垃圾填埋气体回收利用和生活垃圾焚烧发电项目的CDM方法学分析

垃圾填埋气体回收利用和生活垃圾焚烧发电项目的CDM方法学分析【摘要】城市生活垃圾处理过程中会产生温室气体排放，尤其是传统的生活垃圾填埋方式。

通过实施填埋气体收集利用以及填埋之外的垃圾处理技术清洁发展机制（CDM）项目，不仅可以使垃圾作为能源和资源得到有效利用，还能实现固废管理领域的温室气体减排，并且获得额外的资金或技术援助。

本文简要分析了固废处理温室气体排放情况，并以具体项目为案例，介绍了生活垃圾填埋气体回收利用和垃圾焚烧发电CDM项目开发和实施，着重分析此类项目的温室气体减排量计算及监测要求，为类似项目开发提供参考。

【关键词】 CDM，城市生活垃圾处理，填埋气利用，焚烧发电1．概述随着城市化进程的加快和居民生活水平的提高，城市生活垃圾的数量随之增加。

近几年中国城市生活垃圾每年以8%-10%的速度增长，中国已成为世界上垃圾包袱最重的国家之一，城市生活垃圾的增长已成为制约中国可持续发展的潜在因素。

如何妥善管理城市生活垃圾，对于中国乃至全世界都具有重要的意义。

城市生活垃圾成分复杂、数量巨大，是环境的主要污染源之一。

垃圾填埋降解产生的填埋气是一种温室气体，每年约3%-4%的人为温室气体排放是来自填埋气体中的甲烷[1]。

目前最常见的生活垃圾处理方法有填埋和焚烧两种。

我国现有的垃圾处理设施中约80%是填埋。

由于中国生活垃圾成分和经济发展的特点，在今后相当长的时间里，填埋仍将是我国城市生活垃圾的主要处置方式。

近年来，垃圾焚烧技术因使垃圾处理达到无害化、减量化和资源化水平，引起了社会各界高度关注。

焚烧发电技术已成为极具发展潜力的新兴产业，国家发展改革委员会已把城市生活垃圾焚烧发电确定为重点扶持的产业。

此外，生活垃圾经适当处理，不仅可从中回收废旧物资，还可以转化为能源，满足人类社会生产生活的需要。

例如，生活垃圾经填埋产生甲烷气体可回收发电；经焚烧产生余热，可发电或供热；经过好氧堆肥，生产肥料可施用于土壤；经厌氧发酵产生沼气可回收发电。

在《京都议定书》框架内的清洁发展机制（CDM）激励下，开发垃圾处理领域的CDM项目不仅能实现温室气体减排，参与国际碳减排交易，还能使我国生活垃圾处理设施建设获得额外的资金或技术援助。

2．生活垃圾处理CDM项目及方法学探讨生活垃圾经填埋产生甲烷气体回收发电、垃圾焚烧发电或供热、垃圾堆肥、厌氧发酵等均有申请CDM项目的可能性，甚至垃圾分类收集、分选系统的建立也具有CDM潜力。

根据UNFCCC的统计[2]，截至2010年5月25日，在联合国执行理事会（EB）注册的CDM项目共有2213个，其中垃圾处理项目有469个，约占总数的17%（见图1）。

图1. 注册项目数按类型分布图我国注册的填埋气回收利用项目共有23个，其中6个已成功获得EB签发的经核证的减排量（CER），共计减排量约42万吨二氧化碳当量；焚烧发电项目仅有1个注册，未签发CER。

根据中国清洁发展机制网站统计[3]，截至目前国家发改委批准的垃圾处理项目约有70个，其中垃圾焚烧发电项目有19个，填埋气回收利用CDM项目有45个，见下表1和表2。

表1. 国家发改委批准的焚烧发电CDM项目（截止到2010-4-14）减排量单位（tCO2e）4 / 13表2. 国家发改委批准的填埋气回收利用CDM项目（截止到2010-4-14）减排量单位（tCO2e）5 / 136 / 13为确保CDM 项目产生长期的、实际可测量的、额外的减排量，CDM 执行理事会（EB ）提供了一套有效的、透明的和可操作的方法学指南及相关工具。

方法学指南主要包括基准线确定、额外性评价、项目边界界定和泄漏估算、减排量计算、监测要求和CDM 项目设计报告格式等。

下面主要对填埋气回收发电与垃圾焚烧发电CDM 项目方法学中减排量和监测要求进行分析，为类似项目的申请和签发提供参考。

2.1 填埋气体回收利用CDM 项目填埋气体回收利用CDM 项目主要采用方法学ACM0001“经批准的填埋气体回收利用项目整合的方法学”。

ACM0001至今已更新到第11版，对基准线的界定，温室气体减排量的计算和监测要求也日趋严格。

2.1.1 适用条件方法学ACM0001适用于下述填埋气体回收利用方式： （1）气体收集后燃烧（2）气体收集后产能（例如发电或供热） （3）气体收集后通过天然气管道供最终用户使用 2.1.2 温室气体减排量分析 （1）填埋产气量预测模型填埋气产量直接决定项目产生的减排量大小。

对于某一特定的垃圾填埋场而言，产气量取决于填埋年份和垃圾中的可降解有机物的数量和性质。

目前，准确预测填埋场产气量比较困难。

填埋场产气量的预测模型有很多种，根据研究对象不同，可分为产气速率模型和产气量模型；根据对系统的认识程度，可分为经验模型、化学计量模型、动力学模型和生态模型[4]。

目前应用广泛的模型包括IPCC 模型（一阶降解动力学模型FOD ）、德国估算模型（经验模型）、Scholl Canyon 模型（一级动力学模型）、Gardner 动力学模型和Marticorena 动力学模型等。

方法学ACM0001采用一级降解模型计算填埋场产气量。

Q CH4 = ∑∑=----⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-yx jkx y k jxj fjj eeDOCWMCF DOCF OX1)(,)1(1216)1(式中：Q CH4：填埋场产甲烷量（tCH 4）OX：填埋场甲烷氧化因子（表示填埋场产生的甲烷在土壤或其他覆盖物中被氧化的比例）F：填埋气中甲烷含量（体积比）DOC f：可分解的可降解有机碳（DOC）百分比MCF：甲烷校正因子W j,x：第x年填埋的j类有机垃圾数量（吨）DOC j：j类垃圾中可降解有机碳的百分比（质量比）k j：j类垃圾的降解速率16/12：甲烷和碳的转换系数j：垃圾成分种类x：在计入期间的年份：x是从计入期的第一年（x=1）至计算排放量产生的年份y（x=y）y：计算甲烷排放量的年份从以上公式可以看出，填埋气的产量与垃圾成分、降解速率、有机碳含量等因素有关，各种参数的取值大小都会影响填埋气产量预测结果，从而影响减排量的估算。

（2）减排量的计算以填埋气发电上网为例分析减排量计算方法。

无项目活动时的基线排放量扣除项目活动产生的温室气体排放量，结果即为实施项目活动产生的减排量。

基准线排放量包括填埋气体直接排空和替代火力发电的碳排放量。

项目产生的排放量主要来自项目运行过程中燃烧化石燃料或使用额外电量。

2.1.3 监测要求CDM项目运行过程中，制定并执行监测计划是CDM项目的一大特点。

由于温室气体减排量无法通过具体的实物形式体现，CDM执行理事会认可由具有资质的第三方审查机构（DOE）对项目的运行情况进行定期核查，以核证在一定时期内项目产生的温室气体减排量是真实的，并且可以量化，从而最终能够实现国际碳减排交易。

因此，CDM项目一旦注册成功，除按照国家相关标准运行管理外，项目业主还必须按照CDM的要求，制定项目运行监测计划，并严格执行监测计划，对方法学要求的参数进行监测，制定监测数据的读取、记录、核对、存档等程序，构建监测组织，对监测人员进行培训等。

填埋气CDM项目需要严格按照方法学的要求、指标、参数和频率制定监测计划，进行减排量监测。

监测参数主要包括填埋气收集量、利用量、发电设备发电量、上网电量、火炬燃烧量、填埋气中甲烷含量等。

气体流量必须连续监测。

2.1.4 典型案例上海老港填埋场是目前中国最大的生活垃圾卫生填埋场，生活垃圾日填埋量约7000吨。

老港填埋场填埋气回收发电CDM项目已于2009年8月通过国家发展改革委员会的批准。

发电装机容量将达到15MW，并入华东电网，从而替代以火电为主的华东电网提供的等量电量。

除发电所消耗的填埋气体外，剩余的填埋气以及发电机检修时收集的所有填埋气将通过封闭式火炬直接点燃后排放。

按照方法学一级降解模型计算，该项目年减排量约为74万吨二氧化碳当量。

主要监测参数如图2所示。

图2. 填埋气回收发电CDM项目主要监测参数2.2生活垃圾焚烧发电CDM项目生活垃圾采用焚烧而不是填埋方式处理，可以避免填埋气体产生，从而大大减少温室气体排放。

基于此概念生活垃圾焚烧项目可以开发成为CDM项目。

适用于生活垃圾焚烧的方法学为AM0025：改变废弃物处理方式，避免有机废弃物产生的温室气体排放。

截至目前，此方法学已更新至第11版。

2.2.1 适用条件生活垃圾焚烧项目必须满足如下条件，才能采用方法学AM0025开发成为CDM项目：•垃圾在储坑内储存时间不得超过10天，并且储坑内的状态不能导致垃圾厌氧降解产生甲烷；•垃圾组成成分数据可得；•焚烧余热用于发电和/或供热，发电上网和/或现场自用；•尽管有法律法规强制性规定必须采用焚烧方法处理垃圾，但填埋处理仍然是当前主要的垃圾处理方式；•如有法律法规要求垃圾焚烧处理，在计入期内垃圾焚烧处理的比例小于50%；•不涉及焚烧工业垃圾和医疗垃圾；•辅助化石燃料燃烧产生的能量不能超过焚烧炉中产生的总能量的50%；2.2.2 温室气体减排量分析生活垃圾焚烧项目产生的减排量等于基准线排放量减去项目排放量和泄露量。

（1）基准线排放量包括：•垃圾焚烧处理，从而避免填埋产生的填埋气体；•焚烧余热发电，替代燃烧化石燃料的电量，包括电网和自备火力电厂供电。

（2）项目排放量包括：•项目额外使用电网或自备电厂电量所产生的排放量；•燃烧化石燃料所产生的排放量，主要来自焚烧过程中使用的辅助燃料（如柴油、天然气、煤等）；•垃圾焚烧过程所产生的排放量，包括焚烧塑料类垃圾（即在自然界不会降解的垃圾成分，其中的碳含量为化石碳）产生的CO2排放；焚烧垃圾产生的N2O和CH4；•垃圾渗滤液如果采用厌氧方式处理，需计算厌氧处理产生的沼气排放。

（3）泄漏量包括：•若垃圾收集点到焚烧厂的距离大于到填埋场的距离，还需计算增加的运输距离内运输垃圾所产生的排放；•垃圾焚烧后残渣中残碳含量。

2.2.3 监测要求针对垃圾焚烧发电项目，方法学要求监测如下参数：•上网电量；额外消耗的电量；•使用的辅助燃料种类、数量；•生活垃圾成分、焚烧量、化石碳含量、取样样品性质及数量；•垃圾焚烧后的残渣量及残碳含量；•烟囱尾气流量及CH4和N2O含量；•渗滤液处理的沼气流量、温度、压力、甲烷含量•燃烧沼气的火炬燃烧效率及其他运行参数。

生活垃圾焚烧厂在设计和运行过程中，对上下网电量、辅助燃料使用量、垃圾成分、焚烧量、残渣量、烟囱尾气流量等均配置有计量装置。

化石碳主要是指在自然界不能生物降解的碳元素，如垃圾中的塑料、橡胶等含化石碳。

项目设计时采用IPCC缺省值（表3）作为事前估算化石碳含量，并且在项目运行过程中进行监测。

要求按照美国标准ASTM D6866-08和ASTM D7459-08，每年测定垃圾中的化石碳含量。