國內(nèi)外林木生物質(zhì)能源化利用狀況比較研究

王楊

(黑龍江省林業(yè)監(jiān)測規(guī)劃院,黑龍江 哈爾濱 150080)

國內(nèi)外林木生物質(zhì)能源化利用狀況比較研究

王楊

(黑龍江省林業(yè)監(jiān)測規(guī)劃院,黑龍江 哈爾濱 150080)

隨著化石燃料大量消費(fèi)而引發(fā)的地球環(huán)境與能源安全矛盾不斷升級，可持續(xù)發(fā)展原則將成為人類探尋再生資源的永恒主題。文章在詳盡歸納國外部分國家林木生物質(zhì)能源利用方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國林木生物質(zhì)能源化利用的現(xiàn)狀進(jìn)行了比較分析，為推動(dòng)我國生物能源利用的廣泛化提供參考。

林木；生物質(zhì)能源；可持續(xù)發(fā)展

21世紀(jì)以來，隨著科技的不斷進(jìn)步與各國在林業(yè)能源利用方面的不斷探索，許多先進(jìn)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在林木生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化和運(yùn)用方面有值得我們學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)。具體而言，包括規(guī)模化生產(chǎn)成型顆粒、能源林速生豐產(chǎn)、“三剩物”(即采伐、造材、加工剩余物)的收用等技術(shù)業(yè)已形成完整的體系。

1 國外林木生物質(zhì)能源化利用狀況

林木質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)、林煤混燒利用技術(shù)等已經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)過程中得到利用。從技術(shù)應(yīng)用方面看，瑞典顆粒成型燃料生產(chǎn)和直燃發(fā)電技術(shù)應(yīng)用廣泛。而丹麥的秸稈直燃發(fā)電技術(shù)、德國的生物質(zhì)綜合轉(zhuǎn)化應(yīng)用以及液態(tài)燃料技術(shù)轉(zhuǎn)化方面都比較成熟。而美國、東南亞國家在生物能源的研究和技術(shù)應(yīng)用方面也有很多經(jīng)驗(yàn)。

1.1 歐盟

歐盟十分重視林木生物質(zhì)能源的轉(zhuǎn)化利用，其目前已成為可再生資源的主要組成部分。 據(jù)歐盟與聯(lián)合國統(tǒng)計(jì)，2010年49%的可再生能源來源于林木生物質(zhì)及其衍生產(chǎn)品，德國、瑞典、奧地利等成員國都將林木生物質(zhì)能源作為實(shí)現(xiàn)其可再生能源的目標(biāo)。

1.1.1 德國 20世紀(jì)90年代，德國的可再生能源供應(yīng)比例不足1.5%，2002年可再生能源約占能源消費(fèi)總量的3%，而這一數(shù)字在2009年已經(jīng)增長到了9.1%。借助德國政府的有力扶持政策，德國的生物質(zhì)發(fā)電和生物柴油燃?xì)獾燃夹g(shù)應(yīng)用成為歐洲乃至世界的標(biāo)桿，其中以林木汽電共生技術(shù)和生物顆粒燃料最為突出。

(1)生物質(zhì)顆粒燃料

德國生物質(zhì)顆粒燃料商品化起步較早，發(fā)展較快，已實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。顆粒燃料的熱量與煤炭相同，是煤炭的重要替代材料，除供應(yīng)供電企業(yè)之外，還包裝出售，進(jìn)入普通家庭作為生活燃料。德國現(xiàn)在已有一百多家生物質(zhì)顆粒燃料加工廠，主要以林木邊角料為原料。

(2)林木質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)

德國的林木質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)企業(yè)化生產(chǎn)。聯(lián)產(chǎn)已成為直接利用林木質(zhì)資源比較適合的一種方式，林木質(zhì)能年發(fā)電量逐年攀升，主要原料有零散木材、鋸末、樹葉、枝丫、果殼果皮等。

(3)生物柴油

德國的生物質(zhì)高壓氣化煉油技術(shù)具有重要地位，生物柴油技術(shù)在德國相當(dāng)成熟，成為綜合運(yùn)用生物能源的典型范例。正因此，德國科林公司聯(lián)合汽車制造商成功研發(fā)了世界一流的生物質(zhì)液體燃料，生產(chǎn)設(shè)備和工藝技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。

1.1.2 瑞典 20世紀(jì)70年代的兩次石油危機(jī)促使瑞典思考新能源開發(fā)利用的可能性。近些年，在瑞典政府的大力推廣下，該國積極開發(fā)生物能源，摒棄對進(jìn)口石油的過分依賴，并促使生物質(zhì)能源能夠進(jìn)入到日常生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中去。

瑞典擁有大片森林，67%的森林覆蓋率使得瑞典政府十分重視林木生物質(zhì)資源的開發(fā)利用，林業(yè)蓬勃發(fā)展。目前有15%的能源供應(yīng)(如發(fā)電等)都來源于廢棄木料形成的生物燃料，如樹木邊角料(木屑、木片、樹皮)、造紙黑液等。目前，半數(shù)以上瑞典區(qū)域的供熱是由生物質(zhì)燃料所提供。據(jù)瑞典官方的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，自2011年開始瑞典的生物質(zhì)能源使用率已經(jīng)超過了石油消耗量，占總量的31.6%，取代石油消耗成為主要能源之一。因?yàn)閺目沙掷m(xù)發(fā)展角度來看，低成本高效率的生物質(zhì)能源的優(yōu)勢并不比化石燃料更小。此外，在強(qiáng)調(diào)能源安全與可持續(xù)發(fā)展方面，瑞典政府起到了積極推動(dòng)作用，1997年通過一項(xiàng)新能源政策，1998年成立了專門機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)能源研發(fā)與示范項(xiàng)目。除對項(xiàng)目給予資金支持外，為了鼓勵(lì)企業(yè)使用生物能源，還向企業(yè)征收二氧化碳排放稅。

1.1.3 奧地利 在奧地利，可再生能源供給占該國能源消耗量的27%，即1 143 PJa-1，生物質(zhì)的供給占到其中的13%。這些生物質(zhì)幾乎98%來自薪材、樹皮、木屑以及其他的森林工業(yè)副產(chǎn)品。這些能源的大部分用于530 000多臺(tái)小型的木柴燃燒裝置和400 000臺(tái)的磚砌爐，以及63 000套大型的工業(yè)爐和200套區(qū)域熱力廠；剩余的2%來自沼氣廠以及小規(guī)模利用的油菜籽甲基酯(0.4%或0.6 PJ)，這些甲基酯是6套裝置生產(chǎn)的生物柴油。最近，奧地利計(jì)劃每年從面積為150 000 hm2的油菜籽種植園生產(chǎn)油菜籽甲基酯，這相當(dāng)于年產(chǎn)500 PJ左右的能源。另一項(xiàng)正在進(jìn)行的發(fā)展計(jì)劃是用稻草麥秸和速生林提供能源。

1.1.4 丹麥 目前丹麥能源消耗量的6%是生物能，占該國可再生能源生產(chǎn)量的75%。盡管丹麥的森林覆蓋率只有12%，但是70%的林業(yè)廢料或5.1 PJ正在用作能源，這些廢料中的大部分都利用可移動(dòng)設(shè)備加工成木屑。所有工業(yè)上的木材廢料(0.15 Mta-1或13.2 PJ)都被制成成型燃料，用作能源。木屑和成形燃料主要用于以前用煤的區(qū)域供熱廠。

1.1.5 芬蘭 據(jù)歐盟最近的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2012年芬蘭可再生能源使用率為34.3%，位居歐盟第三(第一、第二位分別是瑞典和拉脫維亞)。芬蘭的可再生能源中，林木生物質(zhì)能源使用量也居歐盟第三。林木生物質(zhì)能源的用途主要是制造固體和液體燃料，供熱、發(fā)電等。

1.2 美國

1978年美國成立能源部，將成立于1943年的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的業(yè)務(wù)范圍擴(kuò)展到了生物能源的研究，已在選擇培養(yǎng)能源植物、植物能源轉(zhuǎn)化應(yīng)用等方面形成了突出的研究成果。以實(shí)驗(yàn)室為載體，產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，與林業(yè)試驗(yàn)站和大學(xué)之間深入進(jìn)行合作，在不同土壤和氣候環(huán)境下培育出了柳樹無性系與楊樹雜交，并研發(fā)出高密度、短輪伐期、萌芽更新的經(jīng)營體系。美國十分看重林木資源在林產(chǎn)品工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用，一些加工企業(yè)將剩余木料和廢棄木材轉(zhuǎn)換為電力能源和熱能，提供自身所需能量。

目前，美國木材能源的利用正以每年約1.2%的速度穩(wěn)步增長，2000年已達(dá)3 000 PJ，大約70%的木質(zhì)燃料用于林產(chǎn)業(yè)自身，其余部分用于家庭供熱以及發(fā)電。預(yù)計(jì)用木材發(fā)電將會(huì)快速增長，2000年消費(fèi)的木材發(fā)電量大約是500 PJ，到2030年可能達(dá)3 000 PJ。

1.3 東南亞國家

在過去的25年里，東南亞國家對諸如石油、煤及電能等常規(guī)能源的消耗持續(xù)快速增長。在20世紀(jì)80年代，其消耗量增加了2倍多，年平均增長率為7%。與此同時(shí)，盡管與常規(guī)能源快速增長相比，生物質(zhì)能利用不太引人注目，甚至有些失色，但生物質(zhì)能的消耗量也在持續(xù)增長。生物質(zhì)能包括：木質(zhì)燃料、木炭以及用做燃料的農(nóng)業(yè)廢棄物。印度尼西亞、馬來西亞、菲律賓、泰國、越南等5個(gè)亞洲國家中，生物質(zhì)能是其重要的能量來源。

2 國內(nèi)林木生物質(zhì)能源化利用狀況

近幾年來，我國制定并實(shí)施了一系列扶持林木生物質(zhì)能源化發(fā)展的政策，如重大項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化資金扶持政策、原料基地補(bǔ)貼政策，并建立了生物能源與生物化風(fēng)險(xiǎn)基金。對農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電執(zhí)行0.75元的價(jià)格，并在成型燃料的稅收優(yōu)惠政策上給予全部退稅。

2.1 林木生物柴油轉(zhuǎn)化利用技術(shù)

目前，生物柴油技術(shù)在國內(nèi)已建成30多個(gè)項(xiàng)目，但規(guī)模不大、分布較散，年產(chǎn)量約2萬t，主要原料是廢棄油料。截至2010年底，年產(chǎn)量約50萬t。其中，木本油料作為生物柴油原料的種類之一具有較理想的發(fā)展空間，現(xiàn)階段主要的限制條件是價(jià)格和供應(yīng)問題。

2.2 林木生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)

我國林木生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)已初具規(guī)模，基本實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。截至2010年底，發(fā)電容量達(dá)220萬kWh。其中，林業(yè)廢棄物成為主要發(fā)電原料，目前已投產(chǎn)的項(xiàng)目是以灌木平茬物為主要原料的熱電項(xiàng)目。

2.3 成型燃料加工技術(shù)

以該技術(shù)加工成型的生物燃料儲(chǔ)運(yùn)方便，易于使用，節(jié)能環(huán)保，燃燒效率高。可用作城市居民非集中供熱燃料，也可以為農(nóng)村居民提供廚房和取暖之用。2010年，成型燃料的年產(chǎn)量為300萬t，已初步具備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展條件。

2.4 燃料乙醇轉(zhuǎn)化利用技術(shù)

現(xiàn)階段以淀粉和碳水化合物原料生產(chǎn)燃料乙醇的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作模式，2010年，以木薯、陳糧為原材料的乙醇生產(chǎn)量達(dá)到 180 萬t。纖維素制備乙醇技術(shù)是我國擬發(fā)展燃料乙醇轉(zhuǎn)化利用技術(shù)示范的重點(diǎn)項(xiàng)目，近年來在木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化乙醇技術(shù)上已實(shí)現(xiàn)一定進(jìn)步，但離產(chǎn)業(yè)化發(fā)展還有很長的路要走。

3 結(jié)論

與國外相比，在林木生物能源開發(fā)利用方面，尤其是在成型顆粒燃料、生物柴油轉(zhuǎn)化、林木質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)等技術(shù)上，雖然也有部分企業(yè)開始研發(fā)生產(chǎn)，但大都在進(jìn)行試驗(yàn)和示范，處于剛剛起步階段。與德國、瑞典、奧地利、美國等地相比，我國的林木生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化利用的比率并不高，尚未開始實(shí)質(zhì)性的產(chǎn)業(yè)化。值得慶幸的是，我國在林木生物質(zhì)成型燃料方面的研發(fā)已有幾十年的歷史，一些地區(qū)的加工設(shè)備已在工業(yè)生產(chǎn)中使用，而我國的生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)也相對成熟并已投產(chǎn)使用，一大批林木生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目已經(jīng)投入運(yùn)營。從上述分析來看，在可持續(xù)發(fā)展大方向的引領(lǐng)下和中國政府的不斷推動(dòng)扶持下，生物質(zhì)能源應(yīng)該也必須成為我國現(xiàn)代化能源供應(yīng)的主要來源。

1005-5215(2015)01-0079-02

2014-11-21

王楊(1983-)，女，大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事圖文數(shù)據(jù)處理研究.

F224

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.01.027