垃圾发电的全球现状、中国发展路径与未来趋势

1. 引言

伴随全球城市化进程的加速推进，城市生活垃圾产生量持续攀升，传统填埋处理模式已难以为继，暴露出土地资源过度占用、地下水污染风险加剧以及温室气体（尤其是甲烷）排放失控等多重环境挑战。在此背景下，“无废城市”建设与“双碳”战略（碳达峰、碳中和）成为国家生态文明体系的核心支柱。

垃圾焚烧发电（Waste-to-Energy, WtE）作为实现垃圾减量化、资源化与能源化协同推进的关键技术路径，正经历从“末端治理”向“资源循环与能源再生”深度融合的范式转变。该技术不仅能够显著减少垃圾体积，还可通过热电联产实现能源回收，助力能源结构绿色转型。

2. 研究背景

2.1 城市化驱动下的“垃圾围城”困局

据世界银行预测，全球城市固体废弃物年产量将由2016年的20亿吨增至2050年的34亿吨[22]。作为全球人口最多的国家之一，中国2023年城市生活垃圾清运量已达约2.54亿吨，并以年均约5%的速度持续增长[19]。尽管全国无害化处理率已超过99%（2022年数据），但填埋方式仍占主导地位，尤其在中西部地区，导致土地资源紧张与长期生态风险并存。

2.2 “双碳”目标倒逼能源与资源体系重构

中国明确提出2030年前实现碳达峰、2060年前达成碳中和的战略目标。垃圾填埋过程中产生的甲烷（CH₄）温室效应强度为二氧化碳的28倍以上，而垃圾焚烧发电可有效抑制甲烷排放，并实现能源回收。根据生命周期评估（Life Cycle Assessment, LCA）研究，每吨垃圾通过焚烧发电替代填埋，可减少约0.85～1.1吨CO₂当量的温室气体排放[34]。

2.3 政策导向转变：从“禁烧令”到“鼓励发展”

2000年前，中国普遍实行“禁烧令”，但随着环境压力加剧，政策逐步转向支持性发展。2016年，《生活垃圾焚烧发电项目管理规定》明确鼓励建设焚烧项目；“十四五”规划纲要提出“到2025年，城市生活垃圾焚烧处理能力占比达到60%以上”[22]；生态环境部发布的《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014）设定了严于欧盟的排放限值，推动行业迈向高质量发展[3]。

3. 主要发现

3.1 技术体系成熟，主流炉型趋于稳定

中国垃圾焚烧发电技术已实现高度国产化，机械炉排炉（即炉排炉）成为新建项目的主流选择，占比超过90%。该技术运行稳定、适应性强、自动化程度高，尤其适合处理成分复杂、热值波动大的混合垃圾[18]。与此同时，循环流化床（CFB）技术因其低氮氧化物排放、无废水产生、可处理高水分垃圾等优势，正在部分试点项目中推广应用，适用于经预分选后的高热值废弃物或与生物质协同焚烧场景[35]。

3.2 污染物控制体系健全，排放水平达国际先进水平

中国已构建涵盖干法/半干法脱酸、活性炭吸附、布袋除尘、低温SCR脱硝等关键技术的多污染物协同净化系统[2]。通过严格执行“3T+1E”原则（温度、湍流、停留时间、过量空气）与高效滤料组合，二恶英排放浓度可稳定控制在0.1 ng TEQ/m³以下。该限值与欧盟标准持平，达到国际先进水平[3]。

实测数据显示，2022年生态环境部发布的《全国重点城市生活垃圾焚烧厂二恶英排放监测报告》显示，全国95%以上焚烧厂二恶英排放低于0.05 ng TEQ/m³，部分先进项目已降至0.01 ng TEQ/m³，与瑞典、丹麦等发达国家水平相当[34]。

3.3 飞灰资源化进展缓慢，处置压力日益凸显

飞灰作为焚烧过程产生的主要危险副产物，含有高毒性重金属与氯盐，必须经水泥固化或稳定化处理后方可填埋。截至2023年，全国飞灰填埋场平均库容利用率已达72%，部分省份如江苏、广东已接近饱和，出现“无灰可填”风险[36]。

目前，飞灰高值化利用路径如制陶粒、玻璃化处理、氯盐回收与金属提取等，仍处于实验室研究或小规模工程示范阶段，尚未形成规模化应用体系[5]。

3.4 市场规模持续扩张，装机容量超越生物质发电

2023年，中国垃圾焚烧发电装机容量达1,120万千瓦，首次超过农林生物质发电（约890万千瓦）的装机规模[30]。截至同年，全国已建成并投入运营的垃圾焚烧厂超过600座，日处理能力突破80万吨，主要集中在东部沿海及中部城市群[19]。

龙头企业如光大环境、绿色动力、伟明环保在项目布局、技术能力与资本实力方面占据主导地位，行业集中度不断提升[1]。

3.5 国际比较：日本与欧洲为典范，中国具备出海竞争力

国家/地区核心特征启示
日本垃圾焚烧处理占比达74%，依托严格分类制度与公众参与机制，实现高接受度与高效能[32]分类前置是提升焚烧效率与社会认同的关键
欧洲推行“焚烧+能源回收”模式，配套碳定价与循环经济政策，推动垃圾从“废弃物”向“资源”转型[33]政策协同机制可强化经济激励与长期可持续性
中国技术自主化程度高，设备具备国际竞争力，正向东南亚、非洲等低支付能力国家输出“投资+运营”一体化模式[14]。徐海云指出：“出海应以运营为主，而非单纯设备出口”[15]强调“标准+技术+运营”三位一体输出路径

4. 分析与讨论

4.1 技术路径选择：炉排炉 vs. 流化床

比较维度炉排炉循环流化床（CFB）
技术成熟度高，广泛应用中等，适用于特定场景
适应垃圾种类混合垃圾、高水分垃圾高热值、低水分垃圾
污染物控制成熟，配套完善脱硝效率高，但需额外配置脱酸系统
运行稳定性极高，抗干扰能力强较高，易发生结焦与堵塞
经济性初期投资高，运维成本稳定投资略低，维护复杂，运行成本偏高

综合研判，炉排炉仍是当前中国国情下的最优选择，尤其适用于垃圾分类水平较低、垃圾成分复杂的城市。而CFB技术更适合用于经预分选处理后的高热值垃圾或与生物质协同焚烧项目。

4.2 经济可行性：补贴依赖与退坡机制并行

根据国家发展改革委《关于完善可再生能源电价机制的通知》（发改价格〔2020〕1516号），垃圾焚烧发电项目享受0.65元/kWh的上网电价补贴，并享有“三免三减半”税收优惠政策[31]。

然而，随着可再生能源补贴逐步退坡，自2024年起，新投产项目不再享受中央财政补贴。未来，项目将转向绿证交易、参与碳市场、拓展综合能源服务等多元化收益模式，以增强经济可持续性[19]。

4.3 环境与社会影响：显著碳减排效益与突出邻避效应

  • 碳减排效益：每吨垃圾焚烧发电可替代约0.4～0.6吨标准煤，年发电量约1,200 kWh，相当于减少0.85～1.1吨CO₂当量排放[34]。
  • 邻避效应（NIMBY）：尽管技术成熟，公众仍对二恶英、臭气、视觉影响存在担忧。典型案例如深圳某焚烧厂因居民抗议导致项目延期[27]。应对路径包括：建立透明化运营机制、常态化开展公众开放日、实施社区共建与利益共享机制。

4.4 未来技术演进方向

（1）智能化与数字孪生技术融合

借助人工智能算法优化燃烧控制参数、预测设备故障、实现远程智能监控。部分领先企业已在宁波等项目中部署“数字孪生”系统，实现排放数据实时可视化与动态调控[12]。

（2）协同处理与资源化融合

  • 厨余垃圾与生活垃圾协同焚烧：厨余垃圾含水率高，与生活垃圾混合焚烧可提升热值，降低辅助燃料需求。
  • 市政污泥协同焚烧：实现污泥减量与能源回收，减少填埋污染风险[35]。

（3）飞灰高值化利用技术突破

  • 低温热解回收氯盐：可提取工业级氯化钠、氯化钙，作为化工原料再利用[5]。
  • 飞灰玻璃化处理：将飞灰高温熔融为稳定玻璃体，实现长期安全固化，可用于路基材料或建材[36]。

（4）与碳中和目标深度融合

探索将垃圾焚烧与碳捕集、利用与封存（CCUS）技术结合，推动实现“近零排放”。尽管当前成本较高，但随着碳价上升（预计2030年达100元/吨），未来具备经济可行性[37]。

5. 结论

垃圾焚烧发电已从传统的“末端治理”手段，演变为支撑“无废城市”建设与“双碳”目标实现的关键基础设施。中国在技术自主化、装机规模、政策支持与产业体系方面已处于全球领先地位，但仍面临若干结构性挑战：

  1. 飞灰资源化利用率偏低，处置压力持续上升；
  2. 公众接受度不高，邻避效应仍为项目落地的主要障碍；
  3. 补贴退坡后经济可持续性承压，亟需构建多元化收益机制；
  4. 区域发展不均衡，中小城市推广难度较大，存在“重沿海、轻内陆”现象。

展望未来十年，垃圾焚烧发电将呈现以下五大趋势：

  • 从“单一发电”向“热电联产+综合能源服务”深度转型；
  • 从“政府主导”向“市场驱动+社会资本参与”模式演进；
  • 从“单一焚烧”向“分类+协同+资源化”系统集成发展；
  • 从“国内建设”向“一带一路”沿线国家“标准+技术+运营”一体化输出拓展；
  • 从“末端处理”向“碳中和贡献者”角色跃升。

为推动行业高质量可持续发展，提出以下战略建议：

  • 强化顶层设计：将垃圾焚烧纳入“无废城市”建设与全国碳市场协同机制；
  • 加快飞灰资源化攻关：设立国家级飞灰高值化利用试点，支持中试与产业化；
  • 构建公众沟通机制：推行“开放日+实时排放数据公开”制度，提升社会信任；
  • 探索碳金融机制：允许焚烧项目参与碳交易，释放碳资产价值；
  • 推动国际合作：输出“中国标准+中国技术+中国运营”模式，助力全球可持续发展目标实现。

6. 参考文献

  1. 焦学军：中国垃圾焚烧发电厂如何释放最大能效？URL: https://www.solidwaste.com.cn/news/355489.html
  2. 垃圾焚烧烟气多污染物一体化净化技术现状和发展趋势 – ResearchGate URL: https://www.researchgate.net/publication/394150196_lajifenshaoyanqiduowuranwuyitihuajinghuajishuxianzhuanghefazhanqushi
  3. 《生活垃圾焚烧污染控制标准》编制说明 – 生态环境部 URL: https://www.mee.gov.cn/gkml/hbb/bgth/201312/W020131230365247732252.pdf
  4. 国内外垃圾焚烧发电现状及发展趋势 – 中国城市环境卫生协会 URL: https://m.caues.cn/site/content/938.html
  5. 垃圾焚烧飞灰无害化与资源化现状及发展趋势 URL: https://www.hanspub.org/journal/paperinformation?paperid=22359
  6. 分析我国垃圾焚烧发电市场运营现状和发展趋势 – 中国新能源网 URL: https://newenergy.giec.cas.cn/swzn/xydt_15713/201712/t20171208_736546.html
  7. Research Status and Future Development Strategy of Biomass Energy URL: https://bulletinofcas.researchcommons.org/cgi/viewcontent.cgi?article=1305&context=journal
  8. 陕西省生活垃圾焚烧发电中长期专项规划(2020-2030 年) URL: https://sndrc.shaanxi.gov.cn/hdjl/dczj/202305/P020241106354493160214.pdf
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  15. “无废城市”生活垃圾的处理与发展 URL: http://www.ceec.cn/zyzx/sjhjzz/zzlm/fmgs/201906/W020190617401529210511.pdf
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