制定城市垃圾管理策略具有重要现实意义。

为此，本研究通过整合生活垃圾、垃圾焚烧发电厂等多源数据集，结合辅助燃料使用量、装机容量因子等多种估算模型，构建了一个具有全国范围设施级精度的固废-能源-碳排放数据库。该数据库详细披露了2000年至2020年间各垃圾焚烧发电设施的年度生活垃圾组分与处理量、炉型与处理能力、装机容量与能源转化效率、辅助燃料使用量、吨垃圾碳排放量与发电量、碳排放强度等方面的表现；研究通过情景模拟预测了2021年至2060年垃圾焚烧发电的发展潜力。发现中国垃圾焚烧系统改进可累计减少8.2亿吨二氧化碳当量的温室气体排放（相当于2020年中国碳排放总量的1/4）。在耦合高参数锅炉设备的高强度应用情境下，未来40年内垃圾焚烧发电的总体能源转化效率可从16.4%提升至22.8%，吨垃圾发电量将提升43%，中国垃圾焚烧发电的碳排放强度有望降低一半左右。

研究强调，在扩大垃圾焚烧发电规模的同时，中国也应根据区域的差异性制定政策支持来整合垃圾分类与设备升级，以权衡和统筹减污、降碳和供电等多重目标。从数据库分析看来，在垃圾分类方面，建议首先优先分离厨余垃圾和不可燃物，以确保垃圾具有足够的热值以支持高效发电，然后再移除可回收物（尤其是塑料），以减少焚烧过程中的温室气体排放并促进材料循环利用。针对垃圾焚烧发电的补贴政策，建议采用基于能源转换效率的灵活补贴机制，取代固定的按吨垃圾电力输出的补贴方式，以鼓励高性能设备的应用，并要求焚烧设施定期披露数据（如垃圾热值和电力输出）以便进行效率审计。这些措施有望将中国的垃圾处理从环境负担转化为碳中和与能源战略的重要组成部分，也为其他以填埋为主的发展中国家提供了可参考的城市垃圾管理策略。

论文表4：中国2021至2060年垃圾焚烧发电厂的垃圾处理量、温室气体排放量和电力输出的情景预测