客服服务热线
4008-126-127
新闻资讯

世界生物质颗粒燃料产业发展现状与趋势分析

  自 20 世纪 50 年代以来,随着世界经济的发展和交通工具数量的增加,世界能源的消耗量也急剧增加。根据美国能源信息局(Energy Information Administration)报告(EIA2012),预计到 2035 年,全球能源消耗将比现在增加 50% 。其中,石油、煤和天然气的消耗将占世界能源消耗总量的 86% ,而水力发电、地热能、风能、太阳能和生物质能等可再生能源的消耗比例只占到 14%[1]。积极开发和利用可再生清洁能源、减少石化能源消耗、降低温室气体排放已成为世界各国缓解能源危机和气候变化问题的共识[2 - 3]。生物质能是继煤和石油之后的世界第三大能源,是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的可再生能源,长期以来为人们的生活用能提供能源[4]。近 50 年以来,随着石化能源消耗的增加,生物质能在全世界的应用急剧减少。尽管如此,目前在全世界范围内生物质能的年消耗量 是 1. 25t 油 当 量,占世界一次能源消耗的14%[5]。在发展中国家,生物质能是人们取暖和煮饭等生活用能的主要来源;而在发达国家,生物质能成为煤的替代能源被广泛运用于发电厂和工厂。与风力发电和水力发电相比,生物质能发电具有不受外界自然条件的影响及生产过程可控性高等优点。人们可以根据发电生产的要求,控制生物质种植面积及产量,从而保证发电生产的稳定性和持续性。生物质颗粒燃料是生物质固体形态的能源化利用方式,也是生物质能源化利用最简单、最直接的途径之一[6]。利用机械力将生物质压缩或挤压成为容积密度较大、热效率较高、便于运输和储藏的固体成型燃料,其容积密度可以提高到原来的 10 倍以上(大于 600kg / m3),形状和尺寸统一,使用方便,易于燃烧,是煤和薪柴优秀的替代燃料[7]。本文首先介绍了世界生物质颗粒燃料产业的起源,然后全面描述了目前世界生物质颗粒燃料产业的发展现状和特点,对世界生物质颗粒燃料产业的发展趋势进行了分析和预测,并对现阶段发展中出现的困难和问题提出相应的对策,为了解世界生物质颗粒燃料产业发展状况和发展趋势、促进我国生物质颗粒燃料产业的国际化发展提供参考。1 世界生物质产业发展现状生物质颗粒燃料的生产始于 20 世纪 30 年代,但是作为产业是在 70 年代的石油危机期间发展起来的。由于当时石油价格的飙升,迫使部分欧、美洲国家大力开发和利用替代能源;而此时生物质颗粒燃料经过几十年的发展,生产技术逐渐成熟起来,产品质量有了很大的提高。由于其生产原料主要来源于当地林业废弃物,运输成本低、价格便宜,所以物美价廉的生物质颗粒燃料成为煤和天然气的替代能源,深受欧、美国家的青睐。但石油危机过后,随着世界石油价格的稳定,生物质颗粒燃料的生产和使用逐渐走向萧条,生物质颗粒燃料产业的发展缓慢。直到 20 世纪 90 年代,人们认识到由于长期大量使用煤、石油、天然气等石化能源而导致石油资源萎缩和全球气候变暖等问题,积极开发和使用可再生的清洁能源、减少石化能源的消耗、降低温室气体的排放已成为世界各国缓解能源危机和气候变化问题的共识。在国际社会和各国政府的共同努力下,一些限制全球温室气体排放的协议书纷纷出台。例如,1997年制定并于 2005 年生效的《京都协议书》是人类历史上首次以法规的形式限制温室气体排放,要求世界142 个协议签署国在 2008 - 2012 年期间温室气体排放比 1990 年平均下降 5% 。2009 年制定的《哥本哈根协议书》是继《京都议定书》后又一具有划时代意义的全球气候协议书,其进一步确定在 2015 - 2020 年期间全球平均气温上升要控制在 2℃ 范 围 以 内,到2050 年全球的温室气体减排量需达到 1990 年水平的80% 。除了国际协议书以外,一些地区和国家还制定了适用于本地区或国家的法律和法规,严格限制温室气体的排放。例如,美国的《美国清洁能源和安全法案》(American Clean Energy and Security Act)和《美国电力法案》(American Power Act),欧盟的《欧盟生物质能行动计划》(European Biomass Action Plan) 和《可再 生 能 源 方 案 》( Directive for Renewable EnergySources)等。所有这些国际协议书和地区或国家的法律和法规成为世界可再生清洁能源发展的驱动力,大大刺激了可再生能源的需求量,生物质颗粒燃料产业也因此再次进入人们的视野,并在 21 世纪后得到了飞速发展,产量以每年 18% ~ 25% 的速度增长[8 - 9]。图 1 为 2000 - 2010 年世界生物质颗粒燃料产量及分布图[10 - 12]。由图 1 可见,2000 年世界生物质颗粒燃料的产量只是 165 万 t,而到了 2010 年已经增长到 1 570 万 t,增长了 9. 5 倍。从图 1 中还可以看出,世界生物质颗粒燃料产业在全球的发展并不平衡,目前主产区集中在欧盟和北美洲国家。以 2010 年 为例,欧盟和北美洲生物质颗粒燃料产量分别是 928. 6、432 万 t,分别占世界总产量的 59. 3% 和 27. 6% ;而东欧俄罗斯地区 和 亚、非、澳洲地区的产量只分别占9. 2% 和 3. 9% 。图 2 为 2010 年世界不同国家生物质颗粒燃料的产量和消费量[11]。从图 2 可以看出,生物质颗粒燃料产业在国家之间的发展也不平衡。其中,生物质颗粒燃料产量最大的国家是美国、加拿大、德国和瑞典,而消费量最大的国家则是瑞典、丹麦、美国、荷兰和意大利。欧洲是世界生物质颗粒燃料消耗量最大的地区,以 2010 年为例,欧洲生物质颗粒燃料的消耗量达到1 141. 1 万 t,比 2009 年的 908. 9 万 t 增长了 25. 5% ,占世界消耗总量的 85%[12]。欧洲生物质颗粒燃料的消耗量与产量之间的差额主要靠进口来弥补,因此欧洲也就成为世界上生物质颗粒燃料最大的进口市场;而北美洲由于其产量远远大于消耗量,成为了最大的出口市场。从图 2 中可以看出,2010 年生物质颗粒燃料进口量最大的国家是丹麦、荷兰、意大利、比利时和瑞典,而出口量最大的国家是加拿大、俄罗斯、德国、波兰和美国。2010 年加拿大生物质颗粒燃料出口量达到 165. 5 万 t,占其生产总量的 95% ,是世界上生物质颗粒燃料出口量最大的国家。目前,取暖和发电是生物质颗粒燃料的主要的两个用途,在奥地利、法国、德国和意大利生物质颗粒燃料主要用于取暖,而在丹麦、芬兰、瑞典除了取暖以外还用于发电[13 - 14]。

图 1 2000 - 2010 年世界生物质颗粒燃料产量

Fig. 1 Global biomass pellets fuel productions from 2000 to 2010 years

图 2 2010 年世界不同国家生物质颗粒燃料产量和消费量

Fig. 2 Biomass pellets fuel production and consumption bycountries in 2010 year

2 世界生物质颗粒燃料产业发展趋势预测尽管世界生物质颗粒燃料产业在过去的十几年里得到飞速发展,但其还是一个新兴的产业,发展趋势和可持续性引起世界许多学者(如 Sikkema(2011),Lamers ( 2012 ) 等) 和 企 业 ( 如 芬 兰 国 际 咨 询 公 司Pyry、瑞典艾克曼公司 Ekman & Co. 、欧洲生物质能源协会 AEBIOM、英国新能源财经 New Energy Finance等)的关注[15 - 17]。这些学者和企业首先根据世界经济的发展趋势预测出各地区对能源未来的需求情况,再根据过去几年内世界各地区生物质颗粒燃料的生产情况和消耗情况,在执行现行的国际协议和国家法律和法规的条件下,预测出世界生物质颗粒燃料产业的发展趋势。在所有的预测中,大部分是针对欧盟国家的生物质颗粒燃料产业的发展趋势,预测期一般为10 ~ 20 年,只有芬兰国际咨询公司 Pyry 针对世界生物质颗粒燃料产业的整体发展趋势做了较为全面的预测,其预测结果也被广泛接受和应用。不同地区生物质颗粒燃料产量预测如图 3 所示。从图 3 可以看出,在未来的 20 年世界生物质颗粒燃料产业将持续发展。到 2020 年,世界的生物质颗粒燃料的总产量将达到 4 520 万 t,是 2010 年产量的 3倍左右。北美洲和欧盟仍然将是生物质颗粒燃料的主产区,但是由于其市场已趋于成熟,而且受到生产原料供应量的限制,所以在未来的发展中北美洲和欧盟的产量上升的空间不会很大。值得注意的是,亚洲和南美洲的生物质颗粒燃料的产量将会有较大的增长。特别是亚洲,到 2020 年生物质颗粒燃料产量预计可以达到 1 110 万 t,将是 2010 年产量的 16 倍左右,接近欧盟和北美洲的产量而成为第三大产区[16]。

图 3 不同地区生物质颗粒燃料产量预测Fig. 3 Prediction of biomass pellets fuel production by regions

分析其原因主要有两个:首先,亚洲是世界上经济增长最快的地区和人口密度最高的地区,对能源的需求量日益增大,急需开发和利用可再生的清洁能源。其次,亚洲主要国家非常重视清洁能源的开发和利用,积极建立和完善相应的法律和法规,保证清洁能源产业的发展。以中国为例,在 2007 年发布的《可再生能源中长期发展规划》后,2009 年中国政府又通过了《可再生能源法修正案》,清洁能源机制法律框架在中国已基本形成[18 - 19]。该法案明确规定了中国可再生能源发电量的比重和政府补贴可再生能源发电方案,鼓励研发与可再生能源发电适配的先进电网,努力实现到 2010 年中国可再生能源消费量达到能源消费总量的 10% 的目标,力争到 2020 年达到 15% 左右。除了建立相应的法律和法规之外,中国政府还逐年加大了对清洁能源产业的投资。根据美国皮尤慈善信托基金会( Pew Charitable Trusts)的统计,2010 年中国在清洁能源方面的全年投资总计达 544 亿美元,成为全球最大的清洁能源投资国[20]。除了中国,日本和韩国也加大了清洁能源的发展力度。总之,在以后十几年中,亚洲将成为世界生物质颗粒燃料产业发展最快的地区,而生产和消费主要集中在中国、日本和韩国[21]。3 问题与对策3. 1 生产原料单一,数量供应有限目前,欧盟和北美国家生物质颗粒燃料的主要生产原料是锯末。锯末是林业生产的废弃物,由于其具有价格低廉,灰分含量低,燃烧后不易结垢,对燃烧炉腐蚀小等优点,是生物质颗粒燃料优秀的生产原料,被长期大量使用于生物质颗粒燃料生产中。随着生物质颗粒燃料需求量的快速增长,特别是在 2008 -2009 年期间,一些年产量在几十万吨的大型生物质颗粒燃料加工厂在北美洲、欧洲等地区孕育而生。但是与此同时,欧美经济迎来衰退期,房地产的萧条带来了锯末产量的急剧减少,锯末供应量的不足与颗粒燃料扩大生产的需求之间的矛盾越来越突出。图 4 是 2010 年世界上生物质颗粒燃料生产能力最强的 5 个国家,即美国、德国、俄罗斯、加拿大和瑞典的生产能力和实际产量[11]。从图 4 中可以看出,2010 年 5 个国家的产能利用率分别是 33% 、53% 、33% 、69% 、69% ,它们的平均产能利用率只达到51% 。造成产能利用率低的主要原因是生产原料锯末的供应量不足,此问题也成为世界生物质颗粒燃料产业发展的主要瓶颈[22]。因此,寻求价格低廉、数量可靠的替代原料是世界生物质颗粒燃料产业发展的新方向。农业秸秆是农业生产带来的废弃物,具有数量多、分布广等特点,是宝贵的生物质资源,可以成为生物质颗粒燃料的替代原料[23]。用农业秸秆制备颗粒燃料首先在欧洲一些森林资源相对贫乏的国家得到尝试,经过几年的发展,目前世界上农业秸秆颗粒燃料的产量最高的国家是乌克兰、捷克、丹麦和英国,年产量分别达到 19、11、10、10 万 t[11]。虽然不能与锯末颗粒燃料的产量相比,但是随着秸秆成型技术的日趋成熟,农业秸秆在生物质颗粒燃料产业中的应用会越来越广泛。

图 4 2010 年世界主要国家生物质颗粒燃料生产能力及和实际产量Fig. 4 The production capacities and actual outputs of biomass pellets fuelin some countries in 2010 year

3. 2 缺乏世界统一的执行标准随着生物质颗粒燃料产业的发展,生物质颗粒燃料在地区与地区、国家与国家之间的贸易量逐渐增大。根据欧盟统计局(Eurostat)数据,2010 年从欧盟以外的国家进口到欧盟国家的生物质颗粒燃料有 260 万 t,另外在欧盟国家之间进行贸易的生物质颗粒燃料有 417万 t[24]。可见,生物质颗粒燃料已经成为国际商品,其在国际间的贸易必须有统一的生产规范和标准作为保障,来保护生产者和消费者的共同的权利。目前,世界很多国家已经建立了自己的生产规范和标准,如美国的PFI 标准、德国的 DIN Plus 标准、澳大利亚的 NORMM7135、瑞典 Sweden SS 18 71 20 及意大利的 CTI - R04 /5 标准等。除了国家标准外,欧盟 2010 年还制定了针对欧盟国家的统一标准—Enplus 标准,但是在世界范围内还没有一个统一的生物质颗粒燃料生产规范和标准,生物质颗粒燃料在不同国家的生产、销售和使用还在执行地区标准,严重阻碍了产业发展。针对这一情况,国际标准化组织(International Organization for Standardization)于2013 年 9 月通过了国际《生物质能可持续准则》(ISO /13065)。该准则于 2015 年正式生效,将对生物质颗粒燃料从原料获取、生产以及利用等各个环节的提供可持续性认证,促进生物质颗粒燃料产业的国际化发展。3. 3 政策的持续支持纵观生物质颗粒燃料产业的发展历史,不难发现政策的支持是生物质颗粒燃料产业发展的第一动力。节能减排是关系到全人类的问题,世界各国政府本着对全人类负责的态度应充分重视,积极应对气候变化,大力开发低碳经济,积极发展新能源和可再生能源。要严格执行相关国际协议的规定,建立和健全相应的法律和法规,加大监督、检查执法力度,形成合理的税收激励机制和惩罚机制,才能保证世界生物质颗粒燃料产业的持续发展。4 结论进入 21 世纪以来,世界生物颗粒燃料产业得到飞速发展,2010 年产量是 2000 年内的 9. 5 倍。目前,世界生物质颗粒燃料的产量最大的地区是欧盟和北美洲,2010 年其产量分别占世界总产量的 59. 3% 和27. 6% ;世界生物质颗粒燃料消耗量最大的地区是欧盟,2010 年其消耗量占世界总消耗量的 85% 。欧盟是世界上生物质颗粒燃料最大的进口市场,而北美洲是最大的出口市场。到 2020 年,世界生物质颗粒燃料产业将持续发展,欧盟和北美洲仍然将是世界生物质颗粒燃料的主产区,而亚洲将成为第三大产区,产量将接近欧盟和北美洲。目前,世界生物质颗粒燃料产业发展主要问题是:生产原料供应量不足;未形成世界统一的执行标准;缺乏政府政策的持续支持。只有有效解决了以上 3 个问题,世界生物质颗粒燃料产业才会有更大的发展。

参考文献:[1] John J C,Paul D H,Joseph A B,et al. Annual Energy Outlook2012,DOE/EIA - 0383[J]. Energy Information Administration,2012,6:106- 115.[2] D Fouquet,T Johansson. European renewable energy policyat crossroads —Focus on electricity support mechanisms[J].Energy Policy,2008,36(11): 4079 - 4092.[3] B Hillebrand,H G Buttermann,J M Behringer,et al. Theexpansion of renewable energies and employment effects inGermany[J]. Energy Policy,2006,34(18): 3484 - 3494.[4] Purohit P,A K Tripathi,T C Kandpal. Energetics of coalsubstitution by briquettes of agricultural residues[J]. Energy,2006,31:1321- 1331.[5] L Chen,X Li,L Han. Renewable energy from agro - residuesin China: Solid biofuels and biomass briquetting technology[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews,2009,13: 2689 - 2695.[6] Arcate J R. Global markets and technologies for torrefied woodin 2002[J]. Wood Energy,2002,5:26 - 28.[7] Mani S,Sokhansanj S,Bi X,et al. Economics of producingfuel pellets from biomass[J]. Applied Engineering in Agriculture,2006,22(3):421- 426.[8] Junginger M,Sikkema R,Faaij A,et al. Analysis of theGlobal Pellet Market Including Major Driving Forces andPossible Technical and Non - technical Barriers[J]. IntelligentEnergy Europe,2009,2:33 - 34.[9] Lamers P,Junginger M,Hamelinck C,et al. Developmentsininternational solid biofuel trade - An analysis of volumes,policies,and market factors[J]. Renewable and SustainableEnergy Reviews,2012,16 (5):3176 - 3199.[10] Kaltschmitt M,Weber M. Markets for solid biofuels withinthe EU - 15[J]. Biomass and Bioenerg,2006,30 (11):897 - 907.[11] Cocchi M,Junginger M,Faaij A,et al. Global Wood PelletMarkets Industry and Trade Study[J]. International EnergyAgency (EIA) Task 40,2011,12: 9 - 10.[12] Sikkema R,Junginger H,Pichler W,et al. . The internationallogistics of wood pellets for heating and power productionin Europe[J]. Biofuels,Bioproducts and Biorefining,2010,2(4):132 - 153.[13] James Hewitt. Flows of biomass to and from the EU[J]. DGDevelopment and DG Environment of the European Commission,2011,7:10- 15.[14] Rechberger P. Overview of Pellets for Bioenergy in Europe[C]/ /AEBIOM Gesbois Annual Meeting. Brussels:2010.[15] Denis N. Biomass Demand and Supply Dynamics in EU - 27[C]/ /AEBIOM European Bioenergy Conference. Brussels:2010:6 - 8.[16] Lechner H. Pellets - Becoming a global commodity? Globalmarket,players and trade to 2020 study[J]. Pyry ViewPoint Report,2011,4:2 - 3.

[17] Martin Hoeft. Report on market research,national incidents,problemsand lacks within national guidelines[J].SafePellets Project Report,2013,6:44 - 47.[18] 付丽苹,刘爱东. 我国清洁能源发展的驱动力及对策研究[J]. 经济学家,2012(7):46 - 52.[19] 刘丽娜. 完善我国清洁能源发展机制的法律对策[J]. 法学,2012(2):117 - 120.[20] The Pew Charitable Tusts. Who's Winning the Clean EnergyRace? - 2010 Edition[J]. G - 20 Investment Powering Forward.rusts,2011,3: 34.[21] Joseph A,Roos,Allen M. B. The Asian Wood Pellet Markets[J].United States Department of Agriculture GeneralTechnical Report PNW - GTR - 861,2012,5:34 - 41.[22] Mantau U,Saal U,Prins K,et al. Real Potential for Changesin Growth and Use of EU Forests[J]. EU Wood,2010,6:7 - 12.[23] Purohit P A K,Tripathi T C. Kandpal. Energetics of coalsubstitution by briquettes of agricultural residues[J]. Energy,2006,31:1321 - 1331.[24] Aguilar FX,Gaston C,Hartkamp R,et al. Chapter 9:Woodenergy markets,2011 - 2012[J]. UNECE /FAO ForestProducts Annual Market Review 2011 - 2012,2012,8:26- 33.

Analysis on the Development Status and Trend ofGlobal Biomass Pellets Fuel IndustryZhang Xia,Cai Zongshou,Chen Ying,Li Huan(Faculty of Engineering and Technology,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China)Abstract: Because the shortage of oil resource and global warming are becoming more and more serious,developing andutilizing clean renewable energy to reduce oil consumption and greenhouse gas emissions has become a global consensus tomitigate the energy crisis and climate change. Biomass pellets fuel is a clean renewable energy,and in the recent yearsthe global biomass pellets fuel industry has been rapidly expanded with the concern of international society and governmentsof countries in the world. The origin of the global biomass pellets fuel industry was introduced in this paper,thepresent development ststus and features of global biomass pellets fuel industry were described,and trend of itsdevelopment was analyzed and forecasted. The difficulties and problems appeared in the development of global biomasspelletsfuel industry were presented,and their countermeasures were also proposed in this paper. The purpose of this paperis to provide a reference in understanding the development status and trend of global biomass pellets industry and promotingthe international development of biomass pellets fuel industry in our country.Key words:biomass; pellets; industry; development