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奔向顆粒3.0!生物質(zhì)顆粒燃料全史 發(fā)布時間:2023-01-11 15:57:29發(fā)布人:

從20世紀80年代初開始,木屑顆粒和這個行業(yè)在過去四十年中至少經(jīng)歷了兩個顯著的增長時期,從而成為全球固體生物質(zhì)燃料商品。

2023年該行業(yè)似乎將進入一個新的增長和終端用途擴張時期——顆粒3.0。

對于生物質(zhì)顆粒行業(yè)來說,2023年將是吉祥的一年。這不僅是因為俄烏戰(zhàn)爭帶來的能源危機或歐盟議會荒謬的初級木質(zhì)生物質(zhì)(PWB)突發(fā)奇想,而且標志著我們今天所知道的全球木屑顆粒行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)了25年。2023年,世界各地將舉辦的顆粒專業(yè)活動越來越多,也證明了這一點。

對于那些仍然認為生物質(zhì)致密化是某種未經(jīng)證實的新技術(shù)的人來說,請放心。生物質(zhì)的機械致密化技術(shù)已經(jīng)存在了大半個世紀。

事實上,自1982年在瑞典舉行燃料顆粒研討會以來,40年已經(jīng)過去了,這可能是歷史上一個致力于生物質(zhì)顆粒能源使用的國際活動。這也是自第一次世界顆粒大會(2002年)在瑞典舉辦以來的第20個年頭。

擁有悠久歷史的年度國際顆?;顒影ǎ喝鸬涞谋睔W顆粒會議,奧地利的歐洲顆粒會議,英國的Argus生物質(zhì)會議,日本的CMT生物質(zhì)貿(mào)易&電力會議, WPAC和USIPA的顆粒會議分別在加拿大和美國舉行。

在技術(shù)方面,除了VICTAM這樣的國際動物飼料活動外,2023年還將舉行一些大型全球木材行業(yè)展覽。

在20世紀30年代,美國Potlatch Mill公司開發(fā)了“壓原木”來使鋸木廠的殘留物更加致密。幾十年來,在白俄羅斯、愛沙尼亞、芬蘭、愛爾蘭和瑞典的泥炭工業(yè)中,致密成型技術(shù)一直在工業(yè)規(guī)模上部署,但由于泥炭被歸類為化石燃料,這種技術(shù)幾乎已經(jīng)消失了。

在像巴西和印度這樣的國家,木炭工業(yè)已經(jīng)使用了壓型煤,而可以或正在被制成壓型煤的生物質(zhì)材料的清單每周都在增長——只要問問任何一個壓型煤技術(shù)提供商就知道了。

生物質(zhì)顆粒燃料.jpg

第一批工業(yè)規(guī)模工廠的出現(xiàn)始于一次壯觀的慘敗……

20世紀70年代末,歐洲和北美的森林工業(yè)開始出現(xiàn)用于能源目的的生物質(zhì)顆粒生產(chǎn)項目和工廠。

由于1973年和1979年的石油危機,木屑顆粒生產(chǎn)的工業(yè)化似乎在20世紀80年代初就開始了。許多鋸木廠、紙漿廠和造紙廠使用煤或石油作為燃料,但在現(xiàn)場產(chǎn)生了大量的殘留物,如樹皮、鋸末、刨花、切下的廢木材。

根據(jù)1982年顆粒燃料研討會的文件,據(jù)報道,在美國有18個顆粒燃料工廠正在運行或正在建設(shè)中。

在瑞典,已經(jīng)確定了70個項目,但當時只有少數(shù)項目在運作。這些殘留物主要存在于紙漿和造紙工業(yè),使用從泥炭、木炭和動物飼料工業(yè)轉(zhuǎn)移來的技術(shù),從殘留物中生產(chǎn)燃料。

1981年,Mora舉行了重大的奠基儀式,當時被吹捧為歐洲特別大的專用木屑顆粒工廠。Mora顆粒廠設(shè)計使用森林和鋸木廠的殘留物,并使用罐車分發(fā)顆粒,年產(chǎn)4萬噸(tpa),于1982年開始運營。

由于受到技術(shù)、操作和過多的政治聲望的打擊,它在1985年因為一場金融慘敗而關(guān)閉,尤其是對注入外來資本的Mora來說。幾年后,該工廠的設(shè)備被賣給了另一家顆粒廠。

據(jù)報道,一個關(guān)鍵的錯誤是商業(yè)計劃本身——在工廠建成之前,這些顆粒顯然已經(jīng)設(shè)定了固定的價格。然而,一旦工廠開始生產(chǎn),實際的生產(chǎn)成本就大大高于預(yù)期,而生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量又較差,以及借入的數(shù)百萬瑞典克朗用于解決問題,使情況更加惡化。

Mora顆粒的失敗絕不是獨特的或孤立的,當時有很多這樣的例子。它們?yōu)樽约恨q護,說這是一個史無前例的項目,但正如業(yè)內(nèi)任何人都可以證明的那樣,盡管擁有成熟的造粒技術(shù),但木材造粒遠非想象中那么簡單。

多年來,幾家嘗試將木材制成顆粒的技術(shù)供應(yīng)商要么又回到了動物飼料行業(yè),要么就直接倒閉了——有人可能會補充說,這符合適者生存的達爾文進化論。

與此同時,1982年,Svensk BrikettEnergi AB (SBE)從一開始就做對了。該公司由Jarl Mared創(chuàng)立,是瑞典第一家開始以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)固體木質(zhì)生物質(zhì)燃料(如蜂窩煤、顆粒和木粉)的公司。

2005年,當Jarl Mared從首席執(zhí)行官的職位上退休時,SCA Bionorr的首席執(zhí)行官Kent Johansson接替了他的職位,公司已經(jīng)發(fā)展到9個生產(chǎn)基地,其中一個在拉脫維亞。

該公司現(xiàn)在由Lantm?nnen集團全資擁有,是北歐最大的顆粒生產(chǎn)商,共有6家工廠,其中一家位于拉脫維亞,年產(chǎn)約55萬噸。

當然,除了加拿大、美國和瑞典之外,其他國家在20世紀80年代和90年代也有顆粒生產(chǎn)的例子。例如,1982年日本也出現(xiàn)了第一家顆粒廠。

里程碑式的煤到顆粒的轉(zhuǎn)化和裝運

從煤到顆粒的工業(yè)應(yīng)用和燃煤電廠轉(zhuǎn)化的發(fā)展來看,1991年是具有里程碑意義的,至少在北歐是這樣。

那時,Stockholm Energi(現(xiàn)在的Stockholm Exergi)開始考慮改造其位于斯德哥爾摩西北部M?laren湖北岸的燃煤H?sselbyverket熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)工廠。

該公司成為Bionorr初創(chuàng)企業(yè)的大股東。Bionorr是一家年產(chǎn)4萬噸的木屑顆粒廠,位于瑞典東北部波羅的海沿岸H?rnosand。

第一批顆粒于1992年投入使用,1993年由過山車運輸?shù)紿?sselbyverket。

到1997年,該廠四臺100MW機組中的三臺被改造,而第四臺純?nèi)加蛣恿C組自1999年以來一直處于“長期保護”狀態(tài)。

斯德哥爾摩Exergi和斯德哥爾摩市已經(jīng)制定了先進的計劃,一旦計劃中的L?vsta垃圾燃燒熱電聯(lián)產(chǎn)工廠投入運營,將關(guān)閉H?sselbyverket。這片迷人的湖畔土地將被重新開發(fā)為住宅用途。

Bionorr也仍在運營,由SCA Energy AB所有,SCA Energy AB是森林工業(yè)巨頭SCA的子公司,也是原始投資者之一。從那以后,該顆粒廠經(jīng)歷了產(chǎn)能擴張和環(huán)境改善,目前的產(chǎn)能為18萬噸/年,按歐洲標準是一個大型工業(yè)規(guī)模的顆粒廠。

H?sselbyverket和Bionorr合資企業(yè)的意義在于,它開創(chuàng)了工業(yè)規(guī)模的顆粒生產(chǎn)、物流(運輸、處理和存儲)以及顆粒在發(fā)電廠共燃的使用,并證明了在北歐的技術(shù)和經(jīng)濟可行性。

值得注意的是,瑞典消費的所有化石燃料都是進口的,1991年對能源稅收制度進行了財政改革,引入了污染者自付原則(PPP)的三個組成部分——二氧化碳稅(CO2)、二氧化硫稅(SOx)和氮氧化合物稅(NOx)。

具有里程碑意義的跨大西洋顆粒運輸

從海爾諾桑的Bionorr到斯德哥爾摩的H?sselbywerket,證明了可以使用干散貨船運輸顆粒。

雖然這本身是一個里程碑式的成就,開放了從波羅的海地區(qū)進口顆粒的可能性,但1998年標志著第二個決定性的里程碑,第一次跨大西洋運輸木屑顆粒,從加拿大到瑞典。

這意味著更大的體積,更長的距離和更長的時間跨度。

FutureMetric的約翰·斯瓦恩(John Swaan)講述了“如何、誰和為什么”的背景故事,他當時是太平洋生物能源公司(Pacific BioEnergy,他于1994年共同創(chuàng)立的一家顆粒公司)的加拿大交易對手。

一個很短的版本是在1998年2月19日,“Mandarin Moon”裝載著15,000噸顆粒駛出英屬哥倫比亞的魯珀特王子港(Prince Rupert, BC),并于1998年4月6日抵達?resundkraft在瑞典赫爾辛堡的CHP工廠。

換句話說,這批具有里程碑意義的貨物運輸僅僅發(fā)生在25年前。

全球產(chǎn)業(yè)的增長

可以說,這兩個具有里程碑意義的事件以及有利的框架政策和激勵措施,以及隨后的ISO顆粒質(zhì)量標準化,為工業(yè)木屑顆粒行業(yè)的增長和全球化奠定了基礎(chǔ)。

這個千年的第一個十年見證了木屑顆粒生產(chǎn)和消費的加速。一個與當?shù)睾蛥^(qū)域顆粒生產(chǎn)商同步發(fā)展的行業(yè),服務(wù)于當?shù)睾蛥^(qū)域市場,通常是季節(jié)性住宅供暖市場。

到1998年,Bionorr的產(chǎn)能翻了一番,達到8萬噸/年。十年后的2008年,當佛羅里達州的Green Circle BioEnergy公司開業(yè)時,它的標稱是每年56萬噸,這意味著世界上最大的顆粒廠超過了每年50萬噸的產(chǎn)能標桿。


Green Circle現(xiàn)在是Enviva (Enviva Cottondale)的一部分,該公司于2015年從JCE集團手中收購了該工廠,盡管目前的產(chǎn)能為75萬噸/年,但早已將“世界最大”的頭銜讓給了其他Enviva工廠。

2008年,全球林業(yè)巨頭斯道拉恩索(Stora Enso)在瑞典、俄羅斯和捷克共和國投資了首批五家顆粒廠,這些工廠都與現(xiàn)有的鋸木廠業(yè)務(wù)相結(jié)合。

這種原料和能源整合的概念似乎已經(jīng)成為歐洲工廠以及美國東北部和加拿大工廠的標準。

2009年,英國德拉克斯電力公司(Drax Power)開始了共燃試驗。同年,全球市場情報和商品價格評估提供商阿格斯媒體(Argus Media)推出了工業(yè)木屑顆粒指數(shù)。

2011年,在斯德哥爾摩能源公司(Stockholm Energi)在H?sselbyverket上研究共燃顆粒的可行性20年后,工業(yè)木屑顆粒買家倡議(IWPB),可持續(xù)生物質(zhì)計劃(SBP)的前身,開始考慮納入標準化的可持續(xù)性標準。


時間快進到今天,結(jié)果顯然是驚人的。

在美國,工業(yè)規(guī)模的顆粒生產(chǎn)現(xiàn)在意味著工廠的年生產(chǎn)能力在40萬噸/年范圍內(nèi),是命運多舛的Mora顆粒廠的10倍,而“Enviva”的標準規(guī)模是80萬噸/年。


全球工業(yè)

Enviva是一個達到80萬噸/年標稱產(chǎn)量的公司。

今天,北美的貨物通過巴拿馬大小的船只跨大西洋運往歐洲,再通過太平洋運往東南亞,每批貨物的載重量為6萬噸或更多。

?resundetskraft仍然使用一些進口顆粒,盡管貨物往往來自波羅的海對岸,而不是大西洋對岸,而太平洋生物能源公司(PacBio)在去年早些時候認輸了。

根據(jù)2022年世界顆粒數(shù)據(jù),有1179家生物質(zhì)顆粒工廠的裝機容量為10,000噸/年或更多,并在2021年投入運營。它們分布在62個國家,年裝機容量合計近6660萬噸。


值得注意的是,在這一裝機容量中,有2140萬噸是通過ENplus認證的設(shè)施,可滿足住宅和商業(yè)部門的需求。

除白俄羅斯和俄羅斯的工廠外,共有465家工廠獲得了ENplus認證,因為這兩個國家的工廠在2022年4月被暫停認證。

為清楚起見,應(yīng)說明安裝或標稱產(chǎn)能與實際產(chǎn)能并不相同。此外,有數(shù)百家(如果不是數(shù)千家的話)的顆粒廠標稱產(chǎn)能低于10,000噸/年,通常在小型和中型企業(yè)中發(fā)現(xiàn),如細木工、櫥柜制造商和小型鋸木廠,這些企業(yè)將工藝殘留物用于自己的廢物管理和加熱目的或供應(yīng)當?shù)厥袌觥?/p>

美國和加拿大的年產(chǎn)能加起來估計有150萬噸,但沒有給出工廠的數(shù)量,而日本2004年有18座工廠在運營,年產(chǎn)能加起來可能有2萬噸。

包括當時尚未上市但正在運營的小型顆粒廠在內(nèi),2004年在28個國家約有250-300家正在運營的顆粒廠,總裝機容量約為630萬噸/年,少數(shù)工廠超過10萬噸/年。

工業(yè)“驕傲者”的出現(xiàn)

在短短十多年的時間里,像英國德拉克斯集團(Drax Group)這樣的巨頭已經(jīng)發(fā)展成為木屑顆粒消費者。它不僅將所有四個600MWe機組從煤炭轉(zhuǎn)換為木屑顆粒,而且還開發(fā)了港口卸貨、裝卸和鐵路物流,包括定制的軌道車和存儲設(shè)施,以服務(wù)于北約克郡的發(fā)電站。

Drax還成為全球第二大木屑顆粒生產(chǎn)商,尤其是通過收購加拿大Pinnacle可再生能源公司,這為其在美國的現(xiàn)有投資組合增加了大量產(chǎn)能。

愛沙尼亞控股的Graanul Invest是歐洲最大的顆粒生產(chǎn)商,在收購了已倒閉的德國顆粒公司的一項美國資產(chǎn)后,該公司目前全球排名第三,并首次收購了自己的一艘貨船。

盡管Graanul在其生產(chǎn)設(shè)施中有生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)工廠,但它也有雄心將比利時蘭格洛(Langerlo)的燃煤電廠改造成顆粒電廠。

在亞洲、歐洲、北美以及最近的加勒比地區(qū),還有其他幾個不同規(guī)模的工業(yè)“驕傲者”的類似故事。

改善健康和安全

必須指出的是,我們在這一過程中取得了技術(shù)進步、運營改進、能源效率提高和環(huán)境足跡降低,同時還制定了行業(yè)標準和行政協(xié)調(diào)工作,促進了貿(mào)易。

重要的是,在運營健康和安全方面,特別是在火災(zāi)和灰塵方面,整個價值鏈都吸取了一些慘痛的教訓。

在這方面,加拿大木屑顆粒協(xié)會(WPAC)和瑞典RISE研究所在為包括家庭在內(nèi)的整個價值鏈開發(fā)最佳實踐方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位,值得贊揚。

2023年將轉(zhuǎn)向顆粒3.0?

從20世紀80年代初開始,木屑顆粒行業(yè)在過去四十年中經(jīng)歷了至少兩個顯著的平行增長期——顆粒1.0和顆粒2.0——成為具有本地、區(qū)域和國際影響力和規(guī)模的全球固體生物質(zhì)燃料商品——住宅、商業(yè)和公用事業(yè)。

2023年行業(yè)將迎來一個新的增長和終端用途擴張時期——顆粒3.0(Pellets 3.0)。

到2050年,這個行業(yè)將會是什么樣子,每個人都有自己的猜測,但在未來幾年,有一些事情似乎是合理的:

非洲、亞洲和南美洲其他地區(qū)的木纖維產(chǎn)業(yè)鏈尚未開花結(jié)果,似乎可能會有許多“Enviva”規(guī)模的工廠誕生,盡管不一定是Enviva,但迄今為止,Enviva的業(yè)務(wù)仍停留在美國東南部和墨西哥灣沿岸;

生物質(zhì)顆粒(不僅僅是木材)將繼續(xù)在其他工業(yè)最終用途中找到一席之地,無論是作為燃料還是作為難以減排的碳密集型行業(yè)(如水泥、化學品和先進生物燃料)的原料;

生物質(zhì)顆粒將在新興經(jīng)濟體的清潔烹飪市場中占有相當大的份額。在這里,規(guī)模經(jīng)濟似乎與分散的村莊規(guī)模生產(chǎn)和消費背道而馳;

作為技術(shù)的致密化將在其他具有有機和無機廢物流的行業(yè)中發(fā)現(xiàn)越來越多的工業(yè)應(yīng)用,如沼氣、廢水處理和廢物管理/回收,其中(致密化材料的)用途可能是能源,也可能不是能源。

原文來自:國際生物質(zhì)能雜志 51生物質(zhì)顆粒交易網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合


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