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086-093【能源地理】丹麦:听风语,驭风行

发布时间:2024-01-24 作者:

  文/宋炳茹   岳丽君 

  风电在丹麦是支柱产业。这个小而美的国家“驭风而行”,深度参与能源国际合作,并通过风机叶片回收、退役风电场“再发电”、海上风电制氢、绿氢制备甲醇等,实现了风电产业可持续发展的闭环。 

  在丹麦,任何一片土地到大海的距离都在52千米之内,海风无处不在、无时不在,到处都能闻到大海的气息。行走在丹麦,时不时就看到巨大的白色风机,它们高高地矗立于大海、沙滩、森林和一望无际的麦田之上。在风机脚下,城市和乡村的建筑普遍不高,而且多为明艳的糖果色,就像在巨人脚下拼接而成的乐高积木。 

  童话一般的场景背后,是丹麦全球可再生能源消费最高的人均指数、成熟的可再生能源价值链和最强的风电技术。近几年,这个最善于“听风”的民族在老旧风机大规模退役潮到来之时,实现了老旧风电场的顺利更替,为世界提供了风电产业全寿命周期的管理经验。 

  风电,让这个只有500多万人口的国家,在过去40年里书写出一个个关于新能源发展的神话,成为名副其实的风电大国。 

         

来去如风,成就“海洋帝国”兴衰史 

  丹麦的兴衰一直与风有关。北大西洋暖流这一风生洋流为丹麦带来温暖的气候和丰沛的雨水。这块由诸多岛屿组成的低地上自古以来草木繁盛、猎物众多,丹麦这个名字,就是“森林之地”的意思,而处于同一纬度上的西伯利亚及加拿大的北方地区,则往往只有不宜人居的冻土苔原。公元前一万年,已有早期的人类到此狩猎;进入新石器时代,开始出现农耕垦植。直到今天,丹麦仍是欧洲重要的粮食和猪肉出口大国。 

  然而,北欧宜于耕种的土地,只有沿北海一线。为避免财富分流,这里形成了长子继承土地家业的传统。没有产业可以继承的其他子嗣,则不得不将目光投向辽阔的海洋。而北大西洋暖流与来自极地的寒流交汇于此,也让丹麦周边海域的渔业资源极为丰富。扯起风帆,到海上寻找新的财富,成为当时被称为维京人的丹麦人的传统。他们在海上越走越远,亦渔亦商亦海盗,逐渐建成了雄霸北海的海洋帝国。在公元一千年之后,维京人占据了西到英格兰、北到格陵兰、东到芬兰的广大区域,把北海囊括为自己的“内海”。据考古发现,善于冒险的维京人甚至曾先于哥伦布数百年到达过北美,并在那里短暂定居。维京人还经常南下劫掠地中海沿岸国家,成为当时南方基督教世界的噩梦。 

  好勇斗狠的维京人最终被基督教世界同化,建立起了依附于教廷的君主制。在其后的几百年里,丹麦以卡尔玛联盟的形式,松散掌控着包括丹麦、挪威、瑞典、冰岛、格陵兰、法罗群岛以及芬兰一部分的广大北欧地区。这些国家和地区逐渐分裂出去或自治,丹麦王国缩小为一个人口与土地规模都只相当于我国宁夏回族自治区三分之二的北欧小国。 

  在军事优势逐渐丧失、殖民土地纷纷独立的过程中,丹麦人重新找到了新的立身之本——科学技术。早在15世纪,这里的种猪培育技术、牛肉及奶制品产业就领先欧洲、畅销海外。借助海上的风帆,他们赚取了大量外汇。崇尚贸易、鼓励开发高附加值产品的制度与风气,在这个国家逐渐成形。 

 

闻风而动,造就全球风电先锋 

  丹麦有着长达8000多千米的海岸线,风电资源丰富,同时,这里地势低平,水力与矿业资源匮乏,因此,丹麦对风电的研究起步很早。一位名为保罗·拉库尔的气象学家是现代空气动力学的鼻祖,他在1891年发明出了世界上首台具有现代意义的风力发电机,并用电解水制氢的方式储能。他还培养了大批风电人才,创办了世界上第一份风力发电期刊,成立了风电工人协会。到1918年,丹麦已有总装机容量约3兆瓦的风力发电装置分布在约120个发电点上。在其后的几十年里,随着出力更稳定、成本更低廉的火电技术的成熟,全球风力发电进入了一个相对的沉寂期,但丹麦的风力发电研究与应用从未停止。 

  1973年,以沙特为首的阿拉伯石油输出国组织成员国宣布对在第四次中东战争期间支持以色列的国家实施石油禁运,第一次石油危机爆发。短短半年之内,全球石油价格飙升了三倍,令能源高度依赖进口的丹麦切实感受到了受制于人的痛苦。 

  石油危机之后,丹麦的油气外表下一颗可再生能源之心已经萌动,决心开启一条可再生能源转型之路,其中最具代表性的是传统能源企业丹麦国家油气公司(Danish Oil and Natural Gas)的转变。通过全力发展海上风电、完全退出煤电、全部剥离油气业务,丹麦国家油气公司也与包含石油和天然气的旧名告别,更名为沃旭能源,成为欧洲能源公司中可再生能源转型走得最远的企业。其业务板块中海上风电占80%,除了丹麦本土,在运项目还分布于德国、荷兰、英国、美国等国家。 

  作为能源转型的重中之重,丹麦成立了国家实验室加强风力发电研究,1979年,世界上最早的风力发电企业维斯塔斯(Vestas)生产的第一批风力发电机交付。20世纪80年代,丹麦通过技术革新,将风力发电成本压降了五成以上。通过高额度补贴政策及鼓励民众入股的方式,丹麦全民在20世纪90年代参与到风力产业的投资与发展中。为了突破国土面积狭小的限制,丹麦又率先开展了海上风电的研究与应用。1991年,世界第一个离岸风力发电场在丹麦南部近海投入发电,总装机电量为4.95兆瓦。如今,在丹麦的近海,游客可能见不到美人鱼,但一定能看到风力发电机。2022年,丹麦风电装机电量达7.3吉瓦,风力发电在总发电量中的占比约五成,位居世界第一。2023年,丹麦绿色电力再创新高,全年太阳能和风电发电量达 21.1 亿千瓦时,这个国家的可再生能源发电量占比已超过80%。在新能源产业的加持下,丹麦在1996年便实现了碳达峰,此后在持续保持经济增长的同时,碳排放逐年下降。 

    

风物相宜,延伸产业链条 

  目前,丹麦的风力发电已经具有足够的成本优势,度电成本甚至已经远低于化石能源,但出力的不稳定性是风力发电的固有属性。在政府的高度重视下,丹麦依托领先的风机制造技术和成熟的风电市场,扩大风能出口,促进风电消纳,延伸风电产业链。目前,全球最大的风电设备生产商维斯塔斯推出了首款年发电量可达80吉瓦时、高度为280米的巨型风机,再次推高了风机技术的“天际线”。 

  得益于北欧电力市场,丹麦与周边国家电网互联互通。丹麦周边的挪威和瑞典具有丰富的水电与天然气资源,可通过北欧电力市场为丹麦的风电提供调节,而与丹麦南部接壤的德国是工业大国,是绿电输出的优良市场。通过完善的跨国电力交易,丹麦的绿电生产打开了发展空间。同时,丹麦也积极挖掘国内资源,通过发展生物质能、绿电制氢等方式削峰填谷,让不断增长的风力发电得到了及时的消纳。而由绿电和绿氢带动的零碳交通、零碳材料产业又带动起丹麦新的经济增长点。 

  在各国追寻可持续能源解决方案的背景下,丹麦正在最大限度发挥风电场潜力。运营良好的风电场可向丹麦能源署申请延长现有海上风电场的运行寿命,对电力生产许可证进行延期,使其“重新发电”(Repowering)。 

  全球范围内,老旧风机大规模退役潮到来,如何保障风力发电设备及材料的低碳生产和循环利用,最大可能减少固体废弃物,成为全球风电行业及上下游企业都需要面对的问题。风机的钢塔、齿轮箱、发电机等金属部分的回收和利用并不难,最难处理的是以环氧树脂为主要材料的风力涡轮机叶片。这种材料通过填埋的方式极难降解,用传统的方法也难以被熔化,机械切割则会损伤其玻璃纤维,重塑后制造的物品很难拥有原来的机械强度。 

  经过技术攻关,维斯塔斯开发了一种化学工艺,可以将风机叶片分解还原为环氧树脂原材料,用来重复生产新的风机叶片和其他环氧树脂器材,实现了材料的重复利用和风力发电产业的零碳低废。通过风电设备的以大代小、以新换旧,在不增加环境承载压力的前提下,丹麦风电场的发电效率和经济效益得到提升。2023年12月,丹麦DecomBlades 项目宣布在回收风力涡轮机叶片方面实现突破,利用大型热解测试设备,从退役的风机叶片中提取并加工玻璃纤维,用于生产新型风机叶片,并已达到工业水平。 

  随着风电发展,丹麦通过风机叶片回收、退役风电场再发电、海上风电制氢、绿氢制备甲醇、采用甲醇作为燃料为远洋船舶提供动力等,实现了风电产业可持续发展的闭环。 

  丹麦在行业融合、大型海上风电等领域所取得的经验也得到了中国企业的关注,从20世纪80年代我国第一个风电场——山东荣成风电场引进维斯塔斯风机起,我国和丹麦建立起能源合作伙伴关系,积极推动气候变化领域的国际合作。两国的国家电网公司也于2017年开始合作,在提升电网灵活性、高压直流技术、新能源并网等领域不断深化交流,共同推动能源绿色低碳转型。 

  (编辑:王若溪)