丹麦模式掀起清洁革命

在暴风雨天气，哥本哈根海岸的风力涡轮机可以产生大量的可再生电力。资料来源:弗朗西斯·约瑟夫·迪恩/迪恩图片社/科尔比斯

不久前，Maja Felicia Bendtsen花了很多时间来确保波罗的海这个被强风袭击的岛屿不会失控。她的雇主？斯特卡夫电力公司运营着35个风力涡轮机，为博恩霍尔姆的41，000名居民提供电力。然而，这些旋转叶片产生的电力有时会超过需求。因为这个原因？斯特卡夫的工程师们必须迅速行动——在夜风吹起时停止涡轮机，这样太多的电力就不会融化岛上的电线。这是一件令人沮丧的事情。斯特卡夫正在扔掉许多免费的可再生能源。

今天，电力公司变得非常节俭。通过本特森和其他人领导的“生态电网”项目？斯特卡夫正在采用尖端的智能电网技术，以更有效地利用该地区丰富的风能。例如，当电力需求变低时？Stkraft利用剩余的电力将住宅热水系统中的水加热到正常摄氏度以上，从而储存能量以备将来使用。这种策略意味着什么？斯特卡夫不得不将汽轮机停机次数减少80%。

这听起来不像是一个伟大的成就，但这是朝着博恩霍尔姆雄心勃勃的到2025年彻底淘汰化石燃料的目标和丹麦更大的目标迈出的重要一步。丹麦是一个小国，人口550万，资源贫乏，但它设定了世界上最雄心勃勃的气候目标:到2050年成为碳中和经济体。当代表团聚集在法国巴黎，制定一项减缓气候变化的全球协议时，许多人将目光转向了伯恩霍尔姆和丹麦，想知道他们的国家是如何迅速改变能源系统的。“丹麦模式非常重要。”加州大学伯克利分校的能源政策专家丹·卡门(Dan Kammen)说，“这是一个人们能做什么的例子。”

明亮的绿色岛屿

丹麦早在最近一波气候变化担忧出现之前就开始了能源转型。20世纪70年代，该国受到了阿拉伯石油危机的冲击。与此同时，由于缺乏大量的石油和煤炭储备，该国的农民和政治家呼吁发展新能源和电力。尽管丹麦没有用于水力发电的快速流动的河流，也没有用于太阳能电池的强烈阳光，但它拥有北海和波罗的海丰富而多风的海岸线。

2012年，丹麦政治家承诺该国将在电力和交通领域使用100%的可再生能源。如今，可再生能源为丹麦提供了四分之一的能源，而该国对煤、石油和天然气的使用正在下降。2014年，大约2500个风力涡轮机提供了丹麦39.1%的电力，这一份额预计在未来五年将上升至50%。过去燃烧煤或油的发电站现在使用可再生的稻草和木材。与此同时，通过住房改造项目和更严格的建筑标准，自2007年以来，中国的总能耗下降了12%。

从头到尾，伯恩霍尔姆都为丹麦其他地方树立了一个好榜样。历史上，这些古雅的小城镇以农业和渔业为生，地上铺着鹅卵石，屋顶铺着红瓦。但在20世纪80年代，渔业衰落，年轻人成群结队地离开。这个小岛的人口越来越少，越来越老，越来越穷。为了帮助居民找到省钱的方法，波恩霍尔姆最大城市乔纳的市长在1985年说服了附近的五个城市建立了地区供热系统。它利用岛上主要发电站产生的废热来加热输送到附近家庭的水。很快，其他绿色能源项目紧随其后，包括两个新的焚烧秸秆的供热站，一个将发酵的农业废弃物转化为天然气的沼气厂，以及第一个风力涡轮机。2007年，一个Bornholm居民委员会更进一步，启动了一项计划，到2025年建立一个完全由可再生能源驱动的“亮绿色岛屿”。

这看起来非常有效。今天，风力和其他可再生能源提供了博恩霍尔姆43.4%的电力。当用于集*热和发电的甲烷气体被添加进来时，这个数字会急剧上升。同时？斯特卡夫继续快速增加新的风力涡轮机、太阳能电池板和其他可再生能源。明年，该公司将用另一种燃烧锯屑的设备来取代发电厂的燃煤器。然而，燃烧木材仍然会产生二氧化碳，这是头号温室气体。因此？斯特卡夫正试图从木材转向进一步开发风能和太阳能。

智能电网

早期的怀疑论者担心风能和太阳能不能提供可靠的电力来源，因为它们会随着天气和时间的变化而波动。“根据工程师的预测，如果我们在系统中多使用2%~3%的可再生能源，系统将崩溃。丹麦能源协会常务董事Lars Aagaard回忆道。

本特森的“生态电网”研究项目证明这种说法是错误的。在过去的三年里，这个EU-资助的项目已经将博恩霍尔姆变成了世界上最大的智能电网技术开发实验室之一。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；不够时，降低功耗。例如，“生态电网”每5分钟向大约1200户家庭和100家企业安装的智能控制器发送电价更新。控制器可以被配置成当电价变高时减少电力使用，而当电价较低时增加电力消耗。这些设备不会关闭诸如灯之类的基本项目，但是可以推迟冰箱的下一次制冷，直到电价下降。“我们的目标是隐形。”本特森说，“消费者不会看到我们，但他们仍然可以得到他们需要的一切。”

今年早些时候，雅各布，数据传输单位的电力工程师？斯特加德和他的同事分析了“生态电网”在转移电力需求方面的成就。他们发现这种方法使？斯特卡夫已经将可再生能源的使用提高了8%。尽管出现了一些技术问题，岛上只有约6%的家庭参与了该项目，但仍有一些好处。本特森说，如果扩大规模，这种方法可以产生更高的收入。

博恩霍尔姆测试还提供了其他好处，包括帮助稳定所需50赫兹频率的电能质量。传统的电力系统通过在需求激增时启动额外的发电机来避免会损坏电器的频率波动，从而导致频率降低。“生态电网”的智能计量技术可以完成同样的事情。它通过控制何时向家用电器供电来减少对现场发电的需求。

挑战依然存在

这当然是好消息。然而，随着博恩霍尔姆和丹麦将他们的能量转换推至成形阶段之外，事情变得更加困难。"我们已经摘下了低垂的果实。"本特森说，“现在，我们正朝着疼痛开始的地方前进。”

一个巨大的挑战将是说服该国的欧洲邻国升级其电网，从而更容易共享可再生能源。分析人士表示，对丹麦来说，这种广泛的联系对于到2050年成为碳中和经济体至关重要。实现碳中和意味着丹麦将产生足够的零碳能源来满足其全部能源预算，尽管它仍在燃烧一些化石燃料。强有力的电力连接将使丹麦人在电力短缺时能够进口低碳能源，从而减少对化石燃料的需求。它们还将使丹麦能够出口过剩的绿色电力，并帮助抵消交通、生产和电力部门的国内碳排放。

丹麦与其邻国瑞典、挪威和德国北部建立了良好的电力联系。例如，当国内太阳能和风能产量较低时，它将从挪威的巨型水坝系统进口水电。然而，丹麦在寻求出口其日益增长的绿色能源供应时可能面临瓶颈。

目前，过剩的电力通常被送往德国。然而，德国的大部分人口和工业位于南部，与该国北部的电网连接相对较少。与此同时，德国北部的居民一直反对增加新的输电线路，因为这将惠及丹麦人或德国南部的同胞，而不是他们。

除非消除这些瓶颈，“否则丹麦在2020年后设定高可再生能源目标是没有意义的”。哥本哈根生物炼制联盟的能源分析师安妮·格雷特·霍尔姆斯加德说。(宗华)

《中国科学日报》(2015年12月10日，第三版国际版)

阅读更多

科学相关报道