春發綠能科技有限公司-專營木顆粒

新能源之星-木質顆粒2015-07-10


撰文:翁鳳英
在能源供應吃緊的時代裡,開發新能源與節約能源成為大家非常關心的議題。除了各類綠色能源的開發以及具體行動節約能源外,還應積極地再利用各類廢物料來產生能源。例如垃圾分類將有機垃圾產生可供利用之沼氣,即是廢料積極再利用與珍惜資源的好範例。
在大自然裡自然死亡的樹木,或鋸木廠裡因切割或刨木所產生的廢木料,如果放一把火燒了或任意廢棄,在現今天然資源愈發稀少且彌足珍貴的時代裡,是相當可惜的。因此,善用資源且深具能源概念的歐洲人,將廢木料重新製造成規格一致的「木質顆粒」,以做為屋內暖氣和熱水的能源來源,是廢物利用的良好示範。因此創新技術和現代思維所產生的木質顆粒,現在也已然成為新能源的未來明星。本文旨在探討木質顆粒以生質能源角色在德國的發展,希望能提供各界另一個思考能源利用的角度。

木質顆粒規格與成品製造規範


燃燒木質顆粒成為暖氣和熱水能源來源始於1980年代,最早在美國和加拿大被拿來運用,後來在1990年代開始才在奧地利和北歐國家被廣泛地使用。在德國,從1999至2000年之間是木質顆粒興起時期,直至2008年初,全德大約有8萬個家庭使用木質顆粒做為暖氣和熱水的能源來源,而單在北萊茵州則有超過8千座木質顆粒燃燒設備裝置使用中。木質顆粒之所以盛行的原因在於,依據北萊茵州州能源局所發布的資料,在於油價與瓦斯價格急速上揚,以及木質顆粒本身具有使用方便且環保的特色,因而逐漸受到大家的歡迎。
木質顆粒的原料採自天然的乾燥廢木料,像是鋸末、刨屑和森林裡自然死亡的樹木不加任何化學黏著劑,以高壓方式壓縮時自然釋出黏結性物質獲得而成規格一致的圓柱形顆粒,直徑為0.6公分,長度則從2∼3公分不等,它的發熱能量為每公斤5kWh,或可說1公斤的木質顆粒的發熱能量大約等於半公升的暖氣油料。
為了確保木質顆粒品質一致,由政府所發布的木質顆粒品質規範,在德國為「DIN51731」,在奧地利則為「ÖNORMM7135」,廠商必須取得認證才能在市面上銷售木質顆粒。從2002年開始,德國政府另外頒布DINplus規範,是結合前兩者條件且更嚴格的品質要求,其中要求木質顆粒之水分必須低於10%,灰分量低於0.5%,氯含量也必須低於0.02%等。

木質顆粒的優點


對於使用木質顆粒當作燃燒原料的優點可分為數個方面來說明:
一、溫室氣體減量
木質顆粒與其他傳統能源比較起來,深具環保概念,產生1MWh(百萬瓦)的能量淨釋放35公斤的二氧化碳,遠低於電能的935公斤以及暖氣油料的375公斤。若一個家居單位能由使用暖氣油料轉變使用木質顆粒,則每年可降低5公噸的二氧化碳排放。對於製造商而言,用在製造木質顆粒的能源量也很低,大約是木質顆粒本身能量含量的3%。
二、運輸危險性小
巨型油輪海上漏油或油管破裂造因應全球二氧化碳減量之共識,德國政府積極鼓勵民眾使用再生能源如「木質顆粒」。成油料損失與環境污染的事件時有所聞,或爆炸與污染地下水源等的意外,若使用木質顆粒無此類意外發生可能。
三、供應源穩定
木料具環保可回收的特性,來源取自當地。以德國為例,所使用來製造木質顆粒的木料占已增生林木的三分之二,已增生林指的是流動林區。由於市場需求愈來愈大,全德大約有40家供應製造廠商,2007年總共生產出100萬噸的木質顆粒供應市場使用,2008年可望加倍供應量。
四、價格優勢
木質顆粒的價格並不會像油價或瓦斯價格一樣地輕易受到波動,它的價格較穩定,民眾可做較客觀的能源支出預估。

木質顆粒製程


德國目前木質顆粒的原料來源大致來講,來自鋸木廠,木屑的品質決定最後木質顆粒的燃燒發熱品質,在製造處理過程中,必須持續地執行品質控管。
要製造1公噸的木質顆粒必須用上6~8立方公尺的木屑,除了進料木屑的品質很重要,另外木屑的處理也扮演很重要的角色。使用的木屑理想的狀況應為同質性高的木材,另外也應考慮木屑的濕度以及它的顆粒大小,這樣可選擇一致加壓條件來進行壓縮。通常橡木的質地比其他一般堅果類樹木較硬,需要施以更大的壓力。
首先,木屑必須經由滾筒式的乾燥機烘乾,再利用磁鐵盤和過濾網將不必要的雜質如鐵片和石頭取出,之後進入木屑細碎機,方便以後的壓縮機將木屑壓縮成直徑0.4∼0.6公分的木條,最後進入篩選網將過大或過小的成品篩出。
木材纖維細胞壁的主要成分為木質素、纖維素及半纖維素等,在高壓的情形下,所產生的熱會使木材纖維細胞壁破裂並釋放出木質素等,因而並不需要任何的化學黏著劑。有些廠商為了使木屑充分黏合,會另外加入馬鈴薯粉(類台灣的蕃薯粉)或麵粉。
木屑要加壓之前,必須考慮溫度和水分含量,水分的加入通常以蒸氣來供應。水分在木質顆粒中的含量大約在10∼15%之間,潤濕的時間大約為15∼20分鐘。
經過適當處理的木屑,迴轉式計量戽斗接著將等量的木屑送進圓孔形模型裡碾磨並壓縮,然後依標準切割需要的長度,最後以冷空氣冷卻,其中的木質素會因遇到冷空氣而變得更堅硬。之後成品進入最後的篩選網中,淘汰出約1%的不良品,最後經由卡車送至消費者手中。

與太陽能光電板的完美結合


燃燒木質顆粒的設備可以和太陽能光電板結合,在夏日太陽光強烈時,甚至不必啟動木質顆粒燃燒設備,即可將太陽能儲存在緩衝儲存槽中來供應需求;而在太陽幅射不夠時,相對地也可以啟動木質顆粒燃燒設備來補足不夠的能源需求。此類將兩種不同能源結合在一起的發電設備,其中有系統調節器可隨時依溫度的高低,決定太陽能足夠發電或應啟動木質顆粒燃燒設備。
依據北萊茵州州能源局所發布的資料,若家中設置此種發電設備,1年可望省下三分之一的能源費用。

燃燒木質顆粒的價格優勢


木質顆粒能夠成為替代化石燃料的好選擇,可以從價格窺見其原因。依2007年9月斯圖加特大學所公布的資料,以家庭單位來計算,使用木質顆粒的家庭年花費為398歐元,而使用液化瓦斯的則為915歐元,暖氣油料的也有683歐元,當然結合了太陽能光電板的最節省,只有319歐元。
木質顆粒的價格在德國各區有些差異,但大致上每公噸的價格在185歐元左右,燃燒木質顆粒有另一個特別的優點,就是它的應課稅為7%,遠低於暖氣油料和瓦斯的19%,因此每一個家計單位每年的暖氣熱水能源費用大約為526歐元。除了深具環保概念外,在節能和節省荷包上,木質顆粒也相當具有吸引力。

稅率與預算補助


因應全球二氧化碳減量的共識,德國政府在鼓勵民眾使用再生能源如木質顆粒方面,提出各項優惠措施,其中最重要的一項為聯邦環境、自然保護與核能安全部(FederalMinistryofEnvironment,PreservationofNatureandNuclearSafety,BMU)所擬定執行的市場優惠計畫(Marktanreizprogramm,MAP)。
該項計畫主要的目標在於藉稅率和預算補助,來鼓勵民眾使用再生能源,其中尤以必須自行安裝設備的太陽能、生質能和木質顆粒等的再生能源為優先補助目標;在供應廠商方面,政府則規劃預算幫助廠商增加投資可能性,也發動學界協助廠商研發改良設備,降低成本刺激市場需求。
從2008年1月1日開始,暖氣裝置容量在100瓩之間的設備,可獲得每瓩36歐元的補助。就木質顆粒燃燒設備而言,木質顆粒燃燒爐大約可獲得2,000歐元的補助,設備之一的緩衝儲存槽若容量到達30L╱瓩,則可以再得到2,500歐元補助。(作者為本刊駐德國特約記者╱有興趣的讀友可逕行上網查詢:www.aktion-holzpellets.de或www.energieagentur.nrw.de)

引用來源:http://www.ee.ncu.edu.tw/~linfj/greenpower/節能技術分類/(四)電力電子之節能技術提升與應用/再生能源/其他/01.pdf

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