由于石油資源的萎縮和全球氣候變暖等問題的日趨嚴(yán)重，開發(fā)和利用可再生清潔能源、減少石化能源消耗、降低溫室氣體排放已成為世界各國緩解能源危機(jī)和氣候變化問題的共識。生物質(zhì)顆粒燃料是可再生的清潔能源，近十幾年在國際社會和各國政府的關(guān)注下世界
生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)得到迅速發(fā)展。為此，首先介紹了世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的起源，全面描述了目前世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)，對世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析和預(yù)測，并對現(xiàn)階段發(fā)展中出現(xiàn)的困難和問題提出相應(yīng)的對策，為了解世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢、促進(jìn)我國生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的國際化發(fā)展提供參考。
秸稈顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)、
秸稈壓塊成型機(jī)等生物質(zhì)顆粒成型設(shè)備是壓制顆粒燃料的主要設(shè)備。
0、引言
自20世紀(jì)50年代以來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交通工具數(shù)量的增加，世界能源的消耗量也急劇增加。根據(jù)美國能源信息局（Energy Information Adminis-tration）報告（EIA2012），預(yù)計到2035年，全球能源消耗將比現(xiàn)在增加50%。其中，石油、煤和天然氣的消耗將占世界能源消耗總量的86%，而水力發(fā)電、地?zé)崮堋L(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能等可再生能源的消耗比例只占到14%。積極開發(fā)和利用可再生清潔能源、減少石化能源消耗、降低溫室氣體排放已成為世界各國緩解能源危機(jī)和氣候變化問題的共識。
生物質(zhì)能是繼煤和石油之后的世界第三大能源，是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的可再生能源，長期以來為人們的生活用能提供能源。近50年以來，隨著石化能源消耗的增加，生物質(zhì)能在全世界的應(yīng)用急劇減少。盡管如此，目前在全世界范圍內(nèi)生物質(zhì)能的年消耗量是1．25t油當(dāng)量，占世界一次能源消耗的14%。在發(fā)展中國家，生物質(zhì)能是人們?nèi)∨椭箫埖壬钣媚艿闹饕獊碓矗欢诎l(fā)達(dá)國家，生物質(zhì)能成為煤的替代能源被廣泛運(yùn)用于發(fā)電廠和工廠。與風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電相比，生物質(zhì)能發(fā)電具有不受外界自然條件的影響及生產(chǎn)過程可控性高等優(yōu)點(diǎn)。人們可以根據(jù)發(fā)電生產(chǎn)的要求，控制生物質(zhì)種植面積及產(chǎn)量，從而保證發(fā)電生產(chǎn)的穩(wěn)定性和持續(xù)性。生物質(zhì)顆粒燃料是生物質(zhì)固體形態(tài)的能源化利用方式，也是生物質(zhì)能源化利用最簡單、最直接的途徑之一。
利用機(jī)械力將生物質(zhì)壓縮或擠壓成為容積密度較大、熱效率較高、便于運(yùn)輸和儲藏的固體成型燃料，其容積密度可以提高到原來的10倍以上（大于600kg/m3），形狀和尺寸統(tǒng)一，使用方便，易于燃燒，是煤和薪柴優(yōu)秀的替代燃料。本文首先介紹了世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的起源，然后全面描述了目前世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)，對世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析和預(yù)測，并對現(xiàn)階段發(fā)展中出現(xiàn)的困難和問題提出相應(yīng)的對策，為了解世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢、促進(jìn)我國生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的國際化發(fā)展提供參考。
1、世界生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
生物質(zhì)顆粒燃料的生產(chǎn)始于20世紀(jì)30年代，但是作為產(chǎn)業(yè)是在70年代的石油危機(jī)期間發(fā)展起來的。由于當(dāng)時石油價格的飆升，迫使部分歐、美洲國家大力開發(fā)和利用替代能源；而此時生物質(zhì)顆粒燃料經(jīng)過幾十年的發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)逐漸成熟起來，產(chǎn)品質(zhì)量有了很大的提高。由于其生產(chǎn)原料主要來源于當(dāng)?shù)亓謽I(yè)廢棄物，運(yùn)輸成本低、價格便宜，所以物美價廉的生物質(zhì)顆粒燃料成為煤和天然氣的替代能源，深受歐、美國家的青睞。但石油危機(jī)過后，隨著世界石油價格的穩(wěn)定，生物質(zhì)顆粒燃料的生產(chǎn)和使用逐漸走向蕭條，生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展緩慢。
直到20世紀(jì)90年代，人們認(rèn)識到由于長期大量使用煤、石油、天然氣等石化能源而導(dǎo)致石油資源萎縮和全球氣候變暖等問題，積極開發(fā)和使用可再生的清潔能源、減少石化能源的消耗、降低溫室氣體的排放已成為世界各國緩解能源危機(jī)和氣候變化問題的共識。在國際社會和各國政府的共同努力下，一些限制全球溫室氣體排放的協(xié)議書紛紛出臺。例如，1997年制定并于2005年生效的《京都協(xié)議書》是人類歷史上首次以法規(guī)的形式限制溫室氣體排放，要求世界142個協(xié)議簽署國在2008－2012年期間溫室氣體排放比1990年平均下降5%。2009年制定的《哥本哈根協(xié)議書》是繼《京都議定書》后又一具有劃時代意義的全球氣候協(xié)議書，其進(jìn)一步確定在2015－2020年期間全球平均氣溫上升要控制在2℃范圍以內(nèi)，到2050年全球的溫室氣體減排量需達(dá)到1990年水平的80%。除了國際協(xié)議書以外，一些地區(qū)和國家還制定了適用于本地區(qū)或國家的法律和法規(guī)，嚴(yán)格限制溫室氣體的排放。例如，美國的《美國清潔能源和安全法案》 （American Clean Energyand SecurityAct）和《美國電力法案》（American Power Act），歐盟的《歐盟生物質(zhì)能行動計劃》
（European Biomass Action Plan）和《可再生能源方案》（Directive for Ｒenewable Energy Sources）等。所有這些國際協(xié)議書和地區(qū)或國家的法律和法規(guī)成為世界可再生清潔能源發(fā)展的驅(qū)動力，大大刺激了可再生能源的需求量，生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)也因此再次進(jìn)入人們的視野，并在21世紀(jì)后得到了飛速發(fā)展，產(chǎn)量以每年18%～25%的速度增長。圖1為2000－2010年世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)量及分布圖。由圖1可見，2000年世界生物質(zhì)顆粒燃料的產(chǎn)量只是165萬t，而到了2010年已經(jīng)增長到1570萬t，增長了9．5倍。從圖1中還可以看出，世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)在全球的發(fā)展并不平衡，目前主產(chǎn)區(qū)集中在歐盟和北美洲國家。以2010年為例，歐盟和北美洲生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)量分別是928．6、432萬t，分別占世界總產(chǎn)量的59．3%和27．6%；而東歐俄羅斯地區(qū)和亞、非、澳洲地區(qū)的產(chǎn)量只分別占9．2%和3．9%。
圖2為2010年世界不同國家生物質(zhì)顆粒燃料的產(chǎn)量和消費(fèi)量。從圖2可以看出，生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)在國家之間的發(fā)展也不平衡。其中，生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)量最大的國家是美國、加拿大、德國和瑞典，而消費(fèi)量最大的國家則是瑞典、丹麥、美國、荷蘭和意大利。歐洲是世界生物質(zhì)顆粒燃料消耗量最大的地區(qū)以2010年為例，歐洲生物質(zhì)顆粒燃料的消耗量達(dá)到1141．1萬t，比2009年的908．9萬t增長了25．5%，占世界消耗總量的85%。歐洲生物質(zhì)顆粒燃料的消耗量與產(chǎn)量之間的差額主要靠進(jìn)口來彌補(bǔ)，因此歐洲也就成為世界上生物質(zhì)顆粒燃料最大的進(jìn)口市場；而北美洲由于其產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于消耗量，成為了最大的出口市場。從圖2中可以看出，2010年生物質(zhì)顆粒燃料進(jìn)口量最大的國家是丹麥、荷蘭、意大利、比利時和瑞典，而出口量最大的國家是加拿大、俄羅斯、德國、波蘭和美國。2010年加拿大生物質(zhì)顆粒燃料出口量達(dá)到165．5萬t，占其生產(chǎn)總量的95%，是世界上生物質(zhì)顆粒燃料出口量最大的國家。目前，取暖和發(fā)電是生物質(zhì)顆粒燃料的主要的兩個用途，在奧地利、法國、德國和意大利生物質(zhì)顆粒燃料主要用于取暖，而在丹麥、芬蘭、瑞典除了取暖以外還用于發(fā)電。2、世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢預(yù)測
盡管世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)在過去的十幾年里得到飛速發(fā)展，但其還是一個新興的產(chǎn)業(yè)，發(fā)展趨勢和可持續(xù)性引起世界許多學(xué)者（如Sikkema（2011），Lamers（2012）等）和企業(yè)（如芬蘭國際咨詢公司Pyry、瑞典艾克曼公司Ekman＆Co．、歐洲生物質(zhì)能源協(xié)會AEBIOM、英國新能源財經(jīng)NewEnergy Finance等）的關(guān)注。這些學(xué)者和企業(yè)首先根據(jù)世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢預(yù)測出各地區(qū)對能源未來的需求情況，再根據(jù)過去幾年內(nèi)世界各地區(qū)生物質(zhì)顆粒燃料的生產(chǎn)情況和消耗情況，在執(zhí)行現(xiàn)行的國際協(xié)議和國家法律和法規(guī)的條件下，預(yù)測出世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。在所有的預(yù)測中，大部分是針對歐盟國家的生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，預(yù)測期一般為10～20年，只有芬蘭國際咨詢公司Pyry針對世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展趨勢做了較為全面的預(yù)測，其預(yù)測結(jié)果也被廣泛接受和應(yīng)用。
不同地區(qū)生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)量預(yù)測如圖3所示。從圖3可以看出，在未來的20年世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)將持續(xù)發(fā)展。到2020年，世界的生物質(zhì)顆粒燃料的總產(chǎn)量將達(dá)到4520萬t，是2010年產(chǎn)量的3倍左右。北美洲和歐盟仍然將是生物質(zhì)顆粒燃料的主產(chǎn)區(qū)，但是由于其市場已趨于成熟，而且受到生產(chǎn)原料供應(yīng)量的限制，所以在未來的發(fā)展中北美洲和歐盟的產(chǎn)量上升的空間不會很大。值得注意的是，亞洲和南美洲的生物質(zhì)顆粒燃料的產(chǎn)量將會有較大的增長。特別是亞洲，到2020年生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)量預(yù)計可以達(dá)到1110萬t，將是2010年產(chǎn)量的16倍左右，接近歐盟和北美洲的產(chǎn)量而成為第三大產(chǎn)區(qū)。
分析其原因主要有兩個：首先，亞洲是世界上經(jīng)濟(jì)增長最快的地區(qū)和人口密度最高的地區(qū)，對能源的需求量日益增大，急需開發(fā)和利用可再生的清潔能源。其次，亞洲主要國家非常重視清潔能源的開發(fā)和利用，積極建立和完善相應(yīng)的法律和法規(guī)，保證清潔能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。以中國為例，在2007年發(fā)布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》后，2009年中國政府又通過了《可再生能源法修正案》，清潔能源機(jī)制法律框架在中國已基本形成。該法案明確規(guī)定了中國可再生能源發(fā)電量的比重和政府補(bǔ)貼可再生能源發(fā)電方案，鼓勵研發(fā)與可再生能源發(fā)電適配的先進(jìn)電網(wǎng)，努力實(shí)現(xiàn)到2010年中國可再生能源消費(fèi)量達(dá)到能源消費(fèi)總量的10%的目標(biāo)，力爭到2020年達(dá)到15%左右。除了建立相應(yīng)的法律和法規(guī)之外，中國政府還逐年加大了對清潔能源產(chǎn)業(yè)的投資。根據(jù)美國皮尤慈善信托基金會（Pew Charitable Trusts）的統(tǒng)計，2010年中國在清潔能源方面的全年投資總計達(dá)544億美元，成為全球最大的清潔能源投資國。除了中國，日本和韓國也加大了清潔能源的發(fā)展力度。總之，在以后十幾年中，亞洲將成為世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的地區(qū)，而生產(chǎn)和消費(fèi)主要集中在中國、日本和韓國。
3、問題與對策
3.1生產(chǎn)原料單一，數(shù)量供應(yīng)有限
目前，歐盟和北美國家生物質(zhì)顆粒燃料的主要生產(chǎn)原料是鋸末。鋸末是林業(yè)生產(chǎn)的廢棄物，由于其具有價格低廉，灰分含量低，燃燒后不易結(jié)垢，對燃燒爐腐蝕小等優(yōu)點(diǎn)，是生物質(zhì)顆粒燃料優(yōu)秀的生產(chǎn)原料，被長期大量使用于生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)中。隨著生物質(zhì)顆粒燃料需求量的快速增長，特別是在2008－2009年期間，一些年產(chǎn)量在幾十萬噸的大型生物質(zhì)顆粒燃料加工廠在北美洲、歐洲等地區(qū)孕育而生。但是與此同時，歐美經(jīng)濟(jì)迎來衰退期，房地產(chǎn)的蕭條帶來了鋸末產(chǎn)量的急劇減少，鋸末供應(yīng)量的不足與顆粒燃料擴(kuò)大生產(chǎn)的需求之間的矛盾越來越突出。
圖4是2010年世界上生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)能力最強(qiáng)的5個國家，即美國、德國、俄羅斯、加拿大和瑞典的生產(chǎn)能力和實(shí)際產(chǎn)量。從圖4中可以看出，2010年5個國家的產(chǎn)能利用率分別是33%、53%、33%、69%、69%，它們的平均產(chǎn)能利用率只達(dá)到51%。造成產(chǎn)能利用率低的主要原因是生產(chǎn)原料鋸末的供應(yīng)量不足，此問題也成為世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。因此，尋求價格低廉、數(shù)量可靠的替代原料是世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新方向。農(nóng)業(yè)秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的廢棄物，具有數(shù)量多、分布廣等特點(diǎn)，是寶貴的生物質(zhì)資源，可以成為生物質(zhì)顆粒燃料的替代原料。用農(nóng)業(yè)秸稈制備顆粒燃料首先在歐洲一些森林資源相對貧乏的國家得到嘗試，經(jīng)過幾年的發(fā)展，目前世界上農(nóng)業(yè)秸稈顆粒燃料的產(chǎn)量最高的國家是烏克蘭、捷克、丹麥和英國，年產(chǎn)量分別達(dá)到19、11、10、10萬t。雖然不能與鋸末顆粒燃料的產(chǎn)量相比，但是隨著秸稈成型技術(shù)的日趨成熟，農(nóng)業(yè)秸稈在生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用會越來越廣泛。
3.2缺乏世界統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
隨著生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，生物質(zhì)顆粒燃料在地區(qū)與地區(qū)、國家與國家之間的貿(mào)易量逐漸增大。根據(jù)歐盟統(tǒng)計局（Eurostat）數(shù)據(jù)，2010年從歐盟以外的國家進(jìn)口到歐盟國家的生物質(zhì)顆粒燃料有260萬t，另外在歐盟國家之間進(jìn)行貿(mào)易的生物質(zhì)顆粒燃料有417萬t。可見，生物質(zhì)顆粒燃料已經(jīng)成為國際商品，其在國際間的貿(mào)易必須有統(tǒng)一的生產(chǎn)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)作為保障，來保護(hù)生產(chǎn)者和消費(fèi)者的共同的權(quán)利。目前，世界很多國家已經(jīng)建立了自己的生產(chǎn)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，如美國的PFI標(biāo)準(zhǔn)、德國的DINPlus標(biāo)準(zhǔn)、澳大利亞的NOＲMM7135、瑞典SwedenSS187120及意大利的CTI－Ｒ04/5標(biāo)準(zhǔn)等。除了國家標(biāo)準(zhǔn)外，歐盟2010年還制定了針對歐盟國家的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)—Enplus標(biāo)準(zhǔn)，但是在世界范圍內(nèi)還沒有一個統(tǒng)一的生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，生物質(zhì)顆粒燃料在不同國家的生產(chǎn)、銷售和使用還在執(zhí)行地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重阻礙了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。針對這一情況，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Stand-ardization）于2013年9月通過了國際《生物質(zhì)能可持續(xù)準(zhǔn)則》（ISO/13065）。該準(zhǔn)則于2015年正式生效，將對生物質(zhì)顆粒燃料從原料獲取、生產(chǎn)以及利用等各個環(huán)節(jié)的提供可持續(xù)性認(rèn)證，促進(jìn)生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的國際化發(fā)展。
3.3政策的持續(xù)支持
縱觀生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史，不難發(fā)現(xiàn)政策的支持是生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第一動力。節(jié)能減排是關(guān)系到全人類的問題，世界各國政府本著對全人類負(fù)責(zé)的態(tài)度應(yīng)充分重視，積極應(yīng)對氣候變化，大力開發(fā)低碳經(jīng)濟(jì)，積極發(fā)展新能源和可再生能源。要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)國際協(xié)議的規(guī)定，建立和健全相應(yīng)的法律和法規(guī)，加大監(jiān)督、檢查執(zhí)法力度，形成合理的稅收激勵機(jī)制和懲罰機(jī)制，才能保證世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
4、結(jié)論
進(jìn)入21世紀(jì)以來，世界生物顆粒燃料產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展，2010年產(chǎn)量是2000年內(nèi)的9．5倍。目前，世界生物質(zhì)顆粒燃料的產(chǎn)量最大的地區(qū)是歐盟和北美洲，2010年其產(chǎn)量分別占世界總產(chǎn)量的59．3%和27．6%；世界生物質(zhì)顆粒燃料消耗量最大的地區(qū)是歐盟，2010年其消耗量占世界總消耗量的85%。歐盟是世界上生物質(zhì)顆粒燃料最大的進(jìn)口市場，而北美洲是最大的出口市場。到2020年，世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)將持續(xù)發(fā)展，歐盟和北美洲仍然將是世界生物質(zhì)顆粒燃料的主產(chǎn)區(qū)，而亞洲將成為第三大產(chǎn)區(qū)，產(chǎn)量將接近歐盟和北美洲。目前，世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要問題是：生產(chǎn)原料供應(yīng)量不足；未形成世界統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)；缺乏政府政策的持續(xù)支持。只有有效解決了以上3個問題，世界生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)業(yè)才會有更大的發(fā)展。
