瑞典生物质能源发展及柳树能源林研究

秦光华，宋玉民，乔玉玲，于振旭

(山东省林业科学研究院，山东 济南 250014)

瑞典的生物质能源利用技术成熟、基础设施完备，生物质能的开发利用已成为该国重要的新型产业。以森林资源为主的生物质燃料、木材加工、制浆造纸、热电联产等产业链已经初步形成，2015年底，瑞典的生物质能源消耗量已占其能源消耗总量的62.1 %以上，是发达国家使用生物质能源比例较高的国家。瑞典自20世纪80年代开始对柳树能源林进行系统研究，柳树能源林在生物质能源资源中占有较高比重，目前已经形成从良种选育、资源培育、高质利用和热电联产的完整产业链，具备一套完善的技术体系。本文对瑞典生物质能源利用概况和生物质能源热电联产情况进行介绍，重点详述了柳树能源林的进展情况，对加快我国林业生物质能源建设提出建议与思考。

1 生物质能利用概况

由于缺少石油和天然气等自然资源，瑞典非常重视可再生能源特别是生物质能源的开发利用。丰富的森林资源为生物质能源产业提供了充足的资源供应。生物质能利用技术以林业生物质固体燃料为主，主要来源于林业加工如板材、造纸等废弃物。截至2015年，可再生能源利用量已占其能源消耗总量的62.1 %，成为发达国家使用生物质能源比例较高的国家。政府鼓励和扶持生物质能源培育和利用等方面的研究和产业开发，已经建立起了较为完善的基础设施，形成了先进的利用技术，以森林资源为主的木材加工、造纸、生物质燃料和热电联产等产业链已经初步形成。

2 能源林培育与热电联产

瑞典在生物质能的开发与利用特别是热电联产方面有着先进的技术储备和丰富的管理经验，全国建有多家生物质能热电联产电厂和生物质能小区供热系统。SalixEnergi公司在瑞典建有四万多公顷的柳树能源林基地，进行能源柳良种开发和资源培育，向热电厂提供木材、木片、枝丫等原料，实行以供热为主的热电联供。Hasselby公司从20世纪90年代开始使用生物质原料，为斯德哥尔摩地区进行供热、供电，实现了从原煤、原油到生物质原料的转变。VARMEVERKET热电公司自20世纪90年代开始起将原料由原煤转为柳树等生物质原料，将原煤锅炉改造为蒸汽锅炉，采用热电联产系统为林雪平市及周边供热、供电。先进的炉排式直燃系统和余热回收利用技术大大提高了能量利用率，燃烧效率高达98 %以上。由于采用封闭循环系统，废水、废渣得到充分利用。利用木质原料燃烧后产生的灰分等剩余物制成肥料对柳树能源林进行施肥，实现肥料和能源的循环利用。

瑞典生物质燃料主要是木屑压缩颗粒，其成型技术和直燃热电联产技术成熟、应用广泛。木屑压缩颗粒是将木片、锯屑和刨花等林木加工废弃物经粉碎、烘干、压缩等特殊工艺处理后制成的直径约6～8 mm的短小圆柱形颗粒，不仅可作为工业锅炉、民用炉灶及家庭取暖炉的燃料，而且可用于热动力发电。相较于木材和枝丫，木屑压缩颗粒便于贮存和运输、燃烧性能好、热效率高。柳树每千克木屑压缩颗粒的热值大于4.7 kW·h，大于其他速生树种，是能源林资源培育的首选树种。目前瑞典木屑压缩颗粒的年产量超过2.0×106t，其中柳树木屑压缩颗粒占一半以上，17 %以上的家庭已使用木屑压缩颗粒取暖供热。在20世纪，瑞典的取暖系统还是以燃油为主，但是2004年后已经有60 %以上的地区使用生物质燃料进行供暖，目前木屑压缩颗粒的产量和消费量均居世界首位。生物质发电量也从20世纪80年代的20亿kW·h增长至2010年的150亿kW·h，到2020年有望达到200亿kW·h。

3 柳树能源林的发展与推广

瑞典能源林研究项目由国家能源局负责，从20世纪80年代以来开始对森林能源研究进行资助。截至2012年，已经累计投入3.8亿克朗。近年来，由于瑞典农畜产品过剩，致使瑞典的农产品在国际市场上的价格较低。为了调节农畜产品价格，政府要求缩小农耕地，增加能源林用地，这项措施间接增加了50万hm2的能源林用地，同时政府建立补助金制度对能源林进行补助，吸引了很多公司和林农从事柳树能源林的生产经营，刺激了柳树能源林的发展。目前瑞典能源林约有16 000 hm2，主要集中在中南部水热条件较好的地区。这些能源林每年每公顷平均的生物量生产为12～16 t，相当于30～36 m3木材或5～6 t燃油。

4 柳树能源林研究

瑞典国家森林能源研究始于20世纪80年代，瑞典农业大学和一些林业公司如欧洲能源公司(SalixEnergi)、Lantmannen育种公司，以及一些与农林相关的组织都参加了该项目的合作，主要开展了以下几方面的研究。

4.1 良种培育

瑞典柳树育种主要有短期和长期两个方案。短期育种主要是为生产提供急需的一些优良品种，注重育种的时效性；长期育种方案注重于品种的长期世代改良，进行种间、种内、种源和家系的种质资源收集、评价和目标性状的长期稳定改良，育种目标主要包括生物量、抗病虫能力、热能、抗寒性、抗土壤污染等性状。瑞典南北狭长，东西较短，自然气候条件差异较大，根据气候条件划分了能源柳的不同栽培区，根据基因环境交互作用进行区域定向轮回选择育种，为不同栽培区选育适于本地的优良品种。目前在瑞典广泛栽培的应用于能源林的柳树品种主要是蒿柳(Salixviminalis)、毛枝柳(S.dasyclados)和伪蒿柳(S.schwerinii)。经过30多年的育种研究，目前在瑞典普遍应用的能源柳树品种有上百个，这些品种具有生长快、砍伐后根萌能力强、无性繁殖容易、抗病虫害能力和抗寒性强、生物产量高等优良性状，在瑞典南部和中部生长较好，非常适宜于短周期人工林的机械化集约经营。

4.2 造林密度和轮伐期

柳树根萌能力强，多代间生长活力和生产潜力稳定，非常适于短轮伐期经营，特别适用于能源林和纸浆林[1]。短轮伐期经营对立地条件和经营管理水平有较高要求，要选用立地条件好、土壤肥力高、地力衰退慢、适于多代经营的土地，同时还要选用有浇灌条件、适宜机械化作业的土地。集约经营措施主要包括造林地整地、水肥管控、杂草控制、病虫害防治等。能源林的产量与品种和群体结构有关，因此，林分密度是影响短周期人工林的重要指标。瑞典柳树能源林林分密度一般为2.2万～3.1万株·hm-2，4～6年达到最高产量[2]。为了便于机械化作业，目前瑞典一般采用宽窄行设计，宽行大约1.0 m，造林、抚育和收获主要在宽行中运行；窄行0.6～0.8 m，株距0.4～0.5 m，在这种密度条件下，根据不同的立地条件和管理水平，轮伐期一般为4～6年，共4个轮伐期，4个轮伐期后进行重新造林。密度的大小和株行距的配置还要综合考虑当地气候条件、土壤理化性质和经营管理水平。能源林的采伐主要在秋冬季节柳树生长期结束后进行。

4.3 产量和经济效益

柳树短轮伐期经营的经济效益包括所有与生产过程有关的成本和收益。生物量的市场价格为520克朗·t-1，计算周期为24年，轮伐期为4年，共收获6个轮伐期。第一个轮伐期的生物量较低，为40.0～50.0 t·hm-2；从第二个轮伐期开始，每个轮伐期的产量可达64.0～70.0 t·hm-2 [3]。在24年的经营过程中，利率按5.0 %计算，在不包括造林补助金的情况下，种植柳树能源林，每年每公顷的净收入为11 000克朗左右。

5 发展我国生物质能源的建议与思考

我国已经于2006年开始实施可再生能源法，开发利用可再生能源是事关我国国民经济可持续发展、能源安全和社会进步的重大任务。瑞典在生物质能源建设方面的政策法规、资源培育和技术开发等方面的先进经验值得借鉴和学习，针对我国生物质能源建设现状提出以下几点思考和建议。

5.1 加大政策扶持力度

学习瑞典有效的政策措施和成功经验，结合我国的实际情况，研究制定适合我国生物质能源快速发展的有效措施和激励政策，解决目前我国生物质能源利用基础设施落后、成本高等现阶段突出问题，采取差别化税收政策和财政补贴、供热补贴等措施，保障和促进生物质能源热电联产等产业链的延伸发展。生物质能的开发利用在增加能源供应、保护环境的同时，还将直接带动农村经济的发展，是解决“三农”问题的有效措施。要从能源发展战略和解决“三农”问题的高度出发，制定明确的促进生物质能资源培育的政策激励措施，增加农民的收入，调动农民的积极性，促进生物质能源发展。

5.2 合理规划培育和开发林业生物质资源

充足的资源是生物质能源的工业化生产基础，要在对我国可供利用的林业生物质资源分布和后续发展潜力等方面进行调研的基础上，充分利用我国大面积的宜林荒山、荒滩、荒地等边际土地资源，制定科学的林业生物质能开发利用规划和生物质资源培育规划。根据我国不同区域的发展规划，结合生物质能源产业发展布局，加快建立能源林基地，培育生长速度快、热值高、含油率高的林业生物质能源资源，保障原料生产和供给，促进我国林业生物质能源开发利用和健康有序发展。

5.3 加强技术研发和试验示范

生物质能利用的产业链较长，涉及技术领域较广。目前我国的生物质能源开发利用技术还不够成熟，要在充分吸收国外先进技术和经验的同时，结合我国实际情况，加强林业生物质能源相关技术的研究开发与试验示范，集聚优势力量组建重点实验室和工程技术研究开发中心，创新管理运行机制，为我国林业生物质能源快速发展提供科技支撑。重点研究领域包括速生丰产高效能源林培育技术和生物质热化学、物理利用等方面的高效转化利用技术，包括固体成型、热电联产、液体燃料等产业化核心技术。鼓励相关学科和产学研联合攻关，构建开放、协作、高效的创新平台，加快研发进程，提高研发技术水平，促进我国林业生物质能源的建设发展。