歐洲區域性低碳能源的應用情況

夏 云，張耀東譯

（1.國家電網公司電力需求側管理指導中心，南京 210024；2.國網電力科學研究院，南京 210003）

當前，歐洲十分重視組建中、長期具有先導意義的大城市/大地區規模化的能源系統，以期實現節能和減少CO2排放的目的，其中發揮地區優勢，把熱能通過管網進行大規模應用的做法，對于其他各國的能源基礎設施建設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個城市作為實例進行介紹。

1 哥本哈根市地區供熱網與混合發電廠間的協調運作

哥本哈根市是經濟發展走在世界前列的城市，其發展目標是在2025年成為第一個“零碳首都”。對這一目標的實現，起主要作用的是覆蓋全地區的總長度達1 500 km的供熱網絡。該網絡與所連接的冷熱電聯產（CHP）以及電力市場協同運作，實現合理運行。

丹麥政府于2010年12月發表了“2050年能源供應將擺脫礦物燃料”的目標。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。

在地區能源系統技術方面，丹麥是世界的領跑者，已經積極地開展向海外技術輸出，其國內先進熱源系統的運行起著示范作用。

1.1 丹麥供熱事業的歷史

丹麥地區供熱歷史悠久，在哥本哈根市可以追溯到1857年創立的燃氣供應公司。這就是后來的哥本哈根能源公司，自1925年開始開展地區供熱事業。

以20世紀70年代爆發的石油沖擊為契機，1976年以后新建的火電廠都必須承擔興建CHP的義務，其后在1979年規定了各自治體組織必須整合特定地區的地區供熱，對該地區內建筑物有集中聯網供熱的義務。

1984年，哥本哈根市聯合哥本哈根電力公司制訂了熱能計劃,要求市內所有建筑物都必須聯接供熱網絡，使中心街道與地區供熱網絡相聯，供熱網進一步擴大。同年，熱能傳輸公司分別成立了CTR公司（承擔哥本哈根市區供熱）與VEKS公司（承擔鄰接哥本哈根市西部地區供熱），2家公司與哥本哈根電力公司緊密協同承擔網絡熱供。

由于政策支持與市場完備，從1985年到1991年較短時間內完成了大范圍的熱傳輸管線敷設?，F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，地區供熱覆蓋市內熱能需求量（暖氣供應與熱水供應）的98%。

1.2 阿維多電廠機組采用生物質燃料

丹麥供熱由3個層面構成：熱能生產、傳輸與分配。熱能生產的最大業主是電力廠家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_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電廠聯動

CHP的機組運行狀態是影響Nord pool市場價格的重要因素。丹麥風力發電、挪威水電都影響著電能的供應，其中CHP承擔著供求平衡的調節作用。由于風力發電等因素造成供電量發生變化，發電廠以1 h為一個時間單位對變化情況進行監控。當市場電力價格下降時，運用CHP出力進行調節，相反，當市場價格升高時，CHP就增加發電量。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一個大型的貯水池可實現柔性運行。夏天有時會出現貯水池滿水，此時，發電機就使用冷凝水，余熱排放入大海。

1.4 發展“熱”“電”組網

VEKS公司是從阿維多電廠或其他熱能生產廠購入熱能后承擔傳輸的一家企業。據介紹，熱能的傳輸介質均為高溫水，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絡與電力市場協同運行，發展“熱”“電”組網的概念。作為其中運行的一個環節，2008年VEKS、哥本哈根市內承擔傳輸的CTR公司以及哥本哈根電力公司共同組建成立了VLE公司，以實現全市總體能源成本最低，新公司負責電/熱生產的最佳分配。

一般VLE公司提前一天收到DONG Energy和Vattenfall 2家發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行生產計劃的分配。因2家發電公司存在競爭關系，所以相互間成本曲線是不公開的。

接受生產量分配的2家發電廠家制訂基于地區內分布的CHP或鍋爐熱生產量并提交給VLE公司，VLE公司通過電力市場價格和第二天熱需求的預測值，以及根據各地區熱傳輸管道的容量，與兩發電廠再次確定熱能的生產量。經過3年的運行經驗積累，預測精度已有很大提高。

1.5 未來供熱網絡發展方向

●目前的供熱網絡是蒸汽與高溫水并存，未來將統一為高溫水。

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

●未來熱源的主要來源向生物CHP電廠、清潔工廠廢熱、大規模太陽能集熱轉移。

●隨著制冷空調需求量的增加，地區集中制冷向城市街區發展，逐步替代建筑物個體設置電動制冷空調。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

為適應歐洲能源需求發展以及未來可持續性發展，歐洲委員會提出了一個新的主動性計劃，即CONCERTO Initiative（以下稱CONCERTO）。目前在歐洲聯盟第七研究/技術開發項目組下進行工作。CONCERTO目前有23個子項目和58個地區參與者。項目均面向地區級，應用可持續、高效能源應用技術與可能再生能源，側重體現環境、經濟及社會效益。

CONCERTO計劃中的子項Remining-lowex是對歐洲地區內的礦區進行再開發。本項目從廠方側來講，是把礦井水作為熱源加以應用；從需求側立場看，基于低幅射污染原則的設計，形成一個可持續發展的地區。

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，與其他城市一樣從中心地區開始擴展。海爾倫市圍繞礦井向外不斷擴大，是一座以煤礦業發展起來的城市。

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）

辦公大樓設地下能源站。大樓內有圖書館、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，由能源站供應冷/熱水。

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

（2）荷蘭中央統計局大樓

帶地下能源站的荷蘭中央統計局，其建筑均實現了冷熱空調的應用。在地下能源站內設置有4臺貯水池以平衡辦公樓內熱負荷波動。

2.3 Remining-lowex項目中的供熱體系

本項目的供熱體系結構大體可分3個層次：第一層次是海爾倫市所掌握的Corio Energy NV公司，設施包括礦井水抽取的礦井設備及管道網絡，并把礦井水送給能源供應商Weller Energy BV公司；第二層次是Weller Energy BV公司，負責以礦井水為熱源，通過熱泵及鍋爐向最終用戶端（第三層次）提供穩定的冷/熱能源。

在引進可再生能源系統時，許多場合會產生因系統初期成本高等因素而發生抵制設備引進的情況。但從本項目的引進情況看，礦井水的可再生能源應用中必要的基礎設施所支付的高成本（井道以及供熱所用配管設施）由地方自治體供給，供能設施及至用戶端的管網是由供能公司、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行合理的成本分擔。

（資料來源：日本節能，2011（7）：79-85.）