歐洲區(qū)域性低碳能源的應(yīng)用情況

夏 云，張耀東譯

（1.國家電網(wǎng)公司電力需求側(cè)管理指導(dǎo)中心，南京 210024；2.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，南京 210003）

當(dāng)前，歐洲十分重視組建中、長期具有先導(dǎo)意義的大城市/大地區(qū)規(guī)?；哪茉聪到y(tǒng)，以期實現(xiàn)節(jié)能和減少CO2排放的目的，其中發(fā)揮地區(qū)優(yōu)勢，把熱能通過管網(wǎng)進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用的做法，對于其他各國的能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)具有一定的參考價值。

本文以哥本哈根市（丹麥）和海爾倫市（荷蘭）2個城市作為實例進(jìn)行介紹。

1 哥本哈根市地區(qū)供熱網(wǎng)與混合發(fā)電廠間的協(xié)調(diào)運作

哥本哈根市是經(jīng)濟發(fā)展走在世界前列的城市，其發(fā)展目標(biāo)是在2025年成為第一個“零碳首都”。對這一目標(biāo)的實現(xiàn)，起主要作用的是覆蓋全地區(qū)的總長度達(dá)1 500 km的供熱網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)與所連接的冷熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）以及電力市場協(xié)同運作，實現(xiàn)合理運行。

丹麥政府于2010年12月發(fā)表了“2050年能源供應(yīng)將擺脫礦物燃料”的目標(biāo)。2010年制定的丹麥熱能計劃（Denmark heat plan）中稱，2030年熱能需求中一次能源的礦物燃料基本可以擺脫依賴。

在地區(qū)能源系統(tǒng)技術(shù)方面，丹麥?zhǔn)鞘澜绲念I(lǐng)跑者，已經(jīng)積極地開展向海外技術(shù)輸出，其國內(nèi)先進(jìn)熱源系統(tǒng)的運行起著示范作用。

1.1 丹麥供熱事業(yè)的歷史

丹麥地區(qū)供熱歷史悠久，在哥本哈根市可以追溯到1857年創(chuàng)立的燃?xì)夤?yīng)公司。這就是后來的哥本哈根能源公司，自1925年開始開展地區(qū)供熱事業(yè)。

以20世紀(jì)70年代爆發(fā)的石油沖擊為契機，1976年以后新建的火電廠都必須承擔(dān)興建CHP的義務(wù)，其后在1979年規(guī)定了各自治體組織必須整合特定地區(qū)的地區(qū)供熱，對該地區(qū)內(nèi)建筑物有集中聯(lián)網(wǎng)供熱的義務(wù)。

1984年，哥本哈根市聯(lián)合哥本哈根電力公司制訂了熱能計劃,要求市內(nèi)所有建筑物都必須聯(lián)接供熱網(wǎng)絡(luò)，使中心街道與地區(qū)供熱網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，供熱網(wǎng)進(jìn)一步擴大。同年，熱能傳輸公司分別成立了CTR公司（承擔(dān)哥本哈根市區(qū)供熱）與VEKS公司（承擔(dān)鄰接哥本哈根市西部地區(qū)供熱），2家公司與哥本哈根電力公司緊密協(xié)同承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)熱供。

由于政策支持與市場完備，從1985年到1991年較短時間內(nèi)完成了大范圍的熱傳輸管線敷設(shè)。現(xiàn)在大約50萬戶家庭用戶和超過3萬個非家庭用戶接受了熱供應(yīng)，地區(qū)供熱覆蓋市內(nèi)熱能需求量（暖氣供應(yīng)與熱水供應(yīng)）的98%。

1.2 阿維多電廠機組采用生物質(zhì)燃料

丹麥供熱由3個層面構(gòu)成：熱能生產(chǎn)、傳輸與分配。熱能生產(chǎn)的最大業(yè)主是電力廠家DONG Energy和Vattenfall 2個公司。DONG Energy所屬的阿維多（Avedore）電廠規(guī)模為該國第二。電廠2001年開始投運2號機組，該機組屬多種燃料機組，木材顆?；鞜嚷首畲罂蛇_(dá)75%。2號機組同時可接蒸汽，專用的鍋爐可使用麥桔等燃料。

1.3 電力交易所（Nord pool）與CHP電廠聯(lián)動

CHP的機組運行狀態(tài)是影響Nord pool市場價格的重要因素。丹麥風(fēng)力發(fā)電、挪威水電都影響著電能的供應(yīng)，其中CHP承擔(dān)著供求平衡的調(diào)節(jié)作用。由于風(fēng)力發(fā)電等因素造成供電量發(fā)生變化，發(fā)電廠以1 h為一個時間單位對變化情況進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)市場電力價格下降時，運用CHP出力進(jìn)行調(diào)節(jié)，相反，當(dāng)市場價格升高時，CHP就增加發(fā)電量。因為采取CHP同時運行，所以熱需求量未必能保證時時平衡，為此諸如阿維多電廠那樣建設(shè)一個大型的貯水池可實現(xiàn)柔性運行。夏天有時會出現(xiàn)貯水池滿水，此時，發(fā)電機就使用冷凝水，余熱排放入大海。

1.4 發(fā)展“熱”“電”組網(wǎng)

VEKS公司是從阿維多電廠或其他熱能生產(chǎn)廠購入熱能后承擔(dān)傳輸?shù)囊患移髽I(yè)。據(jù)介紹，熱能的傳輸介質(zhì)均為高溫水，送出時為120～140℃，回送時約為50℃。最長距離是通過東西約40 km的管道，輸運管的熱損約3%。

VEKS公司提出了把供熱網(wǎng)絡(luò)與電力市場協(xié)同運行，發(fā)展“熱”“電”組網(wǎng)的概念。作為其中運行的一個環(huán)節(jié)，2008年VEKS、哥本哈根市內(nèi)承擔(dān)傳輸?shù)腃TR公司以及哥本哈根電力公司共同組建成立了VLE公司，以實現(xiàn)全市總體能源成本最低，新公司負(fù)責(zé)電/熱生產(chǎn)的最佳分配。

一般VLE公司提前一天收到DONG Energy和Vattenfall 2家發(fā)電廠送來的熱能成本曲線的提示，就電能與熱能的整體最低成本而進(jìn)行生產(chǎn)計劃的分配。因2家發(fā)電公司存在競爭關(guān)系，所以相互間成本曲線是不公開的。

接受生產(chǎn)量分配的2家發(fā)電廠家制訂基于地區(qū)內(nèi)分布的CHP或鍋爐熱生產(chǎn)量并提交給VLE公司，VLE公司通過電力市場價格和第二天熱需求的預(yù)測值，以及根據(jù)各地區(qū)熱傳輸管道的容量，與兩發(fā)電廠再次確定熱能的生產(chǎn)量。經(jīng)過3年的運行經(jīng)驗積累，預(yù)測精度已有很大提高。

1.5 未來供熱網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向

●目前的供熱網(wǎng)絡(luò)是蒸汽與高溫水并存，未來將統(tǒng)一為高溫水。

●熱源從目前的以礦石燃料為基礎(chǔ)向生物及清潔工廠廢熱“零碳”化方向發(fā)展，2030年基本實現(xiàn)擺脫礦石燃料。

●未來熱源的主要來源向生物CHP電廠、清潔工廠廢熱、大規(guī)模太陽能集熱轉(zhuǎn)移。

●隨著制冷空調(diào)需求量的增加，地區(qū)集中制冷向城市街區(qū)發(fā)展，逐步替代建筑物個體設(shè)置電動制冷空調(diào)。未來冷熱的供給是海水或河水的直接利用。

2 海爾倫市可再生能源利用項目

為適應(yīng)歐洲能源需求發(fā)展以及未來可持續(xù)性發(fā)展，歐洲委員會提出了一個新的主動性計劃，即CONCERTO Initiative（以下稱CONCERTO）。目前在歐洲聯(lián)盟第七研究/技術(shù)開發(fā)項目組下進(jìn)行工作。CONCERTO目前有23個子項目和58個地區(qū)參與者。項目均面向地區(qū)級，應(yīng)用可持續(xù)、高效能源應(yīng)用技術(shù)與可能再生能源，側(cè)重體現(xiàn)環(huán)境、經(jīng)濟及社會效益。

CONCERTO計劃中的子項Remining-lowex是對歐洲地區(qū)內(nèi)的礦區(qū)進(jìn)行再開發(fā)。本項目從廠方側(cè)來講，是把礦井水作為熱源加以應(yīng)用；從需求側(cè)立場看，基于低幅射污染原則的設(shè)計，形成一個可持續(xù)發(fā)展的地區(qū)。

2.2 Remining-lowex項目概況

海爾倫市位于荷蘭的東南位置，Limburg州與Eifel之間的丘陵地帶。興建于20世紀(jì)，與其他城市一樣從中心地區(qū)開始擴展。海爾倫市圍繞礦井向外不斷擴大，是一座以煤礦業(yè)發(fā)展起來的城市。

配備地下能源站的2處新建的辦公大樓以礦井取水作為冷/熱水源。在地下200～300 m處建立冷水井，在地下600～800 m處建立熱水井。水溫：冷水井為15～18℃；熱水井為30～35℃。夏天取水于冷水井、冬天取水于熱水井作為熱泵的熱源。

（1）辦公大樓（能源站）

辦公大樓設(shè)地下能源站。大樓內(nèi)有圖書館、會議大廳（2 500 m2）。與大樓相鄰的，還有保健中心（11 500 m2）、學(xué)校（2 200 m2）、超市等商用大樓（3 800 m2）以及330戶居民住宅和公寓（33 000 m2）。所有建筑均為新建，由能源站供應(yīng)冷/熱水。

在能源站內(nèi)，通過熱交換器取得礦井內(nèi)冷水或熱水，并將其作為熱泵的熱源進(jìn)行熱能供應(yīng)。受供建筑基于低污染原則設(shè)計，分高（18℃）/低（25.5℃）溫度要求分別供應(yīng)冷水或熱水，滿足冷暖空調(diào)應(yīng)用。

（2）荷蘭中央統(tǒng)計局大樓

帶地下能源站的荷蘭中央統(tǒng)計局，其建筑均實現(xiàn)了冷熱空調(diào)的應(yīng)用。在地下能源站內(nèi)設(shè)置有4臺貯水池以平衡辦公樓內(nèi)熱負(fù)荷波動。

2.3 Remining-lowex項目中的供熱體系

本項目的供熱體系結(jié)構(gòu)大體可分3個層次：第一層次是海爾倫市所掌握的Corio Energy NV公司，設(shè)施包括礦井水抽取的礦井設(shè)備及管道網(wǎng)絡(luò)，并把礦井水送給能源供應(yīng)商Weller Energy BV公司；第二層次是Weller Energy BV公司，負(fù)責(zé)以礦井水為熱源，通過熱泵及鍋爐向最終用戶端（第三層次）提供穩(wěn)定的冷/熱能源。

在引進(jìn)可再生能源系統(tǒng)時，許多場合會產(chǎn)生因系統(tǒng)初期成本高等因素而發(fā)生抵制設(shè)備引進(jìn)的情況。但從本項目的引進(jìn)情況看，礦井水的可再生能源應(yīng)用中必要的基礎(chǔ)設(shè)施所支付的高成本（井道以及供熱所用配管設(shè)施）由地方自治體供給，供能設(shè)施及至用戶端的管網(wǎng)是由供能公司、接受供熱并為低污染供熱而增加投資成本的終端用戶這三方進(jìn)行合理的成本分擔(dān)。

（資料來源：日本節(jié)能，2011（7）：79-85.）