垃圾環保發電推進電動汽車發展

摘 要：本文闡述了建立城市生活垃圾焚燒發電電動汽車充電系統（City garbage burning waste heat power generation electric vehicle charging system以下簡稱GPC系統）；運用GPC系統將處理城市生活垃圾和電動汽車充電有機結合形成垃圾焚燒發電電動汽車充電系統產業鏈，敘述了建立電動汽車換電站取代耗巨資在市區建立眾多電動汽車充電樁的行之有效的辦法，保障電動汽車的能源補充及時便捷和網絡化。建立相關的研發機構，在我國乃至全球普遍建立GPC系統，為全球電動汽車事業起到助推器的作用，對環境保護和能源建設有著積極的、重要的歷史和現實意義。

關鍵詞：垃圾；環保；電動汽車；發電

中圖分類號： R124.3 文獻標識碼：A

1電動汽車行業發展的制約因素

地球石油資源的日益枯竭是眾所周知的，無論是汽油或者天然氣都是非常有限的，電動汽車新能源的解決將具有重要的意義和必要性。因此，大力發展以電動汽車為代表的新能源汽車是地球能源利用與環境安全的必然要求，對環境保護以及中國汽車工業實現跨越式、可持續發展，提升我國汽車產業國際地位，特別是提升國際競爭力的重要舉措。

1.1節能與環保的挑戰

公眾普遍認為只要是電動汽車就是節能環保，因為表面上看來電動汽車使用的是電網電力，屬于清潔能源，其實不然，在中國，有近70%以上的電力是由煤炭轉換而來的。眾所周知煤炭燃燒后產生的二氧化碳對大氣具有較強的破壞作用，同時煤在使用過程中對地球環境也存在嚴重的污染；電力在傳輸過程中會產生損耗，進而降低了煤炭的利用效率，這樣更進一步增加了煤的損耗量；電動汽車充電需要消耗大量的電力資源，迫使其大幅提高發電總量；所以不燒汽油改燒煤的狀況不僅不是環保節能甚至是惡化環境浪費資源，現狀無疑是對我國能源和環境保護的巨大沖擊和嚴重挑戰。

事實上，在廠商以及推動電動汽車技術應用的職能部門看來，電動汽車技術以零排放、低噪聲等優勢遠遠優于汽油汽車，但其實不然，按照電動汽車技術未來發展的趨勢預測，電動汽車將會在短時間內迅速普及，屆時電力需求劇增是無法承受的，并且如果電力來源還是依靠燒煤產生，這對我們并非是好事。

結論是：電動汽車的現狀并不環保，也不節能，甚至可以說是高耗能高污染產業，電動汽車的高速發展將有賴于能源結構的優化。

1.2普及和推廣的挑戰

電動汽車要上路，首先要解決的是能源保障和充電系統的合理建設。雖然國家電網已經開始規劃充電站網絡建設，但目前新能源汽車配套基礎設施的建設仍處于初級概念階段，并未形成成熟的商業模式，這就需要耗費巨額資金給電網擴容并建設龐大的的電動汽車充電網絡，高污染高耗能將迅速產生，同時所有投資將轉嫁到運行成本上，形成惡性循環，嚴重阻滯了電動汽車的發展。電動汽車充電及運行費用問題是電動汽車無法普及和推廣的主要原因。

1.3能源供給的挑戰

綜上所述，電動汽車似乎又走入“死胡同”，在環保低碳的外衣下依然面臨許多本質未變的問題。如果說電動汽車的出現緩解了燃油的消耗，而在其他不可再生能源的消耗上又有所增加，本質上資源與能源利用并沒有得到優化。電動汽車如果擺脫了對燃油燃煤的依賴，改為依靠風力發電、太陽能發電、水利等清潔的可再生能源進行發電，才能真正實現節能環保。但是利用水利或者太陽能、風能作為電動汽車的動力能源必然受到地理環境和區域劃分的限制也是十分有限的；生物質能雖可以利用，但是原料的供應將得不到保障，同樣存在著嚴重的間歇性問題。

電力來源和電力短缺形成了電動汽車產業發展的瓶剄，成為急需解決的大問題，要進入電動汽車的健康發展關鍵的問題在于尋找獨立的可持續的新能源。

2電動汽車發展對電網的影響

電動汽車作為用電大負荷產品對電網和供電系統的影響隨著電動汽車保有量的增加日益加劇，其對電能的需求將嚴重影響現有輸配電網絡，電動汽車的普及程度、類型、充電時間、充電方法、充電特性以及儲能特性的不同會使電動汽車對電網的影響和沖擊發生變化。電動汽車充電對電網的影響是多方面的，主要體現在：

2.1在峰荷時間進行充電將加重電網負擔，在非峰荷時間進行充電雖然對電網的沖擊減小，但總體上看都將對電網造成很大的沖擊和巨大能耗；

2.2電動汽車充電設備中整流裝置在工作時會產生大量的諧波，這會給電網帶來諧波污染；

2.3需要增加無功補償裝置、濾波裝置，從而大大增加電網建設的投資成本和運行費用；

2.4電動汽車在負荷高峰時刻進行充電時，充電設備產生的電網電流需求會使電力系統過載，使剩余電量儲備增加，使電網效率降低。聚集性充電可能會導致局部地區的負荷緊張；電動汽車充電時間的疊加或負荷高峰時段的充電行為將會加重配電網負擔，直接影響民用和工業用電。

2.5電動汽車發展和電網的需求是成正比的，電能負荷集聚擴張將給我國電力能源工業形成巨大的壓力因此為電動汽車充電提供獨立的能源體系是唯一的出路。

3城市高速發展與城市生活垃圾處理矛盾日益突出

當前，每年產生數量巨大的城市生活垃圾對環境管理以及污染控制形成了嚴重挑戰，據有關資料顯示，目前世界垃圾量正以快于經濟平均增長速度的2.5-3倍的速度增加，年平均增長速度為8.24%。我國城市垃圾年產量已達1.4 億t 以上，占全世界年產垃圾的四分之一以上，且仍以每年8%-10%的速度增長，而實施簡易處理的城市垃圾僅占總量的2.3%，目前我國歷年垃圾堆存量已高達60億噸，占用耕地5億平方米，直接經濟損失達80億元人民幣。全國城市現已發展到660個，其中已有200個城市陷入垃圾包圍之中。以城鎮人口2.6億，每人每年產生440公斤垃圾計算，產生垃圾量為1.14億噸，可以使100萬人口的城市覆蓋1米。且每年還在以8～10%的速度在遞增。中國已成為世界上垃圾包袱最重的國家，城市垃圾的無害化、減量化和資源化處理已迫在眉睫。

隨著國民經濟及城市建設的發展，城市生活垃圾的排放量逐漸增大，傳統的以填埋方式和簡單堆放后再采用土地還原法處理垃圾的處置管理模式將發生變革。目前，現代化大城市土地價格昂貴、生活水平高，垃圾成份趨于復雜且潛在經濟價值較高 ，從資源化和保護自然環境與生態平衡的角度來看，在保證垃圾處理無害化前提下，最大限度地實現垃圾處理的資源化已是發展方向。近十年來生活垃圾焚燒處理在我國發展很快，特別是在城市化進程快、經濟較為發達、人口密集、人均可利用土地資源少的大城市以及南方，沿海地區都呈現出較大需求。焚燒技術成為近年來許多城市解決垃圾出路的新趨勢及新熱點。

4解決電動汽車能源的途徑

電力缺乏成為急需解決的大問題，要進入電動汽車的健康發展關鍵的問題在于尋找獨立的可持續的新能源。解決電動汽車充電的能源途徑可以是多方面的，目前的捷徑是依賴電網電力。在我國電網電力來源無外乎是水力發電和火力發電以及極少的核電，水力電力是清潔環保能源，但在我國水力電力只占有極小的一部分，絕大部分的電力還是來自煤炭資源，不環保也不節能。所以電網電力資源不能作為電動汽車行業發展的可持性能源保障。

太陽能電源和生物質發電能源投資巨大成本極高，且受地域和氣候的影響太大，不適合推廣和應用。

城市生活垃圾卻是不間斷的取向，城市生活垃圾取之不盡用之不絕，利用來焚燒發電的同時處理城市生活垃圾，一舉數得，環保、節能，因此建立城市生活垃圾焚燒發電電動汽車充電系統是解決電動汽車發展能源保障的最優選擇。

5建立GPC系統的必要性和重大意義

GPC系統是將處理城市生活垃圾和電動汽車充電有機結合形成新的垃圾焚燒發電電動汽車充電系統產業鏈，不僅解決了城市生活垃圾的無害化、減量化、資源化處理，同時利用垃圾焚燒發電建立獨立的電動汽車能源體系，完全擺脫了依賴市政電網作為電動汽車能源的傳統方法；建立電動汽車換電站取代耗巨資在市區建立眾多電動汽車充電樁的行之有效的方法，保障電動汽車能源的補充網點得到迅速普及。隨著電動汽車行業的高速發展，在城市中建立電動汽車充電站是必然的趨勢。GPC系統建立獨立的電動汽車充電能源體系，解決了電動汽車能源的補充，有效緩解了電網壓力，對電動汽車的高速穩健發展起到助推器的作用；同時有效解決了城市生活垃圾的資源化，實現GPC衍生產物的綜合利用，提升了城市環保的效果。城市生活垃圾發電電動汽車充電系統的建成，對我國的能源結構調整，具有深遠的極其重要的社會、經濟和戰略意義。

5.1解決城市生活垃圾環保處理最佳途徑，是新能源發展的一個契機；

5.2建立獨立的電動汽車充電系統，擺脫了電動汽車發展依賴電網的模式，突破了電動汽車發展的瓶頸，為電動汽車行業健康發展奠定基礎；

5.3推動城市垃圾處理和新能源建設新高潮，創造全新的GPC產業鏈，實現產業結構的升級。

6 GPC系統運行體系

6.1運行模式

將城市生活可燃垃圾進行焚燒發電，建立電動汽車充電站和蓄電池充電站、蓄電池換電站，完成對城市電動汽車的能源補充，不需要市政電網的接入，也就不需要電力變壓器、高低壓變電保護等設備就可以有足夠的電能使用。

垃圾發電生產的電能供給蓄電池充電站、電動汽車充電站、經過直供電網直接使用，富余的電能通過高壓裝置可以并入市政電網。在提供充電站足夠電能的同時實現了垃圾的無害化、減量化、資源化的環保處理，實現再生能源的充分利用，從而擴展再生能源的應用領域；避免了依賴市政電網供電，不需要投入大型變電及其他輔助設備，大大降低了投資和運行成本，同時避免了電力傳輸損耗和對電網的沖擊；垃圾發電充電站不僅沒有消耗電力資源，剩余的電能可以實現其他應用價值或者并入市電網絡。

6.2GPC運行機構和程序說明

6.2.1GPC系統運行原理：

城市生活垃圾收集后通過垃圾封閉運輸方式運送到GPC系統工作站，對垃圾進行儲存。垃圾壓縮和淋漓后送入垃圾分選區，期間滲濾液經過環保綜合處理和利用。

垃圾分選系統將金屬、塑料、玻璃以及電子產品等回收利用，食物餐廚垃圾送入養豬基地或做其他回收處理，沉降固體和液體作為有機肥料送入田間，可燃垃圾進入烘干處理程序。

焚燒處理要求垃圾的熱值大于3.35MJ/kg，在技術上采用前期熱風烘干的手段就可以達到，不需要添加助燃劑，從而降低運行成本。GPC系統可燃垃圾利用焚燒爐燃燒處理后的煙氣進行烘干干燥，熱值提高后的垃圾送入焚燒爐焚燒。（參照本人專利ZL201120211636.2和ZL201220190093.5）

垃圾焚燒產生的灰渣進行處理后可以制作和生產建筑材料，如建筑用磚等。

焚燒尾氣進入環保處理設備三級處理后符合國家環保標準排放。

余熱鍋爐產生的蒸氣供給汽輪發電機組發電，剩余的熱能作為采暖熱源供給學校、賓館、工廠、娛樂以及農業使用。

汽輪發電機組生產的電能直接提供給電動汽車充電樁、蓄電池充電房，富余的電能可以并入市政電網或者為高耗能用戶提供能源。

汽輪發電機組發電使用后的蒸氣綜合利用到相關行業，如木材蒸氣烘干、紡織化工電鍍、食品加工、飲食釀造消毒以及洗浴桑拿保健行業。

6.2. 2GPC供電系統示意圖

GPC系統設置配電中心、蓄電池充電房、公交車充電站、專用車輛充電站、私家車充電站。蓄電池充電房建立蓄電池配送系統，將充滿電能的蓄電池由派送單位送到市區蓄電池換電站以及需要更換蓄電池的電動車輛上進行更換。更換下來的蓄電池送回蓄電池充電房充電。富余的電能經過高壓設備升壓后并入市政電網。

7系統方案實施和具體要求

7.1垃圾焚燒發電廠選址和建設原則

垃圾焚燒發電廠場地選擇原則：城市周邊地區，遠離城市中心，有利于廢水廢氣的環保處理，離城市中心20KM的輻射距離為理想地點，經濟發達地區可以在城市周邊地區多點建廠，以降低運輸成本；尤其可以在道路兩側的鄉鎮街道廣泛建立GPC系統。

7.2城市垃圾收集和儲運以及前期處理

采取封閉運輸垃圾的方式，避免垃圾儲運過程中的二次污染。運輸車輛采用專用的自卸車。

垃圾分選系統通過垃圾均勻給料、大件垃圾自動分選系統、大件垃圾破碎系統、袋裝垃圾自動

破袋、大塊有機物自動破碎系統、全封閉機械化風選系統、塑料水選系統、有機物高溫高壓水解水熱氧化“熱選”系統等工藝處理后，可將城市生活垃圾分選為：無機物類，沙土類，有機物類，不可回收可燃物類（塑料、橡膠），薄膜塑料類，鐵磁物類，為下道工序垃圾處理“資源化、產業化”打下基礎。

要提高焚燒爐的運行質量，加大熱能利用率，減少尾氣治理成本，首先應在垃圾進爐前進行更有效的預處理，為焚燒創造有利條件是至關重要的。

7.3蓄電池充電廠

建立蓄電池充電廠，對備用蓄電池、電動汽車更換下來的蓄電池實施標準充電。電動汽車可以

自行行駛到蓄電池充電廠來更換蓄電池。

7.4電動汽車充電站

在GPC系統內設立符合要求的電動汽車充電樁，對私家電動車、公務電動車、公交車輛等車輛集中充電，公共車輛實行白天運營夜間集中充電。

7.5 蓄電池換電站

在市區利用現有的石油制品加油站建立電動車輛蓄電池更換點，快速完成電動汽車能源補充，更換下來的蓄電池通過專用車輛送至GPC系統換電站。在道路兩側可以廣泛建立蓄電池更換點。

7.6 監控調度中心

垃圾焚燒監控，蒸氣發電監控，蓄電池充電廠監控，電動汽車充電樁監控，電力使用和并網監控。

8 經濟效益分析

以城市社區30萬人口的小型城市，滿足40臺公交車、180臺小型車輛、2000輛電動自行車和1000組蓄電池的充電需求，需要電功率4500KW。

8.1使用電網電力

8.1.1電費：4500KW電功率，每天4500*24=10.8萬度電，電費按1元計算，費用為10.8萬元/天，每年電費高達3942萬元。

8.1.2充電樁造價3萬元，30個充電站300個充電樁需要投資900萬元

8.1.3使用土地30*500=15000㎡ 占城市中心土地23畝，約值4600萬元

結論：投資總額達5500萬元，每年消耗電費4000萬元

8.2使用GPC系統，配置3臺4500KW/0.4KV發電總量的城市生活垃圾焚燒直燃發電充電站，采用3臺10t/h的垃圾焚燒爐和3臺1500KW凝汽式汽輪發電機組，每天處理生活垃圾180t，可以解決約30萬人口的生活垃圾環保處理；同時滿足充電站40臺公交車、180臺小型車輛、2000輛電動自行車和1000組蓄電池的充電需求，剩余電量并入市政電網。

8.2.1GPC系統基地使用郊區土地30畝，約值600萬元；

30個換電站3000㎡約值900萬元；合計1500萬元。

8.2.2 GPC系統總造價2000萬元；

8.2.3 垃圾收費18000元/天，657萬/年

8.2.4 可回收利用垃圾100元/T，657萬/年

8.2.5 余熱利用價值5000元/天，185萬/年

8.2. 6 發電充電收入3000萬元

結論：每年的收入總計約為4500萬元，扣除所有投資3500元，當年贏利1000萬元。今后每年都產生利潤4500萬元。

8.3 綜合經濟運行評估：按全國1000座城鎮計算，將產生至少450億元人民幣的經濟效益。

結語

運用GPC系統在環保處理城市生活垃圾的同時建立了獨立的電動汽車能源體系，蓄電池的充電和更換使電動汽車的能源補充及時、便捷和網絡化，大大降低了投資和運行成本，對推進電動汽車的高速健康發展起到積極的作用。在我國乃至世界普遍建立GPC系統，有著積極的、重要的歷史和現實意義。

將GPC系統作為基本的國家環境保護要求，制定國家或者國際GPC標準，建立政府層面的相關研究機構。將規劃中的城市垃圾處理費用、電動汽車充電樁的建設費用投資于建立GPC系統，城市垃圾處理、垃圾發電、電動汽車充電系統的有效結合，真正做到有效處理城市垃圾的同時解決城市充電站的布點建設，實現真正意義上的新能源和環保建設，推進電動汽車的發展。

參考文獻

[1]辛建波， 溫宇賓.電動汽車規模應用對江西電網的影響分析 [J]. 江西電力， 2010.[2]郝艷紅， 王靈梅， 邱麗霞.生活垃圾焚燒發電工程的能值分析 [J]. 電站系統工程.

[3]許迎春， 何志武，我國垃圾焚燒發電的政策文本解讀 [J].重慶科技學院學報 ，2010（1）.

[4]張翔，論中國電動汽車產業的發展[J]. 汽車工業研究，2006（2）.

[5]雷建國， 周斌， 陳君.城市生活垃圾焚燒處理方式的改變所產生的垃圾再生能源化綜合效益的探討.

[6]高錫威 ，張亮.電動汽車充電對電網影響的綜述 [J]. 電網技術.