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11月12日,30多个学习能源技术的芬兰学生在雨中准备参观拉赫蒂能源公司的Kymijarvi二期电厂.当他们走进厂房时,一辆深蓝色的大卡车恰好停靠在燃料接收口卸载原料.带有轻微酸腐气味的黄色的垃圾废料从卡车的后部倾泄而出,沿着输送带被递送到厂房深处.顺着这条路一直向前,一场将垃圾变成电能和热能的旅程开始了.
对于这些专业的学生来说,焚烧垃圾气化发电并不是什么新鲜事,整个流程和工艺早已清楚地在脑子中,但这一次有点不太一样.
Kymijarvi二期电厂,这座位于芬兰南部城市拉赫蒂的发电厂从2012年投入运作至今,已经产生了50兆瓦的电力和90兆瓦的热能.
用垃圾产生干净燃料进行发电和供热是拉赫蒂能源公司、加工行业服务与解决方案提供商美卓、分销商和芬兰政府四方共同合作的结果.美卓为此项目提供了循环流化床气化炉和美卓DNA自动化控制系统.
固体回收燃料,直白点说就是垃圾.而相应的发电技术也就是所谓的垃圾焚烧发电.这家电厂所采用的是垃圾焚烧发电中比较常见的流化床燃烧技术,但在此基础上,美卓又为循环流化床做出了一些改变,形成了比较独特的循环流化床气化炉.垃圾在经过900℃的高温流化床中燃烧至气化后,会被导入400℃的环境下冷却,使气体中的杂质凝结成颗粒.接着,气体和颗粒的混合物会被一同输送至过滤装置,颗粒物质以及燃烧产生的焦油等有害物质会在此被吸附到过滤装置之上变成灰状物质,与气体产生分离.而燃烧所产生的水则会被送回前一步骤,用于帮助气体冷却.
“那些有害的物质重新被固化,并沉到锅炉底部,那些不必要的粒子,例如金属化合物和碱,也在气体冷却的同时被去除了.”拉赫蒂能源公司公共关系总监JaanaLehtovirta说.
这两个步骤保证在气体燃料生成前,垃圾中的有害物质已经大部分被去除,保证了燃料燃烧发电时的无害化,也让Kymijarvi二期电厂的电变得更干净.接下来的过程与普通的发电比较相似,这些可燃气体进入高效蒸汽锅炉燃烧,产生蒸汽,带动蒸汽涡轮,从而产生电能和热能.
直观来看,因为发电燃烧的气体本身就已经足够纯净,所以即使不在最后添加过滤装置,从烟囱中也不会看到浓烟排出.但是,仅凭过程中的净化步骤并不足以使整个发电过程保证干净.
燃烧垃圾发电并不是什么新鲜事,但是一直以来,它的问题在于焚烧物中会产生有毒物质,如SOx、NOx、HCl、粉尘和残渣中的重金属,特别是氧化反应产生剧毒有机物二恶英.对此,目前普遍采用的办法是加强燃烧后的过滤净化,保证在最终的排放物中,有毒污染物成分降到最低.而Kymijarvi二期电厂最为不同之处,在于燃烧之前,就保证原料已经达到了纯净化,这在全球尚属首例,2012年,它凭借创新的节约化石燃料、减少排放以及可复制性被芬兰能源产业部门授予了“气候行动”的年度奖项.
去年,拉赫蒂一共利用了25万吨固体回收燃料,它所获得的能量与17万吨煤炭的作用相当.根据测算,焚烧2吨垃圾产生的热量大约相当于1吨煤,而Kymijarvi二期电厂的转化率已经远远超出了这个比例.“在同样的原料下,我们的发电机能够提高30%的电力产出和热能产出.”维美德集团总裁兼CEO（拆分前美卓制浆、造纸和电力总裁）PasiLaine告诉《第一财经周刊》.
事实上,在被存入两个7500立方米的燃料仓,正式进入焚烧气化过程之前,这些成吨的垃圾还要经历一道重要工序.“我们会在实验室中检测每一车固体燃料.”JaanaLehtovirta介绍说,拉赫蒂对于固体回收混合物的成分有着很高的标准,仅包括木材、塑料、纸和纸板等.
“你可以看到,在普通的气化方式下,高温高压燃烧会产生大量非常肮脏的废料,影响发电机组的运转,因此他们不得不降低温度和压力,但这同时也遏制了产电效率.但是我们使用的能源相当纯净,这使得燃料能够在高温下进行充分的气化,并更高效地产生电力.”JaanaLehtovirta说.
固体回收燃料的原材料主要从工业、零售业、建筑工地收集而来,同时,每家每户的部分生活垃圾也是收集的目标.当然,这不需要发电厂自己动手收集,拉赫蒂的固体回收燃料主要来自于芬兰南部的原料供应商Kuusakoski,从发电厂角度来说,这样能够保证原料获取的效率和稳定性,因为一旦检测出原料成分出现问题,他们就会直接与供应商交涉,甚至退货.
但仅靠原料供应商来实现分类是远远不够的,PasiLaine所指的分类实际上更为源头,就是居民和商户们对待日常垃圾就能做到干湿分离,当可燃物与不可燃物、金属、玻璃在丢弃时彻底分开,大规模地实现拉赫蒂模式才有可能.
当然,芬兰在这点上已经做到了.
事实上,芬兰是一个清洁能源使用十分普及的国家,自然环境的原因某种程度上也促使了技术的发展.“芬兰是一个无煤、无石油、无天然气等化石能源的国家.除了开发提高资源利用率的方法,芬兰人别无他选.”芬兰贸易协会芬兰清洁技术委员会执行董事KaisaHernberg告诉《第一财经周刊》.
与其他清洁能源相比,PasiLaine认为,将固体废物作为原料进行发电一个比较独特的优势就是只要保证原料供应足够,就可以24小时运作,而风能、太阳能都可能会出现短暂的停产情况.此外,发电厂能够在当地采购燃料,对当地的就业也有一定帮助.
当然,不论对环境的意义多大,作为电厂,盈利是一个始终不能回避的问题.事实上,作为同样是燃烧某种废弃物质的生物质能源,一直以来面临着盈利的困难,中国可能就是一个典型的例子,一直以来,生物质能源厂商们大多都还在依靠政府的补贴政策维持.
不过,芬兰的电力市场可能有些不同,发电厂的下游买家并非国家所掌控的电力网络,而是各个电力能源供应商,这意味着,除了给本地或者本国使用,国外的市场也是拉赫蒂能够努力的方向,并且JaanaLehtovirta透露,拉赫蒂正在这么做.她告诉《第一财经周刊》,整个Kymijarvi二期电厂的投资建设大约为1600万欧元,对于发电厂建设来说这笔投入实在不算高,更重要的是,相比于化石燃料,发电的原料费用大大降低,因此拉赫蒂能源公司预估,在没有补贴的情况下十年之内就能收回成本.
不过,她也提到,电力并不是收入的主要来源.“事实上,目前每度电的售价并不高,因此,我们的主要盈利点并不在于发电,供热才是最大的收益来源.我们直接将供暖输送到拉赫蒂地区,我们掌握定价权,并且直接向终端用户收费.”当然,对于供热市场的需求,冬季总是好过夏季的,不过相对有利的是,对于地处北欧的芬兰来说,冬天总是显得特别漫长.
这可以说是焚烧垃圾发电的一个主流盈利方式,正在被大部分垃圾焚烧发电厂所采用.“如果能够同时把电和热利用起来,那么就是一个可以盈利的方式.”PasiLaine从加工设备与解决方案的供应商角度出发对《第一财经周刊》说道.
当然,正积极推广固态废物燃烧技术的还有美卓公司.PasiLaine承认,中国也有可能是固体回收燃料发电的下一个目标.拉赫蒂也同样认同这种发电模式的可复制性,“这种发电技术几乎不产生浪费,因此也很适用于其他许多国家.”JaanaLehtovirta说.此外,全自动化的生产过程也不需要过多的人力投入.
目前,Kymijarvi二期电厂所生产的电力主要覆盖于拉赫蒂地区,一个小时就能气化360立方米,相当于两辆重型卡车装载量的固体回收燃料.为了满足源源不断的原料需求,紧邻Kymijarvi二期电厂的原料输入口已经建起了一座固体回收燃料的处理厂房.
JaanaLehtovirta表示从目前的产力需求来看,原料的供给尚算足够,但他也估计如果进一步扩大电能及热能的产出,很可能会出现原料供给不足的问题.
事实上,在芬兰的邻国瑞典,已经出现了因为垃圾处理的效力太强,首都斯德哥尔摩已经开始每年向国外进口80万吨垃圾用以维持焚烧垃圾以电热能源供给的情况.但另一方面,《自然》科学期刊最近的文章显示,全世界人口每天制造的垃圾大约为350万吨,如果人类不改变自己的行为方式,到2100年每天全球就会新增1100万吨生活垃圾,让地球成为一个大垃圾场.如果能够将如此庞大的垃圾视为能源资源,通过清洁能源转化方式将其消耗掉,那或许是个不错的结果.