丹麦模式掀起清洁革命
时间:2017-12-07

  丹麦模式引发清洁革命 - 新闻 - 科技网

  在狂风暴雨中,哥本哈根沿岸的风力涡轮机产生大量的可再生电力。图片来源:FRANCIS JOSEPH DEAN / DEANPICTURES / CORBIS

  不久之前,Maja Felicia Bendtsen花了很多时间确保波罗的海这个受风浪影响的岛屿不会失控。她的雇主stkraft power company经营着35台风力涡轮机,为41,000个博恩霍尔姆居民供电。但是,这些旋转叶片产生的电力有时会供应过剩。为此,斯塔夫特的工程师们必须迅速采取行动,在午夜时分停止涡轮机吹风,以免过多的电力融化岛内的电力线。这是一件令人沮丧的事情,stkraft正在扔掉大量免费的可再生能源。

  今天,电力公司已经变得节俭。通过由本特森(Bendtsen)等人领导的生态电网项目,斯塔克拉夫正在使用最先进的智能电网技术,以更有效地利用该地区丰富的风能。例如,当电力需求下降时,斯塔克拉夫利用多余的电力将住宅热水系统中的水加热到正常摄氏度以储存能量供以后使用。这样的策略意味着“stkraft”必须将停机的次数减少80%。

  这听起来可能不是一个伟大的成就,但是这代表了实现博恩霍尔姆雄心勃勃的目标,即到2025年完全释放化石燃料并迈向更大的丹麦。丹麦是一个资源贫乏的小国,拥有550万人口它设定了世界上最雄心勃勃的气候目标:到2050年成为一个碳中立的经济体。当代表团聚集在法国巴黎,为缓解气候变化问题达成全球协议时,许多人都在关注博恩霍尔姆和丹麦,想知道他们的国家如何能够迅速改变其能源体系。丹麦模式非常重要。加州大学伯克利分校能源政策专家Dan Kammen说,他是人们能做什么的一个例子。

  明亮的绿色小岛

  在最近一波气候变化问题出现之前,丹麦开始了能源转型。在二十世纪七十年代,该国遭受了阿拉伯石油的冲击。与此同时,由于缺乏大量的石油和煤炭储备,国内的农民和政治家们呼吁开发新能源电力。虽然丹麦没有太阳能电池的水力发电或太阳光强烈的激流,但是它拥有充足而多风的北部和波罗的海沿岸。

  2012年,丹麦政界人士承诺,该国将使用100%的可再生能源发电和运输。今天,可再生能源提供了丹麦能源的四分之一,同时该国对煤炭,石油和天然气的使用正在减少。 2014年,约2500台风力发电机组提供了丹麦电力的39.1%,预计未来五年将达到50%,用于燃烧煤炭或石油的发电站目前正在使用可再生秸秆和木材。从2007年以来,通过房屋改善和更严格的建筑规范,该国的能源消费总量已经下降了12%。

  在整个过程中,博恩霍尔姆正在为丹麦其他地区提供一个模式。从历史上看,这些鹅卵石铺在地上,屋顶上铺着红瓦的小城镇致力于农业和渔业。但到了二十世纪八十年代,捕鱼业已经下滑,使得年轻人成群结队。这个岛上的人口日益稀缺,年纪越来越大,越来越贫穷。为了帮助居民寻找省钱的方法,博恩霍尔姆市最大城市乔纳森市长说服了附近五个城市在1985年建立了区域供热系统。它利用岛上主要发电厂产生的废热来加热水运送到附近的家庭。此后不久,其他绿色能源项目紧随其后,其中包括两个新的秸秆加热站,一个将发酵的农田废物转化为天然气的沼气厂,以及第一台风力发电机组。 2007年,博恩霍尔姆居委会进一步发起了一项计划,建立一个明亮的绿色岛屿,到2025年完全由可再生能源供电。

  这看起来非常有效。今天,风能和其他可再生能源提供了博恩霍尔姆电力的43.4%,当沼气燃烧用于区域供热和发电时,这个数字大幅上升,同时,斯塔特活动继续快速增加风力涡轮机的新来源,太阳能电池板和可再生能源,明年将取代燃煤电厂的燃烧器和燃烧木屑的燃烧器,但燃烧后的木材仍然会产生二氧化碳,成为头号温室气体。远离木材,进一步发展风能和太阳能。

  智能电网

  怀疑者很早就担心他们不能提供可靠的电力来源,因为风力和太阳能会因天气和时间而波动。工程师预测,如果我们的系统中使用可再生能源的比例超过2%到3%,工程师将会崩溃。丹麦能源协会常务董事Lars Aagaard回忆说。

  本特森的生态网格研究项目证明了这一说法是错误的,过去三年来,这个欧盟资助的项目已经把博恩霍尔姆变成世界上最大的开发智能电网技术的实验室之一,这些自动化系统在幕后工作:当可再生电力充足时,最大限度地利用电力,并在电力不足时减少电力消耗,例如,生态电网每五分钟发送一次电力价格更新给安装在约1200户家庭和100家企业中的智能控制器。控制器可以安排在电费高时降低用电量,而在电费便宜时增加用电量,这些设备不会关掉电灯等基本物品,而是推迟冰箱的下一次冷却,直到价格下降。目标是变得无形,本特森说,消费者不会看到我们,但仍然得到他们所需要的一切。

  今年早些时候,丹麦技术大学的电力工程师Jacobs Stergaard及其同事分析了生态电网在改变电力需求方面取得的成就。他们发现这种方法使得可再生能源使用量增加了8%。尽管出现了一些技术问题,岛内只有6%左右的家庭参与了这个项目,但效益依然存在。本特森说,如果它扩大了,这种方法可以产生更高的利润。

  博恩霍尔姆试验还提供了其他好处,包括帮助以所需的50赫兹频率稳定电能质量。传统的电力系统避免频率波动,可能会因为需求激增而开启额外的发电机,从而损坏电器。生态网格的智能电网技术可以完成同样的事情。通过控制何时向电器供电,减少了对现场发电的需求。

  挑战依然存在

  这当然是个好消息。然而,由于博恩霍尔姆和丹麦推动能源转型超越了形成阶段,事情变得更加困难。我们已经选择了低垂的水果。本特森说,现在我们正朝着开始带来痛苦的方向前进。

  一个很大的挑战就是说服欧洲的邻国提升电网,让更容易和更容易的可再生能源分享。分析人士说,对于丹麦而言,这种广泛的联系对于到2050年成为一个碳中立的经济体系至关重要。碳中和意味着即使仍在燃烧一些化石燃料,丹麦也将产生足够的零碳能源来覆盖整个能源预算,强电联系将使丹麦能够在缺电的情况下进口低碳能源,减少对化石燃料的需求,也将使丹麦出口过剩的绿色电力,并帮助抵消运输,生产和电力部门的国内碳排放。

  丹麦与邻国瑞典,挪威和德国北部建立了良好的权力关系。例如,国内太阳能和风能生产下降,从挪威的大坝系统进口水电,但丹麦在寻求出口日益增长的绿色电力时可能面临瓶颈。

  目前,多余的电力通常交付给德国。但是,德国的人口和工业大部分位于南部,北部地区的电网连接相对较少,与此同时,德国北部的居民一直在抵制增加新的输电线路,这将有利于丹麦人或他们在德国南部的同胞在他们身上。

  除非这些瓶颈被消除,否则丹麦在2020年之后可再生能源的目标将非常高。在哥本哈根管理生物精炼联盟的能源分析师Anne Grete Holmsgaard说。 (宗华)

  中国科学通报(2015-12-10第3版国际)

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  科学报告(英文)