冰島：一個幾乎靠可再生能源就能運轉的國家

文/何繼江

冰島：世界可再生能源比例最高的國家

冰島位于北大西洋靠近北極圈的海域，是歐洲第二大島國。全國面積為10.3 萬平方公里，人口約33萬，擁有豐富的水能資源和地熱資源。冰島是一座火山島，位于美洲板塊和亞歐板塊的邊界地帶，兩大板塊的交界線從西南向東北斜穿全島。活躍的地殼運動、復雜的地形地貌造就了冰島豐富的地熱資源。海洋氣候又帶來了豐沛的降雨，島內年均降水量為2000毫米，人均擁有水資源是歐洲人均水量的600倍。

該國是國際能源署所統計的國家中可再生能源占比最高的國家，2014年，一次能源使用量的85%來自本地可再生能源，其中66% 是地熱。

冰島的電力系統已經完全是可再生能源發電，主要是水電和地熱發電。2015 年，該國的總發電量是188億千瓦時，人均用電量達到5.7萬千瓦時，也是世界上人均用電量最高的國家。2015 年，冰島的水電裝機量為199 萬千瓦，年發電量138億千瓦時，占總量的73.3%。地熱發電裝機量67萬千瓦，年發電量50億千瓦時，占26.6%。風電剛剛起步，發電量只占到0.1%。燃油發電的裝機量僅有11.7萬千瓦，但極少開機，其發電量可以忽略不計。

冰島的供熱能源也幾乎全部來自可再生能源。全國的終端用熱中，地熱達到96%。就建筑等空間供熱而言，2014 年，地熱供熱占比達90%，電供熱約占9%，主要指熱泵和電鍋爐用電，石油供暖僅為1%。

目前冰島基本不使用天然氣，煤炭使用量也很少，使用的化石能源主要是石油，只占一次能源需求的13%，約有一半用于漁船，另一半主要用于汽車。

冰島能源轉型歷程

冰島作為一座火山島，本地沒有石油、煤炭和天然氣的資源。但該國也經歷過以煤炭、石油等化石能源作為主體能源的時代，經過漫長的轉型，才形成目前可再生能源占絕對主導的局面。

19世紀末，冰島大量進口煤炭用于供暖。1914 年—1918 年，由于第一次世界大戰的影響，煤炭的市場價格升高且供應受限。1918 年冬季，冰島出現極端寒冷的氣候條件，煤炭供應不足導致供暖得不到保障。經歷了寒冬折磨的冰島人民開始探索地熱集中供暖，這成為冰島能源轉型的最初嘗試。二十世紀二三十年代，地熱供暖有了初步的發展，但規模仍然比較小。1940 年時，該國的能源結構中煤炭占比達到70% 以上。二戰時期進口煤炭的緊張形勢再次激發了地熱和水電的快速發展。二戰后的和平時期內，得益于便宜的國際油價，石油在冰島能源結構中的比重增長比地熱和水電更快，迅速替代煤炭成為主體能源，1960 年左右，用煤供暖被淘汰。

1973 年的石油危機重創冰島經濟，但這也使得其能源轉型加速進行，水電和地熱得到廣泛發展，石油消費比重迅速下降，并逐步退出電力和供熱領域。20 世紀90 年代，氣候變化成為推動冰島能源轉型的另一個重要因素，減少碳排放的追求使得可再生能源對煤炭和石油的替代進一步加速。1914 年至2014年的一百年間，冰島通過可再生能源替代化石能源實現的二氧化碳減排量總計達到3.5 億噸。

由于冰島的供熱和發電已經幾乎完全來自可再生能源，所以，能源轉型的任務焦點目前已經轉移到交通能源轉型，關鍵是如何用可再生能源替代汽柴油。

冰島的目標是到2050 年完全擺脫對石油能源的依賴。主要的途徑有生物燃料、電動汽車、綠色甲醇汽車和氫燃料電池。經過一些年的探索，該國目前最主導的發展方向是電動汽車。用電來驅動汽車，在冰島而言，是減排效益最好的，因為所有的電力都是可再生資源生產的，幾乎是二氧化碳零排放的。

在地熱領域執著的科技創新

在冰島，地熱的應用領域非常廣泛。除了供暖和發電，地熱能還廣泛用于溫室種植養殖業、工廠烘干、雪融化、洗浴與旅游服務等諸多產業。2015年，全國的終端用熱量大約是29 皮焦（相當于80.2 億千瓦時），其中終端用熱46.1% 用于居民供暖，40.9% 是商業服務，包括熱水游泳池和融雪，此外還有7.1%用于漁業、3.6% 用于工業，溫室大棚使用了2.4% 的熱。

冰島的供熱價格很低，僅僅2.3歐分/千瓦時（約合人民幣0.18 元/千瓦時），遠低于丹麥的9.01 歐分/千瓦時、德國的7.04歐分/千瓦時。

冰島在長期利用地熱過程中，摸索出一套科學高效的地熱梯級利用方法：

1.從地熱井中抽出高溫熱水和蒸氣，經分離后，蒸氣帶動渦輪機發電，作為第一使用階梯；

2.高溫熱水將引入的低溫地表水（多為湖水）加熱至80℃左右后輸入市區，供民居和游泳池采暖與融雪之用，為第二使用階梯；

3.冷卻后的地熱水含有大量對人體有益的礦物質，引入溫泉療養區用于洗浴保健，發展旅游，形成第三使用階梯；

4.此后的地熱水溫度依然較高，經處理后通常用于綠色溫室或魚苗養殖廠供暖，從而形成第四使用階梯。

地熱用于供暖

在冰島首都雷克雅未克，大規模地用熱水進行家用取暖始于1930年。第一個以地熱為基礎的社區集中供暖系統，共鉆探14 眼井，最大井深246 米，水溫87℃，自流量14升/秒。從地熱田至Laugarveitan 集中供暖系統的供熱主管道長3千米，將熱水送到兩個小學、一個游泳館、醫院主樓、公共建筑以及首都城區60 個家庭的房屋。

1934—1955 年是社區集中供暖系統發展階段。工程師Jón Torláksson 于1926 年發起雷克雅未克地區建筑集中供暖系統的討論。他后來于1933—1935年期間擔任雷克雅未克市市長，大力推進社區供暖系統。1943年，一條連接地熱田與城市區的長達18千米的供熱管線投運，成為雷克雅未克區域供熱系統發展的里程碑事件。到1945年末，已經有2850 戶家庭連接到了這個區域供熱系統中。1940—1945年，國家研究委員會支持發展高溫系統內的鉆探工作。1953年，國會通過了一項法律，允許財政支出對鉆探和建設地熱井的總投資可高達80%。雷克雅未克發達的區域供熱系統吸引其他城市和鄉村的居民遷居到雷克雅未克，產生了大規模的遷居潮。直到現在，雷克雅未克及周邊地區的人口占據冰島的一半以上。后來，很多村鎮也建設了大量地熱供熱系統。

地熱用于發電

冰島的電力70% 以上是水電。該國的水能資源豐富，而且冬季也沒有明顯的枯水期。但出于對能源安全的考慮，特別是氣候變化加劇冰川融化將對水能資源造成較大的影響，冰島很早就開始著手利用地熱進行發電。并在實踐中不斷克服地熱井發電所遇到的高溫、酸腐蝕、有毒的硫化氫氣體等技術問題，地熱發電規模不斷擴大。目前全國有7 個地熱發電廠，裝機容量超過60 萬千瓦。

冰島的水電和地熱發電成本都很低，如果換算成人民幣，工業平均電價不到0.2元/千瓦時。便宜的電力生產帶動了以鋁業為龍頭的高耗能產業的發展。目前全國總電力的73% 左右用于工業，其中最主要是鋁業，現在冰島已經進入世界鋁業生產大國的行列。該國可用于建設地熱發電站的資源還有很多，只是限于本地電力負荷，沒有得到充分開發。冰島還考慮進一步擴大鋁業規模，或者建設冰島至英國的海上特高壓輸電線路，以進一步拉動島內地熱發電業務。

地熱用于溫室大棚

溫室加熱是冰島最古老和最主要的地熱能應用之一。冰島氣候寒冷，可耕地面積僅占國土總面積的1%，糧食、蔬菜、水果曾嚴重依賴進口。1924年起，該國開始嘗試建設地熱綠色溫室，發展生態農副業，獲得成功。溫室產品包括各種蔬菜（如西紅柿、黃瓜和紅辣椒等）和國內市場需求的各種開花植物（如玫瑰和盆栽植物等）。在1990—2000年期間，每年溫室（玻璃密封）的總面積增加1.9%。在2002年，溫室總面積約為19.5萬平方米。其中，55%的溫室被用于種植蔬菜，45%的溫室被用于種植各種開花植物。溫室生產的西紅柿、黃瓜可滿足國內70%的市場需求。依靠地熱溫室種植，冰島已成為歐洲最大的香蕉種植出口國。調查顯示，冰島每年溫室種植消耗的總地熱能約為940太焦（約2.6億千瓦時，相當于3.6萬噸標煤）。大多數溫室都位于該國南部，且都是用玻璃密封的。近年來，電照明應用的增加延長了植物的生長期，進一步提高了溫室的生產率。近十幾年來，冰島溫室種植的總產量不斷增加，但溫室的總面積卻有所減少。

20世紀80年代中期，冰島開始開發地熱養殖業，通過地熱供熱，魚苗孵化和生長周期大大縮短，而且產量顯著提高，這大大加速了冰島漁業的發展。目前，冰島已擁有熱水魚苗場50個，年養殖魚苗4000多噸，捕魚量近200萬噸，是世界人均捕魚量最高的國家。

地熱塑造旅游業

游泳池池水加熱是冰島重要的地熱能利用之一。在該國約有160個游泳池，其中，130個游泳池利用地熱能加熱。大多數公共游泳池是全年開放的露天游泳池，游泳池主要用于娛樂和游泳訓練。冰島擁有火山口、熔巖流、熱氣孔、熱泥池以及間歇泉等獨特的火山景觀。英語“間歇泉（Geyser）”一詞即源自冰島語。冰島依賴獨特的地貌和眾多溫泉療養保健區，每年吸引著大量外國游客，2004年，赴冰島旅游人數已逾百萬。藍湖溫泉是著名的旅游勝地，但它并不是天然溫泉，而是Svartsengi 地熱發電廠的地熱尾水形成的天然瀉湖。電站開采的地熱水在發電和供熱之后，被排到周圍由熔巖包圍的低洼地上，低洼地有堿性的泉水，而廢水和海水的成分近似，里面飽含鈣、鎂鹽，遇到堿后，原來可溶性的鈣、鎂鹽變成絮狀的白色沉淀物，使巖石不能透水，洼地就成了個蓄水池。由于尾水仍有很高溫度，常有員工在此泡溫泉。1999年，發電廠將尾水池正式改造為售票洗浴的藍湖（Blue Lagoon）。改造后的藍湖采用自動化設備調配熱水與冷泉水比例，溫度恒定，并由多個出口排出，保證整個湖的水溫均勻。現在Blue Lagoon 是冰島最有名的旅游區，每年的旅游人數不斷增加。

地熱用于工業生產

冰島西部Reykholar 地區的海藻制造廠（Thorverk 公司）直接利用地熱資源進行烘干。該公司通過使用專用的船只，收割西北部Breidafjordur河河底的海藻，再利用107℃的地熱水對海藻進行烘干。該公司于1976年建成烘干工廠，每年生產約2000噸至4000噸的墨角藻和海藻粉。在冰島，還有企業利用地熱能生產魚干產品，主要包括咸魚干、鱈魚頭、鱈魚干和其他產品。烘干的鱈魚頭年出口量達1.5 萬噸。寵物食品烘干是一個新興起的行業，每年產量約為500 噸。

冰島南部Grimsnes 地區Haedarendi地熱田的一個工廠，利用地熱流生產商業上使用的液態二氧化碳，每年產量約2000噸。

道路融雪

除了為建筑供暖之外，冰島的地熱還有一個特殊的供熱領域——加熱路面和融化積雪。這項工作是從20世紀80年代開始的。冰島首都雷克雅未克市中心地區的人行道和街道地下安裝了雪融化系統，該系統所消耗的能量主要來自地熱供熱系統的回流水。雷克雅未克地區雪融化系統的總面積約為55萬平方米，全國雪融化系統的總面積約為74萬平方米。冰島凱夫拉維克機場的融雪跑道則是世界上利用地熱融雪的典范。

冰島深鉆計劃

為了探索深層地熱能的開發技術，冰島還發起了“冰島深度鉆孔計劃（IDDP）”。這個項目的核心目的是，計劃使鉆井深度達到4000～5000米，以了解“超臨界含水液體”在400℃～600℃時的性狀。

IDDP 項目啟動于2000年，由3家冰島能源公司和冰島國家能源局共同發起。2005年，能源聯盟與國際科學基金會和美國國家科學基金會（NSF）加入IDDP 計劃。2007—2008年，又有一家國際鋁業公司Alcoa Inc和挪威石油公司加入。

在開發第一個全尺寸的IDDP-1井時，曾計劃使鉆井深度達到4500米。然而，由于意外鉆至熔巖，鉆井作業被迫終止。2010年，對這口井進行的流量測試顯示，它產生了約30千克/秒的330℃過熱蒸汽，壓力為165 巴，大約相當于2 萬千瓦的發電能力。

第二口深鉆井—— 雷克雅日IDDP-2 井的鉆井作業于2016年8月11日開始，于2017 年2月1日圓滿完成，深度為4659米，完成了所有初步目標。井底溫度為427℃，流體壓力為340巴，達到超臨界狀態。以此建設地熱發電廠，單井的發電規模可達5萬千瓦，是目前普通地熱井發電能力的約10倍。通過IDDP 計劃，人類正在掌握更多深地科技，深層地熱層的開發利用很有可能引起一場能源變革。

交通能源轉型的探索

冰島曾計劃在2050年之前把整個交通系統改造成依靠氫動力。2008年，該國曾投運氫燃料電池汽車，并投運第一艘氫動力商船。然而，2008年的金融危機對冰島的氫燃料電池汽車發展造成很大影響。金融危機過后，其將零排放汽車的發展重點放在電動汽車方面。

冰島具備電動車普及的兩大基礎條件：75%的人口居住在離首都雷克雅未克不到37英里的范圍內，其鄉村地區由一條長為840英里的環形公路串接，按電動車單次充電行駛里程數為40英里計算，約用20 個充電站即可相連；此外，85%的能源為可再生能源，主要為地熱與水力。

2009年10月，首都雷克雅未克城市環境和交通委員會成立一個特別小組，負責推廣電動汽車在首都地區的使用和充電站的建立。該委員會主席Gísli Marteinn Baldursson 稱，基于冰島的綠色和可持續能源的發展，雷克雅未克有成為世界主要電動車市場的特定條件。特別小組的主要任務是負責制定電動車在該市得以廣泛使用的時間表及付諸實施的具體辦法。

政府還鼓勵電動汽車分時租賃。2014年，電動汽車租賃公司ElectricCarrental開始對外營業。

冰島政府對燃油征收很高的稅收，這使得電動汽車等零排放汽車產生巨大的優勢。

2016年，在電動汽車銷量（插電式混合動力汽車）占本國汽車銷量比重的全球排行榜中，冰島以6.3% 的比例僅次于挪威，排名世界第二。

用綠色甲醇替代汽、柴油燃料也是冰島探索交通系統去碳化的嘗試方向。地熱電廠的熱水伴生二氧化碳，形成一定的碳排放，于是冰島的地熱公司努力探索二氧化碳的捕集。創立于2007 年的Carbon RecyclingInternational（碳循環國際）公司將地熱發電過程中伴生的二氧化碳進行捕集和再利用，用可再生能源制的氫氣或化工行業副產的氫氣與二氧化碳進行作用，制成甲醇，替代汽、柴油燃料，實現交通能源的近零碳。2014年，冰島的甲醇年產能達到4000噸，碳捕集量約6000噸。

對中國能源轉型的啟示：學習冰島的理念，堅定能源轉型的信心

冰島在環保意識和零碳理念的推動下持續推進能源轉型，向世界展示了100% 可再生能源的可信情景，向世界提供了一個電力系統轉型、供熱能源轉型和交通能源轉型協同推進的系統性樣本。中國的能源結構目前是以煤炭、石油和天然氣等化石能源為主，但有著豐富的可再生能源資源，如風能、太陽能、水能、生物質能，以及海洋能。中國借鑒冰島的經驗，能夠更加堅定能源轉型的信心，可以考慮勇敢地設定100% 可再生能源的目標，加速能源轉型。

地熱在中國能源轉型中將發揮積極的作用

2016年12月，中央財經領導小組要求推進北方地區冬季清潔取暖。在治理霧霾的共同愿景下，供熱能源的去煤炭化正在加速。地熱是一種可以快速、大規模替代煤炭的清潔能源。中深層地熱井的單井供暖能力可以在10萬平方米以上。在河北省雄縣、陜西省武功縣等地區，中深層地熱已經取代燃煤成為供熱主體能源。雄縣地熱供暖面積已經達到450萬平方米，覆蓋率超95%。可以預測，在地熱資源豐富地區，地熱有可能成為供熱的主體能源。

今年4月，中央提出建設雄安新區，已經采用地熱供暖的雄縣和容城縣都在雄安新區內。以地熱作為主體能源，實現雄安新區的清潔供熱已經成為各方共識。雄縣地熱田面積300 余平方公里，是中國東部平原中地熱水資源埋藏淺、溫度高、水質優、資源豐富、開發利用條件好的地熱田之一。雄安新區的地熱開發將為中國供熱能源轉型和地熱融入城市能源體系樹立典范。

科技決定能源的未來，科技創造未來的能源

冰島的各種化石能源都是匱乏的，但這恰恰使冰島人民的科技創新愿望得到激發。通過在地熱領域持續的科技創新，該國在地熱供暖、地熱發電、地熱井二氧化碳捕集，乃至綠色甲醇領域創造了世界領先的科技水平，并進而創造了能源轉型的奇跡。

中國的地域、人口、能源規模都遠遠大于冰島，能源轉型的復雜程度肯定也遠超后者。但制約中國能源轉型的并不是資源，而是有效利用可再生能源的科學技術。中國在放眼全球，學習冰島等國能源轉型經驗的同時，更要持續開展各領域的科技創新。中國這樣的大國，應當為世界承擔起能源轉型技術研發者和引領者的角色。

對地熱技術的再思考

（一）保護自然與改造自然的平衡。冰島著名的溫泉——藍湖并不是天然溫泉，而是地熱發電廠的地熱尾水排到火山熔巖形成的天然瀉湖，它是一種人類技術改造后的自然，能否將其看作是人與自然關系的一種創新？在地熱開發利用的過程中，如何處理保護自然與改造自然的平衡？

（二）地熱資源的可再生性。冰島全國人口數只有33萬，面積為10萬平方公里。單位面積上的用能負荷很低，地熱的水資源和熱資源的恢復比較容易。但在中國，人口密度大，用能密度高出冰島許多倍。中國有很多縣，人口總量超過百萬，是冰島的數倍，但面積卻只有1000多平方公里，相當于冰島的百分之一，更不要說人口高度密集的北京、天津這樣的超大型城市了。在這些城市和鄉村，清潔供暖如果采用地熱，在地熱資源的可持續性方面將面臨巨大挑戰，需要在地熱開發時進行特別謹慎的考慮。

（三）回灌問題。冰島最初開發地熱時，并不考慮地熱水的回灌問題。但在中國，必須考慮回灌，現在冰島也把回灌列入監管體系。應當說，回灌的技術標準和監管體系還遠未完善，這在中國的地熱開發中，是必須要著力解決的。

（四）地熱開采誘發地震問題。石油開發的鉆井工程會影響地下的地質條件，進而會誘發地震，這已經眾所周知。地熱井因鉆井深度超過2000米，也對地層造成明顯的擾動，已有的研究表明，地熱井會誘發地震。但目前這方面的研究尚不足，也缺乏相應的技術標準。雄安新區的地熱開發將需要建設大量的地熱井，在規劃建設階段就必須考慮誘發地震因素，提前準備地層變化監測和地震監測體系，以備開展科學研究，制定相應技術標準和管理標準，最大程度減少地熱開發誘發地震造成的不良后果。