【思考】德国能源转型的问题与挑战

根据德国制定的可再生能源发展目标规划，全国总发电中可再生能源发电的比重2020年达到35%，2030年达到50%，2040年达到65%，2050年达到80%以上。根据这四个发展目标，可以把德国能源转型分为1.0、2.0、3.0和4.0四个阶段。2015年，德国可再生能源电力在电力总消费比重为32.6%，处于能源转型1.0阶段。那么，德国能源转型升级到4.0阶段的真实挑战有哪些呢？其技术挑战又是什么呢？接下来，请听中国社会科学院工业经济研究所朱彤博士怎么说。

　　真正挑战

　　德国能源转型的真正挑战来自风电和太阳能发电的两个本质属性所导致的问题。一是太阳能发电的间歇性对电网稳定性的冲击。二是风电与太阳能发电边际成本接近于零的特点导致其在现有电力市场难以收回投资。

　　综合考虑各类可再生能源资源特点、技术成熟度、未来技术进步潜力等，风能和太阳能发电是未来最有潜力可再生能源技术。从德国能源转型实践看，风能和太阳能发电位居德国可再生能源发电前列。2014年，德国可再生能源发电总量为160.61太瓦时，其中风电列第一，占34.8%，生物质发电列第二，占26.8%，光伏列第三，占21.7%。其余依次是水电、垃圾发电和地热发电，分别占12.8%、3.8%和0.1%。从风电和太阳能光伏发电成本变化趋势看，德国风电发电成本自1990年以来已经降低了50%以上，太阳能光伏系统成本下降了80%以上，且有继续下降的趋势。

　　更重要的是，其他可再生能源发电技术，很难在能源转型3.0阶段以后担当大任，因而不会成为德国未来能源转型挑战的主要来源。水力发电尽管技术成熟，发电成本低，但由于其水力资源可供开发的地理位置有限，加上水电开发时间已经近90年，进一步开发潜力有限。生物质能发电在德国起步较早，而且增长较快，发电量居德国可再生能源发电的第二位。2000—2014年，德国生物质发电量增长了近14倍，年均增长率21.2%，仅次于光伏发电增长率。然而，由于德国森林用地面积有限，加上木材和能源作物的使用与粮食种植、工业原材料使用及生态保护等方面的土地利用存在直接竞争，其增长潜力也很有限。同样，垃圾发电规模也要受制于垃圾原料的供应。地热发电则因技术原因远未进入大规模商业化推广阶段。因此，德国能源转型的未来挑战将主要来自太阳能和风能。

　　技术挑战

　　能否解决太阳能发电的间歇性对电网稳定性的冲击，建立一个兼容高比例光伏发电的电力系，是德国能源转型升级面临的技术挑战

　　作为一种新能源，太阳能具有清洁、用之不尽、分布广泛等优点。然而，从电网稳定运行角度看，太阳能光伏发电也有着与生俱来的弱点，包括白天日升、晚上日落导致的发电间歇性；不确定的天气和云彩影响光线导致发电的随机性和波动性。

　　欧洲国家的可再生能源入网经验也表明，风电或光伏发电满足大型电网15%左右的电力需求，不会对电网产生严重的技术或实际问题。然而，光伏发电的间歇性与波动性的不利影响随着光伏装机规模增长而递增。随着光伏装机数量不大扩大，白天光伏发电数量越多，白天电力过剩的概率越大。相应的，当晚上光伏设施停止发电时，电力供应的缺口就越大。因而需要更多灵活响应的常规电源（如燃气和燃煤发电机组）作为备用在晚上提供电力。而且，随着光伏装机规模的增长，因天气变化而导致的光伏发电波动性也随之加大。

　　由此，德国能源转型产生了一个发展中的“悖论”以减少化石燃料消费和改善大气为目标的光伏发电的成功推进，其代价是燃煤或燃气发电机组作为备用容量的跟进，以及这些机组发电小时数减少和频繁启停导致的成本上升。如果这一问题不解决，德国能源转型可能会陷于“此消彼长”的状况一方面，可再生能源发展带来的能源清洁化和成本下降；另一方面，备用常规能源的“污染”增加和成本上升。

　　德国当前能源转型成功的重要经验之一，是其通过提高电力系统各环节灵活性，较好地解决了现阶段光伏发电设施出力的间歇性和波动性对电网的影响。然而，虽然这些措施在德国能源转型1.0阶段，甚至20阶段能够有效应对上述问题的方法，但恐怕不足以应对3.0阶段和4.0阶段的光伏发电“量级”下出力间歇性与波动性问题。从长远看，要从技术上构建一个能完全容纳高比例可再生电力的波动性与间歇性的电力系统。解决问题的一个希望较大的思路可能要依靠大容量、低成本新型储能技术和产品的开发成功，并依托新型储能技术和产品，构建以光伏发电为主，其他清洁电源为辅的分布式智能光伏微电网，以及必要输电线路的建设。