奔向顆粒3.0！生物質(zhì)顆粒燃料全史
2023-02-22
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)證實的新技術的人來說，請放心。生物質(zhì)的機械致密化技術已經(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，這可能是歷史上第一個致力于生物質(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粒活動包括：瑞典的北歐顆粒會議，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，如德國的LIGNA。
經(jīng)過充分驗證的技術
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提供商就知道了。
另一方面，顆?；夹g實際上在動物飼料領域已經(jīng)存在了一段時間。根據(jù)擴展的定義，動物飼料顆粒也是一種致密生物質(zhì)的形式，這些生物質(zhì)“燃料”的歸宿是有羽毛和皮革的牲畜或魚類的胃而不是鍋爐。
同樣，也有許多因素需要考慮——飼料配方、營養(yǎng)添加劑和衛(wèi)生，僅舉幾例。
事實上，在各自的技術中，兩個最響亮的名字——Amandus Kahl(平面模具)和CPM-加利福尼亞顆粒廠(環(huán)形模具)——分別于1925年和1931年開始為動物飼料行業(yè)提供顆粒解決方案。
可以說，今天市場上大多數(shù)(如果不是所有)主要的生物質(zhì)顆粒解決方案提供商都可以將他們的技術或業(yè)務起點追溯到動物飼料行業(yè)，在許多情況下，這一產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有五六十年的歷史了。
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)轉移來的技術，從殘留物中生產(chǎn)燃料。
1981年，Mora舉行了重大的奠基儀式，當時被吹捧為歐洲最大的專用木屑顆粒工廠。Mora顆粒廠設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、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閉，尤其是對注入外來資本的Mora來說。幾年后，該工廠的設備被賣給了另一家顆粒廠。
據(jù)報道，一個關鍵的錯誤是商業(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。
…和一次巨大的成功
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，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供應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Lantmännen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化和裝運
從煤到顆粒的工業(yè)應用和燃煤電廠轉化的發(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Mälaren湖北岸的燃煤Hässelbyverket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Härnosand。
第一批顆粒于1992年投入使用，1993年由過山車運輸?shù)紿ässelbyverket。
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Lövsta垃圾燃燒熱電聯(lián)產(chǎn)工廠投入運營，將關閉Hässelbyverket。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。
Hässelbyverket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Hässelbywerket，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Öresundkraft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。
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)務相結合。
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Hässelbyverket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是第一個達到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。
Öresundetskraft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當?shù)厥袌觥?/span>
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)展成為最大的木屑顆粒消費者。它不僅將所有四個600MWe機組從煤炭轉換為木屑顆粒，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施，以服務于北約克郡的發(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。
最重要的是，在運營健康和安全方面，特別是在火災和灰塵方面，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)領先地位，值得贊揚。
2023年將轉向顆粒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)應用，如沼氣、廢水處理和廢物管理/回收，其中（致密化材料的）最終用途可能是能源，也可能不是能源。
