在中国平衡处置与能源供应：焚烧垃圾的效率层级与优化

把垃圾变成能源

家庭垃圾常被视为要处理的问题，但其中也蕴含着令人意外的大量能量。在像中国这样快速发展的国家，大城市既面临不断增长的生活垃圾堆积，也面临为居民提供足够电力和热力的挑战。这项研究探讨了在专门化工厂燃烧垃圾如何安全地将其转化为稳定的能源来源、当前工厂的运行表现如何，以及哪些升级可以使其在未来更清洁、更有用。

垃圾焚烧如何帮助城市

现代垃圾发电厂在受控炉膛中燃烧日常垃圾，利用产生的热量产生蒸汽，推动汽轮机发电，并在某些情况下提供集中供热。在中国，这一做法迅速成为处理城镇生活垃圾的主要方式，目前处理超过四分之三的生活垃圾。到2023年，近千座工厂、超过两千条焚烧线提供的电力可覆盖全国住宅用电的约7%。由于大型、人口密集的城市既产生更多垃圾又需要更多电力，这些工厂通常处在两个紧迫问题的交汇处：垃圾安置与保证供电。

效率为何重要

单纯燃烧垃圾并不足以衡量成效；关键在于每吨垃圾能回收多少有用能源。作者表明，中国工厂平均每吨垃圾产生的电力低于欧洲或美国的类似设施。造成这一差距的原因多种多样。垃圾的组成至关重要：含大量餐厨残余的潮湿垃圾燃烧性能差，而含更多纸张和塑料的干燥垃圾释放更多热量。炉膛的规模和设计也很关键，极大规模的设备和更高的蒸汽温度表现更好。运行管理的经验同样影响显著；由更有经验的团队运营、燃烧更加稳定且停机更少的工厂，能提供明显更高的能源回收并使尾气更清洁。

将工厂划分为效率阶梯

为理清这些影响因素，研究者建立了覆盖中国每条焚烧线的国家数据库，并创建了一个将电力与热能同等看待的效率指标。随后他们对该指标进行了校正，以考虑运营者无法控制的条件，如当地气候、海拔及是否存在废热近场需求。基于校正后的得分，工厂被分为三类：基础处置设施、能量回收工厂和顶级绿色能源工厂。大约四成设施目前主要作为处置单元、能源回收有限，而只有约五分之一达到绿色能源工厂的标准。该阶梯有助于决策者设定目标、奖励领先者并识别最值得投入升级的环节。

未来潜力与智能升级

展望2035年，团队将人口与经济预测与五种全球发展路径下未来垃圾数量和成分模型相结合。在“按部就班”的情形下，中国的垃圾焚烧到2035年可能提供约8%的居民用电，且随着包装和一次性用品使用增长，垃圾的能量密度会提高。然而，如果对工厂进行主动改造——通过改善运行、采用更智能的控制和更充分利用剩余蒸汽供热——垃圾焚烧每年可能产生多达259太瓦时的电力，最多可覆盖约13%的住宅用电需求。在众多可行措施中，基于人工智能的控制系统和低温余热回收被认为是尤其具有成本效益的选项。

在提升发电的同时减少排放

燃烧垃圾不可避免地会排放温室气体和其他污染物，但研究显示，更高效的工厂实际上可以通过替代更污染的化石燃料发电并以更清洁的方式运行炉膛来降低气候和空气质量影响。到2023年，中国的垃圾发电厂在颗粒物和酸性气体排放方面已远低于国家限值，更良好的燃烧通常伴随更低的污染物水平。如果按设想对2035年进行效率升级，研究者估算与不改进情景相比，该行业的净温室气体排放可能下降多达60%，尽管焚烧的垃圾更多。这也将减少氮氧化物和一氧化碳等主要烟囱污染物的排放。

这对能源与垃圾未来意味着什么

对于非专业读者来说，核心信息是垃圾可以不仅仅是负担；如果处理得当，它可以成为清洁能源系统中一个有意义且稳定的贡献来源。研究认为，通过合适的设计、智能控制和更好的热能利用，垃圾焚烧可以帮助像中国这样的国家应对垃圾量上升、减少对化石燃料的依赖并降低空气污染。尽管这不能替代回收、堆肥或源头减量，使现有和未来工厂更高效仍可帮助许多新兴经济体弥补能源缺口，并支持更广泛的气候与可持续发展目标。

引用: Cui, J., Cui, Y., Li, J. et al. Efficiency hierarchy and optimization of waste incineration in China to balance disposal and energy supply. Nat Commun 17, 3069 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69897-w

关键词: 垃圾发电, 城镇生活垃圾, 能效, 中国焚烧, 温室气体排放