温室气体减排与固废污染协同减排的成本效益分析File.docx
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温室气体减排与固废污染协同减排的成本效益分析File
气候变化能力建设
温室气体减排与固废污染协同减排的成
本效益分析研究报告
天津大学环境学院
2011年12月
摘要
固体废弃物处理有巨大的温室气体减排潜力，中国在2007年编制的《中国应对气候变化国家方案》中将加强城市固体废物管理作为减缓温室气体排放的重点领域之一。
由此可见，城市固体废弃物在全球温室气体排放中的重要作用已经引起了多方重视。
本文根据中国城市固体废弃物的构成与其含量，主要进行焚烧发电、填埋气发电两种城市固体废弃物处理方式的温室气体减排成本效益分析。
城市固体废弃物处理产生的温室气体主要包括CO2、CH4、N2O三种，其中CH4产生的温室效应为CO2的21倍，N2O产生的温室效应为CO2的310倍。
通过单位城市固体废弃物碳排放量计算，可以得出卫生填埋每吨固体废弃物通过质量平衡法计算其碳排放为1.529tCO2当量，一阶衰减法由半衰期不同（7.5a、5a、2.5a）分别排放1.673、1.862、1.978tCO2当量；而焚烧每吨固体废弃物排放0.448tCO2当量。
所以，在没有后续发电项目时卫生填埋的碳排放高于焚烧。
填埋气发电项目的每吨城市固体废弃物通过质量平衡法核算的CO2减排量为1.68t，一阶衰减法由半衰期不同（7.5a、5a、2.5a）可计算CO2减排量分别为1.065t、1.26t、1.467t。
焚烧供电项目每吨城市固体废弃物的CO2减排量为1.21t。
成本-效益分析选取天津市两个固体废弃物处理项目：
天津市滨海新区汉沽固体废物焚烧发电项目和天津双口固体废物填埋场填埋气发电。
城市固体废弃物焚烧发电项目总成本包括初始投资和运营与管理费用，为1492.65百万元。
不考虑外部性即废弃物处置收益，替代能源收益包括售电收益与售热收益为699.02百万元。
总城市固体废弃物处理量为10百万吨，总碳减排量为12.1百万吨。
城市固体废弃物填埋气发电项目总成本为134.31百万元。
替代能源收益包括售电收益，为109.04百万元。
总城市固体废弃物处理量为7.39百万吨，总碳减排量为12.42百万吨。
比较可以发现两种处理方式各有优缺点：
（1）焚烧发电的减排协同效应要低于填埋气发电；
（2）焚烧发电的减排的成本要高于填埋气发电；
（3）焚烧发电的减排发电收益要高于填埋气发电。
以天津市2005年为例，如果产生的固体废弃物全部填埋，温室气体排放量为314.97万吨CO2当量。
天津市人口密度高，土地紧张，最适合的固体废弃物处理方式为焚烧发电，目前填埋产生的温室气体占固体废弃物处置排放温室气体总量的68％。
如果将来所有的固体废弃物全部焚烧发电，温室气体减排量为249.26万吨CO2当量。
根据IPCC2006年清单提供的参数测算，天津市2005年能源和工业过程共排放CO2：
109.41百万吨。
如果天津能减排总量的10％，那么固体废物减排可以占减排总量的25％，此结果与欧盟15国固体废弃物领域减排量占总减排量的29.7%这一比例比较接近。
目录
引言1
1国内外研究现状和应用情况2
1.1城市固体废弃物的温室气体排放研究2
1.2课题目标和研究内容在国内外实现情况2
1.3课题技术路线和技术指标在国内外实现情况3
1.4课题计划成果的应用成效及国内外比较分析3
1.5环境成本效益分析综述3
1.6环境政策成本效益分析框架5
1.6.1影响分析5
1.6.2成本有效性分析5
1.6.3损害评估5
1.6.4收益－成本分析5
1.7温室气体环境政策的成本效益评估7
1.7.1理论基础7
1.7.2国内外温室气体减排政策成本效益分析研究综述8
1.7.3各类环境政策成本效益分析9
2技术路线12
3碳排放监测15
3.1收集运输阶段15
3.2处理阶段15
3.2.1填埋处理的碳排放监测15
3.2.2焚烧处理的碳排放监测17
4碳核算方法18
4.1上游间接排放拟采取的核算方法18
4.2操作过程直接排放拟采取的核算方法19
4.3下游间接排放拟采取的核算方法20
5操作过程直接排放核算——中国21
5.1填埋处理21
5.1.1质量平衡方法21
5.1.2一阶衰减（FOD）模式22
5.2焚烧处理23
5.3温室气体排放量分析24
5.3.1本文温室气体排放量分析24
5.3.2填埋温室气体排放量比较分析25
5.4校验26
5.4.1可降解有机碳含量IPCC缺省值的校验26
5.4.2IPCC推荐模型的校验及半衰期对结果的影响28
6IPCC推荐方法减排量核算——以天津为例31
6.1填埋处理31
6.1.1质量平衡方法31
6.1.2一阶衰减（FOD）模式32
6.2焚烧处理33
7.废弃物处理成本效益分析35
7.1概述37
7.1.1城市固体废弃物焚烧发电成本和收益37
7.1.2城市固体废弃物填埋气发电成本和收益39
7.2成本和效益比较41
8固体废弃物焚烧发电对天津市温室气体总量减排的贡献分析44
9.讨论与政策建议45
9.1几点讨论45
9.2政策管理建议45
引言
根据主要经济体提交UNFCCC的1990-2007年温室气体排放数据（不含市场转型国家和LULUCF），欧盟15国的减排数据显示虽然废弃物领域的排放量仅占2007年总排放量的2.76%，但是其减排总量却分别占到同年度减排总量的29.7%。
研究德国1990年和2007年温室气体排放情况，可以发现仅占德国总排放量3.33%的废弃物领域的减排量占总减排量的11.18%，减排率达到71.5%，而且其中94.12%的减排是通过固体废弃物的处理实现的。
上述研究数据表明固体废弃物处理有巨大的温室气体减排潜力。
中国在2007年编制的《中国应对气候变化国家方案》中将加强城市固体废物管理作为减缓温室气体排放的重点领域之一。
由此可见，城市固体废弃物在全球温室气体减排中的重要作用已经引起了多方重视。
选择合适的处理方式不仅可以减少固体废物对局地环境的影响，还可以减少温室气体的排放，节约化石能源，减缓气候变暖。
这种在控制局域污染物的排放过程中减少温室气体的效应，被称为协同效应。
本文根据中国城市固体废弃物的构成与其含量，主要对焚烧发电、填埋气发电两种城市固体废弃物处理方式进行分析，测算出减排固体废弃物同时带来的减排温室气体的协同效应，并且以天津市滨海新区汉沽固体废物焚烧供电CDM项目、天津双口固体废物填埋场填埋气发电CDM项目为例，通过IPCC2006温室气体清单提供的计算方法计算其温室气体排放量和减排量，并比较两种方法的经济成本与效益，对其温室气体减排进行成本效益分析。
研究结论显示：
两种城市固体废弃物处理方式的单位减排净成本比较结果为焚烧发电大于填埋气发电，但由于其焚烧发电方式占地面积小、选址容易，比较适用于用地紧张的天津市，据本文估算天津市固体废物焚烧发电的减排潜力比例可以占到未来总减排量的25％左右。
1国内外研究现状和应用情况
1.1城市固体废弃物的温室气体排放研究
近年来，国内外在城市固体废弃物处理方式的温室气体排放方面有一定的研究。
政府间气候变化专门委员会编制的《2006年IPCC国家温室气体清单指南》提供了城市固体废弃物焚烧、卫生填埋和堆肥等处置方法的温室气体排放量计算方法学和相关排放因子参数。
潘玲阳、叶红等（2010），分析研究了北京市2001-2007年生活垃圾卫生填埋、堆肥和焚烧发展过程中直接和间接的温室气体排放量变化。
研究发现虽然堆肥具有相对低的单位排放量，但由于市场等方面的原因，堆肥在北京生活垃圾处理中的比重并不大，2007年处理的垃圾量不到无害化总处理量的7%。
2007年填埋产生CH4总量约48万t，若50%回收利用，其发热量相当于约40万t管道煤气，具有很大的节能减排潜力。
焚烧垃圾进行供热或发电的技术在国内外正蓬勃发展，也是节能减排的有效途径。
陈移峰、蒲舸等（2007），通过分析填埋气发电、厌氧堆肥沼气发电、垃圾焚烧回收能源项目流程与边界，得到了垃圾处理温室气体减排项目的减排基准线和温室气体减排量的计算公式。
阳晶、马晓茜（2006），以深圳下坪垃圾填埋场为例，定量分析垃圾填埋气体发电的温室气体减排效益。
结果表明填埋气发电技术具有较好的环境效益，装机容量为7MW的填埋气发电技术CO2减排量平均可达50665吨/年，售CERs（核证减排量）收入平均可达1056万元/年。
胡秀莲、姜克隽等（2002），以城市生活垃圾焚烧发电技术为案例，基于三个基准线，应用增量成本分析方法，计算垃圾焚烧发电作为CDM（清洁发展机制）项目的单位碳减排成本范围在127.8-158美元/t-C之间。
1.2课题目标和研究内容在国内外实现情况
国外的碳排放核算和温室气体排放清单编制工作分多层次多领域展开，大到国家、区域层次，小到城市、行业、企业层次。
在行业层次上主要是针对行业特点编制温室气体排放清单。
温室气体清单需要严格按照一系列被广泛承认的原则和指南编制。
国际上不同地区和行业计算温室气体排放的基本原则和前提假设不同，导致了排放量计算结果差异很大。
此外，国内外对于温室气体的监测体系都还不完善，我们国家也缺乏针对温室气体的监测技术规范，监测数据的缺乏导致碳核算方法中参数的选取缺乏依据，迫切需要针对不同行业温室气体排放的特点选择合理的核算方法，并制定适合本行业的温室气体排放清单。
国内外对于城镇生活垃圾碳排放的核算研究虽然很多，但缺乏系统化，本专题的研究力求在前人研究的基础上，减少城镇生活垃圾碳排放核算的不确定性，提出一套相对规范且完备的城镇生活垃圾处理系统碳核算方法，并选取典型区域编制城镇生活垃圾处理系统全生命周期碳排放清单，推进固体废弃物处置领域的温室气体清单编制工作的规范化。
1.3课题技术路线和技术指标在国内外实现情况
生活垃圾（MSW）等城市固体废弃物在处理过程中的碳排放是温室气体的重要来源。
为制定具针对性的生活垃圾碳减排策略，国内外学者研究了填埋、焚烧等不同处理方式的碳排放规律,并分别采用生命周期评价方法（LCA）、联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的推荐方法，以及基于清洁发展机制（CDM）的核算方法，对生活垃圾处理技术以及整个处理系统进行碳排放核算和分析。
在核算不同城市生活垃圾处理方式的碳排放时，以LCA方法居多。
虽然LCA能够全面考虑垃圾处理全过程中的碳排放，理论上更为全面、合理，但由于诸多清单数据难以获得，在实际应用当中还存在许多问题，特别是由于参数选择的不同会导致核算结果有很大的差异。
IPCC的核算方法主要是集中在垃圾的处理阶段，虽然该方法仅考虑直接排放，但是其核算模型是众多学者研究成果的集合，对于模型的参数选择和不确定性分析比较规范，可以将其核算方法与LCA核算方法结合，对LCA方法核算进行完善和修订。
特别在选择排放因子时，本专题的研究将尽可能地通过实地调研或者监测，得到准确反映不同条件下城镇生活垃圾排放特征的排放因子。
1.4课题计划成果的应用成效及国内外比较分析
随着城市化的加剧和人口的快速增加，中国各城镇都面临生活垃圾的量在不断增大的压力，如何能减少垃圾对环境的影响是中国各类城市都面临的问题，本专题提出城镇生活垃圾处理系统碳核算方法将为评估城镇生活垃圾处理技术低碳化程度提供工具，为制定城镇生活垃圾管理政策提供科学依据，将有助于促进中国城镇生活垃圾温室气体减排技术和低碳管理模式的发展。
1.5环境成本效益分析综述
环境成本效益分析，是指在对投资项目进行可行性研究时，不仅要对项目进行传统意义的经济核算（包括财务核算和国民经济核算），而且在经济核算时，将项目在建设和生产过程中所造成的环境影响以及产品在消费和消费后处理过程中对环境的影响也考虑在内，根据影响的正负效益将其量化（货币化）成成本和收益进入成本——效益分析模型中。
法国人杜波伊特（JulesDupuit）在1844年撰写题为《市政工程效用的衡量》的论文时，提出了“消费者剩余”的概念，并指出市政工程的效益所产生的影响，一般来说和市政工程计划产生的直接收入不是一回事。
由于这一概念的提出，他被称为成本效益的思想之父。
1805年加拉丁（AlbertGallatin，杰弗逊总统的财政部长）在一份关于运输规划的报告中强调：
“为了美国这样一个新建立国家的利益，需要比较水利建设的费用和效益”。
于是美国联邦水利机构开始运用成本效益分析方法来对水资源进行投资评价。
水资源成了成本效益分析的最初应用领域。
1946年，美国联邦机构流域委员会任命了一个费用效益分委员会，协调联邦各个部门效益成本分析的具体工作。
1950年，这个分委员会发表了一个里程碑式的报告，题为《关于流域规划经济分析实践的建议》。
这份报告在用于经济分析时是成熟的，并为水资源领域的研究和思索奠定了理论基础。
在众多的有关公共开支的报告中，它也是独树一帜的。
时至今日，它仍不失为指导水利规划成本效益分析不断发展的总体原则，被称为“绿皮书”。
在“绿皮书”之后，一些研究和学术团体又陆续发表了一批优秀著作。
如：
埃克斯坦（Eckstein）的《水资源发展：
计划评价的经济学》（1958年），以其对于联邦机构成本效益分析实践认真的评论和批评而格外引人注目。
赫斯克雷弗（Hirschleifer）、得黑文（Dehaven）和米利曼（Milliman）发表的《水的供给：
经济学技术和政策》（1960年），对一些原则做了清晰说明并应用于几个重要案例。
1962年，麦斯（Maass）和他的合作者在哈佛撰写了《水资源系统设计》一书，深入的讨论了系统分析和计算机技术在成本效益分析领域内的应用。
在此以后，成本效益分析技术一直在不断地进步并且逐渐发展到水资源以外的领域。
米香（Mishan）1976年出版的一本书认为：
“传统成本效益分析的主流不是与水有关的研究，而是在其他领域的应用。
”
1987年美国国家环境和发展研究所为多边借贷机构—世界银行和亚洲开发银行所做的“依赖生物圈”的研究表明，必须用经济的术语，即在账面上向馈赠者和借贷者传达对环境影响重大的事情，而不是关于环境污染、土壤侵蚀或物种消失的定性陈述。
研究报告得出的结论认为在环境评价的理论方面研制并采用可靠的、较长时间的成本和效益评价方法是一项紧迫的任务。
这标志着成本效益分析正式开始了其环境领域的运用。
上世纪80年代以来，成本效益分析开始被用于环境政策的评价领域。
1.6环境政策成本效益分析框架
1.6.1影响分析
影响分析包括环境影响分析与经济影响分析。
1.环境影响分析又称环境影响评价，是指对拟议中的国家政策实施后可能对环境产生的影响（后果）进行的系统性识别、预测和评估。
环境影响评价的根本目的是鼓励在规划和决策中考虑环境因素，最终达到更具环境相容性的人类活动。
2.经济影响分析研究的是某一事物对经济系统的整体或局部产生的影响。
例如：
（1）环境管制对就业的影响；
（2）环境法规对环保产业的影响；
（3）保护湿地法案对社区人口增长和税收的影响；
（4）环保法规对经济增长率的影响；
（5）二氧化碳控制工作对穷国及富国的影响。
1.6.2成本有效性分析
成本有效性分析研究的是给定目标的情况下，计算实现这一目标的各种方法的成本。
其中治理成本取决于污染控制技术的成本有效性。
政府在对污染治理目标作出有力的公开承诺前，有必要首先进行成本有效性分析。
1.6.3损害评估
损害评估包括：
资源价值损失价值、恢复成本。
损害评估的步骤如下：
（1）确定资源质量的初始水平；
（2）确定可供选择的恢复资源方法的成本；
（3）确定环境资源损失的价值。
1.6.4收益－成本分析
1.收益
收益-分本分析的第一部分是收益分析，即环境损害的估价。
其分析步骤如下：
（1）确定损害函数；
（2）测量排放量；
（3）运用扩散模型确定周边环境质量受影响的程度；
（4）估计上述周边环境水平下的影响；
（5）确定这些影响的价值。
常用方法有：
人力资本法、生产率变动法、内涵资产定价法（房屋价格）、问卷调查法。
2.成本
收益-分本分析的第二部分是成本分析，即分析治理的成本。
包括如下几个部分：
（1）工程设施的成本
以污水厂为例，其工程设施的成本包括建设费用与年度费用。
•建设费用
–处理厂本身；
–输送设施；
–污泥处理。
•年度费用
–运营及维护费用
•泵站；
•处理厂；
•污泥处理。
（2）地方法规的成本
为了分析地方法规的成本，现在假设存在一个大果园，这个大果园的用途是发展经济以解决就业问题。
地方法规规定要果园减少杀虫剂使用量，分析其法规成本如下：
•增加生产费用
–费用转移到消费者身上；
–费用转移到生产者身上、工人身上。
•倒闭
–工人失业；
–工人转移到其他的工作岗位。
（3）行业管制的成本
假设一批造纸企业被要求削减一定比例的排污量，政府想预测这一规定会对这些企业的生产成本造成怎样的影响。
其分析步骤如下：
–了解企业详细情况；
–企业会采用什么样的技术；
–如何改进内部的生产过程；
–用调查表进行成本调查。
（4）国家层面上的成本
•短期：
首先，由于总资源中的一部分被用来控制污染，不仅需要把企业的污染控制成本相加还需要把各个产业之间的相互影响考虑进去。
其次，通过价格机制进行分析。
分析由于价格变化导致的需求变化、产量变化和就业变化。
•长期：
分析环境法规如何影响资本积累和技术变革。
运用宏观经济模型进行分析。
（5）其他成本
环境成本：
大多数排放量削减项目都是基于一定介质的，同一项目在其他介质中的排放总量可能会增加。
执行成本：
政府需要投入资源来监督企业及个人的行为。
另外，政策法规成本还需要考虑人对法规的反应。
例如对于某个项目，实施法规以前的成本为100元，未来不实施法规情况下的成本为120元，未来实施法规情况下的成本为150元。
由此可以看出在计算成本时还要考虑人的反应。
1.7温室气体环境政策的成本效益评估
1.7.1理论基础
成本效益分析的主要理论基础是：
以经济学的价值理论来评估政策、规划方案、建设投资决定的成本和效益，除了私人成本和利益外，同时也有外在成本（和效益）内在化，从而提供了比较客观的政策评估工具和方法。
成本可以包括时间、人手、交易、资金和资产投入的各类成本，都可以统一以经济价格为度量单位；效益包括不同主体如社会、群体、个人效益，也可以以经济价格为度量单位。
以成本效益计量方法为分析工具，每一个政策或者项目不同方案的成本效益都可以系统地分析比较，得到一个清晰和有科学立据支持的决定。
目前对环境政策的成本效益分析主要停留在理论层面，很少有实证研究，对于成本效益的实证研究多集中在某项环境治理工程方面，对于环境标准变化的成本效益分析国内研究很少。
表1-1成本效益分析在环境科学领域的研究现状
研究类别
理论研究
实证研究
例子
环境政策
多
少
1.低碳城市规划建设_成本效益分析
2.成本效益、政策机制与生态恢复建设的可持续发展－整体视角下对我国生态保护建设工程及政策的评价
3.成本效益分析与美国政府的能源决策
4.绿色建筑成本效益评价研究
环境治理工程
少
多
1.北京市城市雨水利用的成本效益分析
2.基于GIS查询的生态重建模式构建及其成本效益分析_以贵州省猫跳河流域为例
3.运用LCA方法分析污水再生处理的成本效益
4.上海地区大型公共建筑中水工程成本效益分析
环境标准
少
少
环境管理体系认证审核的成本效益_对企业实施国际标准ISO14000s的调研
1.7.2国内外温室气体减排政策成本效益分析研究综述
联合国IPCC于1996年发表的第三工作组报告，介绍如何用成本效益分析方法评价减排方案。
其基本结论包括：
（1）成本效益分析有其长处及短处，但它是目前决策者比较熟悉的方法；
（2）成本效益分析适用问题包括：
多少温室气体需要减排、用什么方法进行减排及谁应该减排。
但报告也指出成本效益分析在面对宏观远景的时间跨度分析有其不确定性。
IPCC提出研究减排的成本效益分析方法可以包括3方面：
估计边际成本、估计边际效益及计算增量成本。
近年国际上最有影响力的碳排放经济报告是2006年发表的《斯特恩回顾：
气候变化经济学》报告。
此报告从经济学角度论述了全球气候变化带来的经济损失及相关的减排成本，斯特恩回顾报告中推算全球控制碳排放不同手段及在未来经济发展情景下的边际成本和边际效益，提出由今天到2050年的发展期间内，如果社会维持今天的发展方式不作出控制碳排放措施，碳排放的边际成本为USD85/tC（2006年的价格）。
如果全球有能力把大气中的二氧化碳量固定在450～550ppm二氧化碳当量，边际社会成本会下降到USD25～30/tC。
英国政府2002发表的碳排放社会成本报告。
报告是英国政府环境、食物及农村事务部发表。
是提供给英国国内不同政府部门和专业估计碳排放的社会成本依据。
此报告分析不同的前期碳排放边际成本成果，明确指出要以成本效益分析框架作为政策手段及项目评估的基本方法，及使用边际成本的概念，提出英国政府所有部门使用统一口径的“社会碳价值”（Socialcostofcarbon）。
最后建议最实际的边际成本值应该可以采用GBP70/tC（70英镑/吨碳），但同时考虑把上限值设在GBP140/tC及下限值设在GBP35/tC。
国内对于碳排放的边际成本也有不同的研究成果。
清华大学发表用宏观模型分析中国碳排放控制的成本提供了这方面的内容。
报告研究中国减碳排放的边际成本曲线，提出成本约在USD12/tC～USD216/tC之间，分别满足不同减碳排放的指标值。
前者的指标为在2000-2050年要减低5%碳排放量，而后者代表45%减排指标。
此文献同时提供了其他近期对中国边际减碳排放成本研究的比较，不同研究的结论有重大分歧，减碳排放在20%～30%幅度间，2010的成本为USD14～USD167/tC不等。
1.7.3各类环境政策成本效益分析
1.各部门温室气体减排政策综述
1）能源领域
（1）增加可再生能源比例；
（2）提高能源利用效率；
（3）建筑节能。
2）工业过程领域
工艺过程改进（钢铁产业中转炉改电炉等）。
3）交通领域
（1）生物燃油；
（2）道路基础设施建设；
（3）推广公共交通。
4）废弃物领域
（1）减少废弃物产生量；
（2）增加市政基础设施建设。
2.热点温室气体减排政策成本效益分析（可以考虑进行成本效益分析的环境政策）
（1）碳关税
成本：
国内出口成本上升、信息成本（统计产品含碳量）、实施成本（定税率、海关收税）。
效益：
碳减排（环境效益）、新技术。
研究可行性：
研究的人多，文献多，争议多，敏感。
（2）绿色建筑（或者建筑节能等）
成本：
设计成本、建设成本、维护、使用成本、认证成本。
效益：
①环境效益
a）室内环境：
建材污染、家具污染；
b）室外环境：
温室气体排放。
②经济效益
a）节地；
b）节水：
节水型器具、雨水收集利用、水循环系统；
c）节材；
d）节约能源：
自然通风、天然采光、保温设计；
e）减少运营管理成本。
③个人舒适度
研究可行性：
研究集中在理论层次，实证研究少，如果进行实证研究需要做节能建筑的人配合拿到数据。
（3）可再生能源
成本：
建设、运行成本。
收益：
环境效益，节能、减少二氧化碳。
研究可行性：
可以研究可再生能源的发电增量成本，这方面有一些研
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