论文部分内容阅读
从中期来看,可再生能源在能源市场将扮演越来越重要的角色;从长期来看,可再生能源将取代化石燃料。结合能源的有效利用,使用可再生能源可达到降低成本、保护环境的效果。与面临枯竭危险的化石燃料不同,生物能源(生物质和能源植物)、地热能源、太阳能和风能取之不尽,用之不竭。
光伏和风力发电设备、太阳能集热装置和沼气设施等应用技术现已发展成熟,地热能源的利用也变得越来越重要。根据联邦环境部的初步统计,2008年德国总能源供给中有10%源自可再生能源,其中约15%的电力消耗由可再生能源提供,可再生能源对热能消耗的贡献率为7.5%。
由于国家的鼓励和扶持政策,太阳能技术已成为一项在经济上也十分诱人的技术。一台2009年投入运行的光伏设备,在20年的运行时间中可获得7%的年投资回报率。而一台光热系统则能在5~10年间收回投资成本(资料来源:德国太阳能协会)。
光伏系统
如今,经过多年的经验积累和大量的实际应用,太阳能技术已相当成熟,特别适合作为医院能源供应中的补充能源。
太阳能光伏发电系统是一种通过太阳能电池将太阳能直接转成电能的技术。一般来讲,在目前电价的情况下,光伏发电尚不具备商业竞争力。随着世界范围内能源资源的日益紧缺、太阳能电池产量的增加和生产成本的不断下降,太阳能光伏设备的建造成本将大幅降低。
从其效率角度来看,以大部分光伏设备的发电效率为12%~18%来计算,1kWp额定功率约需8m2~10m2的太阳能电池板,年发电量在700kWh~1000kWh。太阳能电池板可安装在医院建筑的的立面上,光伏设备的发电量与安装位置和医院所处的地理位置密切相关,德国南部地区由于有较多的光照,所以其发电量也相对较大。
*采取的措施
——在屋顶安装光伏发电设备;
——在合适的建筑立面安装光伏发电设备,在发电的同时还起到遮阳作用。
*案例医院
恩茨县医院有限公司的穆拉克医院在南立面安装了800m2的90kW光伏发电设备,发电量相当于20个家庭的正常用电量。12块太阳能逆变器将发出的电能送入电网。南向安装的光伏板起到了为病房遮阳的作用。安装在屋面的220m2光伏设备装机容量为26kW,由穆拉克市政公用局运行管理。光伏设备总投资58万欧元,发电上网后每年可带来4万欧元的收入。
弗莱堡大学医学院的屋顶上安装了950m2的光伏发电设备,对传统的电源起到了补充作用,设备每年可发电约100000kWh,减少二氧化碳排放约5.4吨。
光热技术
光热技术是一种将太阳辐射能转换成可利用的热能的技术。与光电技术不同,光热技术将太阳能集热器中的媒介(比如水)加热。
最常见的太阳能集热器是扁平板太阳能集热器。这种集热器的主要特点是以一定的倾斜角度平铺在朝阳的方向,所以这种集热器大都安装在屋顶。一个6m2太阳能集热器每年约能提供2100千瓦时热能。如果面积再大的话,在全年来看其利用率反而会降低,因为在夏季对热能的需求会降低,而此时集热器却会产生更多的热能。所以大型的太阳能集热器只适合于日照较少的时候。集热器产生的热能可以通过循环泵以及热交换机为热循环以及热水的制备提供能量。在中欧地区,太阳能集热板在春季及秋季产热量极低,而在冬季几乎没有产出。所以,这种设备大多只能作为常规设备的补充。
为了确保热能的供应,尤其是对能源消耗大户的热能供给,人们开始建造集太阳能集热器、生物质热力站和备用或调峰电站于一身的大型供能中心,把生产出来的热能储存在中央蓄热器中,供热能消耗大户使用(如医院或居民小区)。另外,供能中心夏季不需生物质热力站和常规热能制备设施提供热能。
抛物面槽式太阳能集热器是太阳能集热器中另一种常见的装置,它将太阳光聚集在槽底的吸热管上,热能输送介质一般为热油或蒸汽。这种集热器的工作温度可达200℃~500℃,大多用于太阳能发电站,其产生的蒸汽可通过传统蒸汽轮机来发电。
*采取的措施
——安装太阳能光热装置,实现热水的制备;通过空气预热和水温提升方式来制备生活用水和供暖、对病房洗浴室或医院游泳池新风进行加热;
——通过热回收装置回收外排热废水中的余热,用来为生活热水加温;
——将光热设备作为屋面保护层。
*案例医院:法兰肯豪森联邦职员保险公司的康复医院
该院650m2的太阳能集热装置为医院的供暖、热水制备和游泳池加温提供辅助热源。尤其值得一提的是,在建筑的南侧,太阳能集热板取代了传统材料覆盖了整个屋顶。该设备能为医院提供热水制备所需的40%能源,同时还可为医院采暖提供30%的辅助热源,为病房新风余热和水疗池提供热源。
地热
地热是存储在地壳内部的热能,这种热能几乎取之不尽用之不竭,而且可以通过较为简单的方式进行提取。经过多年不懈的研究,人们已掌握了长期且经济地使用地热的技术。
*“干热岩法”
德国所处的纬度很少有浅层地下热水层,所以地热的应用在德国还不是很普遍,因为只有在水蒸汽资源的温度高于100℃并且有足够的数量时,利用地热发电的方法才是经济可行的。德国的大部分区域只有在几千米深的地下才能找到数量较大且热量较高的地下水层。几千米的深度钻孔成本很高,而且如果没有配套的市政热网,地热利用就不会受到地方政府的青睐。
“干热岩法”地热开发为德国地热开辟了另一种技术途径。所谓的干热岩法就是向地下4000m~5000m深处打孔,这一深度的岩石温度可达200℃~300℃。此时若向孔内注水,水接触高温岩石后就会被加热并且汽化,水蒸汽可通过另一个钻孔涌出地面,这样就形成了一个回路,地面的地热电站就可利用这个地热回路来发电。通过这种方式,人们就可以不再依赖于地下自然形成的热水资源,不受地域限制地使用地热能。通过相应的热交换技术,用100℃~150℃的水蒸汽就可发电,对于一般性加热来说,在地下几米深的地方装上所谓的“地热传感系统”就够了。 由于“干热岩法”在地热利用方面的突破和热交换器技术的创新,德国许多地方的地热资源得以开发利用。最新的调查研究表明,上莱茵河河谷、上巴伐利亚、阿尔卑斯山脉北侧山麓地区、施瓦本地区、艾弗尔山地区,北威州部分地区、梅克伦堡-前波莫瑞州和整个德国北部的低洼地区的地热资源都有着较好的开发利用前景。
*案例医院:吕恩医院集团米尔滕贝格社区医院
该院安装了浅层地热供热和制冷装置。6个80m深的地热探头在夏天可为450m2入口大厅减少30kW的热负荷,从而降低了制冷的电耗。
生物质能
根据专家测算,生物质能可满足目前德国5%~10%的一次能源需求。与瑞典和奥地利相比,德国生物质能的利用率还相对较低。
未来几年德国生物质能的利用率将有显著的提高,国家对于生物质能发电设备的财政资助和2004年7月实施的可再生能源法的修订,对生物质能的开发利用起到了极大的推动作用。在对石油和天燃气征收生态税的情况下,生物质能在不远的将来就会具有良好的竞争力。
*生物质的产生
生物质是一种储存在植物中的太阳能,这种能量通过光合作用转换成生化能量。大气和水中的二氧化碳转换成碳水化合物——生物质的基本组成成分。能量储存在分子的化学键中,植物在燃烧时,会以热能的形式释放能量。
除了固态生物质燃料以外,还有液态、气态生物燃料,例如甘蔗中提取的酒精、油菜籽油和葵花籽油中提取的生物柴油,生物沼气则是一种气态生物燃料,沼气是经过微生物的发酵作用产生的一种可燃气体,例如人畜粪便、食品加工业中产生的有机废料和家庭厨房的有机垃圾中都可产生沼气。
*沼气的利用
沼气发电站通过生物质的燃烧来发电,沼气热力站通过生物质的燃烧来供热。使用最广的生物质是木材,除此之外还有谷类作物和中国芒等植物。
生物质被人认为是一种二氧化碳中性的燃料,因为生物质在燃烧时只排放其生长过程中所吸纳的二氧化碳。这里没有考虑生物质燃料在提取、制备和运输过程中所产生的二氧化碳,也没有考虑废旧木料中携带的大量非二氧化碳中性的物质(如涂料、浸渍等)在燃烧时可能产生的二氧化碳排放。
*经济性
德国政府采取最低补贴的政策来促进生物质发电装置的发展,小型生物质发电装置可享受比大型生物质发电站更高的补贴。
例如,一台功率为150千瓦的设备每度电享受11.5欧分的补贴。总功率为5兆瓦的发电装置每度电只补贴8.5欧分,总功率超过20兆瓦时的生物质发电站就不再享有政府提供的补贴。可再生能源法和生物质发电条例对相关补贴标准和发电用生物质的要求作出了明细的规定。加工好的木颗粒特别适用于小型生物热力装置,与重油相比,木颗粒的能量密度较低,所以需要以存储重油三倍的面积来存储,但木颗粒储存不需要特殊的辅助安全设施(如滴油盆等)和定期的密封性检查,因此在大部分情况下可将相同能量的木颗粒储存在原有的油罐房间内。
*案例医院:奥格斯堡医院
该院计划采取一系列节能措施,在2006年的基础上节省能源费用260万欧元。其中一项主要措施是建造一座发电量为1.5 兆瓦的木屑蒸汽制备站,生产的蒸汽可满足洗衣房、消毒供应中心以及厨房的需求。木屑是一种价格低廉且环境友好型的燃料,选择木屑作为燃料每年还可减少17500吨二氧化碳的排放。
蒸汽制备设备基本上自动运行,木屑燃烧产出的蒸汽可满足基本负荷,峰值需求由两台燃气蒸汽锅炉补充。所用木屑主要为原始材料,例如林业生产过程中剩下的树杈等,是一种十分廉价的能源载体。
蒸汽制备设备安装了燃烧器和烟气过滤装置,以保证木屑的最佳利用,把烟气中的粉尘过滤出去。
光伏和风力发电设备、太阳能集热装置和沼气设施等应用技术现已发展成熟,地热能源的利用也变得越来越重要。根据联邦环境部的初步统计,2008年德国总能源供给中有10%源自可再生能源,其中约15%的电力消耗由可再生能源提供,可再生能源对热能消耗的贡献率为7.5%。
由于国家的鼓励和扶持政策,太阳能技术已成为一项在经济上也十分诱人的技术。一台2009年投入运行的光伏设备,在20年的运行时间中可获得7%的年投资回报率。而一台光热系统则能在5~10年间收回投资成本(资料来源:德国太阳能协会)。
光伏系统
如今,经过多年的经验积累和大量的实际应用,太阳能技术已相当成熟,特别适合作为医院能源供应中的补充能源。
太阳能光伏发电系统是一种通过太阳能电池将太阳能直接转成电能的技术。一般来讲,在目前电价的情况下,光伏发电尚不具备商业竞争力。随着世界范围内能源资源的日益紧缺、太阳能电池产量的增加和生产成本的不断下降,太阳能光伏设备的建造成本将大幅降低。
从其效率角度来看,以大部分光伏设备的发电效率为12%~18%来计算,1kWp额定功率约需8m2~10m2的太阳能电池板,年发电量在700kWh~1000kWh。太阳能电池板可安装在医院建筑的的立面上,光伏设备的发电量与安装位置和医院所处的地理位置密切相关,德国南部地区由于有较多的光照,所以其发电量也相对较大。
*采取的措施
——在屋顶安装光伏发电设备;
——在合适的建筑立面安装光伏发电设备,在发电的同时还起到遮阳作用。
*案例医院
恩茨县医院有限公司的穆拉克医院在南立面安装了800m2的90kW光伏发电设备,发电量相当于20个家庭的正常用电量。12块太阳能逆变器将发出的电能送入电网。南向安装的光伏板起到了为病房遮阳的作用。安装在屋面的220m2光伏设备装机容量为26kW,由穆拉克市政公用局运行管理。光伏设备总投资58万欧元,发电上网后每年可带来4万欧元的收入。
弗莱堡大学医学院的屋顶上安装了950m2的光伏发电设备,对传统的电源起到了补充作用,设备每年可发电约100000kWh,减少二氧化碳排放约5.4吨。
光热技术
光热技术是一种将太阳辐射能转换成可利用的热能的技术。与光电技术不同,光热技术将太阳能集热器中的媒介(比如水)加热。
最常见的太阳能集热器是扁平板太阳能集热器。这种集热器的主要特点是以一定的倾斜角度平铺在朝阳的方向,所以这种集热器大都安装在屋顶。一个6m2太阳能集热器每年约能提供2100千瓦时热能。如果面积再大的话,在全年来看其利用率反而会降低,因为在夏季对热能的需求会降低,而此时集热器却会产生更多的热能。所以大型的太阳能集热器只适合于日照较少的时候。集热器产生的热能可以通过循环泵以及热交换机为热循环以及热水的制备提供能量。在中欧地区,太阳能集热板在春季及秋季产热量极低,而在冬季几乎没有产出。所以,这种设备大多只能作为常规设备的补充。
为了确保热能的供应,尤其是对能源消耗大户的热能供给,人们开始建造集太阳能集热器、生物质热力站和备用或调峰电站于一身的大型供能中心,把生产出来的热能储存在中央蓄热器中,供热能消耗大户使用(如医院或居民小区)。另外,供能中心夏季不需生物质热力站和常规热能制备设施提供热能。
抛物面槽式太阳能集热器是太阳能集热器中另一种常见的装置,它将太阳光聚集在槽底的吸热管上,热能输送介质一般为热油或蒸汽。这种集热器的工作温度可达200℃~500℃,大多用于太阳能发电站,其产生的蒸汽可通过传统蒸汽轮机来发电。
*采取的措施
——安装太阳能光热装置,实现热水的制备;通过空气预热和水温提升方式来制备生活用水和供暖、对病房洗浴室或医院游泳池新风进行加热;
——通过热回收装置回收外排热废水中的余热,用来为生活热水加温;
——将光热设备作为屋面保护层。
*案例医院:法兰肯豪森联邦职员保险公司的康复医院
该院650m2的太阳能集热装置为医院的供暖、热水制备和游泳池加温提供辅助热源。尤其值得一提的是,在建筑的南侧,太阳能集热板取代了传统材料覆盖了整个屋顶。该设备能为医院提供热水制备所需的40%能源,同时还可为医院采暖提供30%的辅助热源,为病房新风余热和水疗池提供热源。
地热
地热是存储在地壳内部的热能,这种热能几乎取之不尽用之不竭,而且可以通过较为简单的方式进行提取。经过多年不懈的研究,人们已掌握了长期且经济地使用地热的技术。
*“干热岩法”
德国所处的纬度很少有浅层地下热水层,所以地热的应用在德国还不是很普遍,因为只有在水蒸汽资源的温度高于100℃并且有足够的数量时,利用地热发电的方法才是经济可行的。德国的大部分区域只有在几千米深的地下才能找到数量较大且热量较高的地下水层。几千米的深度钻孔成本很高,而且如果没有配套的市政热网,地热利用就不会受到地方政府的青睐。
“干热岩法”地热开发为德国地热开辟了另一种技术途径。所谓的干热岩法就是向地下4000m~5000m深处打孔,这一深度的岩石温度可达200℃~300℃。此时若向孔内注水,水接触高温岩石后就会被加热并且汽化,水蒸汽可通过另一个钻孔涌出地面,这样就形成了一个回路,地面的地热电站就可利用这个地热回路来发电。通过这种方式,人们就可以不再依赖于地下自然形成的热水资源,不受地域限制地使用地热能。通过相应的热交换技术,用100℃~150℃的水蒸汽就可发电,对于一般性加热来说,在地下几米深的地方装上所谓的“地热传感系统”就够了。 由于“干热岩法”在地热利用方面的突破和热交换器技术的创新,德国许多地方的地热资源得以开发利用。最新的调查研究表明,上莱茵河河谷、上巴伐利亚、阿尔卑斯山脉北侧山麓地区、施瓦本地区、艾弗尔山地区,北威州部分地区、梅克伦堡-前波莫瑞州和整个德国北部的低洼地区的地热资源都有着较好的开发利用前景。
*案例医院:吕恩医院集团米尔滕贝格社区医院
该院安装了浅层地热供热和制冷装置。6个80m深的地热探头在夏天可为450m2入口大厅减少30kW的热负荷,从而降低了制冷的电耗。
生物质能
根据专家测算,生物质能可满足目前德国5%~10%的一次能源需求。与瑞典和奥地利相比,德国生物质能的利用率还相对较低。
未来几年德国生物质能的利用率将有显著的提高,国家对于生物质能发电设备的财政资助和2004年7月实施的可再生能源法的修订,对生物质能的开发利用起到了极大的推动作用。在对石油和天燃气征收生态税的情况下,生物质能在不远的将来就会具有良好的竞争力。
*生物质的产生
生物质是一种储存在植物中的太阳能,这种能量通过光合作用转换成生化能量。大气和水中的二氧化碳转换成碳水化合物——生物质的基本组成成分。能量储存在分子的化学键中,植物在燃烧时,会以热能的形式释放能量。
除了固态生物质燃料以外,还有液态、气态生物燃料,例如甘蔗中提取的酒精、油菜籽油和葵花籽油中提取的生物柴油,生物沼气则是一种气态生物燃料,沼气是经过微生物的发酵作用产生的一种可燃气体,例如人畜粪便、食品加工业中产生的有机废料和家庭厨房的有机垃圾中都可产生沼气。
*沼气的利用
沼气发电站通过生物质的燃烧来发电,沼气热力站通过生物质的燃烧来供热。使用最广的生物质是木材,除此之外还有谷类作物和中国芒等植物。
生物质被人认为是一种二氧化碳中性的燃料,因为生物质在燃烧时只排放其生长过程中所吸纳的二氧化碳。这里没有考虑生物质燃料在提取、制备和运输过程中所产生的二氧化碳,也没有考虑废旧木料中携带的大量非二氧化碳中性的物质(如涂料、浸渍等)在燃烧时可能产生的二氧化碳排放。
*经济性
德国政府采取最低补贴的政策来促进生物质发电装置的发展,小型生物质发电装置可享受比大型生物质发电站更高的补贴。
例如,一台功率为150千瓦的设备每度电享受11.5欧分的补贴。总功率为5兆瓦的发电装置每度电只补贴8.5欧分,总功率超过20兆瓦时的生物质发电站就不再享有政府提供的补贴。可再生能源法和生物质发电条例对相关补贴标准和发电用生物质的要求作出了明细的规定。加工好的木颗粒特别适用于小型生物热力装置,与重油相比,木颗粒的能量密度较低,所以需要以存储重油三倍的面积来存储,但木颗粒储存不需要特殊的辅助安全设施(如滴油盆等)和定期的密封性检查,因此在大部分情况下可将相同能量的木颗粒储存在原有的油罐房间内。
*案例医院:奥格斯堡医院
该院计划采取一系列节能措施,在2006年的基础上节省能源费用260万欧元。其中一项主要措施是建造一座发电量为1.5 兆瓦的木屑蒸汽制备站,生产的蒸汽可满足洗衣房、消毒供应中心以及厨房的需求。木屑是一种价格低廉且环境友好型的燃料,选择木屑作为燃料每年还可减少17500吨二氧化碳的排放。
蒸汽制备设备基本上自动运行,木屑燃烧产出的蒸汽可满足基本负荷,峰值需求由两台燃气蒸汽锅炉补充。所用木屑主要为原始材料,例如林业生产过程中剩下的树杈等,是一种十分廉价的能源载体。
蒸汽制备设备安装了燃烧器和烟气过滤装置,以保证木屑的最佳利用,把烟气中的粉尘过滤出去。