德国能源转型实验

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转自中国科学报

  威斯特法利亚位于德国西部北莱茵河，36岁的农夫诺伯特居住在这一地区的乡村。诺伯特有两个孩子，一直以来，他的工作普普通通：种植土豆和养猪。但近年来，受益于德国能源政策，他开辟了一项新事业。

   2003年，一家小型风电公司在诺伯特的土豆园中竖起了一个70米高的风力发电机组，这个机组是遍布德国郊区2.2万个风力发电机组中的一个。他可从这个机组发电销售额中获得6%的收入，一年约合9500美元。因此，诺伯特正打算再增加两到三个机组，计划比第一个要再高出70米。

  对于诺伯特来说，风力发电的收入还要低于太阳能发电带给他的收入。2005年，诺伯特得知政府会对安装屋顶太阳能板的当地居民提供高额补助，尽管他的屋顶并不是最佳的采光方向，而且这一地区经常性阴天，但在接下来的7年里，诺伯特还是贷款购置了太阳能板，将他的养猪场、谷仓和住房屋顶都装上了这类设备。这些690千瓦的太阳能系统给他带来了每年28万美元的收入，诺伯特希望在偿还贷款后能从中获得200万美元的利润。

  2011年，在德国像诺伯特这样的家庭用户提供了20%的可再生能源发电量，与2000年相比上涨6%。德国已经将风电、太阳能发电、生物质发电和水力发电提高电价，以此将成本费用转移至电费。诺伯特这样的家庭以及小型公司利用现有的可再生能源发电技术获利轻而易举。

  2010年，德国政府宣布他们将着手处理能源问题，颁布了一个“能源转型”方案，这意味着一次能源革命。从化石燃料到可再生能源利用，这是德国这个重工业国家对于能源需求最有野心的一次尝试。德国政府希望借此方案在2020年将温室气体排放量相对1990年水平减少40%，相对中世纪减少80%。

  这个目标非常具有挑战性。德国已经有20%以上的电能依靠核电。但在去年发生日本福岛核泄漏事故后，德国总理默克尔下令关闭了德国8座核电站。几个月前，政府最终决定在2022年前将剩余的9座核电站也关闭。

  德国已经开始尝试这项“能源转型”实验。由于德国在欧洲工业经济中的重要地位，如果成功，实验成果可以影响到整个欧洲。这项能源计划是在史无前例的范围内采用可替代能源技术，同时提高能源利用效率。而且，在这个过程中，不能关闭那些合理定价的能源产业。“可以这么说，‘能源转型’政策只是一个政府颁布的要求，但是并没有技术解决方案。”GE能源德国公司CEO斯蒂芬说。

??? 德国能源产业的巨头都在寻找多种策略来应对德国政府的能源方案。为了弥补关闭核电站所带来的电量缺口，能源公司在德国北海沿岸安装巨型风电农场，与此同时，新的能源传输基础设备也正在德国工业区安装。目前，德国最大的能源公司西门子、通用电气以及莱茵集团都在寻找风能和太阳能中的发展机会。这些公司在寻求廉价的大规模能源存储方式，也寄希望于用计算机整合成百上千万分散的电能来源。

  该项目需要的花费取决于新的技术何时被应用以及为此支付的成本。很多经济智囊预测德国的此项开支将在1250亿～2500亿美元之间，其中包括基础建设规模扩张以及接下来8年的财政补贴，这一数字相当于德国2011年GDP的3.5%~7%。如果考虑到长期花费，那将包括拆除核电厂的费用，所以费用会更高。

   德国已经为此投入了巨大的资金，每个月的能源账单中，可替代能源开支都会超出预算15%（重工业工厂除外）。在政府将8个核电站关闭了之后，电价已经上涨了近10%，德国电网从未有过如此紧张的时期。具有讽刺意味的是，“能源转型”政策旨在减少温室气体排放，但是关闭核电站无疑增加了对燃煤发电的需求。

  尽管能源计划费用十分巨大，但是德国也能从这项实验中获得巨额的利润。在过去的几十年里，德国不仅已经培养了风能、太阳能产业，还拥有了像管理软件和工业效率处理等技术。将这些绿色技术集合在一起，就可以创造120亿美元的产业。根据柏林自由大学环境政策研究中心主任米兰达的研究，这一数字还会稳步上升。在这一过程中，政府政策可以对新技术的发展和应用产生深远的影响。在全球能源产业长期竞争的背景下，德国要力争成为世界上能效最高和产能效率最高的市场，最终目的是成为能源的输出市场。

  如果德国在这次能源转型中取得成功，那么它将成为其他工业国家的典范，因为很多的工业国家都面临着能源开销巨大、能效很低的困境。“政府‘能源转型’的政策很引人关注，如果在德国取得成功，这一实验将成为其他国家发展的模板。”德国莱茵集团首席经济学家格雷厄姆认为，“如果失败，结果将会对德国经济，乃至欧洲经济造成巨大的损失。”

  虚拟电厂

  杜伊斯堡镇是二战期间德国一个重要的军需品生产中心，曾遭到盟军轰炸变为瓦砾。德国四大主要生产商——德国莱茵公司在此研究另一项领先技术：虚拟电厂。该软件可以控制大量小型能源来源（最终成为分布式储能站），整合其输出并在能源市场待售。这项技术的目标是利用软件将成千上万的、单独使用不可靠的可再生能源转变为一个巨大的可靠的公用能源网络。这是一个令人激动的概念，也是一个处在萌芽期的概念。

  逐步替换掉已有的锅炉并且安装成百上千个发电基础设备可能会花费几十年的时间。在杜伊斯堡以东的多特蒙德边上一个20世纪60年代的办公楼里，工程师们正在测试将一个更加合适的网络作为起始点。他们将一个地下室用作120个小型发电站的通讯集线器，这些发电站利用可再生资源可产生160兆瓦的电力。虚拟电厂还考虑了可再生能源的间歇性和天气情况，在必要时平衡电网电力，避免电力波动。

  这种系统包括需求管理：发电设备应该对同意在用电高峰期自动削减用电量的客户给予补偿。未来该系统应该还可以从电动汽车中提取电力，或者储存汽车中多余的电量，用来补偿风力发电的波动

   美国通用电气公司和其他公司也正在从事类似的研究。通用电气的瑞梅尔特说：“现在我们知道能源市场将是分散的。从前，我们有4个公用设备公司，而现在我们有350个发电厂，即将扩展到1000个，如果算上每家都有一个屋顶太阳能板，那么总数应该能达到100万个。因此，必须减少发电厂，把更多的注意力放在能源管理上。”

   巴伐利亚的困惑

   在巴伐利亚小镇格雷明恩发电站旁，快餐店业主沃尔夫冈·迈尔可以从落地窗看到一英里外耸立着两个冷凝塔。这两个冷凝塔属于格雷明恩核电站B机组和C机组，这两个核电站是德国最大的核电发电机组。该电站刚好处在工业中心斯图加特和慕尼黑之间，装机容量2600兆瓦。迈尔对能源转型的政策感到疑惑，因为该策略威胁到镇上数以百计的工作岗位并且会影响税收。迈尔认为政府对于将在2017年和2021年分别关闭B机组和C机组的说法不合逻辑。

  迈尔并不是唯一对此有疑问的人。现有政策有很多不合乎逻辑的地方引起人们的争议。至少在短期内，关掉核电站意味着能源转型计划实际上将使公共设备公司更多地依赖燃煤。比如去年莱茵公司启用了比利时边境附近的两个计划长期使用的锅炉，使用的燃料是污染严重的褐煤。“如果一夜间关掉8个零碳排放的核电站，那么必将增加碳排放，”莱茵集团首席经济学家格雷厄姆说，“人们将比预期的更加依赖煤，减少二氧化碳排放量也就更加困难。”今天做出的该使用何种能源的决定将对以后几十年产生影响。

  第二个问题是即便使用替代能源，德国政府也不会对碳减排作出奖励。政府推行的政策是针对特定技术给予补偿：一千瓦时太阳能发电比海上风电奖励得多，所以太阳能发电利润要高。虽然太阳能补贴降低了很多，但仍然是津贴最高的产业。但是，如果减少碳排是重点，那么更多的资金将会用在减少能源利用上，而非注重提高能效。

  政府的津贴更多地是用于利用现有技术赢利，而不是鼓励技术创新。尽管全新的光电技术最终会成为唯一可以与化石能源竞争的低成本太阳能发电技术，但是目前用于发展这项技术的政府资助太少。

??? 对于很多德国经济学家来说，政府的政策是刚愎自用的。慕尼黑大学德国经济研究所所长尔纳·辛尤其反对，他说：“‘能源转型’计划会把自己逼上绝路，因为绿色能源技术还不足以提供现代社会所需的能源。关闭核电站是错误的，核电是一种廉价能源，而风电和太阳能发电相对而言太贵了，并且电力质量也不好，不可能替代核电。这个计划实施后将导致能源密集型行业搬走，德国的生产产业会减少，人员的工资也会降低。”

  德国的政治家当然希望辛尤的说法是错误的，并且有很多积极的现象说明辛尤的想法是消极的。太阳能面板的成本急剧下降，这说明太阳能将更具竞争力，电池成本也将跟着调价。如果化石能源继续涨价，那么可再生能源的市场竞争力将提升，情况也更加乐观。“40年是很漫长的，人们将对技术发展感到惊讶。”格雷厄姆说，“我想要强调的是能源转型策略所面临的挑战。目前看来，这个政策的实施确实很难，但是只要在适当的激励下，我们将有足够的理由相信技术发展将比现在预期的快得多。”

（西安交通大学全球环境变化研究院王学智 潘翠编译）
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