冰島的能源轉型（上）

文 | 本刊特約評論員 何繼江

冰島的能源轉型（上）

文 | 本刊特約評論員 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%來自本地可再生資源。

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。

表1 冰島一次能源發電量及占比

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。

圖1 冰島1970年—2015年區域供熱能源使用情況（資料來源：Orkustofnun）

圖2 冰島1940年—2015年一次能源使用情況（縱軸單位：皮焦）

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。

一、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年—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年—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年—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。

二、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。

圖3 冰島2015年各部門終端能源使用情況

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。

三、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年－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。

四、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。（未完待續）

（作者單位：清華大學能源互聯網創新研究院）