德國能源轉型的問題與挑戰(zhàn)

2015年，德國電力在電力總消費比重為32.6%，處于能源轉型1.0階段。那么，德國能源轉型升級到4.0階段的真實挑戰(zhàn)有哪些呢？其技術挑戰(zhàn)又是什么呢？接下來，請聽中國社會科學院工業(yè)經濟研究所朱彤博士怎么說。

    真正挑戰(zhàn)

    德國能源轉型的真正挑戰(zhàn)來自風電和太陽能發(fā)電的兩個本質屬性所導致的問題。一是太陽能發(fā)電的間歇性對電網穩(wěn)定性的沖擊。二是風電與太陽能發(fā)電邊際成本接近于零的特點導致其在現(xiàn)有電力市場難以收回投資。

    綜合考慮各類可再生能源資源特點、技術成熟度、未來技術進步潛力等，風能和太陽能發(fā)電是未來最有潛力可再生能源技術。從德國能源轉型實踐看，風能和太陽能發(fā)電位居德國可再生能源發(fā)電前列。2014年，德國可再生能源發(fā)電總量為160.61太瓦時，其中風電列第一，占34.8%，生物質發(fā)電列第二，占26.8%，光伏列第三，占21.7%。其余依次是水電、垃圾發(fā)電和地熱發(fā)電，分別占12.8%、3.8%和0.1%。從風電和太陽能光伏發(fā)電成本變化趨勢看，德國風電發(fā)電成本自1990年以來已經降低了50%以上，太陽能光伏系統(tǒng)成本下降了80%以上，且有繼續(xù)下降的趨勢。

    更重要的是，其他可再生能源發(fā)電技術，很難在能源轉型3.0階段以后擔當大任，因而不會成為德國未來能源轉型挑戰(zhàn)的主要來源。水力發(fā)電盡管技術成熟，發(fā)電成本低，但由于其水力資源可供開發(fā)的地理位置有限，加上水電開發(fā)時間已經近90年，進一步開發(fā)潛力有限。生物質能發(fā)電在德國起步較早，而且增長較快，發(fā)電量居德國可再生能源發(fā)電的第二位。2000—2014年，德國生物質發(fā)電量增長了近14倍，年均增長率21.2%，僅次于光伏發(fā)電增長率。然而，由于德國森林用地面積有限，加上木材和能源作物的使用與糧食種植、工業(yè)原材料使用及生態(tài)保護等方面的土地利用存在直接競爭，其增長潛力也很有限。同樣，垃圾發(fā)電規(guī)模也要受制于垃圾原料的供應。地熱發(fā)電則因技術原因遠未進入大規(guī)模商業(yè)化推廣階段。因此，德國能源轉型的未來挑戰(zhàn)將主要來自太陽能和風能。

    技術挑戰(zhàn)

    能否解決太陽能發(fā)電的間歇性對電網穩(wěn)定性的沖擊，建立一個兼容高比例光伏發(fā)電的電力系，是德國能源轉型升級面臨的技術挑戰(zhàn)

    作為一種新能源，太陽能具有清潔、用之不盡、分布廣泛等優(yōu)點。然而，從電網穩(wěn)定運行角度看，太陽能光伏發(fā)電也有著與生俱來的弱點，包括：白天日升、晚上日落導致的發(fā)電間歇性；不確定的天氣和云彩影響光線導致發(fā)電的隨機性和波動性。

    歐洲國家的可再生能源入網經驗也表明，風電或光伏發(fā)電滿足大型電網15%左右的電力需求，不會對電網產生嚴重的技術或實際問題。然而，光伏發(fā)電的間歇性與波動性的不利影響隨著光伏裝機規(guī)模增長而遞增。隨著光伏裝機數(shù)量不大擴大，白天光伏發(fā)電數(shù)量越多，白天電力過剩的概率越大。相應的，當晚上光伏設施停止發(fā)電時，電力供應的缺口就越大。因而需要更多靈活響應的常規(guī)電源（如燃氣和燃煤發(fā)電機組）作為備用在晚上提供電力。而且，隨著光伏裝機規(guī)模的增長，因天氣變化而導致的光伏發(fā)電波動性也隨之加大。

    由此，德國能源轉型產生了一個發(fā)展中的“悖論”：以減少化石燃料消費和改善大氣為目標的光伏發(fā)電的成功推進，其代價是燃煤或燃氣發(fā)電機組作為備用容量的跟進，以及這些機組發(fā)電小時數(shù)減少和頻繁啟停導致的成本上升。如果這一問題不解決，德國能源轉型可能會陷于“此消彼長”的狀況：一方面，可再生能源發(fā)展帶來的能源清潔化和成本下降；另一方面，備用常規(guī)能源的“污染”增加和成本上升。

    德國當前能源轉型成功的重要經驗之一，是其通過提高電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)靈活性，較好地解決了現(xiàn)階段光伏發(fā)電設施出力的間歇性和波動性對電網的影響。然而，雖然這些措施在德國能源轉型1.0階段，甚至20階段能夠有效應對上述問題的方法，但恐怕不足以應對3.0階段和4.0階段的光伏發(fā)電“量級”下出力間歇性與波動性問題。從長遠看，要從技術上構建一個能完全容納高比例可再生電力的波動性與間歇性的電力系統(tǒng)。解決問題的一個希望較大的思路可能要依靠大容量、低成本新型儲能技術和產品的開發(fā)成功，并依托新型儲能技術和產品，構建以光伏發(fā)電為主，其他清潔電源為輔的分布式智能光伏微電網，以及必要輸電線路的建設。