欧洲区域性低碳能源的应用情况

夏 云，张耀东译

（1.国家电网公司电力需求侧管理指导中心，南京 210024；2.国网电力科学研究院，南京 210003）

当前，欧洲十分重视组建中、长期具有先导意义的大城市/大地区规模化的能源系统，以期实现节能和减少CO2排放的目的，其中发挥地区优势，把热能通过管网进行大规模应用的做法，对于其他各国的能源基础设施建设具有一定的参考价值。

本文以哥本哈根市（丹麦）和海尔伦市（荷兰）2个城市作为实例进行介绍。

1 哥本哈根市地区供热网与混合发电厂间的协调运作

哥本哈根市是经济发展走在世界前列的城市，其发展目标是在2025年成为第一个“零碳首都”。对这一目标的实现，起主要作用的是覆盖全地区的总长度达1 500 km的供热网络。该网络与所连接的冷热电联产（CHP）以及电力市场协同运作，实现合理运行。

丹麦政府于2010年12月发表了“2050年能源供应将摆脱矿物燃料”的目标。2010年制定的丹麦热能计划（Denmark heat plan）中称，2030年热能需求中一次能源的矿物燃料基本可以摆脱依赖。

在地区能源系统技术方面，丹麦是世界的领跑者，已经积极地开展向海外技术输出，其国内先进热源系统的运行起着示范作用。

1.1 丹麦供热事业的历史

丹麦地区供热历史悠久，在哥本哈根市可以追溯到1857年创立的燃气供应公司。这就是后来的哥本哈根能源公司，自1925年开始开展地区供热事业。

以20世纪70年代爆发的石油冲击为契机，1976年以后新建的火电厂都必须承担兴建CHP的义务，其后在1979年规定了各自治体组织必须整合特定地区的地区供热，对该地区内建筑物有集中联网供热的义务。

1984年，哥本哈根市联合哥本哈根电力公司制订了热能计划,要求市内所有建筑物都必须联接供热网络，使中心街道与地区供热网络相联，供热网进一步扩大。同年，热能传输公司分别成立了CTR公司（承担哥本哈根市区供热）与VEKS公司（承担邻接哥本哈根市西部地区供热），2家公司与哥本哈根电力公司紧密协同承担网络热供。

由于政策支持与市场完备，从1985年到1991年较短时间内完成了大范围的热传输管线敷设。现在大约50万户家庭用户和超过3万个非家庭用户接受了热供应，地区供热覆盖市内热能需求量（暖气供应与热水供应）的98%。

1.2 阿维多电厂机组采用生物质燃料

丹麦供热由3个层面构成：热能生产、传输与分配。热能生产的最大业主是电力厂家DONG Energy和Vattenfall 2个公司。DONG Energy所属的阿维多（Avedore）电厂规模为该国第二。电厂2001年开始投运2号机组，该机组属多种燃料机组，木材颗粒混烧比率最大可达75%。2号机组同时可接蒸汽，专用的锅炉可使用麦桔等燃料。

1.3 电力交易所（Nord pool）与CHP电厂联动

CHP的机组运行状态是影响Nord pool市场价格的重要因素。丹麦风力发电、挪威水电都影响着电能的供应，其中CHP承担着供求平衡的调节作用。由于风力发电等因素造成供电量发生变化，发电厂以1 h为一个时间单位对变化情况进行监控。当市场电力价格下降时，运用CHP出力进行调节，相反，当市场价格升高时，CHP就增加发电量。因为采取CHP同时运行，所以热需求量未必能保证时时平衡，为此诸如阿维多电厂那样建设一个大型的贮水池可实现柔性运行。夏天有时会出现贮水池满水，此时，发电机就使用冷凝水，余热排放入大海。

1.4 发展“热”“电”组网

VEKS公司是从阿维多电厂或其他热能生产厂购入热能后承担传输的一家企业。据介绍，热能的传输介质均为高温水，送出时为120～140℃，回送时约为50℃。最长距离是通过东西约40 km的管道，输运管的热损约3%。

VEKS公司提出了把供热网络与电力市场协同运行，发展“热”“电”组网的概念。作为其中运行的一个环节，2008年VEKS、哥本哈根市内承担传输的CTR公司以及哥本哈根电力公司共同组建成立了VLE公司，以实现全市总体能源成本最低，新公司负责电/热生产的最佳分配。

一般VLE公司提前一天收到DONG Energy和Vattenfall 2家发电厂送来的热能成本曲线的提示，就电能与热能的整体最低成本而进行生产计划的分配。因2家发电公司存在竞争关系，所以相互间成本曲线是不公开的。

接受生产量分配的2家发电厂家制订基于地区内分布的CHP或锅炉热生产量并提交给VLE公司，VLE公司通过电力市场价格和第二天热需求的预测值，以及根据各地区热传输管道的容量，与两发电厂再次确定热能的生产量。经过3年的运行经验积累，预测精度已有很大提高。

1.5 未来供热网络发展方向

●目前的供热网络是蒸汽与高温水并存，未来将统一为高温水。

●热源从目前的以矿石燃料为基础向生物及清洁工厂废热“零碳”化方向发展，2030年基本实现摆脱矿石燃料。

●未来热源的主要来源向生物CHP电厂、清洁工厂废热、大规模太阳能集热转移。

●随着制冷空调需求量的增加，地区集中制冷向城市街区发展，逐步替代建筑物个体设置电动制冷空调。未来冷热的供给是海水或河水的直接利用。

2 海尔伦市可再生能源利用项目

为适应欧洲能源需求发展以及未来可持续性发展，欧洲委员会提出了一个新的主动性计划，即CONCERTO Initiative（以下称CONCERTO）。目前在欧洲联盟第七研究/技术开发项目组下进行工作。CONCERTO目前有23个子项目和58个地区参与者。项目均面向地区级，应用可持续、高效能源应用技术与可能再生能源，侧重体现环境、经济及社会效益。

CONCERTO计划中的子项Remining-lowex是对欧洲地区内的矿区进行再开发。本项目从厂方侧来讲，是把矿井水作为热源加以应用；从需求侧立场看，基于低幅射污染原则的设计，形成一个可持续发展的地区。

2.2 Remining-lowex项目概况

海尔伦市位于荷兰的东南位置，Limburg州与Eifel之间的丘陵地带。兴建于20世纪，与其他城市一样从中心地区开始扩展。海尔伦市围绕矿井向外不断扩大，是一座以煤矿业发展起来的城市。

配备地下能源站的2处新建的办公大楼以矿井取水作为冷/热水源。在地下200～300 m处建立冷水井，在地下600～800 m处建立热水井。水温：冷水井为15～18℃；热水井为30～35℃。夏天取水于冷水井、冬天取水于热水井作为热泵的热源。

（1）办公大楼（能源站）

办公大楼设地下能源站。大楼内有图书馆、会议大厅（2 500 m2）。与大楼相邻的，还有保健中心（11 500 m2）、学校（2 200 m2）、超市等商用大楼（3 800 m2）以及330户居民住宅和公寓（33 000 m2）。所有建筑均为新建，由能源站供应冷/热水。

在能源站内，通过热交换器取得矿井内冷水或热水，并将其作为热泵的热源进行热能供应。受供建筑基于低污染原则设计，分高（18℃）/低（25.5℃）温度要求分别供应冷水或热水，满足冷暖空调应用。

（2）荷兰中央统计局大楼

带地下能源站的荷兰中央统计局，其建筑均实现了冷热空调的应用。在地下能源站内设置有4台贮水池以平衡办公楼内热负荷波动。

2.3 Remining-lowex项目中的供热体系

本项目的供热体系结构大体可分3个层次：第一层次是海尔伦市所掌握的Corio Energy NV公司，设施包括矿井水抽取的矿井设备及管道网络，并把矿井水送给能源供应商Weller Energy BV公司；第二层次是Weller Energy BV公司，负责以矿井水为热源，通过热泵及锅炉向最终用户端（第三层次）提供稳定的冷/热能源。

在引进可再生能源系统时，许多场合会产生因系统初期成本高等因素而发生抵制设备引进的情况。但从本项目的引进情况看，矿井水的可再生能源应用中必要的基础设施所支付的高成本（井道以及供热所用配管设施）由地方自治体供给，供能设施及至用户端的管网是由供能公司、接受供热并为低污染供热而增加投资成本的终端用户这三方进行合理的成本分担。

（资料来源：日本节能，2011（7）：79-85.）