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林​业​生​物​质​能​源​资​源​评​价​和​开​发​利​用

媒体:国家林业局科技司  作者:胡章翠 2014/7/25 16:36:56

    林业生物质能源是由森林生物资源通过物理、化学、生物技术手段转化产生的可再生能源,作为生物质能源的重要组成部分,林业生物质能源具有可再生、环境友好和多效复合等特点。大力发展林业生物质能源,对于优化能源结构、保障能源安全、改善生态环境、建设社会主义新农村、拓展林业发展领域等都具有十分重要的意义。按照会议的安排,下面我就如何开展林业生物质资源评价,加快林业生物质能源的开发利用,谈四点意见。   
一、我国林业生物质能源发展的现状与潜力
    我国发展林业生物质能源具有巨大的资源优势和良好的技术基础。    
    第一,发展林业生物质能源有着巨大的资源优势与潜力
    从广义上讲,林业生物质资源是森林内绿色植物生物量的总和。根据第六次森林资源清查资料,我国现有森林面积1.75亿公顷,活立木总蓄积136.18亿立方米,其中森林蓄积124.56亿立方米,据初步估算,我国林木生物质总量约178.86万吨,需采伐更新的林木生物总量约40.5亿吨,可产生采伐剩余物生物量约16.2亿吨。从发挥森林生态功能和推动森林可持续发展出发,按照生态和能源双赢的原则,发展生物质能源,主要是充分利用林业剩余物、废旧木料、木本油料能源植物、木本淀粉植物、灌木林等林业生物质资源。     
    就林业剩余物而言,主要包括采伐剩余物、造材剩余物和木材加工剩余物等。根据国务院批准的“十一五”期间森林采伐限额,全国每年采伐指标为2.48亿立方米,换算成生物量约为2.91亿吨,每年可产生采伐剩余物生物量1.09亿吨。根据有关部门不完全统计,全国木材加工企业年加工能力9379.85万立方米,产出剩余物约0.418亿吨;种类木材制品抛弃物约0.60亿吨。林业剩余物折合标准煤约1.05亿吨。
    就木本油料和淀粉植物而言,据有关资料表明,我国木本油料植物有151科697属1554种,其中种子含油量在40%以上的植物有154种。现具有良好的资源和技术基础并可规模化培育的燃料油木本植物约有10种,如黄连木、麻疯树、光皮树、文冠果、油桐、乌桕等。目前我国木本油料树种总面积超过400万公顷,果实产量在500万吨以上,木本淀粉植物有100多种,现有面积约1000万公顷,按每公顷生产750公斤淀粉计算,总计年产淀粉750万吨,可生产380万吨燃料乙醇。
    就灌木林而言,我国现有灌木林4529.68万公顷,灌木林的生物量每公顷约2-8吨,以平均每公顷4吨计算,我国灌木林的生物量约为1.81亿吨,折合标准煤0.9亿吨。    
    同时,我国还有不适宜农耕的宜林荒山荒地5400多万公顷,盐碱地、沙地、矿山、油田复垦地等边际性土地近1亿公顷。据专家测算,如果用其中20%的土地来种植能源植物,按照每公顷平均年生长量10吨计,每年生产的生物质可达3亿吨,相当于1.5亿多吨标准煤。此外,通过品种改良和高产培育技术,把现有低产、低效林改造成为专用能源林,可大大增加资源总量,提高资源质量。
    因此,我国不仅现有林业生物质能资源总量巨大,而且资源培育的潜力也十分巨大,这是发展林业生物质能源的基础,也是发展林业生物质能源的优势所在。     
第二,发展林业物质能源具有良好的技术基础
    我国林业生物质能源的研发工作在各方面的高度重视和大力支持下,在良种选育、资源培育和能源转化方面已形成良好的技术基础。
    在良种选育和资源培育技术方面:“七五”以来,已开展了“优良薪材树种引种、选种、薪炭林栽培经营技术”的研究,在全国不同自然类型区对120多个乡土树种和外来树种的能源潜力进行了分析和评价;引种了绿玉树、能源柳、油楠、香胶树等能源植物,开展了繁育和培育技术研究;进行了重点燃料油木本植物和黄连木、麻疯树、文冠果、光皮树、油桐、乌桕等的资源调查及良种选育,研究了燃料油植物的生理、生态特性,建立了麻疯树、油桐、乌桕等种质资源基因库、良种繁育基地和种植标准;培育出柠条、沙柳、柽柳等沙生灌木林优良品种;同时,在利用生物技术进行能源植物的品种改良方面已开展积极的探索。     
    在能源转化技术方面:重点进行了固体成型燃料、燃料乙醇、生物柴油、生物质发电/供热等研究。在成型燃料方面,于上世纪70年代开始了林木生物质成型燃料的研究与开发,开发出的主要产品有颗粒燃料和棒状燃料。近几年在借鉴国外技术的基础上,开发出的“生物质常温成型”新技术大大降低了生物质成型的能耗,并开展了产业化示范;在燃料乙醇研究方面,自上世纪50年代起,先后开展了酸洗和酶法水解的研究。“十五”期间,已开发出利用纤维素废弃物制取乙醇的技术工艺,并进入年产600吨规模的中试阶段;在生物柴油方面,开展了碱催化、酶催化、超临界醇解等生物柴油合成技术的研究,化学法合成生物柴油已建立 2万吨/年的生产装置,酶催化技术有超临界甲醇转化技术亦进入中试阶段;在生物质气化发电/供热方面,开发出多种固定床和流化床小型气化炉,已推广应用了400KW小型气化供气系统400多套和MW级气化发电系统20多套。建立村镇级示范气化集中供气系统近300处,供气户数3万余户。
    综上所述,可以看出,我国发展林业生物质能源的资源优势明显,生物类型丰富,资源总量很大,技术基础有保障。可以说,林业生物质能源发展的现状良好,发展的前景和潜力巨大。   
二、林业生物质能源资源评价
    目前,我国林业生物质能源发展取得了一定成效,但是,其发展尚处于起步阶段,要大力发展好林业 生物质能源产业,必须科学客观地评价林业生物质能资源。为此,需要建立一套科学可行的林业生物质能资源评价方法和指标体系。根据森林资源调查评价的方法和指标,结合林业生物质资源的种类和利用方向,研究制定了不同林业生物质能资源的评价指标。    
1、纤维类能源林资源评价
    纤维类能源资源评价主要考虑5个方面的因素:1)现有资源总储量。包括资源种类、面积、蓄积,生物量及折合的标准煤;2)资源供给能力。包括年总净生长量、能源树种的年产量(纤维类能源林资源生物量应在8~10吨/公顷以上);3)资源发展潜力。包括规划发展面积、能源树种的采伐期、轮伐期以及单位产量。能源林树种3-5年为1个轮伐期,可连续采伐5-7次;4)能量密度和品质。林业生物质资源的燃烧值应不低于15000千焦耳/千克;5)运输半径。资源运输费用和损耗。   
2、木本油料(淀粉)能源林资源评价
    木本油料能源林资源评价主要考虑三个方面:1)资源生产力。包括木本油料能源林资源总面积、总产量、单位面积产量、含油率、单位面积产油量、平均株产量、出籽率、出仁率等指标。要求种子(果实)含油率应在30%以上,结实平均年产量在2000-3000公斤/公顷以上,初果期在5-8年以下,结实期20年以上;2)资源成本效益。包括单位资源生产成本、单位资源采集运输成本、单位资源产品价值、资源分散性等;3)资源可持续利用。包括水土流失、地力、病虫害等指标。
木本淀粉类能源林资源评价可参照木本油料能源林资源评价方法。与其不同的是,木本淀粉类能源林资源评价主要考虑淀粉的产量和转化乙醇的效率等。   
3、林业剩余物资源评价
    林业剩余物资源评价重点考虑以下三个因素:1)森林采伐限额。林业采伐剩余物、造材剩余物合计约占采伐林木生物量的40%;2)木材加工利用率。根据有关资料,木材加工剩余物数量为原木材积的34.4%;3)运输半径。资源运输费用和损耗。     目前,这些评价方法和指标,正在进一步的修改完善。   
三、林业生物质能源发展思路与发展重点
    根据国家对可再生能源发展的总体思路,结合林业生物质能源发展的资源优势和技术发展趋势,初步研究提出今后我国林业生物质能源的发展思路和发展重点。     
(一)发展思路
    林业生物质能源的总体发展思路是:全国贯彻落实科学发展观,围绕国家能源结构调整和保障国家能源安全的发展目标,按照建立资源节约型、环境友好型社会和建设社会主义新农村的总体要求,发挥林业生物质资源优势,强化林业科技创新,立足于现有资源开发利用,着力新兴资源培育扩展,以能源林基地建设夯实产业发展基础,加快建成从资源培育到工业开发利用一体化的林业生物质能源产业体系,使林业生物质能源占到整个生物质能源消费量的50%以上。     
(二)发展重点     
1、能源林资源培育
    生物质资源是发展生物质能源的基础,也是制约林业生物质能源快速发展的主要瓶颈。能源林资源培育主要包括纤维类能源林、木本油料能源林和木本淀粉类能源林等三个方面。重点是针对目前能源林单产低、生长期长、抗逆性弱、缺乏规模化种植基地等问题,加速能源植物品种的遗传改良,培育高热值、高生物量、高食油量、高淀粉产量优质能源专用树种(品种),在示范的基础上,合理布局,加快能源树种定向培育和能源林基地化建设,为生物质能源持续发展提供资源保障。   
    1)木本油料能源林
    重点对黄连木、麻疯树、文冠果、光皮树、油桐、乌桕等主要木本燃料油植物进行良种化,解决现在低产低效林改造技术和丰产栽培技术;加快培育高含油量、抗逆性强且能在低质地生长的木本油料能源专用新树种。在云南、贵州、四川等西南省(区)进行麻疯树、乌桕能源林示范;在陕西、河北、河南等省区进行黄连木、文冠果能源林示范;在湖南、湖北、江西等长江中下游省(区)进行光皮树、油桐能源林示范。通过示范,在木本油料主产区形成规模化种植基地。    
    2)燃料乙醇
    重点加大纤维素原料生产燃料乙醇工艺技术的研发力度,攻克植物纤维原料预处理技术、戊糖已糖联合发酵技术,降低酶生产成本,提高水解糖得率,使植物纤维基燃料乙醇生产达到实用化。在华东或东北地区进行以木屑等木质纤维为原料生产燃料乙醇的中试生产;在木本淀粉资源集中的南方省(区)形成燃料乙醇规模化生产。   
    3)固体成型燃料
    重点以降低生产能耗、降低产品成本、提高模具耐磨性为主攻方向,开发一体化、可移动的颗粒燃料加工技术和装备,开发大规模林木生物质成型燃料设备以及抚育、收割装备;形成固体成型燃料生产、供热燃烧器具、客户服务等完善的市场和技术体系。在产业化示范的基础上,在“三北”地区建立一定规模的以沙生灌木为原料的生物质固化成型燃料产业化基地;在东北、华南和华东等地建立具有一定规模的以林业剩余物或速生短轮伐期能源林为原料的生物质固化成型燃料产业化基地。   
4)生物质发电/供热
    主要发展大规模连续化生物质直接燃烧发电技术、生物质~煤混合燃烧发电技术和生物质热电联产技术;针对现有生物质气化发电技术存在燃气热值低、气化过程产生的焦油多的技术瓶颈,研发新型高效气化工艺。在林业剩余物集中区建立兆瓦级大规模生物质气化发电、供热示范工程;在柳树、灌木等资源集中区建立生物质直燃、混燃发电示范工程;在“三北”地区建立以沙生灌木为主要原料,集灌木能源林培育、生物质成型燃料加工、发电/供热一体化的热电联产示范工程。通过示范,形成分布式规模化生物质发电系统。
    下一步,我们将根据国家关于生物质能源发展的目标和资源调查及能源林培育规划,进一步研究完善细化林业生物质能源的产业化规模和布局。   
四、加快林业生物质能源发展的措施
    大力发展林业生物质能源,既面临着难得的机遇,也存在着巨大的挑战。国家林业局作为林业生物质能源的行业主管部门,高度重视林业生物质能源的发展。在林业中长期规划和“十一五”规划中,把加快发展林业生物质能源作为重点,纳入了优先发展领域。为此,我们将从以下几个方面,采取切实有力的措施,加快林业生物质能源的发展。
    一是开展资源调查评价,摸清家底。抓紧完善出台林业生物质资源调查、评价方法和技术指标,在全国开展林业生物质能资源的本底调查,在本底调查的基础上,进行评价,为林业生物质能源的规划、布局和产业化发展提供基础。
    二是开展战略研究,科学编制规划。按照国家和林业中长期发展规划的总体要求,针对经济社会发展对生物质能源的需求,结合林业生产力布局和技术支持基础,组织不同部门、不同学科领域的高层专家,开展林业生物质能源发展战略研究,并在战略研究和全国林业生物质能资源调查基础上,编制《林业生物质能源中长期发展规划》、《全国能源林培育规划》,指导全国林业生物质能源健康有序地发展。
    三是制订相关政策,积极扶持引导。加大政府在发展林业生物质能源方面的引导和推动作用,制定相关的扶持政策,加大政府投入,采取财政、税收、补贴等政策手段鼓励和扶持林业生物质能源发展。要把能源林建设纳入林业重点工程建设之中,优先安排能源林用地。同时,优化投资环境,加大吸引国内外资金力度,鼓励各种所有制经济主体参与林业生物质能源的开发利用。
    四是加大研发力度,强化科技创新。林业生物质能源是一项技术密集型的高技术产业,必须科技先行,产学研相结合。为此,我们把林业生物质能源的研发和自主创新作为林业科技“十一五”和中长期发展规划的优先领域,重点加强对优质速生高产能源植物的选育、栽培、林业生物质能源的高效转化和综合利用等技术的研究,尽快突破制约林业生物质能源发展的技术瓶颈。为加大研发和成果转化力度,在中国林科院成立了跨学科的林业生物质能源研发中心,正在组建林业生物质能源工程技术中心,充分发挥科技对生物质能源产业发展的支撑和引领作用。
    五是启动示范工程,加快基地建设。按照国家重点林业工程的总体规划与布局,加快建设速生、丰产、高能、多效的能源林基地;启动能源树种培育利用、林油一体化、林电(气或热)一体化等一批示范项目,加快林业生物质能源的市场化步伐,通过示范基地的示范、辐射、带动,推动林业生物质能源的全面发展,逐步形成产业化、规模化和效益化。

 

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