欧洲陷入能源危机，缺油少气后又停电，欧洲的能源为何漏洞百出呢

R.Curtis（英）、J.Lund（美）、B.Sanner（德）、L.Rybach（瑞士）、G.Hellström（瑞典）

徐巍（译）郑克棪（校）

摘要：1995年在意大利佛罗伦萨举行的世界地热大会上，一篇论文引起了世界地热界对地热热泵增长状况的广泛关注。随着降低建筑能耗压力的增加，以及减少建筑物二氧化碳排放指标的提高，安装地热热泵的趋势正在逐渐兴起。应用地热热泵的国家数量也不断上升，其中一些国家并没有传统意义上的地热资源，但现在他们有了生气勃勃的地热热泵项目。另外，还有一些国家正在探索其应用潜力。从小的家庭安装到大功率的系统安装，各种型号的地热热泵都在增加。这篇文章主要对近10年这些高效率、长寿命、低污染的可再生能源系统的发展和安装进行评价。

1 介绍

地热热泵是世界上发展最快的可再生能源利用技术之一，在过去的10年里，大约30个国家平均增长速率达到10%。它主要的优点是可以利用平常的地温或地下水的温度（5～30℃）就可以运行，而这些资源全世界各个国家都可以获得。在1995年的佛罗伦萨世界地热大会上，人们尝试着总结了当时的这项技术状况和发展水平，到2005年，地热热泵已经进一步提升为新能源和可替代能源的重要角色。它们尤其已经被作为一种高效的可再生供热装置，而且更重要的是它们在减少二氧化碳方面得到认可。来自加拿大的一篇文章中提到：“当前在市场上不可能有任何其他的单项技术比地热热泵在减少温室气体排放和导致全球变暖效应方面的潜力更大。”这句话同当前流行的一种认识相一致：热泵作为供热装置可以减少全球6%以上的二氧化碳排放量，它是目前市场上可获得的减少二氧化碳排放量最大的单项技术之一。这样的说法正好适合当前提倡的把更多的注意转移到可再生热能的利用上来，就像现在提倡可再生电能一样。2005年9个欧洲组织和贸易协会共同提倡采用可再生能源进行供热和制冷的行动。三个主要的技术被提到：生物能、太阳能和地热能。过去10年已经进行的工作，说明正确设计的热泵系统，无论是对单孔安装还是多孔安装，都可以确保从地下汲取的热能是真正可再生和永久可持续的。最近，世界能源组织公布了多种可再生技术的生命周期分析，对于加热技术，地热热泵的生命期二氧化碳排放量是第二低，仅次于木屑。

在这篇文章里，我们简短介绍了地热热泵技术，提出当前流行的一些综合信息。读者会发现2005年世界地热大会论文集第14章收集了比以前大会论文集更多的关于地热热泵的论文，反映了它在世界范围内的快速增长。尽管地热热泵有比较高的应用潜力，但在一个国家或地区的优势条件取决于当地的经济生存能力、应用能力和增长率。我们介绍了几个不同地理区域和国家的发展情况。一些地区已经安装了很多的地热热泵，而且显示了不断增长的趋势，有些地区才刚刚开始。开发利用较好的国家有美国、北欧、瑞士、德国，尤其是瑞典。刚开始开发利用的国家包括英国和挪威。其他有大量装机的国家还有加拿大和奥地利，法国、荷兰也显示了比较快的增长速度。中国、日本、俄罗斯、英国、挪威、丹麦、爱尔兰、澳大利亚、波兰、罗马尼亚、土耳其、韩国、意大利、阿根廷、智利、伊朗等国开始意识到地热热泵技术。论文集第一部分里许多国家介绍了他们的开发利用状况。

2 装机

尽管许多国家都开始对热泵产生兴趣，但热泵的增长主要还是发生在美国和欧洲。据不完全统计，目前全世界范围内的装机容量可能接近10100MWt，年均利用的能量大约59000TJ（16470GWh）。实际安装的机组数量大约900000个。表1列举了地热热泵利用率最高的几个国家。

表1 利用地热热泵领先的国家

3 地热热泵系统

热泵系统利用相对不变的地下温度来为家庭、学校、政府和公共建筑供热、制冷和提供生活热水。输入少量的电能驱动压缩机后，可以产生相当于输入能量4倍的能量。这样的机器使热能从低温区流向高温区，实际上是一台能倒流的制冷机。“泵”说明已经做功，温差称为“抬升”，抬升越大，输入的能量越多。该项技术并不是一项新技术，1852年Lord Kelvin提出了这个概念，20世纪40年代Rober Webber修改成地热热泵，60、70年代获得商业推广。图1是典型的水-气型热泵系统。这样的热泵在北美应用很广泛，但在北欧家庭供暖市场主要利用水-水热泵。

热泵有两种基本的配置：土壤偶极系统（闭路系统）和地下水系统（开路系统），地下系统可以水平或垂直安装，取用井水或湖水。系统的选择依赖安装地点的土壤和岩石类型，能否经济施工水井或现场已有水井，还需场地条件。图2是这些系统的示意图。如前面的水-气型热泵所示，对于热水加热系统，家用热水交换器可以在夏天利用回灌的热量，冬天利用输出的热量来加热生活用水，水-水型热泵一般只能通过转换供热模式到生活热水模式，将输出温度提高到最大来加热生活热水。

图1a 制冷循环中的水-气型地热热泵

图1b 供暖循环中的水-气型地热热泵

图2a 密闭环路热泵系统

图2b 开放环路热泵系统

在土壤偶极系统里，一条封闭的管路被水平的或者垂直的埋在地下，防冻液通过塑料管循环，或者在冬天从地下获得热量，或者在夏天将热量灌入地下。开放环路系统利用地下水或湖水直接通过热交换器后灌入另一眼井（或者河渠、湖里，或者直接用于灌溉），主要按照当地法规执行。

其他种类的热泵系统正在兴起，如竖井和本次大会上提到的一种新类型。这些系统效率很高，但大多需要更加精细的水文地质信息和比闭路系统更加专业的设计。

热泵机组的效率在供暖模式通过运行系数COP来表示，在制冷模式下用能量效率比（EER）来表示，它是输出能量与输入能量（电能）之比，目前的设备基本在3和6之间变化。这样COP为4意味着输入每个单位的电能可以产生4个单位的热能。经过对比，空气源热泵的COP大约为2，取决于高峰供暖和制冷需要的备用电能。在欧洲，这个比率有时候作为“季节性运行参数”，即供暖季和制冷季的平均COP，同时要考虑系统特性。

4 地热热泵的可再生讨论

随着热泵装机的稳定增加，使人认识到它们对可再生能源利用的贡献。这只是部分的认识，因为它们只涉及了供暖和制冷的表面，所以没有可再生电能的考虑。然而，这里面有两个其他的因素——一个是关于地下能源的可持续问题，一个是基于空气源热泵的问题，在能量输出时没有纯能量的增加，所以它们仅仅是一种能量效率技术。

20世纪50、60年代，当空气源热泵风靡的时候，在城市里的化石燃料电厂发电的效率接近30%。当时空气源热泵的COP一般在1.5～2.5之间变化。表2显示了在建筑物里能量释放的情况，60%的能量来自于空气，而用来发电的原生能量只有75%作为有用的热能得到利用。这样，从空气中提取的可再生能量已经高效地释放了热能，但没有剩余能量。表2的第二列是当前的数据。新型的组合或联合循环发电厂发电效率已超过40%。土壤源热泵的SPF已超过3.5。这导致了140%的效率，其中最终能量的71%来自地下。更重要的是，超过40%的剩余量已高于发电消耗的原始能量。

表2 能量和效率对比表

水源热泵和新型发电效率的联合才构成剩余可再生能源的释放。

如果从一开始就用可再生能源发电，则所有传递的能量就都是可再生的。为了释放可再生的能量最多，建议应该尽快使可再生电能变得经济，并与地源热泵结合起来。

能量讨论可能是有争议的，但二氧化碳排放量的减少却很容易证实。举个例子，当前英国电网和地热热泵联合供暖相对于传统的化石燃料供暖技术可以减少50%的二氧化碳排放量。这归功于当前英国电网的联合。由于目前发电所排放的二氧化碳在减少，所以通过利用地热热泵而排放的二氧化碳会更少。随着利用可再生能源发电，建筑供暖将不再需要排放二氧化碳。

如果要计算一下世界范围内可节约的石油当量和当前地热热泵装机容量所能减少的二氧化碳排放量，则需要有几个假设条件。如果每年地热能被利用28000TJ（7800GWh），将此量与30%效率的燃油发电相比，则会节约15.4百万桶石油，或者2.3百万吨石油当量，减少700万吨二氧化碳的排放量。如果我们假想每年同样长时间的制冷，则这个数字会翻倍。

5 美国的经验

在美国，大多数系统都是根据高峰制冷负荷设计的，它高于供暖负荷（主要是北方地区），这样，估计平均每年有1000个小时满负荷供暖。在欧洲，绝大多数系统是根据供暖负荷设计的，所以经常据基础荷载设计，另加化石燃料调峰。结果，欧洲的系统每年可以满负荷运行2000到6000个小时，平均每年2300个小时。尽管制冷模式将热量灌入地下，它不是地热，但它仍然节省能量，有利于清洁环境。在美国，地热热泵装机容量能稳定在12%，大多数安装在中西部地区和从北达科他州到佛罗里达州的东部地区。目前，每年接近安装50000个热泵机组，其中46%是垂直闭路循环系统，38%是水平闭路循环系统，15%是开路系统。超过600个学校安装了热泵系统进行供暖和制冷，尤其在得克萨斯州。应该注意到这一点，热泵按照吨（1吨冰产生的制冷量）来分等级，这个吨相当于12000Btu/hr或3.51kW(Kavanaugh和Rafferty，1997)。一个典型的家庭需要的热泵机组应该是3吨或者是105kW的装机容量。

美国装机容量最大的热泵是在肯塔基州路易斯维尔市的一个宾馆。通过热泵为600个宾馆房间、100个公寓和89000ｍ2的办公区（整个宾馆161650ｍ2）提供冷热空调服务。热泵利用出水量177l/s、出水温度14℃的4口水井，提供15.8MW的冷负荷和196MW的热负荷。消耗的能量是没有热泵系统附近相似建筑的53%，每月节约25000美元。

6 欧洲的状况

地热热泵实际上可在任何地方既供热又制冷，可以满足任何的需求，具有很大的灵活性。在西欧和中欧，直接利用地热能对众多客户进行区域供暖受限于区域的地质条件。在这种情况下，通过分散的热泵系统采集到处都有的浅层地热是一个明智的选择。相应的，在欧洲各个国家，热泵正在快速增长和发展起来。热泵系统的市场正在蔓延，从事该项工作的商业公司也在增长，他们的产品已经进入“黄页”。

欧洲超过20年对热泵的研究开发为该项技术的可持续性建立了一个完善的概念，还解决了噪音问题，制定了安装标准。图3是一个典型的井下热交换器型热泵（BHE）。这个系统每输出1kWh的热或冷需要0.22～0.35kWh的电能，它比季节性利用大气做热源的空气源热泵少需要30%～50%的能量。

图3 中欧家庭中BHE热泵系统的典型应用，典型的BHE长度大于100m

根据欧洲许多国家的天气条件来看，目前大多数的需求是供暖，空调很少需要。所以热泵通常只是用于供暖模式。然而随着大型商业利用数量的增加，制冷的需要以及这项技术推广到南欧，将来供暖和制冷双重功效就会越来越重要。

在欧洲统计热泵安装的可靠数量是相当困难的，尤其是个人的利用。图4是欧洲主要利用热泵的几个国家安装热泵的数量。2001年瑞典大幅增加的热泵主要是空气源热泵，然而瑞典在欧洲也是安装地热热泵最多的国家（见表1）。总的情况，除了瑞典和瑞士，地热热泵的市场扩展在整个欧洲还不太大。

7 德国的经验

1996年之后，根据热泵的销售统计，德国各种热源的热泵销售情况各不相同（图5）。在经过1991年销售量小于2000台的低迷后，热泵的销售量呈现稳定的增长。地热热泵的份额从80年代少于30%上升到1996年的78%，2002年达到82%。而且从2001年到2002年，当德国的房地产由于经济萧条正在缩水的时候，地热热泵的销售量仍然有所增长。将来它在市场上仍然有增长的机会，因为有较好技术前景做保证。

图4 一些欧洲国家热泵机组的安装数量对比图

图5 每年德国热泵的销售数量对比图

德国地热热泵在住宅利用的数量是巨大的，许多小型系统安装在独立的房子里，而较大系统用于一些需要供暖和制冷的办公楼等商业区域。德国的大部分地区夏季的湿度允许制冷不带除湿，例如冷却顶棚。热泵系统就很适合直接利用地下的冷能，不需要冷却器，它们显示了非常高的制冷效率，COP能达到20以上。第一个利用井下热交换器和直接制冷的系统在1987年安装的，同时该项技术成为一个标准设计选择。一些最新的德国地热热泵的例子Sanner和Kohlsch有文章介绍。

在德国，地热热泵已经走过了研究、开发和开发现状阶段，当前的重点是选型和质量安全性。像技术准则VDI4640、合同规范以及质量认证等工作正开始被强制执行来保护工业和消费者，避免质量不合格和地热热泵系统无法长期运行等问题。

8 瑞士地热热泵的繁荣

地热热泵系统在瑞士已经以每年15%的速度快速增长。目前，有超过25000台热泵系统在运行。来自地下有三种热能供应系统：浅层水平管（占所有安装热泵的比例小于5%）、井下换热器系统（100～400m深，占65%）、地下水水源热泵（占30%）。仅仅在2002年，就施工钻孔600000m，并安装了井下换热器系统。

地热热泵系统非常适于开发到处都有的浅层地热资源。热泵系统长期运行的可靠性现在已经通过理论和实践研究以及通过在几个供暖季的测试得到证明。季节运行因素已大于3.5。

各种测试和模型模拟证明这种系统可以持续性的吸取热量。长期运行的可靠性保证了系统可以无故障应用。热泵系统所配备井下换热器的合理尺寸也有利于广泛的应用和选择。实际上，热泵系统的安装在1980年从零开始，经过快速发展，现在是瑞士地热直接利用里最大的部分。

地热热泵系统的安装自从20世纪70年代末期开始认识以来发展很快，这种印象深刻的增长可见图6和图7。

图6 1980～2001年瑞士地热热泵安装的发展趋势图

图7 1980～2001年瑞士井下换热装置和地下水的地热热泵系统装机容量发展趋势图

每年的增长非常显著：新安装系统的数量以每年大于10%的速度增长。小型系统（＜20kW）显示了最高的增长速度（大于15%，见图1）。2001年地热热泵系统的装机容量是440MWt，产生的能量为660GWh。2002年施工了大量的钻孔（几千个），并安装了双U型管的井下热交换器。井下换热器的平均深度大约150～200m；超过300m深度的钻孔也越来越多。平均每米的造价是45美元左右，包括钻井、下入U型管和回填。2002年，井下换热器的进尺达到600000m。

热泵快速进入瑞士市场的原因

热泵系统在瑞士市场上快速发展的原因主要是那里除了这种到处都有的地热以外，在地壳浅层没有其他地热能资源。另外，也有许多其他的原因，包括技术上的、环境上的以及经济上的原因。

技术原因

大多数人口居住的瑞士高原合适的天气条件：大气温度在0℃附近，冬天日照很少，

地下浅层温度在10～12℃之间，长供暖期。

恒定的地下温度通过正确选型尺寸，可以提供热泵最好的季节运行因素和长期使用寿命。

地热热泵以分散方式进行安装，适合于独立用户需要，避免了如同区域供暖系统的昂贵的热分配。

安装位置在建筑物附近（或建筑物地下），相对自由，在建筑物内对空间的要求也不高。

至少对小型系统来说，不需要进行回灌，因为在系统闲置期（夏天）地下的热能可以自动恢复。

环境原因

没有交通运输、储藏和运行的危险（与石油相比）；

没有地下水污染的危险（与石油相比）；

系统运行可以减少温室气体二氧化碳的排放。

经济原因

环境友好的地源热泵安装成本比得上传统（燃油）系统的安装（赖贝奇，2001）；

比较低的运行成本（与利用化石燃料供暖进行比较，不需购买石油或天然气，和燃烧器控制）；

对环境友好的热泵，当地给予对用电费用优惠。

二氧化碳的排放税预计要实施。

进一步快速推广地热热泵的刺激因素是公用事业的“能量合同”。它暗示了利用热泵的公司以自己的成本设计、安装、运行和维护地热热泵，同时以合同价格卖热能或冷能给合适的用户。

尽管绝大多数地热热泵是为单独住宅供暖（生活热水），但一些新的利用方式正在出现（包括各种井下换热器系统，联合太阳能进行热量采集和储存、地热供暖和制冷，“能量堆”）。对于每2km2一台机组，它们的地区密度是世界上最高的。这保证了瑞士在地热直接利用方面是有优势的（在世界上前五个国家中人均装机容量）。相信瑞士的地热热泵在相当长的一段时间内会兴盛下去。

9 英国的地热热泵

在英国，路特·开尔文努力发展了热泵理论，但利用热泵进行供暖却进展缓慢。第一个安装地热热泵的记载要追溯到1976年夏天。小型闭路系统的先锋设置是在90年代初期苏格兰的住宅进行安装的。英国花了很长时间发现为什么到目前为止在英国该项技术要落后于北美和北欧。首要的原因是相对温暖的天气、房屋材料的保温性较差、缺少适合的热泵机组和与天然气庞大管网的竞争。

在20世纪90年代中期，通过吸取加拿大、美国和北欧地区利用热泵的经验教训，英国的地热热泵开始缓慢发展。他们利用很长时间确定合理的技术来适用于本国的住宅材料，以及克服英国特有的各种问题。另外的一个难题就是英国的地质条件复杂。

过去的两年时间里，热泵已经被公认在几个英国政策里扮演着重要的角色，例如供热保障程序、可再生能源以及能源效率目标。

在英国，很少人知道其实热泵系统比起传统的那些系统可以大量减少二氧化碳的排放。利用英国电网的地热热泵系统将会立刻减少40%～60%的二氧化碳排放量。随着英国电网在将来几年变得越来越清洁，长寿热泵的排放量也会进一步下降。建筑师和发展商发现新的建筑评价标准正开始考虑二氧化碳这个新参数。

从非常小的起步，目前地热热泵系统已经出现在整个英国，从苏格兰到Cornwall。私人建筑家、房地产商和建筑协会现都成为这些系统的消费者。室内安装热泵系统一般在25kW到2.5kW之间，主要选择各种水对水和水对空气的热泵，安装在几种不同地质条件的地区。

最近宣称有拨款计划（清洁天空项目）会帮助建立该项技术的部门鉴定，会建立可信的安装队伍、技术标准以及适用于英国室内的热泵。随着去年英国主要的用户发起了热泵安装发展到1000家的活动，希望对于该项技术的兴趣能够快速增长，同时希望在将来几年能够大量涌现出室内地热热泵安装的成功案例。

另一个利用地热热泵的重要领域就是供暖和制冷都需要的商业和公共建筑。2002年国际能源协会热泵中心安排了首批国家级研究，对热泵可能减少二氧化碳的排放量进行研究（IEA，2002）。其中第一个就是在英国展开的，研究结论是热泵系统应用于办公室和小商店效果最好。第一个不在室内安装的热泵仅25kW，是在Scilly的Isles的健康中心。这个系统在接下来的2000年到今天得到迅速发展，设备尺寸和型号目前已经达到300kW。

热泵的利用已经发展到学校、单层或者多层的办公楼和展览中心。显著的一个例子就是Derbyshire的国家森林展览中心、Chesterfield、Nottingham、Croydon地区的办公楼以及Cornwall的Tolvaddon能源公园。一个大型的系统已经在Peterborough地区的新宜家销售中心进行安装。这些系统的安装采用了各种各样的类型，有简单利用地板供暖的，反循环热泵供暖和制冷的，也有复杂的整合机组同时进行供暖和制冷的。单独的或者是混合的配置都已经被采用，包括利用大型地下水平循环和其他相互联系的钻孔网。

10 瑞典的地热热泵

20世纪80年代初期，地热热泵在瑞典开始盛行。到1985年，已有50000台热泵机组被安装。随后较低的能源价格和技术质量问题使热泵市场萎缩，在接下来的10年里，平均每年安装2000个热泵机组。1995年，由于瑞典政府的支持和补贴，公众对地热热泵的兴趣开始增强。根据占住宅销售市场约90%的瑞典热泵机构（SVEP）统计的销售数据显示，2001年和2002年大约有27000个热泵机组被安装（见图8）。因此，安装的机组数量估计达到200000台。

目前，热泵是瑞典小型住宅区最流行的采用液体循环的供暖方式，由于当前的油价，它替代了烧油；由于电费高昂，它又替代了电；由于方便而替代了木炭火炉。直接利用电加热的发展速度已相当减慢。除了住宅方面，还有一些大型的系统安装（包括闭路和开路循环）用于区域供暖网。所有热泵机组平均输出的热能估计大约10kW。

瑞典地热热泵的安装通常建议占标称负荷的60%，即每年大约3500～4000个小时满负荷运行。整合在热泵里的电加热器提供剩余的负荷，有将热泵负荷增加到80%～90%的趋势。大约80%的热泵采用的是垂直类型（钻孔类型）。在住宅里，钻孔的平均深度大约125m，水平类型平均循环长度大约350m。开式、充满地下水的单U型管（树脂管，直径40mm，压力正常6.3bar）几乎用于所有的热泵安装。当热量需要被回灌入地下时，双U型管有时候被采用。热反应测试已经显示自然对流在充满地下水的钻孔中比填满砂（砾石）的钻孔热交换更强烈。地源热泵的盛行已经使人们逐渐关注相邻钻孔之间长期热影响的问题。

图8 每年瑞典热泵销售数量对比图

用于客户住所的大型系统正在变得越来越流行。用来制冷的垂直式安装正在占据市场，但在住宅方面仍然没有引起人们的兴趣。在商业和工业上制冷的需求为地热热泵打开了一个崭新的市场。

热泵技术上的发展有由涡轮式压缩机逐渐代替活塞式压缩机的趋势，它的优点是运行平稳、设计简洁。另外人们对各种容量控制也产生了兴趣，例如在同一个机组里分别安装一个小型压缩机和一个大型压缩机，夏天，生活热水可以通过小型压缩机来供给。绝大多数进口的热泵利用的工质是R410A。瑞典生产商仍然利用的是R407C，但有向R410A转变的趋势，还有的对丙烷也感兴趣。目前正在研究利用极少量的工质来组建热泵。一些生产商通过利用废气和土壤作为热源的热泵抢占市场。废气可以被用来预加热从钻孔开采出来的热运移流体，或者热泵闲置时灌入地下。

在大型钻孔型热泵系统里，为了确保系统长期运行，不得不考虑地下热能的平衡。如果主要是满足热负荷，则在夏天必须向地下回灌热能。自然界的可再生能源，如室外空气、地表水和太阳能都应该被考虑。在Nasby公园，在建筑物下面安装了一套系统，施工了48个200m深的钻孔，利用400kW的一个热泵基本提供热负荷，每年运行6000个小时。夏天，从附近的湖引来的地表温水（15～20℃）通过钻孔灌入地下。

11 挪威的例子

在奥斯陆的Nydalen，180个基岩井将会是给一个接近20万m2的建筑进行供热和制冷的关键。这是欧洲这种类型的系统里最大的项目。

一个能量供应站将为Nydalen的这个建筑供暖和制冷。通过利用热泵和地热井，热能既可以从地下采集，也可以将能量储存地下。夏天，但有制冷需要时，热能可以灌入地下。基岩的温度可以从平常的8℃上升到25℃。在冬天，热能可以用来供暖。供暖的输出功率是9MW，而制冷是7.5MW。与电、石油和天然气供暖相比，每年供暖的成本可以减少60%～70%。供暖和制冷的联合调用确保了能量站的高效利用。

这个项目最独特的地方是地热能量储藏。这里的180个井，每个都深200m，可以提供4～10kW能量。整个储热基岩的体积是180万m3，主要在建筑物的下面。塑料管形成封闭环路，用来传递热能。

该项目总投资是6千万挪威克朗（相当于750万欧元）。这比起传统方式（即没有能量井和收集装置）多投资1700万挪威克朗。然而，每年购买的能量减少约400万挪威克朗，项目还是有利润的。这个项目由政府实体Enova SF和奥斯陆能源基金拨款支持了1100万挪威克朗。

能量站按计划在2003年4月开始建设，包括施工一半的基岩井。剩下的井可能安排在2004年的建设中。

该项目的细节可以在项目组www.avantor.no和热能储存www.geoenergi.no两个网站上查询。

结论

地热热泵是一个刚兴起的技术，有能力利用地下巨大的可再生贮存能量，提供高效率的供暖和制冷。它们正逐渐被认为是替代化石燃料的一种选择，在许多国家，它们在对建筑进行供暖和制冷时可以极大地减少二氧化碳的总排放量。相信安装热泵系统的数量和国家都会快速增长起来。

参考文献（略）

德国、美国、日本三个国家是主要的利用太阳能的国家，西班牙则发展迅速。德国太阳能装机容量在2007 年达到1328MW，占世界新增容量的47%。是目前全球最大的太阳能发电市场，而西班牙是增长最快的市场之一，2007 年新增太阳能光伏发电装机容量640MW，同比增长480%，成为全球新的第二大市场。美国市场新增220 MW,同比增长57%，只有日本在政府取消了一定的政策补贴后增速下降了22%。清洁能源包括核能和“可再生能源”。可再生能源包括水能、太阳能、风能、生物能、地热能、海洋能、核能等。目前，新能源里只有水、核、太阳能、风能得到较多的推广，太阳能和风能因资源地域分布广，可以采用集中式和分布式利用方式进行较大范围的应用，尤其是太阳能，正逐步走进居民日常生活，其他大多新能源则因条件限制未能得到大规模利用。在中国目前的能源结构里面，煤炭占了70%，水电、核能等新能源加起来才只占8%，我国能源消费仍严重依赖传统能源。而在德国，可再生能源发电比重由2000年的不足7%上升至近25%。而且在能源转型计划下，德国的目标是到2050年将可再生能源比重增加至80%，并将能源消耗减少50%。同时，计划到2020年和2050年分别将温室气体排放减少40%和80-95%。在我国光伏市场仍以大型光伏电站为主，分布式发展较晚，从2013年才得到较大推广。大型地面电站主要集中在西北等荒漠地带，虽然发电效益好，但经济落后，电量无法就近消纳，造成很大资源浪费和电网负担。分布式则集中在经济发达地区，目前新增装机量虽很大，但总体比例仍较小，电力不够消纳。

此次欧洲能源危机主要与能源供给失衡有关。

下半年以来，全球能源价格出现了持续上涨，天然气、动力煤价格创历史新高，石油价格创疫情暴发后的新高，全球多个国家电价持续上涨。 英国、欧洲、美国等国皆有不同程度能源紧缺问题，油荒、电荒、气荒等等问题频繁出现，给居民生活成本带来了极高的负担。

从电力的情况来看，主要是诸多因素累加在一起打击了欧洲能源行业的可持续性，最核心的原因当然是全球天然气短缺。从2021年年初以来，欧洲的天然气价格已经翻了两番。欧洲的能源供应中，天然气约占供应量的 20%，当然有不少国家更依赖天然气，比如德国有一半的家庭依靠天然气供暖。欧洲各国每年天然气供应中，有三分之一来自于俄罗斯，但是由于诸多原因，俄罗斯并没有增加对欧洲的天然气供应量。

从碳排放问题来看，全球减少碳排放已逐渐成为全球的共识，在这方面欧洲走到了前列，多个国家的能源结构已经向“风光水”等可再生能源领域倾斜。但是欧洲对于能源结构的转换过于快速，在新能源设备还未成熟建立的情况下，缩减传统供应产业规模。根据气象组织Vortex发布的数据显示，今年北欧风力强度平均下降了15%。由此产生的能源供应缺口需要煤炭和天然气发电补充，但煤炭和天然气供应又出现了问题，因而导致欧洲电荒的出现。 

在天气方面，2021年全球极端天气的发生天数明显高于2020年，在我国河南、山西等多地发生了洪涝灾害，德国更是出现了超级洪水，北欧风力强度下降，美国年初出现了极端严寒和山火，巴西则出现了罕见干旱现象。极端天气的增加严重影响了能源供给，比如德国今年上半年的风力发电量同比大幅缩减21%。

欧盟欲实现能源自主，2030年前摆脱对俄依赖

欧盟欲实现能源自主，2030年前摆脱对俄依赖，欧委会主席冯德莱恩说，欧盟必须摆脱对俄罗斯石油、煤炭和天然气的依赖，欧盟欲实现能源自主，2030年前摆脱对俄依赖。

欧盟计划在一年内将从俄罗斯进口的天然气削减三分之二。

欧盟绿色专员表示，要实现气候目标，需要通过增加可再生能源来抵消液化天然气和煤炭的长期使用。

对此，国际能源署还向欧盟提供了10条建议，旨在使欧洲能源供应多样化、加速向可再生能源发展以及关注能源效率。

国际能源署首席经济学家Fatih Birol在书面声明中表示：

没有人再抱有任何幻想了。俄罗斯利用其天然气资源作为经济和政治武器，这表明欧洲需要迅速采取行动，为明年冬天俄罗斯天然气供应的巨大不确定性做好准备。

欧洲希望减少三分之二对俄罗斯天然气的依赖

在俄罗斯的军事行动后，欧盟委员会正在修订其能源战略，以减少克里姆林宫的影响力。

周二，英媒称在看到的提案草案中，欧盟要求到9月30日填满80%的天然气储存容量，而现在大约是30%。欧盟将允许各国政府向公司支付费用来持有天然气。

如摩根大通的图表所示，由于欧洲大陆对ESG的迷恋，近年来欧洲的石油和天然气产量一直在稳步下降，而从俄罗斯的进口一直在稳步增长。

因此，欧洲的计划要想有成功的机会，不仅需要成员国采取行动（其中许多国家已经对委员会的能源转型计划所需的投资感到不安，现在正努力控制能源成本飙升的政治影响），而且还需要世界其他国家的行动。

虽然欧盟委员会认为，即使在俄罗斯供应突然中断的情况下，欧盟已经有足够的天然气来度过这个冬天的剩余时间，但能源库存正在减少。今天壳牌公司宣布，它正在限制德国的一些燃油销售。欧盟执行机构将建议各成员国现在就开始为储油罐加油，为明年冬天做好准备。

欧盟委员会还表示，要加快“绿色协议”的实施——即到2030年，至少比1990年减少55%的温室气体排放，并且到2050年实现净零排放的目标。

怎么减少？

根据国际能源署（IEA）的数据，去年欧盟从俄罗斯进口了1550亿立方米的天然气，占其天然气进口量的近一半（45%）和总使用量的近40%。意大利、德国和几个中欧国家尤其依赖俄罗斯：它还提供了约25%的原油供应。

据彭博报道，草案中提议，将增加更多的液化天然气进口和来自俄罗斯以外的管道供应、更多的可再生气体，同时节约能源并转向电气化。这将使欧盟有可能有效地取代其目前从俄罗斯进口的'1550亿立方米天然气。

这将使得欧洲每年有多达500亿立方米的天然气来自新的液化天然气来源，100亿立方米将来自其他供应商的管道，200亿立方米将来自新的风力发电，将减少对燃气发电站的需求。

据英媒报道，欧盟绿色协议专员Frans Timmermans表示，欧盟可以进口更多的液化天然气，迅速推动可再生能源发电，并通过能效措施削减需求。他承认，为了避免改用天然气，各国可能不得不长时间燃烧煤炭。

但Timmermans坚持认为，只要可再生能源迅速增加，欧盟仍有可能实现其绿色目标：

（如果我们）加快向可再生能源过渡的速度，同时提高我们的能源效率，并使我们的能源资源多样化，到今年年底，我们对俄罗斯天然气的依赖就可以减少三分之二。

创造自己的能源资源是最明智和最紧迫的选择。

Timmermans表示，欧盟可能从其他渠道增加天然气进口，包括从阿塞拜疆等国进口100亿立方米的管道天然气，以及从卡塔尔、埃及甚至澳大利亚进口500亿立方米的液化天然气。

除此之外，IEA还向欧盟提出了减少对俄罗斯天然气依赖的10条建议，其中包括不与俄罗斯续签天然气供应合同、储存更多的天然气、加快风能和太阳能等可再生能源的部署等等。

欧盟委员会8日提出一项名为REPowerEU的方案，计划在2030年前逐步摆脱对俄罗斯化石燃料的依赖。欧委会表示，实施这一方案可在2022年年底前将欧盟对俄罗斯天然气需求减少三分之二。

俄罗斯是欧盟最大天然气和原油供应国，欧盟进口天然气中约40%、进口原油中约30%来自俄罗斯。近几个月来，欧洲一直面临能源价格上涨困扰，近期乌克兰局势导致的供应不确定性进一步加剧了欧洲能源困境。

欧委会表示，新的地缘政治风险和能源市场现实要求欧盟大力加速清洁能源转型，并提高欧洲的能源独立性，使其免受不可靠供应商和化石燃料供应不稳定的影响。

根据方案，欧盟计划从“开源节流”两方面增强欧盟能源系统的韧性。一方面，欧盟将通过增加从非俄罗斯供应方进口液化天然气及管道天然气，并增加生物甲烷和可再生氢的生产和进口，实现天然气供应多样化。另一方面，欧盟将通过提高能效、增加可再生能源和电气化，以及解决基础设施瓶颈，加快减少家庭、建筑、工业和电力系统中化石燃料的使用。

欧委会表示，按照这一计划，欧盟可逐步减少至少1550亿立方米的化石天然气使用，相当于2021年从俄罗斯进口的总量。其中近三分之二的削减可在今年底前实现，结束欧盟对单一供应国的过度依赖。

欧委会主席冯德莱恩说，欧盟必须摆脱对俄罗斯石油、煤炭和天然气的依赖。“越快转向可再生能源和氢气，以及更高效能源，就能越快地真正实现独立并掌握自己的能源系统”。

欧委会执行副主席弗兰斯·蒂默曼斯说，目前形势下加速欧盟清洁能源转型更加紧迫。

负责能源事务的欧盟委员卡德丽·西姆松表示，乌克兰局势升级加剧了供应安全问题，并将能源价格推至前所未有的水平。欧委会提出了价格监管、国家援助和税收措施，以保护家庭和企业免受价格攀升的影响。

欧盟委员会当天还向成员国提供了指导意见，明确了在特殊情况下调节价格的可能性，以及将来自能源部门的高额利润和碳排放交易收入重新分配给消费者等措施的可行性。为了应对不断飙涨的能源价格，欧委会还将研究包括临时限价在内的所有可能紧急措施，以限制天然气价格对电价的传导效应。

一些欧盟成员国也表示将采取措施摆脱对俄罗斯能源的依赖。据当地媒体报道，意大利生态转型部长罗伯托·钦戈拉尼8日表示，意政府正在研究新的天然气基础设施、液化天然气再气化项目以及长期天然气供应合同，计划将今年自俄天然气进口量减半，并在未来24至30个月内彻底摆脱对俄罗斯天然气的依赖。

在俄乌冲突持续之际，饱受能源价格剧烈波动和供应危机困扰的欧洲正在努力摆脱俄罗斯能源。

3月8日，欧盟委员会发布能源独立路线图，力求从天然气开始，在2030年前摆脱对俄罗斯的能源进口依赖。这份行动计划名为《欧洲廉价、安全、可持续能源联合行动》 （REPowerEU: Joint European action for more affordable, secure and sustainable energy） 。

根据该《行动计划》，欧盟计划多元化进口气源、加速可再生天然气开发、减少供暖、发电环节的天然气使用，从而降低对俄罗斯进口天然气的依赖。在2022年底前，减少三分之二的俄气进口。面向未来，欧盟还将采取加速可再生能源、水电的开发，多元化能源供应、提高能效等措施来降低对俄罗斯能源的依赖。

欧盟委员会主席范德莱恩 （von der Leyen） 表示，我们不能依赖一个时常威胁欧盟的能源供应者，必须独立于俄罗斯进口的石油、天然气和煤炭，需要立刻行动起来缓解能源价格上涨的影响，在下一个冬天多元化天然气来源，并加速能源转型。我们越快转向可再生能源、水电并提高能效，就越早能真正独立掌控我们的能源系统。

欧盟能源委员西姆森 （Kadri Simson） 表示，俄罗斯入侵乌克兰家加剧了欧洲能源供应紧张状况，并把能源价格推至前所未有的水平。这个冬天接下来几个星期欧洲还有足够的天然气，但需要为下个冬天紧急储气。委员会建议到10月1前，欧盟储气水平要达到总库容的90%，行动方案里还提出了价格监管、国家援助和税收措施，以保护欧洲家庭和企业免受异常能源高价的影响。

欧洲有多依赖俄罗斯能源？

这并不是一个可以轻易实现的路线图，首要原因在于欧盟依然在大量进口化石能源，并且严重依赖来自俄罗斯的进口。

根据欧洲委员会披露的信息，过去五年里，尽管可再生能源比例不断提高，欧洲能源消费中依然有57%到60%是化石能源，而其中绝大部分依靠进口。具体而言，天然气、石油和煤炭的进口比例分别高达90%、97%和70%。

而俄罗斯在这三大化石能源领域都是欧盟的第一大进口国。天然气方面，2021年俄气占欧盟进口天然气的45%，过去几年平均在40%左右，其他主要进口国是挪威（23%）、阿尔及利亚（12%）、美国（6%）和卡塔尔（5%）。

2021年欧盟进口天然气来源占比 来源：欧盟委员会

原油方面，俄油占欧盟原油进口的27%，其他主要进口国包括挪威（8%）、哈萨克斯坦（8%）和美国（8%）。

煤炭方面，俄煤占欧盟硬煤进口的46%，其次是美国（15%）和澳大利亚（13%）。

能源危机不仅体现在供应，价格波动已在不断提高着欧盟国家的用能成本。

天然气方面，欧洲天然气价格标杆，荷兰TTF天然气价格近月期货在3月7日一度攀升至345欧元/兆瓦时的历史最高价，当前仍在200欧元/兆瓦时的高价波动。而2021年3月，TTF天然气近月期货价格仅为17欧元/兆瓦时左右。

荷兰TTF天然气主力期货价格近一年走势 来源：ICE官网

天然气价格波动伴随着其他替代能源的不足，也推高了欧洲电力价格。最近一周，德国、法国、英国等主要西欧国家的电力现货市场日前均价在400欧元/兆瓦时至500欧元/兆瓦时附近高位波动，是去年同期的8到10倍。

西欧国家2021年至今日前现货市场均价走势 来源：EEX

电力现货市场价格为电力市场主体买卖的批发价格，其波动幅度并不会直接传导至零售端的普通消费者，但工商业和家庭用能成本增加已经板上钉钉。

欧洲中央银行预计，能源成本上涨将导致欧洲2022年GDP增速减缓0.5个百分点。

欧洲国家的能源，短时间来看根本离不开俄罗斯的天然气，欧洲的绝大部分能源电力都依赖于俄罗斯的天然气管道供应，尤其是刚刚过去的冬天，欧洲很多国家地理位置偏北，冬天需要大量的供暖设施，基本都是依赖于电力供暖，如空调，地暖，取暖器等等，而不是像中国北方那样集中供暖，因为中国基本都是聚集居住，集中供暖方便，然而欧洲人居住往往都是独栋别墅，特别分散，难以集中供暖，如此一来就得依赖于电力。

电力的来源无非几个方面，燃料，如煤炭，天然气等等，或者是新能源，如太阳能，风能发电，还有就是核能发电，但是欧洲的现状却是要保护环境，污染较为严重的煤炭发电是被群众所排斥的，新能源的发电量完全不够所有的电力用量，最为发达，清洁，不污染环境的核能发电也因为欧洲群众的普遍排斥（基本就是因为当年苏联，现如今在乌克兰的切尔诺贝利核电站的事故，导致他们对于核能发电安全性的担忧），欧洲国家政策逐步关停核电站，如此一来欧洲能够选择的能源就少之又少了，天然气是其中最为主要的能源。

再看看全世界，除了俄罗斯，还有没有国家能够给欧洲提供天然气呢？有是有，但是完全不够，日本和韩国都表示能够给欧洲提供天然气，但是冬天却不能，毕竟他们的能源自己都不怎么够用，尤其是在冬天，更别提供给给欧洲了，所以说，能够给欧洲国家提供足够天然气能源的国家只有俄罗斯，欧洲国家能源的出路只有两个，要么和俄罗斯友好和平相处，确保经济来往，要么重新启动核电站，开发新的能源途径，但短时间内，根本离不开俄罗斯的天然气。

能源危机已经成为欧洲现代社会的顽疾，这种需要长远规划的挑战面临着不断出现的阻碍，而在此次的能源寒冬中德国与法国抱团取暖想要共同抵御能源带来的严重的负面影响，其实从根本上来讲两国可以从三个方面共同协作一起抵御此次的危机，第一，共同合作时读过困难时期最好的办法，一定程度上也能够减少危险带来的伤害，第二，寻找其他的能源尽可能代替或者扩展大范围的能源来源，第三，限时提供电力以保证更多地区可以持续使用，虽然无法做到长时间不间断供暖但是可以尽可能减少能源危机带来的寒冷。

德国和法国的国际关系在很大程度上能够代表着西欧地区的国际关系的缓和程度，在此次的能源危机中两个国家更应该联合起来寻求更广泛的出路以此来抵御更大的伤害，并且两国合作能力变强对于能源也能够弥补双方的不足，在一定程度上缓和各国的能源紧缺程度。

此次的西欧能源危机在很大程度上是因为乌克兰和俄罗斯的地区动荡引起的，因此各个西欧国家的能源进口受到了来源和价格的影响，因此对于世界其他的天然气能源进口应该寻求更多的合作，以北海地区的天然气能源为主是一个可以维修提供源源不断能源的地方之一。

为了应对国家的能源危机法国已经宣布了开始施行断电的国家政策，这一措施便很有借鉴意义，对于普通民众来说断电虽然无法保证全国大部分家庭的人的不间断供暖，但实际上这一政策可以保证尽量少的人不被寒冬影响，算是没有办法当中的不得已之为。

从德国和法国的表现当中可以看到能源危机绝对不是一时半会就可以解决的，想要不受制于人的能源自由西欧地区还有很长的路要走。

能源危机影响了居民的生活有很多，比如做饭需要煤气，洗衣服需要水，取暖需要煤炭等等都是影响，所以能源危机不止影响国家，还影响每个人的生活质量。

什么能源危机？

能源危机是指由于能源供应短缺或价格上涨而影响经济发展。这通常涉及石油、电力工程或其他生态资源的短缺。能源困难通常会导致经济衰退。从客户的角度来看，车辆或其他交通工具使用的石油产品价格的上涨降低了客户的热情，增加了他们的成本。

市场经济体系中的能源价格受到市场供求关系的影响，市场供求关系中的供求关系可能导致能源价格的突然变化。虽然一些能源困难主要是由于销售市场的价格调整，但在一些前提下，困难可能是由于市场商品流通不良和缺乏市场交易造成的。

我们应该如何应对能源危机？

大力推进可再生能源，用可再生能源和原材料全面替代生物化学网络资源，进行新的科技革命，不仅仅是因为生存，这与世界经济发展的可持续发展趋势有关。在这样的全球经济中，高科技和生态能够承受的区域经济形式将得到发展趋势。可再生能源的关键有以下几个方面。以太阳平衡为主体的可再生能源具有巨大的发展潜力。根据天文科学家的计算，太阳系仍然可以存活45亿光年，太阳每年给予的能量是世界上人口和产品消费的1.5千倍。

人们使用的三大关键能源是石油、天然气和煤炭，但它们是不可再生资源的能源。根据国际能源机构的统计分析，这三种能源的开发利用期限仅为40年、50年和240年。能源开发已成为我国发展中的一项紧迫研究，核技术也将有一定的发展趋势。未来将优先综合利用五种新能源：太阳能、风能、地热能、波浪能和氢能。另一个值得注意的新能源是可再生动物能源。