维度网讯,从不可回收垃圾的焚烧处理出发,在焚烧炉中增设水循环管道,将其改造为类似燃煤电厂的锅炉,水转化为蒸汽后驱动发电机发电。与传统垃圾焚烧不同,该工艺通过水蒸气捕获燃烧热量,并消除有害颗粒物排放,这就是垃圾能源化利用厂的基本工作原理。

位于克罗斯格林工业区的利兹回收与能源回收设施,结合了机械预处理阶段(主要用于分离金属)和一台约11兆瓦的热电联产机组。该设施每年可处理约19万吨残余垃圾,预处理阶段每年可处理多达21.4万吨。按规模在英国排名第九,但它是运行时间最短的设施之一,因为到今年4月刚满10年。
西班牙仅对其10%的生活垃圾进行能源化利用。该国拥有11座配备能源化利用的垃圾处理厂,2023年热处置了290万吨垃圾,相当于欧洲同类处理总量的3%。47%的生活垃圾被填埋,这是贡献微薄的主因。自2027年起,当生物稳定材料被排除在西班牙可回收垃圾统计之外时,这一比例将增至65%。根据欧洲审计院的早期预警报告,西班牙远未达到填埋目标。威立雅西班牙公司(Veolia España)国家总监丹尼尔·图格斯(Daniel Tugues)表示:“西班牙需要另外15座垃圾处理设施才能符合欧盟指令。”欧盟指令要求到2035年将填埋量降至生活垃圾量的10%。
公私合作融资需求至关重要。该设施由威立雅(Veolia)与利兹市议会直接合作管理。2012年,双方通过25年特许经营权签署了一项私人融资倡议(PFI)合同,包含设计-建造-融资-运营(DBFO)义务。这些义务涉及垃圾的融资、设计、建造、运营、维护、处理和能源回收。作为比较,威立雅集团(Veolia)还以47%的持股比例参与了位于马塔罗的梅雷斯梅生态处理临时企业联合体(UTE),合作方包括西班牙建筑商萨西尔(Sacyr)和家族企业苏里斯(Suris)。该UTE与PFI协议有许多相似之处,但其特许经营权仅为15年,且是与由该地区29个市议会组成的梅雷斯梅废物联合会(Consorci de Residus del Maresme)签署的,而利兹只有单一市议会。
但问题不在于特许经营权的特点,而在于总体上缺乏像马塔罗联合会那样的公私合作倡议。丹尼尔·图格斯指出:“地区性联合体、联合会和市议会等地域整合实体已经存在,但这些实体没有必要的融资或借贷能力来实现欧洲目标。”

另一个问题是残余垃圾流的连续性。丹尼尔·图格斯表示:“最大的问题在于获取输入(垃圾),而非输出(电力和热量)的消纳。”回收减少了残余垃圾流,但也与送往填埋场的垃圾直接竞争。如果没有激励措施来保证这一必要的垃圾流,就无法确保此类投资的可行性。英国对垃圾填埋场征收两种税率:一般税率每吨126.15英镑,低税率(适用于惰性和低污染材料)每吨4.05英镑。西班牙在市政税费中,每吨垃圾填埋的总费用为5欧元。从2000年到2025年,英国的垃圾填埋流减少了90%,这些垃圾流向60个热处置地点及相关回收计划。
可用性是首要目标,能源化利用是次要的。威立雅集团(Veolia)谢菲尔德设施经理格雷格·凯斯利(Greg Caseley)表示:“首要目标是可用性。我们每两年停产两周进行维护。相比之下,谢菲尔德的设施每年停产一次,因为它更旧。”英国的PFI合同要求成立一个特殊目的载体(SPV),类似于西班牙的UTE,为项目融资。SPV从授权机构(此处为利兹市议会)获得年度统一费用支付(unitary charge),从项目开始运营时起,用于覆盖运营和融资成本。这笔费用每年会根据设施的可用性标准和其他运营标准(例如排放限值)进行调整扣除。为最大化这些费用,威立雅英国公司及其下属设施实现了94%的总可用性,而全国平均水平为87%。尽管如此,利兹市议会每年节省700万英镑,在整个特许期内节省2.7亿英镑,主要来自因垃圾避免填埋而节省的填埋税。
发电成为完美补充。垃圾的能源化利用也成为这类合同的一项要求。它面临一个可管理的物理障碍:这些残余垃圾的能量密度非常低。其热值可能在每千克垃圾7至12兆焦耳之间,而天然气为每千克50兆焦耳,烟煤为每千克24至30兆焦耳。产生1兆瓦时几乎需要2吨垃圾,而1吨煤可产生2至3兆瓦时,即仅需0.2至0.3吨煤即可产生1兆瓦时。

热量产生是最有效的输出。发电面临的另一个障碍是所获热量的利用。残余部分作为燃料产生热量,通过焚烧将进入设施的垃圾体积减少至多20%。这些以水蒸气形式存在的热量被整合到利兹的区域供热网络中。就热效率而言,如果锅炉换热器中损失了10%的能量,那么利用400摄氏度水蒸气的最佳方式是几乎无热损失(运输损失5%至20%)地将其共享给公共建筑、企业和住宅。如此高效的热量保存充分满足了PFI合同的要求之一,即总热效率和电效率达到0.65倍。
发电可能成为热量使用的优先项。冬季期间,所产生热量的销售成为优先项,以最大化总效率。然而,夏季几乎不售卖热量,部分水蒸气在设施屋顶冷却,然后以水的形式重新循环到锅炉回路中。格雷格·凯斯利表示:“夏季,当我们用多余蒸汽发电时,发电功率为11兆瓦;冬季则降至5至6兆瓦。谢菲尔德的设施连接的集中供热较少,因此发电更多。”
西班牙没有显著的热需求。除了非常有限的集中供热网络,例如位于巴塞罗那、马德里、巴利亚多利德或潘普洛纳的,主要由生物质电厂供应,西班牙没有集中供热需求。除非有工业客户愿意购买未来能源化利用项目产生的热量,否则热量销售将十分有限。这导致总能源和电力效率下降,因为大部分热量将被用于发电。Centrica(英国燃气公司)销售和安装的热电联产设备手册中列出了一些可能不推荐使用热电联产的因素,包括极低或季节性的热需求,以及预计在短期内将所有热需求电气化的设施。西班牙对于无补贴的热电联产来说并非有利市场。

与联合循环相比,电力效率较低。利兹工厂的小型热电联产机组,其电力效率通常为20%至30%,而联合循环为55%至60%。如果加上热效率,热电联产的总效率要高得多。垃圾处理设施能源化利用的另一个限制是电费收入优化。利兹工厂在夏季发电量最大,而夏季平均电价较低,除非出现热浪。这种管理方式使热电联产机组一旦并网,就像基荷电源一样运行,通过与法国电力公司英国子公司(EDF Energy)签订的长期固定价格购电协议(PPA)来保护收入。丹尼尔·图格斯表示:“垃圾的所有者是市议会”,最终由市议会决定所产生热量的用途。格雷格·凯斯利表示:“我们可以帮助集中供热客户更高效地使用热量。”英国的法规要求到2029年断开低效热客户的连接,这一过程可能会释放更多热量用于发电。
市民处于讨论的中心。除了对垃圾处理设施需求进行适当规划以使西班牙达到2035年目标外,还需要解决一个关键问题,即与市民的沟通和信息传递。市民反对可能是该技术发展的主要障碍,而这种反对通常基于信息不充分。格雷格·凯斯利最自豪的事情之一是访客中心,用于开展关于回收和循环经济的教育活动,已有超过2万人参观过该中心,每年都会接待当地学校的参观团。除了工业功能外,该设施还以其建筑设计和环境融合而著称,拥有欧洲最大的植物立面(living wall)之一,由法国建筑师S'pace Architects的让-罗伯特·马扎乌德(Jean-Robert Mazaaud)设计。在42米高的玻璃和胶合木结构顶部,设有雨水收集系统。利兹市还有几项类似举措,例如阿尔比恩街123号的13米高的建筑,或法国玻璃包装制造商Verallia英国子公司总部。这种建筑潮流受到美国生物学家爱德华·O·威尔逊(Edward O. Wilson)所著《亲生命性》(Biophilia)一书中观点的启发。






