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姚宗路，崔軍，趙立欣，田宜水，孟海波
(農業部規劃設計研究院，北京100125)
摘要：瑞典是世界上最大的生物質顆粒燃料生產國和消費國，其在顆粒燃料技術研發、產業政策和市場運行模式等方面已走在世界前列。2008年，瑞典生物質顆粒燃料消耗量達到185萬t，顆粒燃料產業取得了巨大發展。文章通過對瑞典顆粒燃料產業現狀、政策、燃燒技術以及質量保障體系等進行系統分析，總結了瑞典顆粒燃料產業的發展經驗，為我國成型燃料產業提供政策建議，將有利于我國成型燃料的推廣與應用。
0引言
自20世紀70年代以來，為應對日益突出的能源危機和氣候變化，世界各國高度重視生物質能的開發與利用，提出了明確的發展目標，制定了完整的法規和政策體系，生物質能技術水平不斷提高，產業規模逐漸擴大，促進了能源多元化和可持續發展。瑞典是一個礦產資源匱乏的國家，上世紀，由于油價上漲導致瑞典經濟遭受沉重打擊，為保證瑞典的經濟發展不再受制于日益高漲的石油價格和日益匱乏的石油資源的威脅，從國家能源安全出發，瑞典政府制定了能源發展目標，確立了能源戰略的指導原則，以加快可持續能源系統開發，早日擺脫對石油的依賴，全面實現可再生能源化。
生物質固體成型燃料具有易運輸、燃燒效率高、灰分少、CO2零排放等優點，近年來在歐洲、北美等地得到了迅速發展，到2008年，歐盟成型燃料總消費量超過800萬t。瑞典作為一個林業資源十分豐富的國家，非常重視生物質顆粒燃料的生產應用，已成為世界上最大的顆粒燃料消費國，消費量超過世界總產量的20%；近幾年來，顆粒燃料消費一直呈上升趨勢，每年以8%~10%的速度增加。瑞典成型燃料產業政策、關鍵技術研究開發和市場運行模式已經走在世界前列，取得了顯著成果。
本文通過對瑞典顆粒燃料產業、政策、燃燒技術以及質量保障體系等進行闡述和分析，總結瑞典顆粒燃料發展經驗，為我國的成型燃料產業的發展提供政策建議。
1產業發展現狀
1.1資源現狀
瑞典有豐富的森林資源，覆蓋面積約為2642萬hm2，占陸地面積的64%，瑞典對森林擁有多樣化的所有權，其中個體森林擁有者占到了51%，大型木業公司占據24%，國家和其他的公有組織擁占25%，其中山地森林大部分是屬于國有的。目前，在瑞典，家庭平均擁有森林林業達到了50hm2。總共有35萬個私人林業主，其中70%的林業主靠自己的森林財產為生。瑞典每年新增林業約1億m3，年砍伐量約0.924億m3，新增林業折合能源為230TWh。林業產業主要包括木材加工、造紙、能源木等。每年量約占4300萬m3、造紙約占3348萬m3，能源木約占696萬m3，中用于生物質能源（顆粒成型燃料等生產）利用的主要來自以上3部分，約2348萬m3，見圖1。
1.2顆粒燃料原料
瑞典顆粒燃料產業與林業產業的發展有密切的關系，顆粒燃料的原料主要是鋸末、木條和刨花等林業剩余物。尤其是一些小型的顆粒燃料廠（年產量低于5000t），基本上是在已有刨花板、家具以及鋸末廠的基礎上建立的，利用自己企業產生的鋸末作為原料。據統計，在顆粒燃料的原料中，刨花約占53%，鋸末約占35%，木條約占5%，其他原料(包括樹皮、農業剩余物、能源林等)約占7%。
隨著顆粒燃料企業的增加，以及國際生物質顆粒燃料產品貿易的擴大，顆粒燃料原料的競爭更加激烈。由于瑞典每年農作物秸稈量僅520萬t，秸稈資源量少且分布分散，難以集中加工，因此一些科研部門、生產商正在試驗研發其它新型的原料，如泥煤、能源作物等來替代現有原料。
1.3發展歷程
上世紀70年代，由于石油禁運，瑞典政府鼓勵發展替代能源。1982年瑞典在Mora建立了第一個顆粒燃料廠，1982~1985年是瑞典顆粒燃料產業快速發展的第一個時期。但在1986年，由于瑞典開始支持核電發展，同時，由于顆粒燃料高成本、低需求以及缺乏相關的燃燒技術等問題，使得瑞典顆粒燃料產業開始迅速下滑，在這種趨勢下，顆粒燃料市場上只剩下Mora一家顆粒燃料廠。
1992年，隨著瑞典政府頒布了化石燃料二氧化碳排放稅，區域供熱和熱電聯產站開始采用顆粒燃料。2003年，瑞典政府引入了電力證書體系，使得成型燃料的需求和產量迅速增加，新建了一些燃料生產廠。大型鍋爐采用顆粒燃料和引入電力證書體系是瑞典顆粒燃料市場快速發展的重要原因。瑞典顆粒燃料生產廠從1991年的2個增加到2003年的30個，年產量從1990年的1萬t增加到2004年的100萬t。截至2008年，瑞典共有94家顆粒燃料生產企業，總的生產能力約為220萬t，主要產量集中于35個大型生產企業，國內實際顆粒消耗量達到185萬t。瑞典每年從加拿大、波蘭、芬蘭和波羅的海等國家進口部分顆粒燃料，2004~2008年基本保持在35萬t左右。同時瑞典的顆粒燃料出口到丹麥和英國，在2008年，出口量約為9.2萬t，近幾年瑞典顆粒燃料進出口以及消耗量見圖2。
1.4顆粒成型工藝與設備
瑞典作為發達的工業化國家，顆粒成型燃料技術經過多年的研究發展日趨成熟，目前已經完全實現商業化、市場化生產，整個生產過程中工業化程度高，操作人員少，包裝、運輸均實現自動化。
生物質顆粒燃料加工工藝流程如圖3。
烘干：由于鋸末的含水量較高（通常在50%左右），因此，首先要對其進行烘干處理，使原料水分達到9%~12%，以滿足成型要求，烘干設備采用直接加熱旋轉鼓。
細粉：烘干后的原料要進一步細粉，一般原料顆粒尺寸要求是1mm，設備采用錘式細粉機。
調制處理：指為軟化原料中的木質纖維，在原料中要補充增加高溫蒸汽。超過一半的顆粒燃料廠在生產過程中采用調制處理。
顆粒成型：大多數顆粒燃料企業采用模輥擠壓成型原理，即采用立式環模成型機，生產量為2~4t/h。關鍵部件使用壽命長，環模壽命在2000~3000h，壓輥的壽命在1000~1500h。
冷卻：從顆粒機擠出來的成型顆粒的溫度為100℃左右，這種狀態的顆粒易破碎，不宜貯運。
生產后均需對顆粒進行冷卻降溫，通常采用的設備是逆流式冷卻器。
分類包裝：瑞典顆粒燃料加工出來冷卻后，按照用戶需求不同要進行分類、包裝；包裝規格按照不同用戶，一般分為小袋裝（為16kg），大袋裝（為900kg），針對大型用戶，如熱電廠等，采用直接散裝，用卡車或輪船運輸。
1.5分類與應用
1999年，瑞典政府頒布了顆粒燃料標準（SS187120），在此標準中，顆粒燃料分成3類：
第一類較高的質量要求，能夠應用于戶用的小型燃燒裝置；第二、三類沒有較高質量的要求，用于大型工業用戶。目前瑞典有57%左右的燃料能夠滿足本標準，有一部分滿足歐盟標準要求，但也有一部分生產企業沒有按照本標準要求生產。
顆粒燃料能應用于不同類型的燃燒企業，既包括戶用小型鍋爐、中型供熱中心，也包括大型的供熱中心和發電廠。根據瑞典顆粒燃料協會規定，按照裝機功率不同，顆粒燃料應用可分為3種類型：小型應用指輸出功率小于50kW，主要為戶用顆粒爐具；中型應用指輸出功率在50~2000kW的用戶，如中型的供熱中心；大型應用指輸出功率大于2MW的用戶，類似區域供熱（電）廠。2008年，瑞典約有60%的顆粒燃料應用于中小型鍋爐取暖和區域供熱中心，其他的40%應用于大型的區域供熱中心和混合燃燒發電站。
上世紀70~90年代，瑞典區域供熱站主要采用煤炭作為燃料，來替代石油。1991年，二氧化碳排放稅頒布后，這些熱電站又從燃燒煤炭轉變為燃用生物質燃料，如顆粒燃料。10年間，每年用于供熱的生物質燃料從1.1PJ增長到57PJ。在2004年，區域供熱中顆粒燃料的消耗量約占總消耗量的55%；到2008年，約有200個區域供熱中心采用了顆粒燃料。
上世紀90年代中期以來，戶用顆粒燃料產業得到了巨大發展，10年間，用于木質顆粒燃料供熱從無到有，達到有8萬戶，保持快速增長趨勢；2008年，瑞典約有12萬用戶使用顆粒燃料鍋爐，2萬用戶使用顆粒燃燒爐，另外，還有4000個中型鍋爐燃用顆粒燃料。
2瑞典顆粒燃料政策現狀
瑞典能源可持續發展的顯著特點是制定了相關的法律、法規、政策等，同時，為保證所制定的法規得以執行，瑞典政府還制定了許多具體可行的監督措施和必須執行的行業標準。
2.1瑞典生物質能源發展目標
為了減少歐盟能源的對外依賴，保證能源安全供應，占領全球能源技術的前沿，同時也為了履行《京都議定書》規定的到2012年，溫室氣體排放比1990年減少8%的義務，歐盟對可再生能源的發展高度重視。瑞典作為可再生能源的先行者，在遵守歐盟的生物質能源發展目標以外，還制定了自己的生物質能源發展目標。2006年，瑞典可持續發展部大臣宣布：2020年以后，瑞典將全面使用生物燃料，放棄使用石油燃料，并將完全擺脫對石油的依賴。這將成為地球上第一個全面使用可再生能源的無油國。為了實現這個計劃，瑞典確定了2020年實現49%的可再生能源應用目標。
2009年2月，瑞典發布可持續發展的能源政策，該政策的目標是到2020年，瑞典的可再生能源比例提高到50%，運輸行業可再生能源利用率占到10%，能源使用效率提高20%，溫室氣體排放減少40%（在1990年水平上減排2000萬t）。減排目標的2/3在瑞典實現，其余的1/3將通過在其他歐盟國家投資和CDM機制等實現。
2.2顆粒燃料相關鼓勵政策
瑞典生物質能源鼓勵政策主要包括高價收購、投資補貼、減免稅費、配額制度等。從1975年開始，瑞典每年從政府預算中支出3600萬歐元，支持生物質燃燒和轉換技術，主要是技術研發和商業化前期技術的示范項目補貼。從1997~2002年，對生物質能熱電聯產項目提供25%的投資補貼，5年總計補貼了4867萬歐元。另外，從2004~2006年，瑞典政府對戶用生物質能采暖系統（生物質顆粒燃料用戶），每戶提供1350歐元的補貼。
瑞典是能源稅賦比較重的國家，稅種包括燃料稅、能源稅、二氧化碳稅、二氧化硫稅等。瑞典主要依據稅收政策促進生物能的開發利用，即對生物質能開發項目免征所有種類能源稅。1991年，瑞典政府頒布了二氧化碳排放稅，成為世界首批開征二氧化碳稅的國家。這使得石油等化石燃料的價格上漲，一些供熱中心、發電廠開始從采用化石燃料轉變到采用生物質顆粒燃料。
1997年，瑞典開始實行固定電價制度，對生物質發電采取市場價格，并增加0.9歐分/kWh的補貼。2003年，瑞典政府為鼓勵企業使用生物質能源，引入了基于電力市場的電力認證系統，也就是配額制度。電力認證系統規定，電力生產商或電力供應商在其電力生產或電力供應中，必須有一定比例的電量來自可再生能源發電，這能夠鼓勵企業采用可再生能源生產的“綠電”。瑞典規定生產商每生產1MWh的電力，政府將根據企業使用生物電能所占電力總量的比例給予稅收減免優惠。2006年，這個體系使得采用可再生能源生產的電力達到5.7TWh，而總的電力消耗量是146TWh。
2.3顆粒燃料相關標準
目前，瑞典關于成型燃料和泥煤的物理、機械測試方法和化學測試方法等相關標準20余項，包括了術語、測試方法等內容。同時瑞典積極地參與歐盟固體成型燃料標準的制定工作，2000年，歐洲標準化委員會（CEN）授權瑞典標準局，組建了固體生物質燃料技術委員會（CEN/TC335），包括德國、芬蘭、荷蘭等國開始歐盟固體生物質燃料標準的制定工作。目前此項工作已經基本完成，CEN/TC335分為5部分：術語、定義和描述；燃料分類和質量保證；采樣和樣品制備；物理和機械測試方法；化學測試方法。發布了30項技術標準（TS），并于2006年秋天開始向歐盟標準轉化，預計要持續到2010年。
隨著歐盟生物質成型燃料標準的發展，瑞典成型燃料相關標準也在慢慢的被歐盟標準替代。在瑞典，泥煤經常用于生物質燃料中，而在歐盟標準體系中，沒有涉及泥煤的標準。因此，在瑞典成型燃料檢測實驗室，多采用瑞典標準和歐盟標準相結合的方式。
3瑞典顆粒燃料燃燒設備
近年來，瑞典很多地方企業與一些大公司合作研究開發了燃燒設備，燃燒技術處于國際領先地位。在瑞典市場上有20多家燃燒器制造商，超過50多種類型顆粒鍋爐，約12萬套戶用顆粒鍋爐，2萬臺/套顆粒爐具，一些新型的燃燒設備甚至能夠通過遠程或通信設備進行控制。2007年，瑞典仍有30萬戶直接采用電力供暖，約有27萬戶采用電力加熱水供暖，因此，瑞典顆粒燃料鍋爐的發展還有很大潛力。
瑞典燃燒設備可以分為集中供熱鍋爐、生物質爐具兩類。
（1）集中供熱鍋爐
集中供熱鍋爐能夠應用于單個或多個家庭，熱量通過水循環，交換到供熱系統。功率一般在10~40kW，同時能夠根據熱量需求自動調整功率（30%~100%）。
兩種典型的集中供熱鍋爐：①組合式鍋爐。這種鍋爐是由一個顆粒燃燒器和一個標準鍋爐（無燃燒器）組成，通常是由不同廠家生產的。標準鍋爐連接不同類型的燃燒器。②一體式鍋爐。這種鍋爐主要從奧地利、德國進口，但瑞典也有少部分廠家生產。在這種鍋爐中，燃燒器是鍋爐的一部分，不能分開。
（2）生物質爐具
目前，有兩種生物質爐具：獨立顆粒爐具和煙囪一體式爐具。這兩種爐具最大的不同是，煙囪一體式爐具被安裝在壁爐中，目前獨立式顆粒爐具是最普通的。獨立式顆粒爐具通常有一個內置顆粒料倉，能夠存儲一定的顆粒燃料，通常能夠燃燒1~2d。有少量的爐具帶有外部料倉。
顆粒燃料的一大優點就是能夠實現自動進料、燃燒，因此近幾年來顆粒燃料燃燒器得到了迅速發展，小型顆粒燃料燃燒器（功率<25kW）發展情況如圖4。尤其是在2006年，顆粒燃燒器銷售量達到3.2萬臺。3種類型燃燒器，根據進料方式不同分為上進料式、下進料式、水平進料式。市場上多采用上進料式顆粒燃燒器。比較典型是PX公司產的上進料式燃燒器、EcoTec公司產的下進料顆粒燃燒器和Traenergi公司產的水平進料顆粒燃燒器等。
4瑞典顆粒燃料質量保障體系
為了保證顆粒燃料及燃燒設備產品質量，在歐盟國家銷售的顆粒燃料以及燃燒設備必須符合一系列技術指標的要求以及嚴格的排放標準，因此，瑞典的顆粒燃料、燃燒設備等制造商和國家檢測研究所設定了自愿認證系統，即P－Mark認證體系。認證通過獨立的第3方確認，認證規則將符合具體的標準要求或者其他的技術條件。具體流程如圖5。
P-Mark認證體系具體由瑞典國家技術研究所（SP）負責檢測實施，是根據相關標準為生產制造商、用戶和管理部門提供的一種質量認證。它能向用戶表明該產品已經被SP檢測認證，并且該生產制造商的內部檢測體系也將被SP監督。
制造商：成型燃料、燃燒設備等制造商將以書面形式向SP提交認證申請，內容包括技術文件（初步測試報告、圖紙、說明書）、企業質量管理體系、產品認證證書的要求等，其中質量控制體系應包括組織管理機構、相關文件、問題產品的處理、成品的處理和投訴等方面。
瑞典國家技術研究所（SP）：SP作為自愿認證系統的第三方，首先對成型燃料、燃燒設備等制造商提供的材料進行初步審查；合格后，再對產品按照相關標準進行檢測測試；測試后向生產制造商提供測試報告，并給予P-Mark標記生產制造商獲得此標記后其產品才能進入市場，證書的有效期時間是4年。另外SP將對該產品進行定期監督檢查，確定產品是否按照制造商描述的質量管理體系進行生產制造。
P-Marked認證是一個綜合的認證體系，包括相關的標準、測試方法、監督體系、管理條例、實施辦法等，同時SP作為第三方將連同制造商以及其他研究部門來不斷完善、修訂產品認證規則，包括標準、測試方法等。
5結論與建議
瑞典地處北歐，冬季寒冷漫長，緯度與我國東北地區類似，因此瑞典顆粒燃料產業的發展歷程、特點以及先進技術、經驗對我國，尤其是東北地區生物質固體成型燃料的發展有重要的借鑒與啟示。
5.1瑞典顆粒燃料產業發展特點
（1）林業資源豐富，原料以林業剩余物為主。
瑞典有豐富的森林資源，每年產生大量的林業剩余物，因此顆粒燃料原料以林業剩余物為主，包括鋸末、刨花、木條等。與我國豐富的農作物秸稈資源相比，林業剩余物具有熱值高、易遠距離運輸，同時物理特性相差不大，在顆粒燃料生產過程中不需要粉碎；但也存在問題，主要是由于鋸末含水量較高，一般超過50％，因此在顆粒燃料加工前需增加烘干工序，這也部分增加了其生產成本。
（2）顆粒燃料產業商業化，以大中型為主。瑞典顆粒燃料產業完全商業化生產，成型技術成熟，生產企業以大中型為主，生產能力達到220萬t，主要集中在35個大型生產企業；小型企業（年產量5000t以下）基本上是在已有刨花板、家具及鋸末生產廠的基礎上建立的，利用自己企業產生的鋸末作為原料。
（3）政府制定了完善的法律、法規以及鼓勵政策。瑞典顆粒燃料產業在90年代以后迅速發展的一個重要原因是國家制定了生物質能源鼓勵政策，并以法律法規形式頒布，長期保持不變。如1991年頒布的二氧化碳排放稅，使得大量區域供熱中心采用的原料由石油轉變為顆粒燃料，2003年的電力認證系統，鼓勵電力生產商或電力供應商采用可再生能源生產的“綠電”，極大地促進了顆粒燃料的發展。
（4）顆粒燃料相關標準不斷完善。從上世紀90年代開始，瑞典研究機構就發布了顆粒燃料相關標準，并針對不同用戶對顆粒燃料進行分類，完成了顆粒燃料、燃燒設備等標準、技術條件的測定。同時，瑞典顆粒燃料的標準、技術條件不斷向歐盟標準靠近和完善。目前采用的檢測分析方法大多采用了歐盟標準，尤其是在生物質爐具、鍋爐的檢測方面，大大促進了瑞典與歐盟各國間的顆粒燃料、燃燒設備的貿易。
（5）燃燒技術及燃燒設備成熟。近幾年來，瑞典的戶用燃燒鍋爐、采暖爐具產量不斷擴大，這得益于燃燒技術及燃燒設備的發展。瑞典政府十分重視燃燒設備的開發與應用，目前瑞典許多研究機構、大學、企業等合作研究開發了燃燒設備，使得瑞典的燃燒設備以及燃燒技術處于國際領先地位。
（6）擁有完善的質量保障體系。為保證顆粒燃料、燃燒設備產品質量，瑞典政府規定，在顆粒燃料、燃燒設備進入市場前，必須獲得第三方的檢測認證。瑞典國家技術研究所（SP）建立了自愿認證系統，即P－Mark認證體系，如進入歐盟市場時，需達到歐盟標準要求，即通過CE認證。這提高了顆粒燃料、燃燒設備的質量，保障了用戶的利益。
5.2對我國成型燃料產業發展的啟示
我國具有豐富的農作物秸稈資源，每年農作物年產量約7億t左右，自2005年以來，國家相繼出臺了一系列促進可再生能源發展的法律、政策、規劃、標準等，但對于生物質固體成型燃料我國還剛剛進入市場化推廣的初級階段，截至2008年，我國的成型燃料產量僅為20萬t，產業化進程較為緩慢，因此，需要借鑒歐洲各國的成功經驗和先進技術，加快我國的產業化進程。
（1）加大秸稈類成型燃料成型技術、燃燒技術的研發。我國是以農作物秸稈為主要原料來加工生產成型燃料的，秸稈成型特性、燃燒特性方面與林業剩余物有很大不同，不能照搬國外的技術以及設備，應按照我國的實際國情，加強對秸稈類成型燃料的成型特性、燃燒特性的研究，尤其是研發適合我國秸稈類成型燃料的燃燒器、生物質爐具等燃燒設備。
（2）制定鼓勵政策，完善生物質成型燃料標準體系。目前我國已制定了生物質能源相關法律、規劃，并通過多項成型燃料行業標準，初步建立了我國的生物質成型燃料標準體系。但我國的成型燃料產業處于初級發展階段，還沒有被市場完全接受，要制定明確的促進成型燃料開發與利用的政策和措施，并保障已有法律和政策措施能夠有效實施，應重點在設備制造和成型燃料利用市場開拓方面予以大力扶持；并制定完善生物質爐具、鍋爐、燃燒器等燃燒設備方面的技術條件、標準。
（3）健全質量保障體系，建立國家級的生物質燃料與燃燒設備檢測認證中心。歐盟國家有成熟完善的質量保障體系，在成型燃料、燃燒設備進入市場前，要經過檢測部門的檢測認證。由于我國的成型燃料剛剛起步，質量保障體系還不完善，成型燃料、燃燒設備在沒有經過檢測認證的情況就進入市場，這導致了成型燃料質量、燃燒設備質量參差不齊，影響了生物質固體成型燃料的產業化進程，因此在目前科研機構的基礎上，建立一個集科研、檢測、市場開發三位一體的綜合研究機構，促進科研開發，掌握市場最前言的信息，促進科研成果向市場的轉化，使科研成果體現出自身巨大的社會經濟價值；同時借鑒歐盟國家的成型燃料方面的檢測經驗，建立國家級的生物質固體成型燃料檢測認證中心、生物質固體成型燃料燃燒設備檢測認證中心。
（4）加大典型區域示范推廣，實現規模化生產。我國的成型燃料以農作物秸稈為原料，考慮秸稈的運輸半徑、成本以及秸稈存儲等問題，我國的成型燃料企業應以具有年產1～2萬t生產能力的中型企業為主，以實現成型燃料的規模化生產，同時考慮到我國地域遼闊、各地氣候差異大，秸稈特性不同的特點，應在不同區域建立示范項目，促進我國生物質成型燃料產業化發展，使之完全商業化、市場化。 |
