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      我國能源林及木質能源利用狀況

      媒體:綠色科技  作者:徐 志 孫松平王亞磊 2014/7/2 16:15:41

      1引言
          當前能源危機已成為全世界面臨的問題傳統化石燃料的儲備已經很難滿足人們的需求。專家預測現在的燃料儲備量最多能用100年尋找替代品已經成為全世界共同關注的焦點和努力的目標。林木以其可再生生物量大對環境無危害等優點而備受社會關注。因此,發展優質高產的能源林勢在必行。林木生物質能資源包括森林的能源林和間接來源于森林的林木廢棄物,其中能源林又可分為兩類一類是指利用樹木木質成分直接燃燒或經過化學或物理轉化獲得生物質燃料。生物油木煤氣固體成型燃料等的木質能源林喬木林和灌木林。一類是指由樹體或某一器官富含油分或類似石油乳汁的樹種組成的油料能源林,油料樹種所含油分或乳汁主要分布在莖葉花果籽中將其產物提取和加工可直接或間接作為汽油柴油或其他石油衍生物的替代品,與其他生物質能資源相比林木生物質能資源有著更加突出的優點如分布廣產量高易生產易儲藏使用安全等。
      2國內外能源林發展現狀
      2.1 國外能源林發展動態
          作為一種新概念瑞典早在20世紀70年代就率先啟動了瑞典能源林業工程以柳樹與楊樹作為主要能源樹種。目前瑞典能源供應的15%來自于生物質能20世紀80年代法國以楊樹桉樹巨杉柳樹等作為能源樹種。楊樹能源林每年每公頃可生產鮮物質25 30t合12 15t干物質。桉樹每年每公頃可生產鮮物質17 21t合12 15t干物質。芬蘭設立了國家能源林委員會計劃1980年代末使森林能源利用量達到全國總耗能的30% 。印度能源計劃部在1980年代初擬定了一份報告建議在其后每年種植薪炭林并決定充分利用荒地造林。英國利用8萬hm2土地專門發展能源林。加拿大有12個實驗室和大學開展了生物質的氣化和液化技術研究生物質能源使用量占其能源總消耗的7%其中80%以上的生物質能源用于森林工業用木質廢棄物替代化石燃料是森林工業的一個重要趨勢。
      2.2 國內能源林發展動態
          目前林木作為能源的主要利用形式是薪炭以分散的直接燃燒為主平均熱效率不到25%。 造成了資源的浪費,由于對林木生物質能在國家能源發展戰略中的地位認識不足目前我國的樹種分類中尚沒有真正用于工業化利用生物能源的專用能源林。雖然同為滿足國民經濟發展對各類林產品的需求但能源林培育的各個環節如能源樹種的選擇良種育苗豐產栽培技術收獲利用等都遠遠落后于經濟林速生豐產林的培育。嚴重影響了林木生物質能源的開發進程 近30年來我國經濟快速增長已成為能源的第二大消費國能源短缺問題十分突出??稍偕茉吹难芯块_發和利用是我國實現可持續發展的關鍵?,F今我國政府非常重視林業生物質能源工作在加強林業生物質能源發展和管理上開展了大量工作。目前正在組織編制全國林業生物質能源發展規劃2011 2020年,提出我國能源林面積規劃達到2000萬hm2。每年轉化的林業生物質能可替代2025萬t標煤的石化能源占可再生能源的比例達3%并與法國開發署合作開展中法生物柴油合作項目建設積極推廣內蒙古毛烏素生物質熱電廠吉林輝南宏日新能源有限公司等試點示范企業建設經驗。
      3我國發展能源林的優勢
      3.1 資源豐富
          根據第七次全國森林資源清查全國森林面積19545.22萬hm2,森林覆蓋率20.36% ,活立木總蓄積149.13億m3, 森林蓄積137.21億m3, 除港澳臺地區 外,全 國 林 地 面 積30378.19萬hm,2 森 林 面 積19333.00萬hm2, 活立木總蓄積145.54億m3, 森林蓄積133.63億m3 ,天然林面積11969.25萬hm2, 天然林蓄積114.02億m3, 人工林保存面積6168.84萬hm2 ,人工林蓄積19.61億m3, 人工林面積居世界首位。而且我國現有木本油料樹種面積超過了400萬hm2,含油量在40%以上的植物有154種果實產量500萬t以上這些大多可以作為生物液體原料。而且目前中國還有宜林荒地5700多萬hm2 這些都是政府規劃專門用于發展林業的土地,另外還有1億hm2的邊際性土地。
      3.2 資源集中
          我國東北和內蒙古地區有大片的林區而且華北南方林區和華南熱帶地區是林木生物質能源集中分布區和可利用的優先區域。
      3.3 投資小符合我國國情
          由于林木生物質能源產業從資源培育資源收集成型產品加工到燃燒利用的各個環節資金密集度不高基本上是勞動密集型產業資本有機構成較低初期投資不大符合我國勞動力豐富但資金不足的國情。
      4能源林資源的應用
          利用林木生物質能可以進行生物質發電和一般居民家用燃料,但是未經加工的林木生物質本身含水率高會出現燃燒不穩定熱效率低等缺點。所以必須對林木生物質進一步加工如今應用較廣且簡易的方法是原料壓縮成型技術,即將松散的林木剩余物進行粉碎烘干分級處理放入成型擠壓機在一定的溫度和壓力下形成較高密度的固體燃料,與松散的物料相比木質固體燃料具有運費低燃燒強度大轉換利用的熱效率高等優點。吉林輝南南宏日新能源有限公司利用林業剩余物加工成型燃料已經具有年產達3萬t成型燃料生產能力,林木生物質加工工藝中所需機械裝備有以下幾種。
      4.1 生物質收集裝備
          生物質如何變成柴油酒精沼氣生物發電和生物基新材料等高新技術。其實這些技術我國在十一五期間就已經取得了很大的進展和突破現在的關鍵問題是如何高效低成本地把林木生物質資源收集起來并加以利用。由于林木作業種類多作業地點復雜給林木收獲機提出了更高的要求,國外小型的收獲機比較輕便便攜安全可靠刀具使用較好的材料因擦刀具堅固耐磨不需要經常更換,對于大面積的能源林采收國外多采用拖拉機懸掛式,而且可以直接粉碎削片或打捆等聯合收割。
          我國現有的林木資源除了人造林能源林是比較集中其他的分布比較分散主要是小規模的農戶種植和立地條件很差的西部沙地灌木林 所以選擇收割機時目前以中小型割灌機為主輕便易攜操作靈活,如多功能自走式灌木平茬收割機和手扶式平茬機。在西部立地條件相對較好的地方可以采用拖拉機懸掛式的中型收割機收割完后可以用打捆機收集好。對于種植的能源林就選擇聯合收割機械直接進行粉碎削片和打捆。對于伐區內枝丫樹枝等還要配備枝丫收集機起重臂清理機和劈根機等機械設備,國外對割灌機開發研究較早水平較高并形成了系列產品 以 德 國STIHL公 司SOLO公 司 為 代 表日本生產的割灌機的型號很多每年出口100多萬臺。
      4.2 原料粉碎裝備
          粉碎質量的好壞直接影響成型機的性能和產品質量。利用能源林收獲機時往往已經包括了粉碎階段為了加工時方便可以用粉碎機進行二次工作。對于一些散亂的樹枝樹杈我們可以用粉碎機進行作業。錘片式粉碎機以其粉碎質量好維修方便和生產效率高等優點使之成為應用最多的一種粉碎機。粉碎物的顆??梢酝ㄟ^改變不同開孔大小的凹板來實現。但是對于較為粗大的木材一般要用木材切片機切成小片在進行粉碎我國于2008年自行設計了FSY30型 及3ZSX-20型林木枝丫切碎機。它們吸收國內外先進技術的基礎上根據林區具體需要從整體到關鍵部件進行了較大的改善以利于在實踐中推廣日本名古屋大學的小林信介稻野稔等進行了連續型振動磨粉碎的木質生物質的有效開發在振動磨機使用嵌齒磁盤介質實現高速沖擊粉碎,將傳統的振動研磨機連續粉碎系統進行升級以增加木質生物質粉碎產量。此外他們還開發了封閉式的粉碎系統以增加粉碎的效率,加拿大修改了一種圓形打捆機-biobal-er可以將自然柳周圍的雜草切成絲進行打捆。
      4.3 壓縮裝備
          目前壓縮設備主要有螺旋擠壓成型活塞沖壓成型和壓輥式成型3種。
          1螺旋擠壓成型機 西歐和美國采用的是兩種大型壓塊機雙螺桿擠壓成型和錐形螺桿擠壓成型設備而東南亞多采用外部加熱的螺旋式成型設備。
          2活塞沖壓成型機 北歐和美國生產的大型成型機采用這種形式較多如瑞典BogmaAB公司生產的M75型成型機美國Hauamann公司生產的FH75200型成型機還有河南農業大學研制的PB-I型沖壓式成型機。
          3壓輥式成型機 主要用于生產顆粒狀成型燃料對木屑進行加工 國內比較有代表性的成型設備有清華惠眾科技公司的生物質顆粒燃料成型機江蘇蘇州恒輝生物質能有限公司的核心產品HPB-V型生物質燃料成型機等。
      5展望
          隨著我國經濟的迅速發展能源的需求量必然會大幅增加,從長期來看我國的能源形勢必將越來越嚴峻同時我們對生存環境的要求也越來越嚴格從可持續發展的戰略眼光來看不可再生且有污染的燃料將逐漸退出人們的視線開發利用能源林勢在必行木質能源不僅解決了能源短缺的危機也解決了能源與環境的矛盾。我們應借此次良機發展木質能源是大有可為的。

       

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