垃圾發電、風電、光伏項目節能減排計算方法及效果分析

垃圾發電、風電、光伏項目節能減排計算方法及效果分析

北極星固廢網  來源:能源研究俱樂部

  作者:王建軍 秦建州  

2019/9/10 9:13:16  我要投稿  

北極星固廢網訊:一、風電、光伏、垃圾發電項目節能效益分析

（一）「能源」的定義和「節能」的本質能源是指「煤炭、石油、天然氣、生物質能和電力、熱力以及其他直接或者通過加工、轉換而取得有用能的各種資源」¹。針對這一類資源要本著「節約與開發並舉、把節約放在首位」的基本原則²。那麼到底哪一類資源需要節約、哪一類資源需要開發？根據上述能源的定義，把能源細化分解為一次性能源和可再生能源兩大類：1.一次性能源以煤炭、石油、天然氣等化石類資源為代表。任何工業生產活動首先要以節約一次性能源為主要目標，以盡力延緩這類資源過快的消耗速度；2.可再生能源所涵蓋的範圍為風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能、海洋能等非化石能源³，針對這一類資源，國家界定的法律地位為：（1）「國家鼓勵、支持開發和利用新能源、可再生能源」⁴；（2）「國家將可再生能源的開發利用列為能源發展的優先領域」並「鼓勵各種所有制經濟主體參與可再生能源的開發利用」⁵。由此可見，一次性能源要以節約為本，可再生能源要以開發利用為本，因為他能夠減緩地球上所剩不多化石類資源的消耗速度，這才是節能的本質。

（二）風電、光伏、垃圾發電項目節能效益計算方法

風力發電、光伏發電、生活垃圾發電都屬於可再生能源，其中，生活垃圾發電在國家《可再生能源產業發展指導目錄》中歸屬於生物質能發電。這些發電方式節能效益是指他們替代一次性能源等值發電量所消耗的化石類資源總量，統一折合成的標煤（7000千卡/千克）消耗量⁶，也就是他們的節能量。基於以上能源替代思想，我們以年為統計周期，得出的「年節能量」計算方法為：

1.風電、光伏發電項目「年節能量」計算

公式1：年節能量（風電或光伏）=當年上網電量×當年全國煤電平均供電煤耗

公式中，「全國煤電平均供電煤耗」取值，可參考中電聯每年公開發布的《中國電力行業年度發展報告》統計數據，例如：2019年發布的《報告》指出：「2018年，全國6000千瓦及以上火電廠平均供電標準煤耗307.6克/千瓦時」。

根據上述計算公式，以國內某企業風電、光伏總裝機容量為例，計算出的2018全年節能量為97萬噸（標煤）/年，如表1：

表1 某企業風電光伏2018年全年節能貢獻量

2.垃圾發電項目「年節能量」計算公式生活垃圾焚燒轉換的電能，本身並沒有消耗一次能源，其節能量計算方法也跟上述風電光伏一樣，只是需要減去焚燒過程中消耗的一次能源量（折合後的標煤量），如：摻燒的煤炭（只針對循環流化床焚燒爐）、啟機時消耗的柴油或天然氣等。由此提出的垃圾發電項目節能計算公式如下：

公式2：年節能量（垃圾發電）=當年上網電量×當年全國煤電平均供電煤耗-垃圾發電過程所消耗一次能源折算成標煤的年耗量

公式中，「垃圾發電過程所消耗一次能源折算成標煤的年耗量」主要指的是「爐排爐」機組點火啟機時消耗的柴油或天然氣折合成的標煤年耗量；如果爐型為循環流化床時，還需要減去摻燒煤炭折合成的標煤年耗量。

根據上述計算公式，我們以國內某垃圾發電項目為例，計算出的2017全年節能量如下：

（1）全年節能貢獻量計算國內某垃圾發電廠裝有4×600噸/日的生活垃圾處理規模「爐排爐」生產線，每年節能量計算如下：

①該廠2017年一共處理垃圾95萬噸，全年上網電量2.8億千瓦時（相當於每噸垃圾上網電量為295千瓦時），等效代替的標煤發電消耗量為：

2.8億千瓦時/年×0.3076千克/千瓦時=86128噸/年

②垃圾電廠在啟機過程中需要消耗一定量的一次能源柴油或天然氣，該廠以消耗柴油為主，全年消耗柴油量為82噸/年，《綜合能耗計算通則》給定的柴油折標係數為：

1 kg（柴油）=1.4571 kgce（標煤）

那麼以此折算後的標煤年耗量為：82×1.4571=119噸/年

③該廠焚燒爐的爐型為「爐排爐」，本身不摻燒煤炭，那麼全年節能量為：

86128-119=86681噸/年=8.6萬噸（標煤）/年

（2）噸垃圾節能量計算由上述結果計算出的垃圾發電廠噸垃圾節能量為：

8.6萬噸（標煤）/年÷95萬噸（垃圾）=0.09噸（標煤）/噸（垃圾）

二、風電、光伏、垃圾發電項目減排效果分析

節能和減排是兩個概念，如前所述，「節能」指的是節約一次性能源；而「減排」指的是減少工業生產過程中汙染物的排放量及溫室氣體的排放量，例如，在火電行業排放的煙氣中，主要汙染物有二氧化硫、氮氧化物，主要溫室氣體有二氧化碳等。需要說明的是，對於發電項目而言，判斷一個項目是否減排，並不是指這個項目本身有沒有排放，而是首先需要確立減排概念的「基準線」。這個「基準線」可以在參考清潔發展機制（CDM）《馬拉喀什協定》關於「溫室氣體基準線」概念的基礎上，拓展應用於所有汙染物排放方面，即：「減排基準線」是一種假設的情景，合理地代表在沒有這個項目活動時出現的汙染物排放量和溫室氣體排放量。基於此，在判斷風電、光伏、垃圾發電項目的減排效果時，首先假設沒有這些項目時，人類需求的電力全部由燃燒煤炭的火力發電項目所提供，那麼燃煤火力發電項目的汙染物及溫室氣體排放強度即為「基準線」，而風電、光伏、垃圾發電排放量如果低於這個「基準線」水平，那麼這些項目就有著確定的減排效果和潛在的減排收益。

（一）風電、光伏發電項目減排效果計算方法

風力發電、光伏發電生產過程本身不向外界排放任何汙染物和溫室氣體（全生命周期的汙染物和溫室氣體的排放主要集中在風電機組或光伏板等原材料的生產環節，但參考清潔發展機制（CDM）規則和程序，並不要求考慮上遊活動產生的排放，而且這個排放量很小，例如風電項目碳排放強度約為6克/千瓦時7，所以這部分排放可以忽略不計）。這類可再生能源的減排量，廣義上是指其發電量等量置換成煤炭發電時，向外界（大氣環境、水環境、土壤環境等）排放的所有汙染物和溫室氣體的質量。一般情況下，只考慮置換成煤炭發電煙氣排放時二氧化硫（SO2）的減排量、氮氧化物（NOx）的減排量、以及溫室氣體二氧化碳（CO2）的減排量。

計算公式如下（以年為統計期）：

1.風電、光伏項目年減排量計算公式

公式3：全年減排量（風電或光伏）=全年上網電量×煤電汙染物（或溫室氣體）排放強度

其中，汙染物（或溫室氣體）排放強度指的是度電汙染物（或溫室氣體）排放量，這個數值也可從中電聯每年更新的公開資料中提取，例如，中電聯2019年《中國電力行業年度發展報告》公布的2018年全年煤電SO2、NOx、CO2排放強度如表2：

表2 2018年全年煤電煙氣汙染物排放強度（克/千瓦時）

2.國內某企業風電光伏總裝機容量全年減排貢獻量由上述公式計算的國內某企業目前裝機容量的減排貢獻量如表3：

表3 某企業風電、光伏板塊2018年全年減排貢獻量（噸）

（二）垃圾發電項目減排效果計算方法

垃圾發電到底有沒有汙染物減排效果和溫室氣體減排效果？這要從垃圾發電項目自身的汙染物、溫室氣體排放強度與煤電項目汙染物、溫室氣體排放強度的對比差值進行衡量。

1.垃圾發電煙氣排放汙染物SO2、NOx的減排計算為便於分析和說明，我們仍以上述國內某廠4×600噸/日垃圾發電項目為例，分兩種情況說明垃圾發電項目煙氣排放SO2、NOx汙染物排放強度。

（1）汙染物按照國家標準頂格排放時：該廠2017全年上網電量2.8億千瓦時、全年煙氣排放總量為26億Nm3，當該項目按照國家《生活垃圾焚燒汙染物控制標準》（GB18485-2014）進行頂格排放時，即SO₂排放限值為80mg/Nm3、NOx排放限值為250mg/Nm3時：全年SO2頂格排放量=80mg/Nm3×26億Nm3=208噸SO2頂格排放強度（即度電SO2排放量）=208噸/2.8億千瓦時=0.74克/千瓦時全年NOx頂格排放量=250mg/Nm3×26億Nm3=650噸NOx頂格排放強度（即度電NOx排放量）=650噸/2.8億千瓦時=2.32克/千瓦時通過上述計算結果可以看出：與煤電實際運行時的汙染物排放強度相比，垃圾發電項目按國家標準頂格排放時，是沒有減排效果的。（2）垃圾發電實際運行時全年汙染物排放強度：該廠2017年實際運行時全年SO2排放量41.2噸、全年NOx排放量466.7噸，

那麼：全年SO2排放強度=41.2噸/2.8億千瓦時=0.15克/千瓦時

全年NOx排放強度=466.7噸/2.8億千瓦時=1.67克/千瓦時

上述計算結果與煤電2018年6000千瓦以上煤電機組平均排放強度（SO2煤電排放強度0.2克/千瓦時、NOx煤電排放強度0.19克/千瓦時）相比，垃圾發電SO2排放具備一定的減排效果，

全年減排量為：（0.2克/千瓦時-0.15克/千瓦時）×2.8億千瓦時=14噸/年而垃圾發電NOx排放不具備減排效果，

全年增排量為：（1.67克/千瓦時-0.19克/千瓦時）×2.8億千瓦時=414噸/年

2.垃圾發電煙氣排放溫室氣體CO2的減排計算

針對垃圾發電溫室氣體CO2的減排計算，我們首先建立公式如下：

公式4：R（垃圾發電CO2年減排量）=G×Q1-Q2+Q3

公式中：G為垃圾發電項目全年上網電量；

Q1為單位煤電發電量CO2的排放量（841克/千瓦時）；

Q2為垃圾發電自身排放的CO2的質量；

Q3為生活垃圾露天填埋時產生的沼氣量折算成CO2的排放量。

（1）Q2取值方法首先，確定垃圾電廠自身排放CO2的全年數值。由於垃圾發電國家標準中並沒有給予CO2的排放限值，致使全國垃圾發電板塊鮮有報導CO2的實際排放監測數據，我們只能根據文獻給出的數據來參考：根據IPCC發布的一篇關於溫室氣體國家排放清單編制實踐的指導文獻，焚燒1噸生活垃圾CO2排放量在0.7～1.2噸之間8。本文取值為1噸（CO2）/噸垃圾，那麼，仍以國內某垃圾電廠4×600噸/日處理規模2017全年實際運行為例，該廠全年處理垃圾量為95萬噸，相當於自身排放溫室氣體CO2總量為95萬噸（CO2）/年。

（2）Q3取值說明Q3的取值，基於這樣一種前提：一個地方垃圾發電項目建設前，該地方的垃圾處理方式採取的是露天填埋方式，而且露天堆積區域沒有設置沼氣回收利用設施，產生的沼氣（CH4）隨意排向大氣環境，而沼氣是一種強度遠超CO2的溫室氣體。1990年，聯合國「政府間氣候變化委員會」（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）引入了「全球變暖潛能」（Global Warming Potential，GWP）的概念，指某一單位質量的溫室氣體在一定時間內相對於CO2的累積輻射力。

我們由此可以確定並比較各種溫室氣體在溫室效應方面的相對強度。

表4 主要溫室氣體潛能值

根據磐石環境與能源研究所給出的數據，生活垃圾露天填埋產生的沼氣排向大氣環境後，折算成相當於排放CO2量為1.108噸（CO2）/噸垃圾9。也就是說，假設一個地方每年填埋95萬噸的生活垃圾，沼氣沒有回收利用，

那麼相當於每年向大氣環境排放的沼氣折算成的CO2排放量為：

Q3=95萬噸/年×1.108=105萬噸（CO2）/年

那麼，當這個地方的生活垃圾處理方式由露天填埋改成垃圾焚燒發電後，沼氣的排放不復存在，相應地由露天填埋時折算的CO2年排放總量變成了垃圾焚燒發電的碳減排貢獻量，並參與到公式4的計算之中。

（3）由上述公式和數據計算的4×600噸/日垃圾發電廠全年CO2減排量為：

R（4×600噸/日垃圾發電CO2年減排量）=2.8億千瓦時×841克/千瓦時-95萬噸+105萬噸10萬噸（CO2）/年

（4）相當於噸垃圾溫室氣體減排量為：

10萬噸（CO2）/95萬噸（垃圾處理量）=0.11噸（CO2）/噸（垃圾）

3.關於垃圾發電碳減排效果的爭議

一部分學者和文獻認為垃圾發電板塊不具備碳減排作用，筆者認為應該區別對待。正如前文所述，如果當地垃圾發電項目上馬之前，其露天填埋場沒有沼氣回收利用設施，那麼垃圾發電項目具備確定的碳減排作用和年減排總量；

如果當地露天填埋場已經安裝了沼氣回收利用設施，意味著作為溫室氣體的沼氣並沒有向大氣環境排放，那麼當地垃圾發電方式代替露天填埋方式後，垃圾發電的碳排放效果將表現為「增排」而不是「減排」，仍以4×600噸/日垃圾發電計算的CO2年增排量為：

2.8億千瓦時×841克/千瓦時-95萬噸=95萬噸

三、結論

1.可再生能源板塊的年節能量可用於項目所在地政府工業綜合能耗指標的減值計算。                                       

例如：2017年，國內某省規模以上工業綜合能耗1078.99萬噸標煤10，當地2400噸/日處理規模垃圾發電生產線的年節能貢獻值就達8.7萬噸（標煤）/年，相當於能夠為全省工業綜合能耗拉低0.8%的貢獻。

2.截至2018年底，風電、光伏板塊的度電節能量可取值307.6克/千瓦時；垃圾發電板塊以垃圾處理量計，每噸垃圾節能量為0.09噸（標煤）/噸（垃圾）。

3.企業投資、建設、運營具有節能屬性的可再生能源項目，可利用國家政策，獲得國家和地方政府的節能專項基金獎勵，《中華人民共和國節約能源法》（2016年7月修訂）第六十條規定「中央財政和省級地方財政安排節能專項資金，支持節能技術專項開發、節能技術和產品的示範與推廣、重點節能工程的實施、節能宣傳培訓、信息服務和表彰獎勵等」。

4.國家財政部2015年5月印發的《節能減排補助資金管理暫行辦法》中，第二條顯示「本辦法所稱節能減排專項資金，是指通過中央財政預算安排，用於支持節能減排方面的專項資金」。

5.風電、光伏發電同時具備確定的減排效能，這個效能可用於地方汙染物總量的控制，對企業來講，生產運營後可獲得部分指標潛在的減排收益（有賴於國內汙染物交易機制的逐步形成）。

6.垃圾發電代替無沼氣回收設施的露天填埋方式時，在溫室氣體CO2方面有著確定的減排效能，垃圾減排強度約為0.11噸（CO2）/噸（垃圾），並能獲得潛在的碳減排收益。

7.垃圾發電中，NOx排放在當前國標限值範圍內，有一定程度的增排量，這個增排量不必引起恐慌，因為其發電佔比極小，一般在地方的佔比不超過1%，導致NOx排放的絕對量佔比也極其微小。

8.垃圾發電板塊針對SO2的排放水平，如果按照國標（GB18485-2014）頂格排放，其度電排放量（0.74克/千瓦時）超過2018年6000千瓦火電機組平均度電排放量（0.2克/千瓦時），就沒有減排效能。但實際運行時SO2度電排放量（0.15克/千瓦時）遠低於國標限值，在這種情況下，垃圾發電也具備確定的SO2減排效能，並能用於地方的汙染物總量控制貢獻中。9.垃圾發電板塊的首要功能是促進生活垃圾的減量化，避免生活垃圾傳統堆放、隨意堆放、露天焚燒而佔用和汙染大量的土地、汙染周邊大氣環境、地表水和地下水，不能因為可以控制的煙氣汙染物排放水平的高低而放棄垃圾發電技術的應用。

四、展望

節約能源作為我國的一項基本國策，其推行有著深刻而長遠的意義，為科研工作者爭取出更多的時間去尋找、去開發嶄新的、足量的能源替代方式。由此可見，如果節約能源能夠喚起世界範圍內科研工作者以歷史的危機感和緊迫感去積極尋找新能源的研究熱情，而不是號召讓人類返回到原始的生活方式、生產方式和交通方式，這才能夠真正顯示出節約能源帶給人類的巨大魅力。廣義來講，新能源方式絕不僅指風能、太陽能、生物質能等的利用，因為這種能源利用方式相當有限，完全滿足不了地球上將來可能達到100億以上人口對於衣、食、住、行等等方面的需求。去尋找一種地球上含量豐富的、廉價的物質，例如：水（因為水分子裡包含著兩個氫原子和一個氧原子），通過簡單的方法將其轉換為可利用的能源。那麼，人類未來的能源真就像地球上的海水一樣取之不盡，用之不竭了。

參考文獻：

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[2] 《中華人民共和國節約能源法》第四條.

[3] 《中華人民共和國可再生能源法》第二條.

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[5] 《中華人民共和國可再生能源法》第四條.

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[10] 海南省統計局資料管理中心.《2017年海南規模以上工業能耗情況分析》.

http://www.hainan.gov.cn/hn/zwgk/tjdc/hntj/dcfx/201801/t20180131_2541666.html.

原文首發於《電力決策與輿情參考》2019年7月12日第26期

風電、光伏、垃圾發電項目節能減排計算方法及效果分析王建軍 秦建州（中電國際新能源控股有限公司）

原標題:風電、光伏、垃圾發電項目節能減排計算方法及效果分析

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