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瑞典林业生物质能源利用

2014-11-06来源:中国林业网

为学习和引进瑞典林业生物质能源发展方面的先进经验和技术,加快提升我国森林经营水平和林业生物质能源发展水平,经国家林业局批准,应瑞典西博滕省省长邀请,国家林业局造林司组织延边林业集团、辉南宏日新能源公司等企事业单位相关人员共5人,于2012年2月14日至21日赴瑞典进行了为期7天的林业生物质能源考察。现将考察情况报告如下。

1 基本情况

瑞典国家实行三级管理,即中央,省(郡)和市(社区),市为最基层行政机构。

1.1 瑞典林业概况

瑞典森林资源十分丰富,森林面积约为2642万公顷,占其国土面积的64%。森林资源以针叶树为主,约占森林总面积的84%,其中挪威云杉46%,欧洲赤松38%。瑞典鼓励森林资源的综合利用,据介绍,瑞典的森林只有5%是作为自然保护区完全保护而不做任何开发利用的,其余的95%都在开发利用。森林蓄积量超过27亿m³,年采伐量近1亿m³,主要用于木材加工、造纸以及能源等,分别占4300万m³、3348万m³和696万m³。另有加工剩余物1652万m³用于生物质能源生产。瑞典森林只占全球1%,但其锯材产量占全球12%,纸浆产量占8%。更为重要的是,经过科学有效的森林经营,目前瑞典林地每年生长的资源量比采伐量多出20%,真正实现了林业持续发展。

瑞典全国900万人口中有近25万人直接从事林业工作,林业就业人数占全国就业总人数的6%,林业生产总值已占国内生产总值的5.5%。

1.2 瑞典生物质能利用概况

瑞典没有石油和天然气资源,因此非常重视可再生能源的发展,特别是生物质能源的开发和利用。高度发达的森林工业为生物质能源产业提供了丰富的燃料资源。其生物质能利用技术以林业生物质固体燃料为主。林业生物质固体燃料来源于林业加工如板材和造纸等剩下的废弃物。目前,瑞典生物质能利用技术成熟,政策完善,生物质能开发利用已成为重要的新型产业。2009年瑞典生物质能源消耗总量达115.6TWh,占全国能源消费总量的31.7%,而石油消费总量只有112.2TWh,占30.8%。供热90%以上来自生物质能源。水电和生物质发电占全国电力消耗的53%。瑞典成为世界工业化国家使用生物质能源比例最高的国家之一。正是通过可再生能源,尤其是生物质能源的迅猛发展,从1990—2007年,瑞典在经济增长48%的同时,温室气体排放量却降低了9%,同一时期生物质能源使用增长了80%。

生物质能源的利用如今在瑞典已形成高校研究、政府支持、企业操作的运作模式。以森林为源头的林业、木材加工业、造纸业、生物质燃料生产、热电联产共同形成了一个完整的产业链,不仅将树木物尽其用,并且创造了可观的经济和生态效益。瑞典在这一产业链的发展已经拥有了良好的基础设施、丰富的实际经验以及世界领先的技术。在2006年2月7日,瑞典语出惊人:计划到2030年成为全球首个完全不依靠石油的国家,而且还要从2008年开始,在2020年前将全国能源总消耗降低20%。 

1.3 考察基本情况

考察组在出访前做了认真准备,收集研究了瑞典林业生物质能源领域的相关资料,与瑞典接待方反复讨论确定了参观考察对象、交流对象等。在为期7天的考察学习中,考察组一行主要参观了谢莱夫特奥机场颗粒燃料供热系统,谢莱夫特奥一代、二代、三代林业生物质热/电/颗粒燃料多联产工厂(Combined Heat, Power and Pellets, 简称CHPP),Setra锯木厂、Martinsons锯木厂、Vimek森林机械设备生产厂、Cranab森林机械设备生产厂、瑞典林业博物馆、瑞典农业大学生物质应用技术研究所、恩雪平热电公司、移动式颗粒燃料供热锅炉房等12个单位,听取了相关企业负责人的介绍和专门报告,分别会见了西博滕省前任省长和两位市长,详细了解了瑞典在林业生物质能源产业发展方面的历史、现状和经验,了解了瑞典政府在推进林业生物质能发展方面所采取有关政策法规措施和林业生物质能源市场运作机制,并就我国在发展林业生物质能源方面存在的技术、政策、市场运作方面的问题和难点与对方进行了广泛交流和认真讨论。

在瑞典方面的周密安排下,考察圆满结束,取得了丰硕的成果,达到了预期目的。

2 主要收获和体会

2.1 发展林业生物质能源是实现绿色增长的重要途径

瑞典是全球首个,也是唯一一个实现绿色增长的国家。从1990-2007年,瑞典在经济增长48%的同时,温室气体排放量却降低了9%。同一时期能源消费总量虽先增约10%(1990-2005),但其后又降(2005-2009)回至1990年的水平(因能效提高),而化石能源使用量降低了11%(1970-2009降低了47%),可再生能源使用量增长了34%,生物质能源使用增长了80%(1970-2009增长195%)。在我们参观过的生物质热电联产工厂和集中供热区域,柴油锅炉仅仅是作为备用锅炉和高峰调峰锅炉使用,化石能源已经不再是主角。正是由于可再生能源,尤其是生物质能源的广泛使用,瑞典经济社会实现了绿色增长。

我国过去发展主要依赖化石能源,往往以为利用林业资源会破坏环境资源,出现了“以钢代木”,“以塑代木”的短视政策。瑞典的成功告诉我们,绿色增长是可以实现的。以农林业生物质能源为主导,以化石能源作为补充,当前至少在一些生物质资源丰富而人口密度有限的地区可以实现绿色增长和循环利用,如大兴安岭地区、延边地区等。通过绿色增长,可创造更多的就业机会,有助于社会公平。我们可以通过正在开展的国家绿色能源示范县建设,加大生物质能源利用的力度,竖立示范样板,认真总结,加快推广。

2.2 森林资源在利用中才能得到保护和增长

经过近百年的努力,瑞典已逐步走上可持续发展的轨道,森林蓄积量、年生长量和年采伐量稳步增长,成为欧洲木材蓄积量最丰富的国家,成为可持续发展林业的典范。瑞典林业实现可持续发展,并非靠自觉,而是由一整套完善的法律法规和坚决执行的结果。瑞典林地51%为私人所有,25%为公司所有,7%为大学、教会等公有,国家拥有17%,国家所有的林地由一个独立的国有公司经营。私有林主大约35万个,林主平均拥有林地45hm2。政府制定了许多行之有效的林业政策和措施,实现了森林利用和环境保护的双赢。1903年颁布实施并经过7次修订的瑞典《森林法》对林业可持续发展起到了不可估量的作用,其基本精神就是限量采伐、及时更新、永续利用。法律要求林地采伐后的林地必须及时造林更新,同时新林地应妥善管护;要求林主保护生物多样性;规定对于人工商品林,年采伐量占年生长量50%-80%的永续利用总体框架,由林场主根据市场需求自主掌握。同时,瑞典政府还通过补贴引导私有林主编制森林经营方案,推进森林经营科学合理进行。正是这些完善的法律法规和政策措施的坚决执行,瑞典林业实现了可持续发展。

在考察中,我们了解到,瑞典森林利用主要遵循以下三个原则:

一是生长量大于采伐量的原则。瑞典每年的采伐量近1亿m³,而其林业生物质的净增长量是采伐量的1.2倍,因而不存在过度利用和不可持续的问题。

二是木材分级分类利用原则。一根完整的原木,只能加工出49.7%的可利用板材,同时产生35.9%的刨花和边角余料,8.9%的锯末和5.5%的树皮。刨花、边角余料、锯末、树皮等剩余物都是热/电/颗粒燃料多联产(CHPP)工厂的原料。在参观谢莱夫特奥几座CHPP工厂时我们看到,工厂将纯净不含泥土、树皮等杂质的木屑和锯末用来生产颗粒燃料,将含树皮等废弃生物质材料直燃生产高温高压蒸汽用于发电和烘干锯末原料。这样生产出来的颗粒燃料品质均匀稳定,易于满足标准化和全自动化高端炉具使用要求。

三是木材加工靠近资源地的原则。我们考察的Setra锯木厂、Martinsons锯木厂等大型的锯木厂都位于林业资源丰富地区,谢莱夫特奥热电颗粒燃料多联产工厂也都位于林业资源丰富地区。木材收集半径一般不超过100公里。短途运输能够有效降低运输成本,符合生物质资源密度低,分布分散的自然属性。这几个原则也是值得我国学习借鉴的地方。

瑞典专家认为,对林业资源的合理利用和开发,是保护林业资源的一个主要途径。通过科学开发,合理利用实现森林资源保护的做法,值得我们深入学习和借鉴。现在全国林业资源利用率最大的省,不再是天然林等资源最多的省份,而是江苏、浙江等传统的林业资源小省。因此,应该向瑞典和江苏、浙江等地学习,总结当地经验,使林业资源大省也能通过资源利用提高森林蓄积量。

我国的森林资源总量丰富,但人均资源量贫乏,所以更要用好资源,实现物尽其用。在资源丰富的地方建立产业园区,将木材加工、能源生产等林业产业结合起来,发挥林业综合优势。

2.3 发展生物质能源需要多部门协调配合,依靠企业进行

一是政府部门互相配合。瑞典林业生物质能源的发展得到了瑞典能源委员会、瑞典林业部、瑞典环保部门以及各级政府重视和支持。考察团考察期间,分别受到了西博滕省前任省长以及两位市长的热情接待,了解了当地林业生物质能发展情况,询问了瑞典政府支持林业生物质能发展的做法。在坚决执行瑞典《森林法》的基础上,近年来,瑞典政府出台了诸多积极务实的政策和措施促进生物质能源发展,其中最有效的措施是通过立法,征收CO2和污染气体(NOx、SO2)排放税、排放配额和绿色电力认证等。林业部门普遍树立为企业服务的观念,从做好服务,技术指导,加强监督三个方面着手,为林业生物质能源企业创造良好的发展环境。

二是科研院校鼎力支持。实现可持续、高效利用生物质能源以替代化石燃料,是靠科技创新。在此过程中政府基金、企业和科研院校常常紧密合作攻关。科研院校是科研的主力,不仅通过主动立项与企业和政府合作攻关,也常常配合企业或社区政府的自主创新帮助完善。此次考察瑞典农大国家生物质颗粒燃料研发基地,是由国家能源署和瑞典颗粒燃料工业协会共同资助,研究开发新技术。谢莱夫特奥热/电/颗粒燃料多联产(CHPP)的发展是由企业主导,科研院所协助攻关并得到中央政府能源署科研资助的结果;而ENA将废水处理、能源柳种植、土壤净化、热电生产一体化的项目,是由地区政府提出的创新,然后企业主刀,院校攻关实现的。科研创新的经费由中央政府基金提供。

三是林业内部各行业之间协作共赢。林业涉及森林经营(能源林生产)、木材加工、林业机械生产、能源生产等多个行业。在瑞典,这些以培育和使用林业资源的行业有机结合,既发挥各自专长充分利用了林业资源,又形成合作共赢的局面。Vimek森林机械设备生产厂、Cranab森林机械设备生产厂等专业企业研发生产森林经营所需的各种机械设备,大幅度提高了森林抚育、木材采伐、收集运输的生产效率,降低了生产成本,并且使森林经营活动不再局限于冬季,而是全年都可以进行。Setra锯木厂、Martinsons锯木厂等木材加工企业收购原木,加工成板材等木制品,同时产生大量的锯末木屑树皮等废弃物;谢莱夫特奥能源公司则以这些废弃物为燃料生产高温高压蒸汽用于发电和供热,同时这些蒸汽还用于锯木厂木材干燥,生产的电力除供应锯木厂和自身使用外,多余的部分进入电网销售。供热需求不足时,余热用于烘干干净木屑生产颗粒燃料。我们参观的与Setra锯木厂合作的谢莱夫特奥生物质热/电/颗粒燃料多联产工厂于1996年建成投产,主要使用潮湿的生物质原料(含水50%左右),年生产热量260GWh,发电170GWh,颗粒燃料13万吨。

2.4 科技创新是实现林业生物质能源发展的有力保障

一是科研院所和企业合作解决生产问题。林业生物质能源发展涉及的专业领域多,仅我们参观的谢莱夫特奥能源公司热/电/颗粒燃料多联产(CHPP)工厂,就涉及到湿原料专用锅炉、废热回收系统、烘干系统、制粒系统、远程及自动监控系统等的研发和集成。在其上游还涉及到能源林培育、森林经营、木材采伐运输等环节,恩雪平热电公司就有10%的燃料来源于能源柳。在其下游,还有颗粒燃料锅炉及其辅助系统配套,例如我们参观的移动式颗粒燃料锅炉房。各环节设计到热能、机械、自动化、林业等多个专业领域,单靠一个企业或单位来完成难度很大。而我们在瑞典看到,他们形成了一整套的解决方案,有瑞典农业大学、SP、Vemik林业机械公司、Cranab林业机械公司、谢莱夫特奥能源公司等多个企业参与其中。

二是标准化。参观期间,对瑞典在标准化方面的成就感触深刻。瑞典在林业生物质能方面的标准化体现在生产设备标准化、颗粒燃料质量标准化等多个方面。在我们参观过的每个生物质能热电联产工厂和热/电/颗粒燃料多联产工厂,所有的电气设备、管道、接头、阀门等部件都附有号牌,在其备用配件存放处,每套备件也都编号,与生产设备上的编号和设计图纸一一对应。在谢莱夫特奥能量公司位于斯图吕曼的热/电/颗粒燃料多联产工厂产品检验室中,我们看到一整套的生物质原料质量及颗粒燃料质量检验设施和标准化的检验流程,检测指标包括水分、热值、灰分、堆积密度(容重)、提取物、硬度等,每批产品都有相应的检测报告,而且都留有样品,方便质量跟踪。正是有了严格的生产标准和颗粒燃料质量标准,瑞典的木质颗粒燃料才能占据稳定的市场,才能实现有序发展。

三是自动化。我们参观的谢莱夫特奥能源公司,其二代生物质热/电/颗粒燃料多联产工厂仅有12名员工(三班),而且其蒸汽锅炉及发电、制粒机组旁边全部无人值守,实现了完全的自动化。而该公司在吕克塞勒的热电厂,每班只有1人值守,连同3名维修工人,总共只有6名工人,不但要负责这个热电厂,还要负责本市的其它锅炉和供热管网运行。此外,3名维修工还要兼顾位于斯图吕曼和谢莱夫特奥的2座热电颗粒联产工厂的维修。我们参观的恩雪平市的ENA能源公司,使用55%的树枝和梢头、20%的树皮、15%的锯末,以及10%的能源柳总计400GWh,年发电量100GWh,年供热量250GWh,供应全城100%的用热和60%左右的电量,工厂采用自动控制技术,每班只需2人操作,周末正常休息,靠类似BP机的设备传送设备运行状态,把故障分为三个级别,三级故障可以等休假过后正常上班是解决,二级故障可以延迟半小时到工厂解决,只有一级故障才需要马上回到工厂解决。

四是智能化。与国内工业电价分峰、谷、平不同时段调节相似,瑞典的电价也随不同时段用电负荷高低而变化。参观谢莱夫特奥生物质热/电/颗粒燃料多联产工厂我们看到,他们的计算机控制系统上网电价与发电量做了实时匹配,上网电价低的时候减少发电量,生产的热能以高温热水的形式储存在大型储热罐里,或者用来烘干原料生产颗粒燃料;上网电价高的时候增加发电量,减少颗粒产量,并且使用储热罐储存的热水(热量)尽量多发电,增加企业收益。智能化分配发电、供热以及颗粒生产所需能量,实现能源生产与市场需求的实时对接,企业效益得以最大化,并且避免了用电或用热高峰时供应不足的问题,也就不需要拉闸限电。

瑞典生物质能源企业高度的自动化和智能化,也促进了标准化,把人从繁重的体力劳动中解放出来。绝大部分时间工人只需要操作电脑就可以完成控制。

2.5 系统开发优于单项技术

利用生物质能源,在提供高品位电能的同时,满足供热的需要,余热还有剩余,则用来烘干生物质原料加工颗粒燃料,即实现热电联产(CHP)或者热/电/颗粒燃料多联产(CHPP),是瑞典的成功经验之一。今天,瑞典的生物质发电量已经从1983年的20亿kw·h增长至85亿kw·h。据预测,到2020年有望达到200亿kw·h。上世纪70年代还是以燃油为主的瑞典取暖系统,到2004年已经有61%的地区供暖系统使用生物质燃料,较1990年增加了5倍之多。2009年,瑞典生物质成型燃料生产量达220万吨,全国17%以上的家庭已使用木屑压缩颗粒取暖供热,在瑞典全国各地的加油站即可买到袋装的木屑压缩颗粒。瑞典的木屑压缩颗粒的生产量和将其作为燃料发电供热的消费量均居世界首位。生物质能使用总量已达115.6TWh,占全国能源消费总量的31.7%。

与单一的发电,或者单纯的生产木质颗粒燃料相比,采取生物质热电联产(CHP)或生物质热/电/颗粒燃料多联产(CHPP)的形式系统开发林业生物质能源,能够大幅度提高能量综合利用效率。热电厂的能源利用效率只有40%,剩余60%的能量都以热量的形式耗散出去了。单纯的生产木质颗粒燃料,需要将含水量50%左右的湿原料烘干,然后才能制粒。烘干需要能量,而这部分能量随着烟气排放出去浪费了。而生物质热电联产或生物质热/电/颗粒燃料多联产模式则能通过调节热/电/颗粒燃料产量实现能量充分利用,是林业生物质资源能源化利用的最佳途径。发电余热(蒸汽)用于区域供热或周边木材加工厂烘干木材,抽取的蒸汽则用于烘干木屑生产易于储存运输的木质颗粒燃料。正是由于采取了这种系统利用资源的方式,瑞典能源利用效率得以大幅度提升。考察时我们看到,谢莱夫特奥能源公司的生物质热/电/颗粒燃料多联产工厂,热效率利用超过95%,其烟气排放温度只有58℃。

2.6重视林业机械化生产

在参观瑞典林业博物馆时我们了解到,过去瑞典的林业生产也局限在冬季,依靠人工伐木,马拉爬犁运输集材,沿着河流向下游漂浮运送。通过参观Setra锯木厂、Martinsons锯木厂、Vimek森林机械设备生产厂、Cranab森林机械设备生产厂等企业,我们看到,目前瑞典的林业已经完全实现机械化生产。从整地、植树、抚育间伐到采伐、木材集运、枝桠柴收集等都有专门的机械设备,木材生产可以周年进行,林业工人在驾驶室操作设备,工作环境和劳动安全都得到充分保障,生产效率也大为提高。在Vimek森林机械设备厂播放的抚育设备工作视频中,我们看到,其抚育间伐使用的采伐机械(Harvester)只有1.8m宽,油耗4.5~5L/小时,可转80度急弯,能对直径最大30cm的树木进行作业,驾驶室配备有电脑控制系统、空调、气动座椅等设施;用于集柴的设备(Forwarder)只有1.9m宽,油耗2.0~2.5L/小时,最大转载4.5t,六轮驱动,还可加装履带,在满载的情况下道路宽度只需2.5m即可行驶。这些设备还配有一系列附件,可以处理森林中的其它工作,如挖树坑,处理树桩等。

在我国东北林区,除了木材运输方式转变为公路和铁路运输外,冬季人工伐木、牛爬犁集柴等方式仍在沿用,工作效率低,工人劳动强度大,劳动环境恶劣,生产安全得不到有效保障。机械化是我国林业生产的短板,特别是在森林抚育、林间集材和打捆方面,机械化程度较低,造成利用时前期费用偏高,影响了细小枝桠柴的收集和利用。务必要予以林业机械高度的重视,加快研发、引进、转化适应我国需要的林业机械,提高林业机械化水平,降低应用成本。

3 建议

3.1 将林业生物质能源研究与利用项目纳入中瑞林业合作项目中并尽快开展示范项目

此次赴瑞典考察,感触最深的就是他们从森林经营(能源林生产)到林业剩余物收集运输、生物质热/电/颗粒燃料多联产(CHPP)直至供电、供热、颗粒配送销售整个产业链各个环节都采取系统、周详的规划和设计,每个环节在时间上、工艺流程上如何合理衔接都有系统完整的解决方法。林业以及林业生物质能源的发展亟需用工业化设计的理念和思路做系统的全面系统的规划设计。瑞典早在上世纪70年代就开始了林业生物质能源的系统开发利用,掌握了全球领先的技术、设备和经验。与瑞典的合作可以缩短工业化设计这个产业链所需的时间,减少中间过程投入。因此,在中瑞共同签订的林业备忘录中,建议将林业生物质能源研究与利用项目纳入中瑞林业合作项目中,加快引进瑞方在林业生物质能开发利用方面的先进技术和经验,率先在延边林业集团等有良好林业生物质能开发利用基础的地区建立示范项目。

3.2 组织地方林业局主管部门负责人赴瑞典考察培训

鉴于瑞典在利用林业生物质能源方面有独到之处,值得我们学习,建议我局利用引智项目组织有条件发展林业生物质能源的重点林区林业局负责人和发改、能源等相关部门负责人,在2013年到瑞典参加林业生物质能考察培训,实地参观考察瑞典森林经营状况、林业生物质能企业生产经营情况、林业机械生产应用情况以及林业生物质能源生产应用研究状况,并邀请瑞典相关大学、科研单位、政府职能部门、企业负责人等授课,提高认识,增强信心,拓展思路,为切实推进林业生物质能源高水平高质量发展和实现绿色增长打好基础。

3.3 国家尽快出台分布式发电支持办法

生物质资源丰富,能量密度低,宜于分散利用,就地转化。然而,单一的生物质发电由于余热无有效利用途径,能量转化效率最高只有40%;单一的木质颗粒燃料生产,由于原料含水量高达50%左右,烘干能耗高且高热焓烟气无回收利用途径,能量转化效率也十分有限。瑞典林业生物质能源的发展证明,小规模的热/电/颗粒燃料多联产(CHPP)是能量转化效率最高的利用方式。发电是CHPP模式的核心环节,所产电力的销路及价格等关键问题的解决方案在很大程度上影响企业参与林业生物质能源开发的积极性。因此建议结合生物质发电上网电价补贴尽快出台分布式发电支持办法,调动各方参与林业生物质能源建设的积极性,加快林业生物质能源产业发展。

3.4给予生产和使用生物质能源的企业投资和税收等方面的政策优惠

瑞典生物质能源产业的发展得益于该国的能源政策。除了执行欧盟提出的可再生能源发展目标外,瑞典还结合本国的实际提出了相应的目标和要求,并采取了积极和务实的政策和措施,包括高价购电、投资补贴、减免税费和绿色电力配额制度等。结合我国国情和现有政策执行情况,参考瑞典等国的成功经验和做法,予以相应的优惠政策扶持,是推动我国林业生物质能源产业发展的重要措施之一。

3.5加强林业科技支撑

林业剩余物,尤其是清林抚育剩余物资源十分丰富。根据《全国林业生物质能源发展规划(2011-2020)》,我国现有林木资源中能够收集用作木质能源资源约有3.5亿多吨。这些资源尚未得到充分利用的一个重要原因就是缺乏高效、经济的收集方式。林业装备发展滞后,依靠人工收集效率低,成本高昂。瑞典的发展经验告诉我们,加强林业科技支撑,提升林业装备水平,是未来林业和林业生物质能源产业的必然要求。建议科技部门进一步加大对林业生物质能源方面项目的支持,当前应重点支持林间枝桠柴收集和打捆运输机械化的问题。

考察组成员

吴 坚 国家林业局造林司总工程师

王桂芝 国家林业局造林司调研员

孙成忠 延边林业集团天桥岭林业局副局长

洪 浩 辉南宏日新能源有限责任公司董事长兼总经理

严德福 辉南宏日新能源有限责任公司总经理秘书