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張霞，蔡宗壽，陳穎，李歡
（云南農業大學工程技術學院，昆明 650201）
摘要：由于石油資源的萎縮和全球氣候變暖等問題的日趨嚴重，開發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和氣候變化問題的共識。生物質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注下世界生物質顆粒燃料產業得到迅速發展。為此，首先介紹了世界生物質顆粒燃料產業的起源，全面描述了目前世界生物質顆粒燃料產業的發展現狀和特點，對世界生物質顆粒燃料產業的發展趨勢進行了分析和預測，并對現階段發展中出現的困難和問題提出相應的對策，為了解世界生物質顆粒燃料產業發展狀況和發展趨勢、促進我國生物質顆粒燃料產業的國際化發展提供參考。
0引言
自20世紀50年代以來，隨著世界經濟的發展和交通工具數量的增加，世界能源的消耗量也急劇增加。根據美國能源信息局（Energy Information Adminis-tration）報告（EIA2012），預計到2035年，全球能源消耗將比現在增加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%，而水力發電、地熱能、風能、太陽能和生物質能等可再生能源的消耗比例只占到14%。積極開發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和氣候變化問題的共識。
生物質能是繼煤和石油之后的世界第三大能源，是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的可再生能源，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，生物質能在全世界的應用急劇減少。盡管如此，目前在全世界范圍內生物質能的年消耗量是1．25t油當量，占世界一次能源消耗的14%。在發展中國家，生物質能是人們取暖和煮飯等生活用能的主要來源；而在發達國家，生物質能成為煤的替代能源被廣泛運用于發電廠和工廠。與風力發電和水力發電相比，生物質能發電具有不受外界自然條件的影響及生產過程可控性高等優點。人們可以根據發電生產的要求，控制生物質種植面積及產量，從而保證發電生產的穩定性和持續性。生物質顆粒燃料是生物質固體形態的能源化利用方式，也是生物質能源化利用最簡單、最直接的途徑之一。
利用機械力將生物質壓縮或擠壓成為容積密度較大、熱效率較高、便于運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），形狀和尺寸統一，使用方便，易于燃燒，是煤和薪柴優秀的替代燃料。本文首先介紹了世界生物質顆粒燃料產業的起源，然后全面描述了目前世界生物質顆粒燃料產業的發展現狀和特點，對世界生物質顆粒燃料產業的發展趨勢進行了分析和預測，并對現階段發展中出現的困難和問題提出相應的對策，為了解世界生物質顆粒燃料產業發展狀況和發展趨勢、促進我國生物質顆粒燃料產業的國際化發展提供參考。
1世界生物質產業發展現狀
生物質顆粒燃料的生產始于20世紀30年代，但是作為產業是在70年代的石油危機期間發展起來的。由于當時石油價格的飆升，迫使部分歐、美洲國家大力開發和利用替代能源；而此時生物質顆粒燃料經過幾十年的發展，生產技術逐漸成熟起來，產品質量有了很大的提高。由于其生產原料主要來源于當地林業廢棄物，運輸成本低、價格便宜，所以物美價廉的生物質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。但石油危機過后，隨著世界石油價格的穩定，生物質顆粒燃料的生產和使用逐漸走向蕭條，生物質顆粒燃料產業的發展緩慢。
直到20世紀90年代，人們認識到由于長期大量使用煤、石油、天然氣等石化能源而導致石油資源萎縮和全球氣候變暖等問題，積極開發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議書紛紛出臺。例如，1997年制定并于2005年生效的《京都協議書》是人類歷史上首次以法規的形式限制溫室氣體排放，要求世界142個協議簽署國在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議書，其進一步確定在2015－2020年期間全球平均氣溫上升要控制在2℃范圍以內，到2050年全球的溫室氣體減排量需達到1990年水平的80%。除了國際協議書以外，一些地區和國家還制定了適用于本地區或國家的法律和法規，嚴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。所有這些國際協議書和地區或國家的法律和法規成為世界可再生清潔能源發展的驅動力，大大刺激了可再生能源的需求量，生物質顆粒燃料產業也因此再次進入人們的視野，并在21世紀后得到了飛速發展，產量以每年18%～25%的速度增長。圖1為2000－2010年世界生物質顆粒燃料產量及分布圖。由圖1可見，2000年世界生物質顆粒燃料的產量只是165萬t，而到了2010年已經增長到1570萬t，增長了9．5倍。從圖1中還可以看出，世界生物質顆粒燃料產業在全球的發展并不平衡，目前主產區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顆粒燃料產量分別是928．6、432萬t，分別占世界總產量的59．3%和27．6%；而東歐俄羅斯地區和亞、非、澳洲地區的產量只分別占9．2%和3．9%。
圖2為2010年世界不同國家生物質顆粒燃料的產量和消費量。從圖2可以看出，生物質顆粒燃料產業在國家之間的發展也不平衡。其中，生物質顆粒燃料產量最大的國家是美國、加拿大、德國和瑞典，而消費量最大的國家則是瑞典、丹麥、美國、荷蘭和意大利。歐洲是世界生物質顆粒燃料消耗量最大的地區以2010年為例，歐洲生物質顆粒燃料的消耗量達到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%。歐洲生物質顆粒燃料的消耗量與產量之間的差額主要靠進口來彌補，因此歐洲也就成為世界上生物質顆粒燃料最大的進口市場；而北美洲由于其產量遠遠大于消耗量，成為了最大的出口市場。從圖2中可以看出，2010年生物質顆粒燃料進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年加拿大生物質顆粒燃料出口量達到165．5萬t，占其生產總量的95%，是世界上生物質顆粒燃料出口量最大的國家。目前，取暖和發電是生物質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電。
2世界生物質顆粒燃料產業發展趨勢預測
盡管世界生物質顆粒燃料產業在過去的十幾年里得到飛速發展，但其還是一個新興的產業，發展趨勢和可持續性引起世界許多學者（如Sikkema（2011），Lamers（2012）等）和企業（如芬蘭國際咨詢公司Pyry、瑞典艾克曼公司Ekman＆Co．、歐洲生物質能源協會AEBIOM、英國新能源財經NewEnergy Finance等）的關注。這些學者和企業首先根據世界經濟的發展趨勢預測出各地區對能源未來的需求情況，再根據過去幾年內世界各地區生物質顆粒燃料的生產情況和消耗情況，在執行現行的國際協議和國家法律和法規的條件下，預測出世界生物質顆粒燃料產業的發展趨勢。在所有的預測中，大部分是針對歐盟國家的生物質顆粒燃料產業的發展趨勢，預測期一般為10～20年，只有芬蘭國際咨詢公司Pyry針對世界生物質顆粒燃料產業的整體發展趨勢做了較為全面的預測，其預測結果也被廣泛接受和應用。
不同地區生物質顆粒燃料產量預測如圖3所示。從圖3可以看出，在未來的20年世界生物質顆粒燃料產業將持續發展。到2020年，世界的生物質顆粒燃料的總產量將達到4520萬t，是2010年產量的3倍左右。北美洲和歐盟仍然將是生物質顆粒燃料的主產區，但是由于其市場已趨于成熟，而且受到生產原料供應量的限制，所以在未來的發展中北美洲和歐盟的產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顆粒燃料的產量將會有較大的增長。特別是亞洲，到2020年生物質顆粒燃料產量預計可以達到1110萬t，將是2010年產量的16倍左右，接近歐盟和北美洲的產量而成為第三大產區。
分析其原因主要有兩個：首先，亞洲是世界上經濟增長最快的地區和人口密度最高的地區，對能源的需求量日益增大，急需開發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和利用，積極建立和完善相應的法律和法規，保證清潔能源產業的發展。以中國為例，在2007年發布的《可再生能源中長期發展規劃》后，2009年中國政府又通過了《可再生能源法修正案》，清潔能源機制法律框架在中國已基本形成。該法案明確規定了中國可再生能源發電量的比重和政府補貼可再生能源發電方案，鼓勵研發與可再生能源發電適配的先進電網，努力實現到2010年中國可再生能源消費量達到能源消費總量的10%的目標，力爭到2020年達到15%左右。除了建立相應的法律和法規之外，中國政府還逐年加大了對清潔能源產業的投資。根據美國皮尤慈善信托基金會（Pew Charitable Trusts）的統計，2010年中國在清潔能源方面的全年投資總計達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展力度。總之，在以后十幾年中，亞洲將成為世界生物質顆粒燃料產業發展最快的地區，而生產和消費主要集中在中國、日本和韓國。
3問題與對策
3．1生產原料單一，數量供應有限
目前，歐盟和北美國家生物質顆粒燃料的主要生產原料是鋸末。鋸末是林業生產的廢棄物，由于其具有價格低廉，灰分含量低，燃燒后不易結垢，對燃燒爐腐蝕小等優點，是生物質顆粒燃料優秀的生產原料，被長期大量使用于生物質顆粒燃料生產中。隨著生物質顆粒燃料需求量的快速增長，特別是在2008－2009年期間，一些年產量在幾十萬噸的大型生物質顆粒燃料加工廠在北美洲、歐洲等地區孕育而生。但是與此同時，歐美經濟迎來衰退期，房地產的蕭條帶來了鋸末產量的急劇減少，鋸末供應量的不足與顆粒燃料擴大生產的需求之間的矛盾越來越突出。
圖4是2010年世界上生物質顆粒燃料生產能力最強的5個國家，即美國、德國、俄羅斯、加拿大和瑞典的生產能力和實際產量。從圖4中可以看出，2010年5個國家的產能利用率分別是33%、53%、33%、69%、69%，它們的平均產能利用率只達到51%。造成產能利用率低的主要原因是生產原料鋸末的供應量不足，此問題也成為世界生物質顆粒燃料產業發展的主要瓶頸。因此，尋求價格低廉、數量可靠的替代原料是世界生物質顆粒燃料產業發展的新方向。農業秸稈是農業生產帶來的廢棄物，具有數量多、分布廣等特點，是寶貴的生物質資源，可以成為生物質顆粒燃料的替代原料。用農業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，經過幾年的發展，目前世界上農業秸稈顆粒燃料的產量最高的國家是烏克蘭、捷克、丹麥和英國，年產量分別達到19、11、10、10萬t。雖然不能與鋸末顆粒燃料的產量相比，但是隨著秸稈成型技術的日趨成熟，農業秸稈在生物質顆粒燃料產業中的應用會越來越廣泛。
3．2缺乏世界統一的執行標準
隨著生物質顆粒燃料產業的發展，生物質顆粒燃料在地區與地區、國家與國家之間的貿易量逐漸增大。根據歐盟統計局（Eurostat）數據，2010年從歐盟以外的國家進口到歐盟國家的生物質顆粒燃料有260萬t，另外在歐盟國家之間進行貿易的生物質顆粒燃料有417萬t。可見，生物質顆粒燃料已經成為國際商品，其在國際間的貿易必須有統一的生產規范和標準作為保障，來保護生產者和消費者的共同的權利。目前，世界很多國家已經建立了自己的生產規范和標準，如美國的PFI標準、德國的DINPlus標準、澳大利亞的NOＲMM7135、瑞典SwedenSS187120及意大利的CTI－Ｒ04/5標準等。除了國家標準外，歐盟2010年還制定了針對歐盟國家的統一標準—Enplus標準，但是在世界范圍內還沒有一個統一的生物質顆粒燃料生產規范和標準，生物質顆粒燃料在不同國家的生產、銷售和使用還在執行地區標準，嚴重阻礙了產業發展。針對這一情況，國際標準化組織（International Organization for Stand-ardization）于2013年9月通過了國際《生物質能可持續準則》（ISO/13065）。該準則于2015年正式生效，將對生物質顆粒燃料從原料獲取、生產以及利用等各個環節的提供可持續性認證，促進生物質顆粒燃料產業的國際化發展。
3．3政策的持續支持
縱觀生物質顆粒燃料產業的發展歷史，不難發現政策的支持是生物質顆粒燃料產業發展的第一動力。節能減排是關系到全人類的問題，世界各國政府本著對全人類負責的態度應充分重視，積極應對氣候變化，大力開發低碳經濟，積極發展新能源和可再生能源。要嚴格執行相關國際協議的規定，建立和健全相應的法律和法規，加大監督、檢查執法力度，形成合理的稅收激勵機制和懲罰機制，才能保證世界生物質顆粒燃料產業的持續發展。
4結論
進入21世紀以來，世界生物顆粒燃料產業得到飛速發展，2010年產量是2000年內的9．5倍。目前，世界生物質顆粒燃料的產量最大的地區是歐盟和北美洲，2010年其產量分別占世界總產量的59．3%和27．6%；世界生物質顆粒燃料消耗量最大的地區是歐盟，2010年其消耗量占世界總消耗量的85%。歐盟是世界上生物質顆粒燃料最大的進口市場，而北美洲是最大的出口市場。到2020年，世界生物質顆粒燃料產業將持續發展，歐盟和北美洲仍然將是世界生物質顆粒燃料的主產區，而亞洲將成為第三大產區，產量將接近歐盟和北美洲。目前，世界生物質顆粒燃料產業發展主要問題是：生產原料供應量不足；未形成世界統一的執行標準；缺乏政府政策的持續支持。只有有效解決了以上3個問題，世界生物質顆粒燃料產業才會有更大的發展。 |
