林业生物质能源产业发展动态及潜力

姜 霞 谢 涛 张 喜

(贵州省林业科学研究院 贵阳 550005)

进入21世纪以来，随着人口不断增长以及工业化的发展，全球面临着生态环境安全和能源安全的问题。可再生资源已成为世界各国关注的重点领域，其中生物质原料是最大的可再生资源，占世界一次能源的10.4%，占可再生资源总量的77.4%[1]。根据世界气象组织发布的年度《温室气体公报》，2016年全球CO2平均浓度达到了403.3mg/m3，为工业化前的145%。受全球气候变化和化石能源储量的影响，可再生能源已成为全世界能源发展战略的重要组成部分和发展方向。可再生能源是自然界中可以不断利用、循环再生的一种能源，例如太阳能、风能、水能、生物质能、海洋能、潮汐能、地热能等，其中生物质能源具有可再生性和可持续性的特点，可生产成型燃料、可发电供暖等。生物质能源也称绿色能源、清洁能源，能实现能源生产及其消费过程中的零排放。全球生物质能源储量巨大，但对生物质能源的利用率却不足1%[2]，开发利用生物质能源能有效缓解化石能源枯竭和全球气候变暖。

林业生物质能源是生物质能源的重要组成部分，与其它生物质能源比较，林业生物质能源具有不与粮争地、不与人争粮、不与人争油、一次种植多年受益、资源潜力巨大等优势[3]，可以使农民增产增收，保护环境[4]；能解决我国的“三农”问题，保证国家的能源安全[5]。截止2011年，我国石漠化土地面积约为1200.2万hm2，西南地区喀斯特面积占全国裸露喀斯特面积的30%以上，其中贵州的分布面积占全国10%左右[6]。目前生物质能源树种在山区储量巨大，是山区生物质能源开发的主体原料，也是实现能源可持续发展的一条重要途径[7]。据统计，林业生物质能源贮藏量占生物质能源总量的2/3，但利用率不到3%[4]。发展林业生物质能源，不仅是社会发展的需要，也是区域生态建设的需要。因此，本文系统分析以林业生物质能源为主体的可再生能源的国内外发展动态、经验，既有助于林业生物质能源的发展，也有助于喀斯特地区当下实施的脱贫攻坚和“蓝天白云”行动计划。

1 国外主要可再生能源结构与生物质能源发展动态

在全球能源体系中，第一代生物质能源已经成为仅次于化石燃料之后的第二大能源供给产业。根据《BP(英国石油公司)2018年世界能源统计年鉴》，2017年全球一次能源消费量增长了2.2%，除煤炭和水电外的所有燃料增速均高于历史平均水平。天然气是能源消费中最大的增量来源(8.30×107t油当量)，其次是可再生能源(6.90×107t油当量)和石油(6.50×107t油当量)。在2017年以前全球能源消费所产生的碳排放已经连续三年几乎没有增长。2017年世界可再生能源发电量(不包含水电)为4.87×108t油当量，同比增长17.0%，高于16.2%的十年平均增长率。可再生能源增量的一半以上来源于风电，太阳能在可再生能源中占比21%。中国的可再生能源发电为1.07×108t油当量，同比增长了2.50×107t油当量。对一次能源消费的增量进行排序，中国的天然气和可再生能源将分列第一和第二。全球可再生能源在发电结构中占比从7.4%提升至8.4%；欧洲更是从16.5%提高到了18.3%，再创历史新高。2017年世界生物燃料产量为8.41×107t油当量，同比增长了3.5%，远低于11.4%的十年平均增长率。美国生物燃料产量为3.69×107t油当量，占世界的43.9%；巴西生物燃料产量为1.85×107t油当量，占世界21.9%。从不同燃料来看，全球乙醇产量增长3.3%，生物柴油产量增长4%，主要来自于阿根廷、巴西和西班牙。

自20世纪70年代开始，为解决能源短缺，欧洲各国逐渐发展起生物质能源利用技术及产业。到2012年，欧洲一次能源生产燃料中可再生能源超越煤、石油和天然气，达到1.77×108t[8]。其中，意大利提出2018年和2022年的生物质液体燃料份额至少为0.6%和1.0%[9]，德国则制定了到2030年使全国16%的电力、10%的供暖和15%的汽车动力来自生物质能的目标[10]。美国政府将发展生物能源作为新能源开发利用的核心内容之一，截止到2012年美国生物质发电的装机容量已经了超过1万兆瓦，并计划到2050年生物质发电比例提升到能源产出的50%。印度政府在2008年宣布了“国家生物燃料政策”，到2017年工厂生产的生物质燃料满足印度20%的柴油需求[11]。

2 国内主要生物质能源及林业生物质能源产业发展动态

进入21世纪以来，可再生能源已经成为各国能源发展战略的重要组成部分以及能源转型的重要发展方向。生物质能源主要开发利用有生物质发电、生物质成型燃料、生物质燃气、生物质液体燃料等。中国生物质燃料占世界总量的3%[12]。目前，我国农作物秸秆的年产量约7×108t，其中可最终用作生物质能源的约3×108t，折合为1.5×108t标准煤；薪炭林和林业加工废弃物资源相当于3×108t标准煤,和农作物秸秆体量相当；城市垃圾发电每年可代替1.3×107t标准煤；工业有机废水和畜禽养殖场废水可生产沼气8.0×1010m3，约等于5.7×109t标准煤[13]，生物质能源以农作物秸秆废弃物和林业加工废弃物为主。截至2017年12月31日，全国已投产生物质发电项目744个，较2016年增加79个；并网装机容量1.47×107千瓦，较2016年增加2.51×106千瓦；年生物质发电7.94×1010千瓦时，同比增长22.7%；生物质发电新增装机2.74×106千瓦，同比增长22.6%；生物质发电装机1.49×107千瓦[14]。农林生物质发电项目数量以及装机容量、上网电量排在前位的省份有山东、黑龙江、安徽、江苏等，垃圾焚烧发电项目数量以及装机容量、上网电量排在前位的是浙江、江苏、山东等省份，沼气发电以江苏、河南、广东、山东等省份靠前，贵州省在三项生物质能发电排名均靠后[14]。中国农村用沼气户的大规模建设开始于20世纪50年代末期，2000年底，全国农村用沼气户近850万户。2003～2015年，在中央投资带动下，农村沼气发展进入了快速发展新阶段；截至2015年底，全国用沼气户近4200万户，受益人口达2亿[15]。燃料乙醇是用粮食作物或植物为原料，经过发酵、蒸馏制得乙醇， 脱水后再添加变性剂，成为专门用于燃料的乙醇，粮食作物主要有玉米、小麦、薯类、高粱、甘蔗、甜菜等[16]。目前,以糖类作物发酵技术最成熟，95%的乙醇生产采用发酵法[17]。目前，乙醇汽油已占全国汽油消费总量的1/5，黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽、广西、河北等11省已经在推广使用车用乙醇汽油[18]。

我国森林资源丰富，陆地林业生物质资源总量在1.80×1010t以上[19]，主要以木本能源植物作为生物能源原料的主要来源[20]。林业生物质能源开发利用终端产品主要有生物柴油、燃料乙醇、生物燃气和固体燃料等，主要用于发电与供热。现阶段，利用光皮树[21、22]、文冠果[23、24]、小桐子[25]和黄连木[26]等种子转换生物柴油取得一定的进展。生物燃料酒精开发方面，中国林科院等单位进行了林业质能源催化热解技术研究，并建立了一套为500kg/h的木屑热解燃料酒精工业化生产装置[19]。在固体燃料方面，林业废弃物约为4.0×107t/a，这些林业废弃物可加工成生物质成型燃料。在生物质发电方面，森林采伐利用除木材以外，林间清理和间伐物资源量占森林总资源量的80%～90%[27]，国内一些大型能源开发企业正通过投资原料林基地建设、设备研发和建设热电联产发电厂等形式参与到林业生物质能发电领域[28]。

3 国内生物质能源发展的保障措施

3.1 相关法律与政策保障

在中国，生物质能源起步较晚，但是其发展较快。在生物质能源政策上，以2006年全国人大常委会颁布的《中华人民共和国可再生能源法》为基础制定了一系列生物质能源政策措施。2017年国家林业局印发《林业生物质能源主要树种目录(第一批)》的通知，列出林业生物质能源主要树种目录102种，为指导各地科学规范推进林业生物质能源林培育、全面提升林业生物质能源产业质量与效益提供技术支撑。

到2014年，我国林业生物质能源产业扶持共有政策文本23份，其中法规类政策1份、发展规划类政策9份、经济扶持类政策13份[29]，为林业生物质能源产业发展提供政策保障。据统计，到2017年止，国家制定的生物质能源相关政策法规有82项，地方性政策法规55项，主要在广西、浙江、安徽、江西、贵州等省份。

3.2 规划引领与基地建设

3.2.1 相关规划

“十一五”以来，我国制定了一系列支持生物质能源发展的规划，推动了生物质能源产业的快速发展。“十二五”时期，我国林业生物质能源产业发展较快。2007年，国家发改委出台了《可再生能源中长期发展规划》，提出力争到2020年，使可再生能源耗量达到总量的15%左右。2016年，发改委发布《可再生能源发展“十三五”规划》，提出加快生物质能发展，稳步发展生物质发电，稳步发展城镇生活垃圾焚烧发电。预计到2020年，城镇生活垃圾焚烧发电装机达到7.50×106千瓦；有序发展农林生物质直燃发电和沼气发电，到2020年，农林生物质直燃发电装机达到7.00×106千瓦，沼气发电达到5.0×105千瓦；到2020年，生物质发电总装机达到1.50×107千瓦，年发电量超过9.00×1010千瓦时。2016年，国家能源局印发《生物质能发展“十三五”规划》，提出大力推进生物质天然气、生物质成型燃料供热、生物质发电、生物质液体燃料等。2017年国家林业局印发《林业产业发展“十三五”规划》，要求充分挖掘我国现有1.80×1010t林木生物质资源开发潜力，开发生物质柴油、生物质酒精、生物质热电联产和固体成型燃料等能源产品，重点推动木质纤维转化液体生物燃料和以油棕(Elaeis guineensis Jacq.)、小桐子(Jatropha carcas L.)、无患子(Sapindus mukorossi Gaertn.)、黄连木(Pistacia chinensis Bunge)、文冠果(Xanthoceras sorbifolium Bunge)、光皮树(Swida wilsoniana (Wanger.) Sojak)等树种为主的能源树种新品种培育和产业化，促进林油—体化、林热—体化发展。

3.2.2 基地建设

近年来，随着生物质能源扶持政策、原料基地补助政策的出台，政府各部门制定了较为完善的产业扶持政策，极大地促进了生物质能源产业的快速发展。为进一步提高林业生物质能源原料基地建设水平，促进林业生物质能源资源的可持续发展，2011年，国家林业局印发了《林业生物质能源原料基地检查验收办法》的通知。

为促进能源和林业可持续发展，2013年国家林业局制定的《全国林业生物质能发展规划(2011～2020年)》是“十二五”时期我国林业生物质能产业发展的基本依据，现阶段，我国林业资源丰富，现有林地面积约3.0×108hm2，现有森林面积约2.0×108hm2，森林蓄积1.37×1010m3，人工林保存面积6.0×107hm2，蓄积量1.96×109m3，林木生物质资源潜力约1.80×1010t。规划到2020年，建成能源林1.678×107hm2，林业生物质年利用量超过2.0×107t标煤，其中，生物液体燃料贡献率为30%，生物质热利用贡献率为70%。到2020年，油料能源林规模达到4.22×106hm2，全部进入结实期后，全部利用折合约5.80×106t标煤；木质能源林基地规模达到9.43×106hm2，其中约7.50×106hm2可供利用，每年可提供4.50×107t生物质原料，全部利用可替代2.20×107t标煤；淀粉能源林规模达到3.13×106hm2，进入结实的约1.50×106hm2，全部利用折合3.0×105t标煤，全部进入盛产期后，全部利用折合6.0×105t标煤(表1)。

表1 林业生物质能源基地建设目标

4 喀斯特石漠区发展林业生物质能源产业的重要价值

4.1 生物质能源刚性需求是造成喀斯特地区石漠化的重要诱因

农村家庭用能是指农村家庭在炊事、取暖、照明、文化娱乐等方面消费的能源。农村地区家庭能源供应和消费对农村社会、经济及生态环境的发展有很大的影响[30]。在中国，农村能源消耗占全国能源总消耗的40%，其中生物质能占70%[31]。现有农村能源结构中引入了电力等补充能源，但电力无法完全替代生物质能源。经济水平与电力消费有较强的相关关系[32]。经济水平(贫困化程度)影响了当地人在“生物质能源(薪材+沼气)—电力”方向上的选择。喀斯特地区经济贫困、生态环境脆弱、复杂,生态环境与社会经济之间的矛盾使得生态环境被破坏后形成石漠化[33]。喀斯特山区农村家庭消费生物质能薪柴、秸秆能源、煤炭和电力占人均能耗的比重分别为: 62.60%、6.16%、29.04%、2.02%[34]。

在喀斯特地区农民收入等次是影响能源类型选择的主要问题，而农民收入直接影响农村经济的发展。在喀斯特特殊环境背景下，大量的生物质能和煤的消耗导致了生态环境恶化和村寨空气污染，加重了农户经济负担[35]。喀斯特石漠区生物质能源的需求量具有较大的不确定性，当需求量高于生产量时会出现新的水土流失和石漠化景象

4.2 林业生物质能源对推动区域经济发展有重要意义

喀斯特石漠区的林业生物质能源既是重要的生产生活物质，也可成为重要的支柱产业，对推动区域经济发展有重要意义。林业生物质能源在喀斯特山区储量巨大，生物质能源开发是脱贫致富、实现经济发展的有效措施，是解决未来能源危机、改善生态环境、实现能源可持续发展的一条重要途径[36]。1996年，林业部启动“森林能源工程”，计划用20年时间在我国建立1.2×107hm2森林能源基地，以彻底解决农村燃料短缺状况[37]。我国林业生物质资源丰富，拥有种类繁多的能源树种、尚未充分利用的能源林以及大量林业生产剩余物，并拥有大量的可用于发展林业生物质能的荒山荒地。山区林业生物质源能丰富，发展林业生物质能源可成为当地重要的支柱产业，特别是喀斯特地区生态环境脆弱，人地矛盾突出，在喀斯特石漠区发展林业生物质能，利用宜林荒山荒地及边际性土地，发展能源林，做到不与人争地，提高农民收入，促进喀斯特区域生态环境保护与修复。

4.3 石漠化综合治理应兼顾生物质能源产业发展

小流域尺度的石漠化综合治理，应兼顾生物质能源产业在内的多业并举，合理规划，综合发展。石漠化是西南岩溶地区的贫困之因，严重制约着石漠化地区的经济社会发展[37]。由于粗放型发展模式，我国西南岩溶区资源面临严重危机[38]。由于人口增长，石漠化地区人地矛盾加大，林地过度樵采，植被遭受大破坏，降低了石漠化地区植被覆盖率。在广大石漠化地区正在实施的石漠化综合治理生态修复工程，就是一种通过人为干预手段恢复植被，减少土壤侵蚀的过程[39]。小流域是石漠化治理评价研究的单元尺度之一，一般根据流域生境特征与社会经济发展情况，进行工程措施治理，主要模式有坡耕地林—草、林—粮、粮—草间作及轮作复合经营等[40]。通过不同植被恢复措施，不但能提高石漠化区植被覆盖率，同时能提高土壤养分，有利于植被生长[41]。在小流域尺度的石漠化综合治理中兼顾生物质能源产业，在树种的选择上可选用林业生物质能源树种，合理规划，综合发展，一方面能提高当时植被覆盖率、减少石漠化，另一方面能提高农民收入、促进农村经济发展。

5 展望

(1)生物质能源产业是新兴产业、阳光产业，上下游产业链节点多。林业生物质能产业是其中的重要组成部分。随着中国城镇化与工业化发展，中国对能源的需求量不断攀升，生物质能源产业是一种与环境协调发展的可再生能源，能缓解能源危机。在中国生物质能源是仅次于煤炭、石油和天然气的第四位能源[42]。生物质能源产业作为新兴产业，发展潜力巨大，具有可再生性、可储存性、可替代性等优点。

(2)生物质能源问题事关喀斯特石漠化综合治理成败，理应重视。在喀斯特石漠化区对薪炭林等能源林的开发利用，不仅能解决农村能源供应问题，减少人为破坏，而且能调节供需关系，保护石漠化治理的成果。同时，在喀斯特石漠化地区优先选择生物能源树种，发展成规模的生物能源林，是实现生物质能发电和生物质液体燃料的产业化的有效途径之一。

(3)石漠化地区生物质能源建设需重视的问题：结合树种生物生态学特性及种植推广情况，选择生长快、产量高、热值高、种植广泛、适合石漠化区发展的优良薪炭能源树种，提高薪炭林培育技术也是需要解决的问题。 在喀斯特地区发展林业生物质能源不仅能提高森林覆盖率，减少石漠化，而且能促进农村经济发展，提高农民收入，对贵州生态文明建设、对全国的林业生物质能源发展也会产生积极影响。