秦光華，宋玉民，喬玉玲，于振旭

(山東省林業(yè)科學研究院，山東 濟南 250014)

瑞典的生物質能源利用技術成熟、基礎設施完備，生物質能的開發(fā)利用已成為該國重要的新型產業(yè)。以森林資源為主的生物質燃料、木材加工、制漿造紙、熱電聯(lián)產等產業(yè)鏈已經初步形成，2015年底，瑞典的生物質能源消耗量已占其能源消耗總量的62.1 %以上，是發(fā)達國家使用生物質能源比例較高的國家。瑞典自20世紀80年代開始對柳樹能源林進行系統(tǒng)研究，柳樹能源林在生物質能源資源中占有較高比重，目前已經形成從良種選育、資源培育、高質利用和熱電聯(lián)產的完整產業(yè)鏈，具備一套完善的技術體系。本文對瑞典生物質能源利用概況和生物質能源熱電聯(lián)產情況進行介紹，重點詳述了柳樹能源林的進展情況，對加快我國林業(yè)生物質能源建設提出建議與思考。

1 生物質能利用概況

由于缺少石油和天然氣等自然資源，瑞典非常重視可再生能源特別是生物質能源的開發(fā)利用。豐富的森林資源為生物質能源產業(yè)提供了充足的資源供應。生物質能利用技術以林業(yè)生物質固體燃料為主，主要來源于林業(yè)加工如板材、造紙等廢棄物。截至2015年，可再生能源利用量已占其能源消耗總量的62.1 %，成為發(fā)達國家使用生物質能源比例較高的國家。政府鼓勵和扶持生物質能源培育和利用等方面的研究和產業(yè)開發(fā)，已經建立起了較為完善的基礎設施，形成了先進的利用技術，以森林資源為主的木材加工、造紙、生物質燃料和熱電聯(lián)產等產業(yè)鏈已經初步形成。

2 能源林培育與熱電聯(lián)產

瑞典在生物質能的開發(fā)與利用特別是熱電聯(lián)產方面有著先進的技術儲備和豐富的管理經驗，全國建有多家生物質能熱電聯(lián)產電廠和生物質能小區(qū)供熱系統(tǒng)。SalixEnergi公司在瑞典建有四萬多公頃的柳樹能源林基地，進行能源柳良種開發(fā)和資源培育，向熱電廠提供木材、木片、枝丫等原料，實行以供熱為主的熱電聯(lián)供。Hasselby公司從20世紀90年代開始使用生物質原料，為斯德哥爾摩地區(qū)進行供熱、供電，實現了從原煤、原油到生物質原料的轉變。VARMEVERKET熱電公司自20世紀90年代開始起將原料由原煤轉為柳樹等生物質原料，將原煤鍋爐改造為蒸汽鍋爐，采用熱電聯(lián)產系統(tǒng)為林雪平市及周邊供熱、供電。先進的爐排式直燃系統(tǒng)和余熱回收利用技術大大提高了能量利用率，燃燒效率高達98 %以上。由于采用封閉循環(huán)系統(tǒng)，廢水、廢渣得到充分利用。利用木質原料燃燒后產生的灰分等剩余物制成肥料對柳樹能源林進行施肥，實現肥料和能源的循環(huán)利用。

瑞典生物質燃料主要是木屑壓縮顆粒，其成型技術和直燃熱電聯(lián)產技術成熟、應用廣泛。木屑壓縮顆粒是將木片、鋸屑和刨花等林木加工廢棄物經粉碎、烘干、壓縮等特殊工藝處理后制成的直徑約6～8 mm的短小圓柱形顆粒，不僅可作為工業(yè)鍋爐、民用爐灶及家庭取暖爐的燃料，而且可用于熱動力發(fā)電。相較于木材和枝丫，木屑壓縮顆粒便于貯存和運輸、燃燒性能好、熱效率高。柳樹每千克木屑壓縮顆粒的熱值大于4.7 kW·h，大于其他速生樹種，是能源林資源培育的首選樹種。目前瑞典木屑壓縮顆粒的年產量超過2.0×106t，其中柳樹木屑壓縮顆粒占一半以上，17 %以上的家庭已使用木屑壓縮顆粒取暖供熱。在20世紀，瑞典的取暖系統(tǒng)還是以燃油為主，但是2004年后已經有60 %以上的地區(qū)使用生物質燃料進行供暖，目前木屑壓縮顆粒的產量和消費量均居世界首位。生物質發(fā)電量也從20世紀80年代的20億kW·h增長至2010年的150億kW·h，到2020年有望達到200億kW·h。

3 柳樹能源林的發(fā)展與推廣

瑞典能源林研究項目由國家能源局負責，從20世紀80年代以來開始對森林能源研究進行資助。截至2012年，已經累計投入3.8億克朗。近年來，由于瑞典農畜產品過剩，致使瑞典的農產品在國際市場上的價格較低。為了調節(jié)農畜產品價格，政府要求縮小農耕地，增加能源林用地，這項措施間接增加了50萬hm2的能源林用地，同時政府建立補助金制度對能源林進行補助，吸引了很多公司和林農從事柳樹能源林的生產經營，刺激了柳樹能源林的發(fā)展。目前瑞典能源林約有16 000 hm2，主要集中在中南部水熱條件較好的地區(qū)。這些能源林每年每公頃平均的生物量生產為12～16 t，相當于30～36 m3木材或5～6 t燃油。

4 柳樹能源林研究

瑞典國家森林能源研究始于20世紀80年代，瑞典農業(yè)大學和一些林業(yè)公司如歐洲能源公司(SalixEnergi)、Lantmannen育種公司，以及一些與農林相關的組織都參加了該項目的合作，主要開展了以下幾方面的研究。

4.1 良種培育

瑞典柳樹育種主要有短期和長期兩個方案。短期育種主要是為生產提供急需的一些優(yōu)良品種，注重育種的時效性；長期育種方案注重于品種的長期世代改良，進行種間、種內、種源和家系的種質資源收集、評價和目標性狀的長期穩(wěn)定改良，育種目標主要包括生物量、抗病蟲能力、熱能、抗寒性、抗土壤污染等性狀。瑞典南北狹長，東西較短，自然氣候條件差異較大，根據氣候條件劃分了能源柳的不同栽培區(qū)，根據基因環(huán)境交互作用進行區(qū)域定向輪回選擇育種，為不同栽培區(qū)選育適于本地的優(yōu)良品種。目前在瑞典廣泛栽培的應用于能源林的柳樹品種主要是蒿柳(Salixviminalis)、毛枝柳(S.dasyclados)和偽蒿柳(S.schwerinii)。經過30多年的育種研究，目前在瑞典普遍應用的能源柳樹品種有上百個，這些品種具有生長快、砍伐后根萌能力強、無性繁殖容易、抗病蟲害能力和抗寒性強、生物產量高等優(yōu)良性狀，在瑞典南部和中部生長較好，非常適宜于短周期人工林的機械化集約經營。

4.2 造林密度和輪伐期

柳樹根萌能力強，多代間生長活力和生產潛力穩(wěn)定，非常適于短輪伐期經營，特別適用于能源林和紙漿林[1]。短輪伐期經營對立地條件和經營管理水平有較高要求，要選用立地條件好、土壤肥力高、地力衰退慢、適于多代經營的土地，同時還要選用有澆灌條件、適宜機械化作業(yè)的土地。集約經營措施主要包括造林地整地、水肥管控、雜草控制、病蟲害防治等。能源林的產量與品種和群體結構有關，因此，林分密度是影響短周期人工林的重要指標。瑞典柳樹能源林林分密度一般為2.2萬～3.1萬株·hm-2，4～6年達到最高產量[2]。為了便于機械化作業(yè)，目前瑞典一般采用寬窄行設計，寬行大約1.0 m，造林、撫育和收獲主要在寬行中運行；窄行0.6～0.8 m，株距0.4～0.5 m，在這種密度條件下，根據不同的立地條件和管理水平，輪伐期一般為4～6年，共4個輪伐期，4個輪伐期后進行重新造林。密度的大小和株行距的配置還要綜合考慮當地氣候條件、土壤理化性質和經營管理水平。能源林的采伐主要在秋冬季節(jié)柳樹生長期結束后進行。

4.3 產量和經濟效益

柳樹短輪伐期經營的經濟效益包括所有與生產過程有關的成本和收益。生物量的市場價格為520克朗·t-1，計算周期為24年，輪伐期為4年，共收獲6個輪伐期。第一個輪伐期的生物量較低，為40.0～50.0 t·hm-2；從第二個輪伐期開始，每個輪伐期的產量可達64.0～70.0 t·hm-2 [3]。在24年的經營過程中，利率按5.0 %計算，在不包括造林補助金的情況下，種植柳樹能源林，每年每公頃的凈收入為11 000克朗左右。

5 發(fā)展我國生物質能源的建議與思考

我國已經于2006年開始實施可再生能源法，開發(fā)利用可再生能源是事關我國國民經濟可持續(xù)發(fā)展、能源安全和社會進步的重大任務。瑞典在生物質能源建設方面的政策法規(guī)、資源培育和技術開發(fā)等方面的先進經驗值得借鑒和學習，針對我國生物質能源建設現狀提出以下幾點思考和建議。

5.1 加大政策扶持力度

學習瑞典有效的政策措施和成功經驗，結合我國的實際情況，研究制定適合我國生物質能源快速發(fā)展的有效措施和激勵政策，解決目前我國生物質能源利用基礎設施落后、成本高等現階段突出問題，采取差別化稅收政策和財政補貼、供熱補貼等措施，保障和促進生物質能源熱電聯(lián)產等產業(yè)鏈的延伸發(fā)展。生物質能的開發(fā)利用在增加能源供應、保護環(huán)境的同時，還將直接帶動農村經濟的發(fā)展，是解決“三農”問題的有效措施。要從能源發(fā)展戰(zhàn)略和解決“三農”問題的高度出發(fā)，制定明確的促進生物質能資源培育的政策激勵措施，增加農民的收入，調動農民的積極性，促進生物質能源發(fā)展。

5.2 合理規(guī)劃培育和開發(fā)林業(yè)生物質資源

充足的資源是生物質能源的工業(yè)化生產基礎，要在對我國可供利用的林業(yè)生物質資源分布和后續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ确矫孢M行調研的基礎上，充分利用我國大面積的宜林荒山、荒灘、荒地等邊際土地資源，制定科學的林業(yè)生物質能開發(fā)利用規(guī)劃和生物質資源培育規(guī)劃。根據我國不同區(qū)域的發(fā)展規(guī)劃，結合生物質能源產業(yè)發(fā)展布局，加快建立能源林基地，培育生長速度快、熱值高、含油率高的林業(yè)生物質能源資源，保障原料生產和供給，促進我國林業(yè)生物質能源開發(fā)利用和健康有序發(fā)展。

5.3 加強技術研發(fā)和試驗示范

生物質能利用的產業(yè)鏈較長，涉及技術領域較廣。目前我國的生物質能源開發(fā)利用技術還不夠成熟，要在充分吸收國外先進技術和經驗的同時，結合我國實際情況，加強林業(yè)生物質能源相關技術的研究開發(fā)與試驗示范，集聚優(yōu)勢力量組建重點實驗室和工程技術研究開發(fā)中心，創(chuàng)新管理運行機制，為我國林業(yè)生物質能源快速發(fā)展提供科技支撐。重點研究領域包括速生豐產高效能源林培育技術和生物質熱化學、物理利用等方面的高效轉化利用技術，包括固體成型、熱電聯(lián)產、液體燃料等產業(yè)化核心技術。鼓勵相關學科和產學研聯(lián)合攻關，構建開放、協(xié)作、高效的創(chuàng)新平臺，加快研發(fā)進程，提高研發(fā)技術水平，促進我國林業(yè)生物質能源的建設發(fā)展。