一、生物質能在我國農村社會發展中的作用
    生物質能一直是人類賴以生存的重要能源，是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統中占有重要地位。有關專家估計，生物質能將成為未來可持續能源系統的重要組成部分，到本世紀中葉，采用新技術生產的各種生物質替代燃料將占全球總能耗的40%以上。
    我國是一個人口大國，又是一個經濟迅速發展的國家，面臨著經濟增長和環境保護的雙重壓力，因此改變能源生產和消費結構，開發利用生物質能等可再生清潔能源資源對我國建立可持續的能源系統，促進國民經濟發展和環境保護具有重大意義。
    開發利用生物質能對我國農村更具特殊意義。我國80%人口生活在農村，秸稈和薪柴等生物質能是農村的主要生活燃料。廣大農村地區擁有豐富的生物質能源資源，據估計，農業和林業每年可以提供的固體能源資源約有6億—7億噸，所含能量相當于3億一3.5億噸標準煤，即占2005年全國商品能源生產總量的15%一17, 4%。以北京地區為例，粗略統計，北京郊區、縣，每年產生的可作為能源利用的農作物秸桿、果樹剪枝和薪柴，以及市區產生的綠化廢棄物（樹枝、樹葉等）大約有400萬噸，其能量相當于200多萬噸優質原煤。雖然有如此豐富的生物質能源，但是由于技術和經濟方面的原因，目前即便是生活在廣大農村的農民也以煤炭作為家庭生活的主要能源，這既造成了嚴重的能源浪費和環境污染，同時也增加了農民的經濟負擔。
    由于我國地廣人多，常規化石能源不可能完全滿足廣大農村日益增長的需求，而且由于國際上正在制定各種有關環境問題的公約，限制二氧化碳等溫室氣體排放，這對以煤炭為主的我國是很不利的。因此，立足于我國農村現有的生物質資源，研究新型轉換技術，開發新型燃燒設備既是農村發展的迫切需要，又是減少二氧化碳等氣體排放、保護環境、實施可持續發展戰略的根本需要。在農村盡可能采用新技術，多用生物質能，減少煤炭等化石能源消耗，可以收到一舉多得的效果：
    首先，減輕農民經濟負擔，幫助農民就業增收。農民增加生物質能消費，可以減少商品煤的購買量，從而減少現金支出；生物質原材料的收集及供應可創造大量新的工作崗位并給農戶帶來直接收益。
    其次，提高農民生活質量，改善農村環境條件。生物質燃料的含硫和含灰量遠低于煤炭，燃燒溫度較低，代替煤炭可以減排二氧化硫、氮氧化合物和灰渣，既能改善農戶的室內衛生，又能減少村莊灰渣的堆放和運輸量，利于改善村容村貌。
    第三，利于保障能源供應，提高能源利用效率。從農村置換出來的部分煤炭可以用于大容量機組發電或其他用途，既可以緩解煤炭供應緊張的局面，也可以避免農村用煤的低效率造成的浪費。
    第四，減排二氧化碳，潔凈大氣環境。在生物質生長——燃燒利用的循環周期中，大氣中的二氧化碳凈增長為零。
    第五，有利于實現可持續發展。生物質能是可再生能源，其可持續性優于石油、天然氣、煤炭等不可再生能源。
二、生物質顆粒燃料在我國農林廢棄物利用中的作用
    我國每年都產生大量的農林固體廢棄物，如農作物秸稈、果樹剪枝、薪材、林產品加工廢料等。長期以來，由于缺少高效、適用、清潔的利用技術，我國的農林固體廢棄物能源資源沒有得到有效的利用。在我國農村地區，如今不少農戶選擇減少甚至放棄使用生物質固體燃料，而轉為利用化石燃料一煤炭和液化石油氣等作為家庭生活的主要能源。表1是清華大學去年針對北京市一郊區23個行政村（包括平原村、半山區和山區村）實地調查所統計出的當年戶均生活能源消費和耗能結構，富通新能源生產銷售的秸稈顆粒機、木屑顆粒機專業壓制生物質顆粒燃料
    從該表可看出，煤炭等商品能源在所調查農村地區的使用比例占據主導地位，從經濟成本看，由于煤炭和液化石油氣的價格不斷上漲，大量使用煤炭等商品能源，使農民家庭用于能源消費的費用占家庭支出的比例越來越大，表2是被調查家庭年支出采暖費的分布情況。
    我國目前農村地區的能源利用逐漸呈現出結構性的矛盾，即對商品能源的需求及使用比重漸長，而對大量可再生能源如農林廢棄物的利用比例沒有有效增加。為了改善能源結構，提高能源效率，提高農民的收入和生活水平，必須充分開發、利用廣大農村地區的農林廢棄物。
    此外，我國農村地區用能問題還表現在能源資源利用效率的低下和落后。就生物質能而言，農村普遍采用粗放方式直接燃燒原生態秸稈和薪柴的熱效率只有10%~15%，燒煤的效率也很低，家庭取暖用的燃煤小鍋爐的效率只有40%~50%。北方農村冬季取暖年均能耗(25千克~40千克標煤／平方米)遠高于城鎮采暖平均能耗（20千克標煤／平方米），低能效導致耗能過高，不但浪費資源，而且污染環境。今年1月，清華大學、香港大學及農業部科技發展中心能源生態建設處等單位在遼寧、黑龍江、甘肅三省進行了農村能源調研，發現落后的燃燒方式和設備使農戶室內的污染物（一氧化碳和可吸入顆粒物）濃度普遍偏高，尤其是可吸入顆粒物嚴重超標，危害著廣大農民的身體健康。
    因此，大力開發低成本的顆粒燃料的生產和燃燒技術，是利用我國農林廢棄物的最佳選擇。顆粒燃料含灰量、含硫量比煤低得多，燃燒產生的污染物少；顆粒燃料的形狀規范，燃燒容易控制，燃燒效率高；顆粒燃料是可再生能源，二氧化碳零排放，其大量利用有利于我國農村地區的可持續發展。
三、生物質顆粒燃料常溫壓縮成型及燃燒技術概述
    為了利用生物質能資源，學術研究領域致力于把生物質原料轉換成氣體、液體和固體燃料加以利用。從能量守恒、節約能源資源的角度考慮，固化成型直接燃燒技術是能量轉化最高的能量轉化利用方式。
    生物質固體成型燃料有生物質顆粒、生物質壓塊（棒）和木炭。木炭必須以木材為原料，通過干餾制取，能耗大、成本高，還有二次污染問題。生物質壓塊（棒）的制造工藝是，或者在極高壓力下(>100MPa)直接壓制（螺旋擠壓和柱塞沖壓），或者在高壓和加熱條件下壓制。這些工藝的共同缺點是成型部件磨損嚴重、壽命短，成型能耗大，對原料含水率要求較嚴，生產率偏低，工作穩定性差。由于生物質壓塊（棒）的體積較大，其應用的范圍和便利性也受到了嚴重制約。我國不少研究機構和企業，多選擇生物質壓塊（棒）的技術路線，但還未取得具有規模化產業開發價值的研究成果。經過國外和國內長期的研究開發實踐，鑒于固體燃料的科學燃燒利用特性，生物質顆粒化成型逐漸變成了固化燃料的主流技術。
    目前，將生物質原料壓縮成顆粒燃料與顆粒燃燒的技術是生物質固化成型燃料技術中受到最普遍采用的一種，在歐、美、加、日等發達國家，已有30多年的發展歷史。這種技術的開發和應用是20世紀70年代初第一次“能源危機”直接刺激的結果，后來又受到減排溫室氣體的強有力的推動。
    在顆粒化成型方面，歐美國家采用的技術都是集中的工廠化生產，加工過程復雜，其流程是：原料儲存一原料預處理一粉碎一千燥一加溫一壓縮一冷卻—包裝，因而設備多，體積大，一次性投資大，生產能耗和成本高，很難在發展中國家推廣。
    北京惠眾實科技有限公司致力于生物質能的技術開發和應用研究，通過與清華大學密切合作發明了一種生物質顆粒成型技術（國外稱其為“冷成型”技術），在國際上最先突破了熱壓縮工藝的限制，以比較簡單的工藝和設備就能將農作物秸桿、林業廢棄物加工成顆粒燃料。目前，惠眾實公司與國家電網公司下屬公司合資成立國能惠遠生物質能發展有限公司簡稱國能惠遠公司共同推進此項技術的產業化發展。
    自2004年研究成功第一臺定型試驗機以來，這一技術很快受到國外和國內的高度關注，并呈現出較快的積極發展態勢。2004年1月，科技部支持國能惠遠公司進行“生物質常溫壓縮對輥機型的研制”，將其列入“十五”國家科技攻關計劃課題。到2005年6月，完成了對輥機型（臥式機）樣機的研制，并投入試驗運行。初步試驗結果表明，該樣機的主要性能達到了課題任務書中的考核指標，目前正在進行機型的進一步改進和長時間運行考驗。
    2004年5月8日—18日，歐盟生物質能標準起草單位、瑞典農業科學大學生物質技術與化學中心沃爾森的專家小組在清華大學對處在調試階段的V型立式顆粒成型試驗機進行了現場試驗測試。同年9月20日，該中心出具了試驗測試報告。在對試驗測試結果的評論中，認為“試驗表明了這種新的生物質顆粒燃料的‘冷成型’技術有很多有意義的結果，它在生物能源領域會有巨大的潛力。瑞典開發顆粒燃料新計劃指導委員會( SLUP)判定：值得加強評估該項技術，特別是對于產自北歐的軟木原料以及能源植物等新原料”。鑒于積極的測試結果，對方又提出在我方已有研究成果和知識產權的基礎上，雙方合作進行深入的后續研究開發，以推動這一技術進一步完善和成熟。2005年7月瑞典農業科學大學就此和清華大學簽訂了為期四年的合作協議，并從國能惠遠公司購買了2臺試驗機運往該中心的實驗室做試驗平臺。
    從2005年初開始，國能惠遠公司和清華大學合作研究開發生物質顆粒燃料炊事采暖兩用爐，以適應北方農村家庭冬季用熱水取暖、燒水做飯和熱炕的需要。該爐的設計輸出熱功率為8. 4kW，供暖建筑面積100 ~120平方米。至2005年8月，研制出了第一臺試驗爐，爐子由一個料斗、兩個燃燒室和灶臺、一個熱水換熱器組成，運行采用自動給料、煙囪自然通風方式，試驗運行基本正常，實現了預定的設計功能。
    國能惠遠公司在研究開發生物質顆粒燃料冷成型技術的過程中，十分重視對知識產權的保護，先后在國內和國外申請了有關的發明專利。國能惠遠公司和清華大學通過密切合作進行自主創新研究，在生物質顆粒燃料冷成型技術方面取得了在國內外有開創性的、具有完全自主知識產權的成果，這些成果對我國及其他發展中國家的農林廢棄物的開發利用有誘人的潛在應用價值，對發達國家也有很強的吸引力。
    生物質能顆粒常溫壓縮成型及燃燒技術簡化了國際上現行的生物質顆粒燃料成型工藝，使生物質原料在自然干燥含水率下經過粉碎就可以直接壓縮成顆粒燃料，不需干燥、加熱和冷卻的過程，從而大大減小了設備的體積，降低了設備的造價、成型能耗和運行成本。更為重要的是，由于成型工藝簡單，顆粒成型機體積小，可以方便地將成型設備從一個地方移動到另一地方，使之靠近原料產地，采取分布式生產方式，就地加工顆粒燃料，就地將顆粒燃料銷售給用戶。這樣就可以顯著降低生物質原料的運輸成本和顆粒產品的配送成本。我國大約有65萬個村莊，居住著約7.45億人口，每個農民家庭平均只有0.49公頃可耕地，所產的農林廢棄物不多，每戶家庭的收入較低。在這樣的國情條件下，作物秸稈的收集、運輸都是分散進行的，規模很小。正是生物質顆粒燃料常溫成型及燃燒技術的特點，使得顆粒燃料的加工可以采取逐村逐村流動的方式。通過這樣的途徑為我國農民提供高質量的生物質顆粒燃料，適合我國農村具體的社會和經濟條件。
四、生物質顆粒燃料常溫壓縮成型及燃燒技術的示范應用
    為了驗證生物質顆粒燃料常溫壓縮成型及燃燒技術在我國農村地區應用的可行性，國家發改委資助國能惠遠公司在北京懷柔區實施一小型示范項目。2005年10月至2006年3月，是該示范項目的第一階段。在此階段中，在懷柔區的一個鄉村安裝了兩臺試驗成型機，利用農作物秸稈和木材鋸末加工顆粒燃料；同時為村中的7戶農家安裝了專門設計燃燒顆粒燃料的炊事采暖兩用裝置，在冬季取代煤炭進行家庭供暖和炊事。第一階段的示范結果是成功的。
    （一）成型機的示范結果
    示范用的2臺示范成型機分別是V型立式機和VI型臥式機，二者的設計產能分別是200千克／時和300千克／時。使用了幾種不同的原料，表5是VI型臥式機的顆粒成型報告。
    表4是在VI型l#機上對兩種原料在不同含水率和給料量條件下的造粒試驗結果。兩種原料的成型性能差別較大。玉米秸的成品率較高，但混合料的顆粒產量較大。混合料中的木質成分多，成型能耗較高，但都低于設計成型能耗指標60度／噸。通過第一階段的顆粒成型示范運行，證明了該項冷成型技術從實驗室過渡到試生產獲得了成功，其實用性得到了生產實踐的考驗。
    （二）炊事采暖兩用爐示范情況，
    在我國北方農村，農戶在冬季一般采用三種方式來滿足家庭的炊事和取暖需要：(1)用液化石油氣或蜂窩煤或秸稈、薪材做飯；(2)用燒塊狀煙煤的小鍋爐取暖；(3)用燒秸稈或薪材灶的熱煙氣加熱炕，一種用磚和砂漿砌成的床鋪，它具有蓄熱功能。這既浪費能源，又造成農戶的室內污染，并且加大了農民的勞動量。為了讓示范農民使用顆粒燃料，專門設計制造了一種顆粒燃料炊事采暖兩用裝置。該裝置由一個料斗、兩個燃燒爐和一個熱水換熱器組成。燃燒爐可以做飯，熱煙氣從燃燒爐進入換熱器加熱采暖的熱水，離開換熱器的煙氣可以流過火炕里的煙道而加熱火炕。燃燒室的給料是自動連續的，給料量可以人工調節；爐篦子上的積灰被自動定時地清除。設計的爐子輸出熱功率為8,4千瓦，可以供100～120平米的房子冬季取暖。這一套裝置可以代替北方農村的三種燃燒方式，同時實現前述三種功能。
    示范村莊的7家農戶在第一階段的121天采暖期內，使用上述炊事采暖兩用裝置，實現了燃料置換的示范。據統計，在采暖期內平均每戶消耗的顆粒量是6 438千克，平均日消耗53千克。采暖期內7戶農民的平均室內溫度在14度以上，有火炕的臥室溫度達到18度。兩用裝置的總熱效率可達到80%。由于顆粒的燃燒效率和兩用裝置的熱效率遠高于燃煤爐和秸稈／柴灶，采暖期內每戶可替代5~ 5.5噸優質煤。7家農戶對示范效果很滿意，認為使用顆粒燃料，家里干凈了，冬天室內溫度提高了，減少了勞動量，也使農作物秸稈和柴禾得到了充分利用，節省了購買煤炭的費用支出。
    （三）示范點使用顆粒燃料的經濟性分析
    從懷柔區的示范結果看，使用生物質顆粒燃料常溫壓縮成型及燃燒技術提供的生物質顆粒在經濟上較之傳統能源更為節省，得到了示范農戶的認可和接受，主要體現在：一是生物質顆粒可以實現自動給料，持續燃燒時間為24小時，暖氣給水溫度穩定在70度以上，冬季室內平均溫度為16度，比傳統燒煤更清潔、方便，無污染；二是使用更經濟、成本相對低，具體情況見下表5：
    由示范點的上表可看出，使用生物質顆粒燃料在相同溫度條件下比常規能源更經濟，更節省成本。除了使用的經濟性之外，生物質顆粒燃料也便于存放，可以較好地解決農村柴草堆放問題，利于環境建設，此燃料的零污染排放，也特別有利于農村環境保護，減少廢氣排放量。根據燃煤排放系數，專家測算出，每使用100萬噸生物質顆粒燃料，可替代原煤75萬噸，相應地可減少對大氣造成污染的二氧化碳排量達161萬噸，煙塵排量1.5萬噸，一氧化碳0.75萬噸。
    需要說明的是，表5的顆粒燃料價格僅是基于目前示范點。我們生物質能顆粒燃料的市場成本將主要取決于資源條件和成型系統造價。資源條件主要體現在原材料的收集和運輸成本；成型系統造價包括設備部件價格、安裝和配套維護費以及能耗等費用，它的造價取決于工業化規模和工藝流程等，還有政策影響，如財政補貼、所得稅和增值稅等。  +
五、生物質顆粒燃料常溫壓縮成型及燃料技術在我國農村的大規模推廣
由于第一階段的示范收到了令人鼓舞的結果，北京市政府決定加快該技術的示范速度，擴大示范規模，要求今年冬季實現顆粒燃料替代的農戶達到1000戶以上，顆粒燃料年產量要達到10000噸以上，北京市還要求在2008年完成“百村萬戶”工程，即有上萬戶農民家庭使用該技術生產的生物質顆粒燃料，以有序推進生物質能源在北京市郊區農村的普及使用。
    為了有效完成上述目標，我們正積極與相關政府部門密切合作，加緊進行以下幾方面的工作：一是對顆粒成型機繼續進行優化設計，改進其制造工藝，提高其運行可靠性和易損部件的使用壽命；二是對顆粒燃料的燃燒設備繼續進行優化設計，以提高其熱效率和使用的可靠性，進一步降低煙氣中濃度，降低燃燒設備的造價，同時，還要設計新的專門為農戶做飯用的簡便的顆粒燃料爐；另外，為適應規模化批量生產的要求，現在起就需要設計批量生產顆粒成型機和顆粒燃料燃燒設備工廠的工藝流程，為相關的設備制造廠的建設作好前期準備。
    目前看來，生物質顆粒燃料常溫壓縮成型及燃燒技術能較好地契合我國農村地區的實際情況，在我國農村地區進行大規模推廣基本可行。通過政府、企業及社會各方資源的共同努力，可以建設起一全新的可再生能源產業領域，即集生物質能原料收集、生產、加工與轉化、能源產品與應用等為一體的完整的產業鏈和技術服務體系。該產業體系的建設可以在我國農村發展起能源農業，從而建設起一批生物質能生產、加工與轉化、產品與應用的工業企業，進而為轉移農村剩余勞動力提供出路。
    為了有效地推進生物質顆粒燃料成型及燃燒技術在我國農村地區的大規模應用和推廣，有必要逐步建立起比較完善的生物質能產業管理和技術推廣服務體系。該體系應在政府主管部門的領導及支持下運作，可結合多方資源逐漸建立起由國家、省、地（市）、縣四級組成的管理和推廣體系；同時，政府部門可投資建立按區域劃分的農村生物質能技術培訓中心，重點支持生物質能資源豐富的省份建立省級技術推廣服務站，并建立起生物質能產品和設備的質量監督檢驗測試中心。總之，從中央到地方逐漸形成比較完善的生物質能產業管理、推廣、科研、培訓和監測體系，并制定出相應的法規、標準和管理制度，為該產業的健康有序發展奠定良好的工作基礎。
    此外，在生物質能顆粒燃料成型及燃燒技術的推廣過程中，還有必要逐步建立起相應的產業扶持政策和法規。有關生物質能發展的政策法規工作目前仍處于起步階段，地方投資力度也遠未激發口國家主管部門對發展生物質能有必要出臺系統性的指導性意見和具體的產業扶持政策，各級領導和主管部門對提高對農村生物質能能源建設的重視程度仍需提升。
六、結論
    發展生物顆粒燃料成型及燃燒技術是我國大規模利用農林廢棄物的重要途徑，對我國農村的可持續發展極其重要，也特別符合我國新農村建設的現實需要。該技術對生物質顆粒燃料成型技術有重要的革新，其突出特點是不加任何粘結劑，在常溫下以低能耗把粉碎的生物質原料加工成顆粒。由于成型工藝簡單，顆粒成型機體積小，可以方便地將成型設備從一個地方移動到另一地方，使之靠近原料產地，采取分布式生產方式，就地加工顆粒燃料，就地將顆粒燃料銷售給用戶，這樣就可以顯著降低生物質原料的運輸成本和顆粒產品的配送成本，這就為該技術在我國農村地區的大規模推廣和應用創造了可能。從目前小規模示范的初步結果看，該技術符合我國農村特定的環境條件，受到了農戶的歡迎和積極評價，適宜在我國農村推廣應用。
    同時，我們也應認識到，生物質能技術的開發和利用直接關系到國計民生，關系到國家發展戰略的實施，生物質顆粒燃料成型及燃燒技術的發展和推廣離不開相關政府主管部門的管理指導和扶持，這也是當前國際上生物質能產業發展較為先進國家的通用做法和成功經驗。為此建議，在生物質顆粒燃料常溫成型及燃燒技術進行大規模推廣應用的過程中，相關政府主管部門能逐步出臺具體的產業發展支持政策和措施，以有效有序地推進此產業的發展壯大，富通新能源不但生產銷售秸稈顆粒機、木屑顆粒機等生物質燃料成型機械設備，而且還大量銷售生物質顆粒燃料。