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奔向颗粒3.0!生物质颗粒燃料全史

来源:颗粒在线 1742 2023-01-11

生物质颗粒燃料全史

从20世纪80年代初开始,木屑颗粒和这个行业在过去四十年中至少经历了两个显著的增长时期,从而成为全球固体生物质燃料商品。2023年该行业似乎将进入一个新的增长和终端用途扩张时期——颗粒3.0。

  颗粒在线讯:对于生物质颗粒行业来说,2023年将是吉祥的一年。这不仅是因为俄乌战争带来的能源危机或欧盟议会荒谬的初级木质生物质(PWB)突发奇想,而且标志着我们今天所知道的全球木屑颗粒行业已经出现了25年。2023年,世界各地将举办的颗粒专业活动越来越多,也证明了这一点。

  对于那些仍然认为生物质致密化是某种未经证实的新技术的人来说,请放心。生物质的机械致密化技术已经存在了大半个世纪。

  事实上,自1982年在瑞典举行燃料颗粒研讨会以来,40年已经过去了,这可能是历史上第一个致力于生物质颗粒能源使用的国际活动。这也是自第一次世界颗粒大会(2002年)在瑞典举办以来的第20个年头。

  拥有悠久历史的年度国际颗粒活动包括:瑞典的北欧颗粒会议,奥地利的欧洲颗粒会议,英国的Argus生物质会议,日本的CMT生物质贸易&电力会议, WPAC和USIPA的颗粒会议分别在加拿大和美国举行。

  在技术方面,除了VICTAM这样的国际动物饲料活动外,2023年还将举行一些大型全球木材行业展览,如德国的LIGNA。

  经过充分验证的技术

一系列生物质原料压缩成的蜂窝煤

一系列生物质原料压缩成的蜂窝煤

  在20世纪30年代,美国Potlatch Mill公司开发了“压原木”来使锯木厂的残留物更加致密。几十年来,在白俄罗斯、爱沙尼亚、芬兰、爱尔兰和瑞典的泥炭工业中,致密成型技术一直在工业规模上部署,但由于泥炭被归类为化石燃料,这种技术几乎已经消失了。

  在像巴西和印度这样的国家,木炭工业已经使用了压型煤,而可以或正在被制成压型煤的生物质材料的清单每周都在增长——只要问问任何一个压型煤技术提供商就知道了。

一系列生物质原料压缩成的蜂窝煤

用于职业培训目的,完全可操作的台式制粒机

  另一方面,颗粒化技术实际上在动物饲料领域已经存在了一段时间。根据扩展的定义,动物饲料颗粒也是一种致密生物质的形式,这些生物质“燃料”的归宿是有羽毛和皮革的牲畜或鱼类的胃而不是锅炉。

  同样,也有许多因素需要考虑——饲料配方、营养添加剂和卫生,仅举几例。

  事实上,在各自的技术中,两个最响亮的名字——Amandus Kahl(平面模具)和CPM-加利福尼亚颗粒厂(环形模具)——分别于1925年和1931年开始为动物饲料行业提供颗粒解决方案。

  可以说,今天市场上大多数(如果不是所有)主要的生物质颗粒解决方案提供商都可以将他们的技术或业务起点追溯到动物饲料行业,在许多情况下,这一产业已经有五六十年的历史了。

  第一批工业规模工厂的出现始于一次壮观的惨败……

  20世纪70年代末,欧洲和北美的森林工业开始出现用于能源目的的生物质颗粒生产项目和工厂。

  由于1973年和1979年的石油危机,木屑颗粒生产的工业化似乎在20世纪80年代初就开始了。许多锯木厂、纸浆厂和造纸厂使用煤或石油作为燃料,但在现场产生了大量的残留物,如树皮、锯末、刨花、切下的废木材。

  根据1982年颗粒燃料研讨会的文件,据报道,在美国有18个颗粒燃料工厂正在运行或正在建设中。

生物质颗粒燃料全史

1982年宣传Mora颗粒作为新燃料的小册子(图片由Birger Nylén/FaluKurien提供)

  在瑞典,已经确定了70个项目,但当时只有少数项目在运作。这些残留物主要存在于纸浆和造纸工业,使用从泥炭、木炭和动物饲料工业转移来的技术,从残留物中生产燃料。

  1981年,Mora举行了重大的奠基仪式,当时被吹捧为欧洲最大的专用木屑颗粒工厂。Mora颗粒厂设计使用森林和锯木厂的残留物,并使用罐车分发颗粒,年产4万吨(tpa),于1982年开始运营。

  由于受到技术、操作和过多的政治声望的打击,它在1985年因为一场金融惨败而关闭,尤其是对注入外来资本的Mora来说。几年后,该工厂的设备被卖给了另一家颗粒厂。

  据报道,一个关键的错误是商业计划本身——在工厂建成之前,这些颗粒显然已经设定了固定的价格。然而,一旦工厂开始生产,实际的生产成本就大大高于预期,而生产出来的产品质量又较差,以及借入的数百万瑞典克朗用于解决问题,使情况更加恶化。

  …和一次巨大的成功

  Mora颗粒的失败绝不是独特的或孤立的,当时有很多这样的例子。它们为自己辩护,说这是一个史无前例的项目,但正如业内任何人都可以证明的那样,尽管拥有成熟的造粒技术,但木材造粒远非想象中那么简单。

  多年来,几家尝试将木材制成颗粒的技术供应商要么又回到了动物饲料行业,要么就直接倒闭了——有人可能会补充说,这符合适者生存的达尔文进化论。

生物质颗粒燃料全史

Lantmännen集团Norberg/Insjön综合工厂每年生产约13万吨颗粒、木粉、床上颗粒,每年提供24GWh的区域供热(图片由Scandbio提供)。

  与此同时,1982年,Svensk BrikettEnergi AB (SBE)从一开始就做对了。该公司由Jarl Mared创立,是瑞典第一家开始以工业规模生产固体木质生物质燃料(如蜂窝煤、颗粒和木粉)的公司。

  2005年,当Jarl Mared从首席执行官的职位上退休时,SCA Bionorr的首席执行官Kent Johansson接替了他的职位,公司已经发展到9个生产基地,其中一个在拉脱维亚。

  该公司现在由Lantmännen集团全资拥有,是北欧最大的颗粒生产商,共有6家工厂,其中一家位于拉脱维亚,年产约55万吨。

  当然,除了加拿大、美国和瑞典之外,其他国家在20世纪80年代和90年代也有颗粒生产的例子。例如,1982年日本也出现了第一家颗粒厂。

  里程碑式的煤到颗粒的转化和装运

  从煤到颗粒的工业应用和燃煤电厂转化的发展来看,1991年是具有里程碑意义的,至少在北欧是这样。

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斯德哥尔摩能源公司(Stockholm Exergi)的Hässelbyverket热电联产(CHP)工厂位于海滨,于1959年作为燃煤电厂首次投入使用,自1997年以来一直使用木屑颗粒(图片由Holger Ellgaard提供)。

  那时,Stockholm Energi(现在的Stockholm Exergi)开始考虑改造其位于斯德哥尔摩西北部Mälaren湖北岸的燃煤Hässelbyverket热电联产(CHP)工厂。

  该公司成为Bionorr初创企业的大股东。Bionorr是一家年产4万吨的木屑颗粒厂,位于瑞典东北部波罗的海沿岸Härnosand。

  第一批颗粒于1992年投入使用,1993年由过山车运输到Hässelbyverket。

  到1997年,该厂四台100MW机组中的三台被改造,而第四台纯燃油动力机组自1999年以来一直处于“长期保护”状态。

生物质颗粒燃料全史

SCA能源公司的Bionorr颗粒厂于1992年投入使用,位于瑞典Härnosand,是一家现代化的年产18万吨木屑颗粒厂(图片由Juliana Yondt提供)。

  斯德哥尔摩Exergi和斯德哥尔摩市已经制定了先进的计划,一旦计划中的Lövsta垃圾燃烧热电联产工厂投入运营,将关闭Hässelbyverket。这片迷人的湖畔土地将被重新开发为住宅用途。

  Bionorr也仍在运营,由SCA Energy AB所有,SCA Energy AB是森林工业巨头SCA的子公司,也是原始投资者之一。从那以后,该颗粒厂经历了产能扩张和环境改善,目前的产能为18万吨/年,按欧洲标准是一个大型工业规模的颗粒厂。

  Hässelbyverket和Bionorr合资企业的意义在于,它开创了工业规模的颗粒生产、物流(运输、处理和存储)以及颗粒在发电厂共燃的使用,并证明了在北欧的技术和经济可行性。

  值得注意的是,瑞典消费的所有化石燃料都是进口的,1991年对能源税收制度进行了财政改革,引入了污染者自付原则(PPP)的三个组成部分——二氧化碳税(CO2)、二氧化硫税(SOx)和氮氧化合物税(NOx)。

  具有里程碑意义的跨大西洋颗粒运输

  从海尔诺桑的Bionorr到斯德哥尔摩的Hässelbywerket,证明了可以使用干散货船运输颗粒。

生物质颗粒燃料全史

“Mandarin Moon号”干散货船正在装货(图片由FutureMetrics提供)。

  虽然这本身是一个里程碑式的成就,开放了从波罗的海地区进口颗粒的可能性,但1998年标志着第二个决定性的里程碑,第一次跨大西洋运输木屑颗粒,从加拿大到瑞典。

  这意味着更大的体积,更长的距离和更长的时间跨度。

  FutureMetric的约翰·斯瓦恩(John Swaan)讲述了“如何、谁和为什么”的背景故事,他当时是太平洋生物能源公司(Pacific BioEnergy,他于1994年共同创立的一家颗粒公司)的加拿大交易对手。

  一个很短的版本是在1998年2月19日,“Mandarin Moon”装载着15,000吨颗粒驶出英属哥伦比亚的鲁珀特王子港(Prince Rupert, BC),并于1998年4月6日抵达Öresundkraft在瑞典赫尔辛堡的CHP工厂。

  换句话说,这批具有里程碑意义的货物运输仅仅发生在25年前。

  全球产业的增长

  可以说,这两个具有里程碑意义的事件以及有利的框架政策和激励措施,以及随后的ISO颗粒质量标准化,为工业木屑颗粒行业的增长和全球化奠定了基础。

  这个千年的第一个十年见证了木屑颗粒生产和消费的加速。一个与当地和区域颗粒生产商同步发展的行业,服务于当地和区域市场,通常是季节性住宅供暖市场。

生物质颗粒燃料全史

2008年5月,在瑞典Jönköping举行的2008年世界生物能源大会上,Green Circle BioEnergy在《国际生物能源》第32期上刊登了一则广告。

  到1998年,Bionorr的产能翻了一番,达到8万吨/年。十年后的2008年,当佛罗里达州的Green Circle BioEnergy公司开业时,它的标称是每年56万吨,这意味着世界上最大的颗粒厂超过了每年50万吨的产能标杆。

  Green Circle现在是Enviva (Enviva Cottondale)的一部分,该公司于2015年从JCE集团手中收购了该工厂,尽管目前的产能为75万吨/年,但早已将“世界最大”的头衔让给了其他Enviva工厂。

  2008年,全球林业巨头斯道拉恩索(Stora Enso)在瑞典、俄罗斯和捷克共和国投资了首批五家颗粒厂,这些工厂都与现有的锯木厂业务相结合。

  这种原料和能源整合的概念似乎已经成为欧洲工厂以及美国东北部和加拿大工厂的标准。

  2009年,英国德拉克斯电力公司(Drax Power)开始了共燃试验。同年,全球市场情报和商品价格评估提供商阿格斯媒体(Argus Media)推出了工业木屑颗粒指数。

  2011年,在斯德哥尔摩能源公司(Stockholm Energi)在Hässelbyverket上研究共燃颗粒的可行性20年后,工业木屑颗粒买家倡议(IWPB),可持续生物质计划(SBP)的前身,开始考虑纳入标准化的可持续性标准。

  时间快进到今天,结果显然是惊人的。

生物质颗粒燃料全史

Enviva在乔治亚州的一家规模化工业木屑颗粒厂

  在美国,工业规模的颗粒生产现在意味着工厂的年生产能力在40万吨/年范围内,是命运多舛的Mora颗粒厂的10倍,而“Enviva”的标准规模是80万吨/年。

  全球工业

  Enviva是第一个达到80万吨/年标称产量的公司。

  今天,北美的货物通过巴拿马大小的船只跨大西洋运往欧洲,再通过太平洋运往东南亚,每批货物的载重量为6万吨或更多。

  Öresundetskraft仍然使用一些进口颗粒,尽管货物往往来自波罗的海对岸,而不是大西洋对岸,而太平洋生物能源公司(PacBio)在去年早些时候认输了。

2021年全球生物质颗粒地图

2021年全球生物质颗粒地图

  根据2022年世界颗粒数据,有1179家生物质颗粒工厂的装机容量为10,000吨/年或更多,并在2021年投入运营。它们分布在62个国家,年装机容量合计近6660万吨。

  值得注意的是,在这一装机容量中,有2140万吨是通过ENplus认证的设施,可满足住宅和商业部门的需求。

  除白俄罗斯和俄罗斯的工厂外,共有465家工厂获得了ENplus认证,因为这两个国家的工厂在2022年4月被暂停认证。

  为清楚起见,应说明安装或标称产能与实际产能并不相同。此外,有数百家(如果不是数千家的话)的颗粒厂标称产能低于10,000吨/年,通常在小型和中型企业中发现,如细木工、橱柜制造商和小型锯木厂,这些企业将工艺残留物用于自己的废物管理和加热目的或供应当地市场。

2004年颗粒地图

“2004年颗粒地图”于2004年12月推出,是第一张包含瑞典以外地区颗粒生产的地图。与2004年之前的版本相比,第一次收录了瑞典以外的数据,列出了195家工厂,其中包括年产能达10,000吨的工厂。总共收录了25个欧洲国家的工厂,估计装机容量约为480万吨。

  美国和加拿大的年产能加起来估计有150万吨,但没有给出工厂的数量,而日本2004年有18座工厂在运营,年产能加起来可能有2万吨。

  包括当时尚未上市但正在运营的小型颗粒厂在内,2004年在28个国家约有250-300家正在运营的颗粒厂,总装机容量约为630万吨/年,少数工厂超过10万吨/年。

  工业“骄傲者”的出现

在英国明汉港的铁路终点站logtermEC出现了工业“骄傲者”Drax轨道车

在英国明汉港的铁路终点站logtermEC出现了工业“骄傲者”Drax轨道车

  在短短十多年的时间里,像英国德拉克斯集团(Drax Group)这样的巨头已经发展成为最大的木屑颗粒消费者。它不仅将所有四个600MWe机组从煤炭转换为木屑颗粒,而且还开发了港口卸货、装卸和铁路物流,包括定制的轨道车和存储设施,以服务于北约克郡的发电站。

  Drax还成为全球第二大木屑颗粒生产商,尤其是通过收购加拿大Pinnacle可再生能源公司,这为其在美国的现有投资组合增加了大量产能。

爱沙尼亚颗粒生产商Graanul Invest通过子公司收购了一艘散货船

爱沙尼亚颗粒生产商Graanul Invest通过子公司收购了一艘散货船(图片由Graanul Invest提供)

  爱沙尼亚控股的Graanul Invest是欧洲最大的颗粒生产商,在收购了已倒闭的德国颗粒公司的一项美国资产后,该公司目前全球排名第三,并首次收购了自己的一艘货船。

  尽管Graanul在其生产设施中有生物质热电联产工厂,但它也有雄心将比利时兰格洛(Langerlo)的燃煤电厂改造成颗粒电厂。

  在亚洲、欧洲、北美以及最近的加勒比地区,还有其他几个不同规模的工业“骄傲者”的类似故事。

  改善健康和安全

位于丹麦的Studstrup热电联产工厂

Ørsted位于丹麦的Studstrup热电联产工厂(CHP)的储存筒仓中闷烧颗粒产生的烟雾(图片由Helle Arensbak提供)。

  必须指出的是,我们在这一过程中取得了技术进步、运营改进、能源效率提高和环境足迹降低,同时还制定了行业标准和行政协调工作,促进了贸易。

  最重要的是,在运营健康和安全方面,特别是在火灾和灰尘方面,整个价值链都吸取了一些惨痛的教训。

  在这方面,加拿大木屑颗粒协会(WPAC)和瑞典RISE研究所在为包括家庭在内的整个价值链开发最佳实践方面处于行业领先地位,值得赞扬。

  2023年将转向颗粒3.0?

专用的散装颗粒运输卡车

专用的散装颗粒运输卡车。约80%的RZ颗粒由散装卡车吹送至半径100公里范围内的客户

  从20世纪80年代初开始,木屑颗粒行业在过去四十年中经历了至少两个显著的平行增长期——颗粒1.0和颗粒2.0——成为具有本地、区域和国际影响力和规模的全球固体生物质燃料商品——住宅、商业和公用事业。

  2023年行业将迎来一个新的增长和终端用途扩张时期——颗粒3.0(Pellets 3.0)。

  到2050年,这个行业将会是什么样子,每个人都有自己的猜测,但在未来几年,有一些事情似乎是合理的:

  -非洲、亚洲和南美洲其他地区的木纤维产业链尚未开花结果,似乎可能会有许多“Enviva”规模的工厂诞生,尽管不一定是Enviva,但迄今为止,Enviva的业务仍停留在美国东南部和墨西哥湾沿岸;

  -生物质颗粒(不仅仅是木材)将继续在其他工业最终用途中找到一席之地,无论是作为燃料还是作为难以减排的碳密集型行业(如水泥、化学品和先进生物燃料)的原料;

  -生物质颗粒将在新兴经济体的清洁烹饪市场中占有相当大的份额。在这里,规模经济似乎与分散的村庄规模生产和消费背道而驰;

  -作为技术的致密化将在其他具有有机和无机废物流的行业中发现越来越多的工业应用,如沼气、废水处理和废物管理/回收,其中(致密化材料的)最终用途可能是能源,也可能不是能源。

来源:新能源网

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