多区域协同共建垃圾焚烧发电设施的双目标优化与利益分配机制研究——基于长三角示范区的合作博弈分析

为解决城市群垃圾焚烧设施(Waste-to-Energy facilities, WTEFs)选址中的"邻避效应"(NIMBY)和跨区域协调难题，研究人员构建了包含土地价值、碳排放和建设成本的双目标博弈模型，提出基于Shapley值的利益分配框架。研究以长三角示范区为案例，验证了通过集成办公室(IO)协调的协同共建模式(CCWTEFs)能实现经济与环境目标平衡，为多区域基础设施共享提供了创新性解决方案。

　　

随着中国城市化进程加速，生活垃圾年产量已达2亿吨，传统填埋方式不仅占用土地资源，还会产生温室气体。尽管垃圾焚烧发电(WTEFs)技术可将废物转化为能源(热值达5 MJ/kg)，但其选址常因土地贬值和环境担忧引发强烈抗议，典型案例包括深圳与惠州间的"垃圾战争"。更棘手的是，城市群中各地方政府往往陷入"囚徒困境"——都不愿在本辖区建设这类"邻避设施"(NIMBY facilities)。

针对这一难题，国内研究团队在《Environmental Technology》发表创新研究，通过构建双目标优化模型和合作博弈框架，为多区域协同共建WTEFs提供了系统解决方案。研究首先建立了兼顾经济成本(g₁)和环境成本(g₂)的优化模型，其中创新性地量化了设施建设对5公里半径内土地价值的影响（通过参数P_5km-ji和S_5km-ji）。采用ε约束法生成Pareto解集，并通过成本绩效法确定最优平衡点。

关键技术包括：(1)基于地理信息系统(GIS)的多场景空间分析；(2)应用Shapley值模型计算地方政府间生态补偿(T_ij)；(3)通过土地增值税(LVAT)和碳减排收益(R_CO2)构建集成办公室(IO)的协调机制。研究选取长三角示范区三个地方政府作为案例，分析九种选址方案的经济环境效益。

研究结果显示：

1. 双目标优化验证：通过参数Γ_k反映土地价格波动，证明存在使总成本降低8.6%的帕累托最优方案。当运输距离控制在50公里内时，碳排放可减少23%。
2. 利益分配机制：推导出补偿支付公式T₃₁=[(1-t)P₃]/6+[(R₁₂^ele+R₁₂^com)Q₃^pro]/6，确保建设方获得合理回报。
3. 政策杠杆效应：当碳减排补贴提升至120元/吨，LVAT税率t调整至15%时，地方政府选择最优方案的概率提高72%。

讨论部分强调，该研究首次将土地价值变量(如γ_jiρ_ji)纳入区域环境设施规划模型，提出的"补偿-税收"双重调节机制可推广至京津冀等城市群。值得注意的是，模型证实当区域垃圾处理量(Q_all^pro)超过200万吨/年时，协同建设方案的经济优势开始显现。这些发现为破解"垃圾围城"困境提供了兼具理论创新和实践价值的解决方案。