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德国为了应对持续热议的全球变暖的问题,提出了“Kohleausstieg 2035”计划,预计在2035-2038年实现德国关停境内目前占比总发电量近40%的煤炭火力发电业务,进而转向综合能源全面覆盖。那德国未来的市政热电厂会以什么方式取而代之呢?本文将介绍位于海德堡的以木材为原料的新能源热电厂(Heidelberger Holz-Heizkraftwerk)。
(来源:CINB中德可持续建筑 ID:CINBev 作者:沈枫)
海德堡
海德堡是坐落德国内卡河畔的一座历史悠久的小城,一直以来都是德国乃至欧洲医药界的中心,更是出产了如黑格尔、康德等著名古典哲学家。整个城区和周围的自然风景和谐地融合,以至于有了那句著名的“我把我的心遗失在了海德堡 Ich hab' mein Herz in Heidelberg verloren ”。正是因为这样人杰地灵的、和自然共生的关系,使得海德堡居民格外在意污染,CO2排放以及可持续性等问题。
正如上文提到的,德国在能效改造方面一直是“用得少”和“给得好”两条思路并行。2011年海德堡在主火车站南边落成了一片由被动房建成的新城区,称为列车新城(Bahnstadt)。该新城区可容纳5000 – 6000 名住户以及创造近7000个就业岗位,是目前欧洲规模最大的被动房新区,以超低能耗建筑结合新能源供给,极大地减少了区域能耗和碳排放量,同时更重要的是也带给了住户更高质量的生活体验。
列车新城
海德堡市政在给列车新城的配套供电系统以及集中供暖上也做了很大程度的创新,首次在大型的热电厂上应用木材作为原料。
木材是碳中和的物质,木头自然生长并被燃烧,产生的二氧化碳被附近的山林吸收进行光合作用,形成循环。化石能源与其区别在于,他们的含碳量是常年累月累积的,通过燃烧形成的二氧化碳量过大,从而形成温室气体。得益于海德堡附近丰富的林业资源,热电厂每天有充足的木材供应。
下面是关于这个木材热电厂的技术参数:
投资总额:2000万欧
功率:3兆瓦电功率 & 10.5兆瓦热功率
集中供热一次能源效率 (Fernwärme Primärenergiefaktor): <0,5
二氧化碳节省量:年均30.000吨
热电厂工作人员:8人
热电厂主要的五个部分
木料仓库 (Holzlagerhalle)
木材仓库最多储存5000立方米或2000至3000吨木材:储存期平均是7天。为了防火安全起见,还设有喷淋系统和火灾报警系统;
锅炉点火 (Feuerung und Kessel)
能量从木头焚烧中转化进最高900摄氏度的高温烟气。然后它被引导进锅炉并把热水加热至沸点。锅炉中储有28.000 升的水其加热表面积为 1.9000平方米。每小时产生18吨蒸汽,压力为38 bar,温度为440℃;
烟气余热回收 (Speisewasservorwärmer)
冷却而仍有余热的烟气被继续导入水中,以回收余热提高效率;
汽轮发电机(Turbine und Generator)
锅炉加热的高压水蒸气驱动汽轮转动来发电,发电功率为3 MW,每年的发电量高达24.000 MWh。水蒸气通过汽轮后冷却进入冷凝器。生产的电量直接接入电网以供市政用;
冷凝器(Heizkondensator)
水蒸气的热量在冷凝器里直接加热一次管网的回水,形成热电偶合,其效率可达94%以上。冷凝器直接提供10.5 MW的热功率,年热产量为80.000 MWh。
总结
近几年的运行结果证明,列车新城通过区域范围的被动房建筑标准,配合新能源木材的热电厂,使得该区域住户的人均二氧化碳消耗量仅为0.13吨/年,比海德堡其他城区消耗量少了近94%。作为首个近乎做到碳中和的城区,海德堡列车新城的区域供能实例有着很大的借鉴作用。
当然,能源选取需要因地制宜,海德堡市政从早期就和当地的林业协会积极沟通达成合作,木料的选取和利用需要相关的专业进行配合。当地的有机木料用以发电和取暖,省下的木灰可以再次利用作为树林的肥料,这种在自然中循环可持续的概念在我们现代工业社会中确实走出了一大步。
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