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觀察| 哥本哈根 :“以人為本”的先行者

2020-11-14 11:13:45 太陽能發電網
2019年,哥本哈根向全球展示了兩項驚艷的能源新技術:一是高溫熱能存儲技術,二是北港新城的能源互聯網技術。有人曾在網上提問:“丹麥不是島國,為什么還要把首都哥本哈根設在西蘭島上?”網友的回答是出于軍事考慮。17世紀中期,瑞典名將、被稱為“野戰炮兵之父”的托爾斯藤森率軍從丹麥南部侵入,橫掃日德蘭半島

2019年,哥本哈根向全球展示了兩項驚艷的能源新技術:一是高溫熱能存儲技術,二是北港新城的能源互聯網技術。


有人曾在網上提問:“丹麥不是島國,為什么還要把首都哥本哈根設在西蘭島上?”網友的回答是出于軍事考慮。

17世紀中期,瑞典名將、被稱為“野戰炮兵之父”的托爾斯藤森率軍從丹麥南部侵入,橫掃日德蘭半島,實力不濟的丹麥人只能退守海島。

之所以被打敗,丹麥自身實力不夠是一方面原因,還有一個原因是日德蘭半島盡管三面臨海,但一馬平川、地勢低平,根本無險可守。而西蘭島四面環海,周邊又有多個小島環繞,安全性高。所以,丹麥把首都哥本哈根設在西蘭島也就不難理解了。

從軍事角度看,地形低平是劣勢,但對于風電場來說,這種地形卻有得天獨厚的優勢。在風電場的選址標準中,有兩個條件非常重要:一是風電場場址周圍3~5公里范圍內,地勢高差均小于60米;二是風電場周邊3~5公里范圍內,最大坡度不超過3%。

足夠“平”,讓哥本哈根在全球風電之路上率先起跑,并躋身國際綠色城市。



 平坦地帶的風電往事

2001年,丹麥在距離哥本哈根3.5公里處興建了一座海上風電場——米德爾格倫登風電場。風電場擁有20臺風機,發電能力達40兆瓦,發電量可以滿足哥本哈根全市4%的用電需求。米德爾格倫登風電場不僅是當時全球最大的海上風電場,而且為風電場 投資提供了一個新模板。 

在發展風電的初始階段,哥本哈 根一度面臨與其他地方相同的困難。 這些困難包括城市用地問題、初始投資 高、公眾對風機噪聲污染的疑慮等等。 其中,公眾對風電的疑慮是其中最大的 問題。為了讓公眾了解風電,當地政府 決定發動公眾參與風電投資。

在米德爾格倫登風電場,50%的資 金來自哥本哈根市所屬企業,另外的 50%則由一個8000位投資者組成的合 作集體投資,合作集體的參與者多為本 地居民。此后,為落實《2025年能源 規劃》新增360兆瓦風機的目標,這個 合作集體又發行了4萬多股股票,股價 為567歐元,任何丹麥居民和外國人都 可以購買。 

通過投資,很多居民提高了對風 電的認知,并把發展風電與自身利益聯 系起來。一種正向激勵開始在哥本哈根 形成——當地政府可以利用本地資源發 展風電,項目也得到了民眾的支持與參 與。

隨著風電場不斷落地,如何儲存風電又成為新的問題。

風電受天氣因素影響大、隨機性強。當風力強勁時,哥本哈根附近風電 場每天生產的多余電力高達1~2兆瓦。 根據丹麥與鄰國挪威之間的電力合作協 議,多余電力可以出口到挪威。在本地 電力供應不足的時候,丹麥則可以從挪 威進口相應的電力。 

然而,鄰國之間的能源合作只能 部分緩解新能源出力不均,要想徹底解 決這個問題,最直接的辦法還是發展儲 能。然而一直以來,全球主流的儲能路 線是采用鋰電池技術。鋰電池不僅價格 昂貴,而且一旦后續處理不當,就可能 對環境造成污染。為此,丹麥希望找到 一種造價低、環保性高且設計簡單的方 法——石庫儲能。

所謂石庫儲能,即高溫熱能存 儲(High-temperature Thermal Energy Storage ,簡稱HT-TES)。 它通過把風電轉換成高溫氣體,充進石 庫里加熱石頭。在需要時,再讓石頭釋 放儲存的熱能,用于發電。

 加熱石頭并把它們作為能源使 用,這不是新的發明。在很多地方的古 籍中,就有“用火烤熱石頭,再把它投 入水里加熱水或者產生蒸汽”的記載。 因此,高溫熱能存儲技術其實是對人類 古老方法的再次應用。 2019年3月,經過3年的準備,一 個石庫儲能模型在哥本哈根科技大學 里索國家實驗基地投入使用。丹麥教育 與科研部長托米•阿勒斯在揭幕儀式上 說:“能源存儲技術是我們在開發利用 可再生能源上的薄弱環節。今天,我們 將使用的這項高溫熱能存儲技術填補了 這一空缺。” 

由于沒有高山和合適的地表巖層 作為儲能石庫,科研人員專門修建了 一個半地下的圓形石庫。石庫被0.2米 厚的混凝土和0.4米厚的絕緣材料包 裹,里面填滿從瑞典特意挑選的輝綠 巖石塊。 

多余的風電會被用來加熱氣體, 待氣體溫度達到600攝氏度時,再用熱 泵將熱體壓入石庫,加熱里面的石塊并 保存熱能。在需要熱能時,再將低溫氣 體吹進石庫,排出里面的高溫氣體,推 動發電機發電,或直接為城市供熱。按 照設計,這個石庫的儲能容量是1兆瓦時,儲滿需一天的時間,可在損耗小于5%的情況下保存熱量長達數日。

據悉,石庫的造價約為46美元/千瓦時,使用年限在30年以上。在越發強烈的儲能需求下,石庫儲能具有較大的成本優勢。 


未來城市的綠色新路 

就在石庫儲電推出的同一年,哥 本哈根市還向世界展示了其精心打造的 未來城市試點項目——北港新城。 

這座新城位于厄勒海峽西岸,從 2013年起,哥本哈根城市與港口發展 公司投資6.68億丹麥克朗,希望在此建 設一個可供4萬人居住、并能提供4萬 個工作崗位的新城。 

在新城建設中,能源是非常重要 的部分。經過四年半的研究,哥本哈 根政府推出了一份《北港能源試點》規 劃。規劃向世界展示了一座能源可持續 發展的未來城市樣板,這里不僅擁有整 合高能效建筑、智能管理電網和新型供 電供熱,而且具備先進且全方位的智慧 節能解決方案。 

和很多綠色城市不同,北港新城 的能源改造規劃不局限在更換隔熱玻 璃、改裝節能燈等常規措施上,而是更 關注優化哥本哈根電網和集中供熱網的 基礎,以熱泵結合、低溫供熱等方式實 現按需供熱,采用不同形式的熱能存儲 設施糾正能量供應的不平衡,開發智能 動態管理系統以整合公共建筑、交通設 施和普通住宅的能耗。 

丹麥科技大學電力能源研究中心 研究員尤石曾把北港新城概括為“典型 的能源互聯網樣板”,因為這里涵蓋了包括太陽能光伏和智能樓宇,以及不同 的能源類型融合,形成了一個靈活互動的體系。 

在北港能源策略落地過程中,哥本哈根延續了風電“公眾參與”的傳統。 

眾所周知,城市能源基礎設施和 終端用戶差異較大,如果不能關照到各 個利益相關方,就可能對設計、運行、 結果產生影響。正如尤石所說:“如果 你想實現一個智能方案,這個地區的利 益相關者需要合作,在城市的話,也許 他們可以推出一些新的解決方案來引領 綠色革命……當然最終用戶必須放在中 心,因為他們是未來設計和發展的目 標。” 

因此,新城的能源改造措施,經過了7000位居民以及企業單位參與的 實驗。研究人員用大量現場采集的數 據對能源消費情況進行研究,從能源 供需的形式、時間和時段統一整合調 控,以檢驗其能否實現高能效和低浪 費。 

丹麥曾為哥本哈根定下“2025年 實現碳中性”的目標。所謂碳中性,就 是通過各種削減或者吸納措施,實現當 年二氧化碳凈排量降低到零。

 當下,借助綠色電力和智慧用 能,哥本哈根對實現“世界第一個二氧 化碳中性都市”的目標充滿了信心。這 座以人為本、世界幸福指數最高的城 市,不僅要在全球氣候變暖中做出杰出 貢獻,而且通過不斷地調整和改變,讓 人們的需求得到滿足。






作者:秦昭 來源:能源評論 責任編輯:jianping

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