智慧城市 节能增效技术

虽然城市只占地球表面积很小一部分,但却消耗了全世界大约三分之二的能源,排放了全球大约三分之二的温室气体。因此,要寻找应对气候变化和自然资源日益稀缺等问题的解决方案,城市的作用十分关键。焦点在于节能增效技术。

城市是人类文明的摇篮。无论是在美索不达米亚、罗马帝国、古埃及还是在中国,城市始终是文化、贸易、艺术、手工艺和人类进步的缩影。

然而,从古至今,人类的生活格局已发生了巨大变化。200年前,全世界只有3%的人口居住在城市。现如今全世界一半以上的人——超过35亿——在城市生活。

与墨尔本及其联邦广场开发项目一样,许多城市都在努力减轻自身对环境的影响。

目前,世界最大的600座城市创造了全球一半左右的经济产值。相应地,城市消耗的能源约占全球总量的三分之二,排放的温室气体约占全球总量的70%——尽管它们只占地球表面积的2%。

因此,在寻求解决当今最紧迫的问题——尤其是气候变化问题以及自然资源日益稀缺问题——的解决方案时,我们必须首先从城市着手。由于城市人口密度非常之大,因此,提升城市发电、配电效率以及市区建筑与交通系统的用电效率的潜力巨大。也就是说,确保人类未来发展的关键在于人类文明的发祥地——城市。

令人欣慰的是,许多城市开始勇敢地承担这一重任,正在采取措施减轻其环境影响。在这方面,走在前列的是哥本哈根和墨尔本。丹麦首都哥本哈根计划在2025年之前将二氧化碳净排量降低为零,而澳大利亚第二大城市墨尔本也希望在2020年之前达到相同的减排目标。下面的例子阐明了为实现上述减排目标可采取的各种措施:

清洁能源。据西门子估算,从现在到2030年,全球电力需求将增长三分之二左右,在此期间,预计将新建总装机容量为70亿千瓦的发电厂,其中三分之一以上将使用不含碳的可再生能源,比如风能、水电与太阳能,但燃煤和燃气电站等传统发电厂仍占该装机总量的45%左右。也就是说,今后20年内,采用化石燃料的发电厂的装机容量将增加50%左右。这种增长将主要发生在亚洲和美国,因为这两个地区目前正在大力发展更加高效的燃气发电,其中部分电厂将采用西门子的技术。

今后数年内,燃煤发电,尤其是现有发电厂,仍将是全球电力生产行业的主力。过去五年来,尽管全球新建了总装机容量为3.5亿千瓦的先进燃煤发电厂,但全球传统燃煤发电厂的总装机容量超过16亿千瓦,其中很大一部分为服役时间较长的老电厂。比如,在俄罗斯,80%以上的燃煤发电厂服役期在20年以上,其中部分发电厂的发电效率只有23%。也就是说,这些发电厂每发一度电的二氧化碳排放量是发电效率在45%以上的现代化发电厂的两倍。

如果能对全球各地数以千计采用化石燃料的发电厂进行现代化改造,其效率可增加若干个百分点。这还可大幅降低它们的二氧化碳排量,从而有助于保护气候。此外,现代化改造还可降低发电厂的运营成本、延长其使用寿命、增强其综合竞争力。

常驻佛罗里达州奥兰多市、负责协调西门子能源全球服务业务的Steve Welhoelter指出,“仅在美国,2000年以来对100多台蒸汽轮机进行的升级改造,每年可减排2000万吨二氧化碳。”

对清洁能源发电而言,另一个至关重要的因素是大幅增加可再生能源资源的使用量。比如,预计到2050年,土耳其的人口总量将从目前的7500万人增至9500万人,同期,该国能源耗用量预计也将大幅增长。为了减轻对于进口天然气的依赖,该国计划对电力行业进行结构调整,尤其是促进本国优势能源(比如风能)的开发和利用。自2008年以来,土耳其的风电装机容量增长了十倍,达到350万千瓦。

低损耗输配电。然而,可再生能源使用量的大幅增加,还将为全球能源体系带来新的挑战。

与通常建在靠近能源需求中心的传统发电厂不同的是,使用可再生能源的发电厂通常建在替代能源储量比较丰富的地方。也就是说,太阳能电站一般建在阳光充足的地区,而风电场则建在高原或海上,因此,需要建设更多的远距离输电线路。

比如在中国,由西门子提供设备的一条高压直流(HVDC)输电线路,以仅仅百分之几的损耗,将零碳水电输送到1500公里以外的东南沿海地区。传统交流输电线路的输电损耗是直流输电线路的两三倍。

此外,其他国家也在采用西门子设备建设类似的高压直流输电系统,比如英格兰和苏格兰之间以及西班牙与法国之间的输电线路等。印度也在采用西门子设备建设新的输电线路。印度电网运行质量非常差,通常无法将电能输送至真正有需要的用户。从蒙德拉到Mahendragarh城的输电线路长约1000公里,几乎没有任何电能损耗。依照《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC),这条线路所采用的西门子输电技术已被认定为首选绿色技术。该输电线路可为超过100万印度住户输送充足的电力。

发电。中国上海临港联合循环发电厂。

输电。印度的高压直流输电线路。

用电。一家汽车工厂。

优化能源使用。确保能源供应安全的最可靠和最环保的方式是减少能源耗用量。在城市,这一点尤其适用于建筑物。城市建筑物的耗能量占全球总耗量的40%,而且城市建筑物因使用电能和热能而排放的温室气体约占全球排放总量的20%。采用能效最高的照明系统、空调系统、IT系统与安防系统,能够将城市建筑物的能源需求量减少30到40%。

工业设施是另一个耗能大户。在这里,采用可降低能源需求的智能化解决方案同样至关重要。由于能源价格不断上涨,采用这类解决方案可为企业节约大量成本,从而增强其竞争力。以汽车行业为例,它的主要目标之一是降低工厂的基础用电负荷。设在奥地利林茨的西门子工业能源管理系统公司的负责人Rudolf Traxler解释说:“即使是没有生产的停工日,汽车厂的能源需求也非常高,通常相当于正常工作日的30%。”装有大量传感器的西门子尖端能源管理系统,可展示一幅更加清晰的能源需求图景,并将标出能够节约成本的环节。比如,设在奥地利斯泰尔市的宝马汽车发动机车间在停工期的基础用电负荷已从8000千瓦降至5000千瓦。

所有这些例子都表明,采用现有的技术,我们已可提出众多节能减排方案。联合国环境规划署(UNEP)最新发布的气候报告显示,自2000年以来,全球温室气体排量已增加20%左右。尽管如此,联合国环境规划署执行主任阿希姆•施泰纳在2012年底召开的卡塔尔联合国气候变化大会(COP18)上仍然认为,在国际层面上,采取果断行动能够改变一切:“2006年时谁会想到,我们有能力将全世界可再生能源的占比从当时不到4%的水平增加到目前的20%?”

取得上述进步的关键在于相关国家、城市和行业能够让气候保护与其自身利益协调一致。这也是西门子多年来遵循的、取得了巨大成功的战略。2012财年,西门子环保相关业务组合的高效技术与解决方案为公司创造了332亿欧元的营收,同期使用上述技术和解决方案的西门子客户减排了大约3.32亿吨二氧化碳,大致相当于德国2010年二氧化碳总排量的41%。

换言之,西门子的环保业务树立了又一个环境效益和经济效益兼收的典范。但是,人类仍面临着一个重大挑战。由于世界人口快速增长、经济日益繁荣、对自然资源的需求不断增长,我们能否在21世纪做到可持续发展?我们的城市必须首先作答。而且城市对这一问题的答案将决定它们能否继续成为人类发展的光辉榜样。

作者:Sebastian Webel

(责任编辑:ioter)

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