我國生物質顆粒燃料推廣應用中存在的問題與發展對策

    1  引 言
    目前，生物能源技術的研究與開發已成為世界重大熱門課題之一，受到世界各國政府與科學家的關注。許多國家都制定了相應開發研究計劃，如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農場等，其中生物能源的開發利用占有相當大的份額[1]。國外很多生物能源技術和裝置已經達到商業化應用程度，同其他生物質能源技術相比較，生物質顆粒燃料技術更容易實現大規模生產和使用。使用生物能源顆粒的方便程度可與燃氣、燃油等能源媲美。以美國、瑞典和奧地利等國為例，生物能源的應用規模，分別占該國一次性能源消耗量的4%、16%和10%；在美國，生物能源發電的總裝機容量已超過1萬MW，單機容量達10～25MW；在歐美，針對一般居民家用的生物質顆粒燃料及配套的高效清潔燃燒取暖爐灶已非常普及。

    我國也十分重視生物能源的開發和利用。20世紀80年代以來，我國一直將政府將生物質能源利用技術的研究與應用列為重點科技攻關項目，開展了生物質能利用新技術的研究和開發，使生物質能技術有了進一步提高。但我國生物質能的利用研究主要集中在大中型畜禽場沼氣工程技術、秸稈氣化集中供氣技術和垃圾填埋發電技術等項目[1]，對於生物質能顆粒燃料產品的生產加工與直接燃燒利用的研究還剛剛起步。

    國內部分高校和科研機構開展了生物質顆粒成型技術的研究,取得了一定成績。但是，生物質能源顆粒產品在我國推廣應用還很少，為了使我國生物質能源顆粒儘快產業化和商業化，我們對其推廣應用中存在的問題進行了分析，並探討了解決的對策與方法。

    2  推廣應用中存在的問題與分析
    2.1傳統制粒技術，制粒成本高
    目前，我國採用的制粒方法均為傳統生產方法，木質顆粒的制粒原理見圖1，它與現有的飼料制粒方式相同，即原料從環模內部加入，經由壓輥碾壓擠出環模而成粒狀。其工藝流程見圖2，包括原料烘乾、壓制、冷卻、包裝等。

    該工藝流程需要消耗大量能量，首先在顆粒壓製成型過程中，壓強達到50～100MPa，原料在高壓下發生變形、升溫，溫度可達100℃～120℃，電動機的驅動需要消耗大量的電能[2]；第二，原料的濕度要求在12%左右，濕度太高和太低都不能很好成粒，為了達到這個濕度，很多原料要烘乾以後才能用於制粒；第三，壓製出來的熱顆粒(顆粒溫度可達95℃～110℃)要冷卻才能進行包裝。後2項工藝消耗的能量在制粒全過程中占25%～35%，加之成型過程中對機器的磨損比較大，所以傳統顆粒成型機的產品製造成本較高。

    2.2 對生物質能顆粒認識不夠深
    大多數人對生物質能顆粒具有高能、環保、使用方便的特性認識不夠，甚至許多用能單位根本就不知道有生物質能顆粒產品，更談不上認識和應用。

    2.3 服務配套措施跟不上
    生物質能顆粒產品生產出來後，運輸、貯藏、供應等服務措施跟不上，用戶使用不方便。

    3  解決的對策與方法
    3.1 引進ETS制粒新技術、降低制粒成本 
    ETS(EcoTre System)是義大利研製開發的新型木質顆粒制粒生產系統，原理見圖3。它對原料的濕度適應性強，濕度為10%～35%時就可以成粒，所以大部分原料不需要乾燥即可直接用於制粒；成粒以後的升溫只有10℃～15℃，壓製出來的顆粒溫度一般只有55℃～60℃[3]，無須冷卻即可直接進行包裝，通常可以去掉乾燥和冷卻2道工序，如圖4所示。這種制粒方法能耗很低(比傳統的工藝方法減少60%～70%的能量消耗)，而且機器磨損也大大減小，總成本降低很多。對於不同的原料，ETS系統在整個生產制粒過程的單位能量消耗為25～60kWh/t、生產成本為68～128美元/t，而傳統工藝的單位能耗為80～180kWh/t[3]，可見，ETS生產效率顯著提高。

圖2傳統制粒工藝流程

圖3 ETS制粒原理

圖4  ETS制粒工藝流程

    據調查，我國農村自製土灶的熱效率最高為20%～25%，即使經過改造，節柴灶的熱效率也僅為38%～40%[4]。經測算，ETS制粒過程僅消耗其本身所含能量的1%左右，生物質能顆粒燃燒器(包括爐、灶等)的熱效率為87%～89%，因此按保守的估計，使用專用燃燒器燃用生物質顆粒產品可提高熱效率47%左右。

    木質顆粒在美國市場的小包裝零售價格為170美元/t，大包裝價格約為135美元/t[2]；在瑞典的交貨價格為150美元/t；散裝的木質顆粒在阿姆斯特丹的離岸價為80美元/t[2]。如果我國引進ETS技術生產木質顆粒，產品的生產成本比國外要低很多。經測算，批量生產成本為240元/t左右，零售價格為320元人民幣/t(39美元/t)，這樣的價格在國際市場上的競爭力是毋庸置疑的，在國內可與煤炭價格相抗衡。因此，在我國引進EST制粒技術是經濟的、可行的。

    3.2 加強生物質能源利用的宣傳力度
    發展生物質能源具有良好的生態效益和社會效益。法國政府認為，發展生物質能源，不僅可以保護環境，緩和氣候變化，還能促進農業的可持續發展；使用生物質能源替代石油、煤炭等傳統能源，每年可減少原油進口量1,100萬t，相當於省下了25億到30億歐元，減排CO2 1,600萬t[10]。

    美國的實踐表明，生物質能源發電的勞動密集程度比傳統發電方式高。將於2005年實施的法國生物質能源發展規劃，可為法國全境創造和提供3萬個就業崗位[10]。我國勞動力成本低，發展生物質能源比已開發國家更具競爭力，將為成千上萬的人創造就業機會。有數據表明，我國每100億元人民幣產值的生物質能源工業可提供100多萬個就業崗位。我國現有森林年均淨耗量34,395萬m3，其中薪材占29.8%，為10250萬m3 [4]，如果將這些薪材製成木質顆粒用來發電(發電效率按30%計)，每年可發電1,230億kWh，每年可創產值369億元，增加369萬個工作崗位。

    3.3國家制定相應的配套政策 
    國家應通過制定能源稅、環境保護稅等政策來促進生物質能源的發展，使環保意識及可持續發展意識深入人心。

    4  結 論
    綜上所述，降低整個制粒生產過程的成本，是生物質顆粒燃料推廣應用的關鍵，而引進ETS制粒生產技術可以有效解決這一關鍵問題。木質顆粒生產成本降低以後，顆粒成品的當量價格與煤相當，可望從根本上取代燃煤。這樣，在不久的將來，國產的生物質能源顆粒產品就有望進入我們的日常生活了。