2019年,哥本哈根向全球展示了两项惊艳的能源新技术:一是高温热能存储技术,二是北港新城的能源互联网技术。有人曾在网上提问:“丹麦不是岛国,为什么还要把首都哥本哈根设在西兰岛上?”网友的回答是出于军事考虑。17世纪中期,瑞典名将、被称为“野战炮兵之父”的托尔斯藤森率军从丹麦南部侵入,横扫日德兰半岛
2019年,哥本哈根向全球展示了两项惊艳的能源新技术:一是高温热能存储技术,二是北港新城的能源互联网技术。
有人曾在网上提问:“丹麦不是岛国,为什么还要把首都哥本哈根设在西兰岛上?”网友的回答是出于军事考虑。
17世纪中期,瑞典名将、被称为“野战炮兵之父”的托尔斯藤森率军从丹麦南部侵入,横扫日德兰半岛,实力不济的丹麦人只能退守海岛。
之所以被打败,丹麦自身实力不够是一方面原因,还有一个原因是日德兰半岛尽管三面临海,但一马平川、地势低平,根本无险可守。而西兰岛四面环海,周边又有多个小岛环绕,安全性高。所以,丹麦把首都哥本哈根设在西兰岛也就不难理解了。
从军事角度看,地形低平是劣势,但对于风电场来说,这种地形却有得天独厚的优势。在风电场的选址标准中,有两个条件非常重要:一是风电场场址周围3~5公里范围内,地势高差均小于60米;二是风电场周边3~5公里范围内,最大坡度不超过3%。
足够“平”,让哥本哈根在全球风电之路上率先起跑,并跻身国际绿色城市。
平坦地带的风电往事
2001年,丹麦在距离哥本哈根3.5公里处兴建了一座海上风电场——米德尔格伦登风电场。风电场拥有20台风机,发电能力达40兆瓦,发电量可以满足哥本哈根全市4%的用电需求。米德尔格伦登风电场不仅是当时全球最大的海上风电场,而且为风电场 投资提供了一个新模板。
在发展风电的初始阶段,哥本哈 根一度面临与其他地方相同的困难。 这些困难包括城市用地问题、初始投资 高、公众对风机噪声污染的疑虑等等。 其中,公众对风电的疑虑是其中最大的 问题。为了让公众了解风电,当地政府 决定发动公众参与风电投资。
在米德尔格伦登风电场,50%的资 金来自哥本哈根市所属企业,另外的 50%则由一个8000位投资者组成的合 作集体投资,合作集体的参与者多为本 地居民。此后,为落实《2025年能源 规划》新增360兆瓦风机的目标,这个 合作集体又发行了4万多股股票,股价 为567欧元,任何丹麦居民和外国人都 可以购买。
通过投资,很多居民提高了对风 电的认知,并把发展风电与自身利益联 系起来。一种正向激励开始在哥本哈根 形成——当地政府可以利用本地资源发 展风电,项目也得到了民众的支持与参 与。
随着风电场不断落地,如何储存风电又成为新的问题。
风电受天气因素影响大、随机性强。当风力强劲时,哥本哈根附近风电 场每天生产的多余电力高达1~2兆瓦。 根据丹麦与邻国挪威之间的电力合作协 议,多余电力可以出口到挪威。在本地 电力供应不足的时候,丹麦则可以从挪 威进口相应的电力。
然而,邻国之间的能源合作只能 部分缓解新能源出力不均,要想彻底解 决这个问题,最直接的办法还是发展储 能。然而一直以来,全球主流的储能路 线是采用锂电池技术。锂电池不仅价格 昂贵,而且一旦后续处理不当,就可能 对环境造成污染。为此,丹麦希望找到 一种造价低、环保性高且设计简单的方 法——石库储能。
所谓石库储能,即高温热能存 储(High-temperature Thermal Energy Storage ,简称HT-TES)。 它通过把风电转换成高温气体,充进石 库里加热石头。在需要时,再让石头释 放储存的热能,用于发电。
加热石头并把它们作为能源使 用,这不是新的发明。在很多地方的古 籍中,就有“用火烤热石头,再把它投 入水里加热水或者产生蒸汽”的记载。 因此,高温热能存储技术其实是对人类 古老方法的再次应用。 2019年3月,经过3年的准备,一 个石库储能模型在哥本哈根科技大学 里索国家实验基地投入使用。丹麦教育 与科研部长托米•阿勒斯在揭幕仪式上 说:“能源存储技术是我们在开发利用 可再生能源上的薄弱环节。今天,我们 将使用的这项高温热能存储技术填补了 这一空缺。”
由于没有高山和合适的地表岩层 作为储能石库,科研人员专门修建了 一个半地下的圆形石库。石库被0.2米 厚的混凝土和0.4米厚的绝缘材料包 裹,里面填满从瑞典特意挑选的辉绿 岩石块。
多余的风电会被用来加热气体, 待气体温度达到600摄氏度时,再用热 泵将热体压入石库,加热里面的石块并 保存热能。在需要热能时,再将低温气 体吹进石库,排出里面的高温气体,推 动发电机发电,或直接为城市供热。按 照设计,这个石库的储能容量是1兆瓦时,储满需一天的时间,可在损耗小于5%的情况下保存热量长达数日。
据悉,石库的造价约为46美元/千瓦时,使用年限在30年以上。在越发强烈的储能需求下,石库储能具有较大的成本优势。
未来城市的绿色新路
就在石库储电推出的同一年,哥 本哈根市还向世界展示了其精心打造的 未来城市试点项目——北港新城。
这座新城位于厄勒海峡西岸,从 2013年起,哥本哈根城市与港口发展 公司投资6.68亿丹麦克朗,希望在此建 设一个可供4万人居住、并能提供4万 个工作岗位的新城。
在新城建设中,能源是非常重要 的部分。经过四年半的研究,哥本哈 根政府推出了一份《北港能源试点》规 划。规划向世界展示了一座能源可持续 发展的未来城市样板,这里不仅拥有整 合高能效建筑、智能管理电网和新型供 电供热,而且具备先进且全方位的智慧 节能解决方案。
和很多绿色城市不同,北港新城 的能源改造规划不局限在更换隔热玻 璃、改装节能灯等常规措施上,而是更 关注优化哥本哈根电网和集中供热网的 基础,以热泵结合、低温供热等方式实 现按需供热,采用不同形式的热能存储 设施纠正能量供应的不平衡,开发智能 动态管理系统以整合公共建筑、交通设 施和普通住宅的能耗。
丹麦科技大学电力能源研究中心 研究员尤石曾把北港新城概括为“典型 的能源互联网样板”,因为这里涵盖了包括太阳能光伏和智能楼宇,以及不同 的能源类型融合,形成了一个灵活互动的体系。
在北港能源策略落地过程中,哥本哈根延续了风电“公众参与”的传统。
众所周知,城市能源基础设施和 终端用户差异较大,如果不能关照到各 个利益相关方,就可能对设计、运行、 结果产生影响。正如尤石所说:“如果 你想实现一个智能方案,这个地区的利 益相关者需要合作,在城市的话,也许 他们可以推出一些新的解决方案来引领 绿色革命……当然最终用户必须放在中 心,因为他们是未来设计和发展的目 标。”
因此,新城的能源改造措施,经过了7000位居民以及企业单位参与的 实验。研究人员用大量现场采集的数 据对能源消费情况进行研究,从能源 供需的形式、时间和时段统一整合调 控,以检验其能否实现高能效和低浪 费。
丹麦曾为哥本哈根定下“2025年 实现碳中性”的目标。所谓碳中性,就 是通过各种削减或者吸纳措施,实现当 年二氧化碳净排量降低到零。
当下,借助绿色电力和智慧用 能,哥本哈根对实现“世界第一个二氧 化碳中性都市”的目标充满了信心。这 座以人为本、世界幸福指数最高的城 市,不仅要在全球气候变暖中做出杰出 贡献,而且通过不断地调整和改变,让 人们的需求得到满足。
作者:秦昭 来源:能源评论
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