德国2050能源目标:100%可再生能源发电

zj2635

　　[摘要]2010年7月7日，德国联邦环境署在新闻发布会上发表文件称，从技术角度讲，德国到2050年有望实现全部电能来自可再生能源的目标，并为该能源目标的实现提出了一系列建议。本文将对德国能源目标的可行性和联邦环境署提出的建议进行简单的介绍。

: O+ b8 v+ L3 h8 ]( z* i    1.引言

    为了实现德国到2050年温室气体排放减少80%-95%的目标，必须首先改变电力供应结构。当前，能源因素在温室气体排放方面起主要作用，占到德国排放总量的80%以上，发电排放的温室气体占能源排放总量的40%。在电力方面减少温室气体排放，潜力巨大：通过对电能进行高效利用，合理改变能源结构，完全依靠可再生能源进行能源供应，就有可能将温室气体排放量降低到接近零的水平。

    德国作为高度发达的工业国家，以现在的生活方式、消费模式和行为模式，2050实现完全依靠可再生能源发电，在技术上是可行的。这一结论在很多机构的研究结果中都有所显示，如“模拟地区联盟”、环境问题专家委员会、绿色和平组织等。
7 J& C# }4 c" x$ T& M4 C3 T
    2050年实现完全依靠可再生能源满足电力供应，也有利于经济的发展。德国可以在这一战略的支撑下，将环境保护与经济发展结合起来，同时推动全世界的气候保护进程。
7 c' J$ f* ?1 C" y5 g6 Q
. y' }+ L4 Q# e  N    全部电能来自可再生能源为德国当下的能源供应安全问题提供了保障，也利于解决可再生能源供应起伏波动的问题。在这种情况下，可再生能源的波动状态可以随时得到中和，因为可再生能源之间不同的发电形式、存储和负荷管理能够得到很好的相互补充。

/ A/ g& }% h' x9 V4 S( I    实现这一能源供应目标的重要前提是要深入开发电力消费方面存在的节省潜力。这不仅是指私人家庭的能源节约，工业领域也必须在经济增长的前提下减少电力损耗。这样，可再生能源也可以满足其它额外的电力需求，如发展电动汽车，发展热泵以满足采暖和热水需求等。此外，为了限制建筑采暖的电力损耗，要从本质上改善建筑的隔热效果。
9 I! u1 G) M3 W- u
8 a, _. T5 K2 ^- P' ]  [$ A    2008年，德国70%的能源供应主要依靠进口的煤、天然气、石油等。通过实现完全可再生能源电力供应，可以明显降低德国对进口能源的依赖，更好地应对油、气价格的强烈波动。
0 t0 p5 s" J# V( e# A
5 E0 _* E  F) v    到2050年改变电力生产结构，实现电力100%来自可再生能源的目标是可行的，但是需要采取强有力的、果断的政治措施。15年前，可再生能源在电力消耗总额中占5%，2009年上升到了16%。德国想要实现2050年完全依靠可再生能源发电的目标，还有很多事情要做：不仅要继续推动可再生能源的发展，而且要改变现有能源系统，使之适用于可再生能源。要确定发展过程中的中间目标，尤其是确定2020年以后的目标。行动越早、越坚决，就有越多的时间用来进行技术和社会方面的调整改革。

    2.电力存储和负荷管理潜力分析
/ g) H7 m' R& N# ]3 R* s  N
    电力生产和电力消耗必须在任何时候都达到均等。太阳能和风能发电在电力输送方面波动较大，不能对其进行充分预计。而且，电能消耗在每天和每年的情况都有不同，都会出现波动。为了实现完全依靠可再生能源发电，需要扩大风能和太阳能方面的建设，这样，有时会出现产能过剩的问题，有时电力负荷又会大于可再生能源的电产量。所以，要对电力进行存储和负荷管理。

$ I9 ~& y, X, H: K$ e/ X0 b    2.1电力存储
3 u  ^5 N5 M" ?; V. D3 d
    随着易波动可再生能源比例的提高，需要对电能进行存储管理，包括短期存储和长期存储。短期电力存储(如抽水蓄能电站)可以很好地平衡一天或几天的供电波动。长期存储方式(如化学存储)可以平衡几天、几个月或几年的供电波动。

    抽水蓄能电站

% V% Q" P# T! m9 H    抽水蓄能电站以潜在能源形式对能源进行存储。在电力需求小的情况下，将水从低处抽往高处，在用电高峰时让水从高处流回低处，以产生电能。抽水蓄能电站在几十年前已经在世界范围内推广使用。在德国，其净额定功率现在为6.6千兆瓦，总电量存储能力大约为40千兆瓦时。2007年，有6到7.4太瓦时(TWh/a)的发电量上网。现代抽水蓄能电站的蓄能功率能达到80%以上，德国的蓄能功率平均为74%。

    到2020年，建设计划中已有三个新的抽水蓄能电站，总的额定功率计划为1645兆瓦。而且，我们假设，原有设备通过现代化改造将效率提高了330兆瓦，到2050年实现大约8.6千兆瓦的装机额定功率是可能的。

    但是从经济方面来讲，新建抽水蓄能电站的潜力是有限的。原因主要表现为缺少合适的地点，缺乏相关自然保护法律条款，民众对于新建大型工程的接受程度低。

2 u3 Z% G: B/ {6 S, f% ~    从技术和经济层面保守估计，2050年装机的涡轮机功率将达到8.6兆瓦。得出该结论的基础是：现在的装机功率为6.6兆瓦，到2020年计划新建1.64兆瓦，通过改装提高发电能力0.33兆瓦。

" Y2 d% o/ A2 ^  u+ n- J/ |    2.2化学存储

) ~: I, Q$ P" M5 O3 ^8 C5 m    电能也可以转变为化学能，以化学能方式对电力进行存储，存储时间长并且运输方便。例如可以通过电解将电力转化为氢。根据储能系统的不同，氢可以直接存储或在一定情况下通过反应转化为甲烷。化学能量可以再转化为电能或者用于其它用途。

+ F; F6 d: {) i    另外，地下空间也适合作为储能空间，如地下存储和洞穴存储。与抽水蓄能电站不同，化学储能可以在更长时间范围内协调电力波动。
) \4 }/ N5 V+ M! M" o
  ?/ O; N+ j' r. n3 V! M    2.3负荷管理
( Z+ e" h* c% L. R7 d1 j
# g! l$ Z; q0 A8 H    负荷管理通过暂时转移或者切断不必要的电能应用，达到削峰填谷改变负荷曲线的目的。随着可再生能源在整个电力系统中份额的增加，负荷管理的作用也逐渐凸显。负荷管理也可以看成一种虚拟的存储形式，目的在于提高电力供应系统的安全性和效率。
& M+ g3 f: D0 _9 m+ h' J
    负荷管理的前提是使用现代信息通讯技术，自动调节管理过程。总体来讲，负荷管理分为以下两类：
. Y" K* J9 e6 h% A
2 {. R3 a. v4 w    ——电力大客户，鉴于其生产过程的经济价值不可随意转移(例如钢或氯的生产过程)
- B) `( u# _7 S- R0 F, }
; N+ S- O' M6 a, P3 L/ R0 Z- q    ——用电相对较少的应用领域，一般可以进行负荷转移(例如服务业中的空调使用、电动汽车、家用电器的使用等)
! M. m3 u8 z9 n- S0 W
    技术潜力：

    ——热泵
: {5 V  ]0 d: Y7 D
    热泵在负荷管理方面具有很大潜力。预计到2050年，德国大部分热泵将配备充足的储热设备，尤其是手工业、商业、服务业都将与太阳能热电厂相联。按照德国政府对建筑保温和热水需求的预计，2050年，在工业、手工业、商业、服务业和家庭领域，热泵的电力消耗约为44太瓦时，其电能消耗的大部分可以用于负荷管理。
$ K; @+ i8 R/ Q2 A, {' D9 m9 X
    ——空调

' l: N! s* D7 q% H+ K- ?9 O    手工业、商业和服务业中使用的空调也适合用于负荷管理。因为夏天太阳光照和空调需求达到最高，所以太阳能发电与空调应用成正相关。而建筑物在一天内不同的时间段热量会有所变化，所以空调需求高峰有时会在出现在供电高峰之后。
; q9 }9 p! O5 H+ v. V
    预计德国2050年空调用电消耗将为28太瓦时，在负荷管理方面具有很大潜力。空调电力消耗的大部分可以用于负荷管理。
2 C" H& @4 ?1 \( F
    ——电动汽车

    电动汽车的增加也会导致将来用电量的增加。但电池蓄能可以在用电高峰时提供很大的利用空间。通过对充电行为进行调控，电动汽车也可以为可再生能源供电起到削峰填谷的作用。

/ ]. W6 }5 `' k+ t0 i    所以，电动汽车的负荷管理潜力与电池蓄电能力、汽车类型和电动汽车的并网关系密切。与热泵和空调的负荷管理潜力不同，电动汽车的负荷管理潜力是一直存在于全年中的。
/ i5 V, x- y' r$ A2 l( A
    预计德国2050年电动汽车用电消耗为28太瓦时，其中很大部分可以用于电力的负荷管理。
9 M' h5 U3 R. O
    ——工业消耗

    工业电能消耗过程也可以用于负荷管理，如金属工业中的电解，钢铁生产，水泥工业等。这些领域的电能消耗每年约为50太瓦时，但只有一部分可以用于负荷管理。
0 e2 M6 E. I% g* H+ H7 g, b
6 z: K: P( T# q    ——其它领域

    另外，除了空调用电以外，在手工业、商业、服务业中也有一部分电力需求可以纳入负荷管理。私人家庭中的冰箱、洗衣机、洗碗机等也可以转移用电需求，但是，家用电器的用电量要远远小于工业、商业、服务业的用电量，将其纳入负荷管理并无很大经济价值。而且，随着用电效率的提高，这方面的用电量将会明显下降，所以，在研究中没有将家用电器纳入负荷管理模型分析。

    3.可再生能源发电潜力
9 E* A! o) l7 ]9 ^$ O
    ——太阳能

2 i$ I  }+ R9 B$ d( @, g" U    要计算太阳能发电的技术/生态潜力，需要考虑的主要因素有：德国的太阳光照射情况、建设太阳能电池组件的可支配面积、设备技术等。

5 |; @9 F* E; A4 {4 E# c    ——陆地风能
- a( i* @$ f( R8 v
    风能在电力供应中发挥着巨大作用，2008年德国风力发电占电力总消耗的6.6%，在未来几年，风能的发电份额将会继续提高。

    ——海上风能
9 X& L  q5 ~" D- P4 R. m
    海上风能将会成为未来电力供应的重要部分。由于海上风力比陆地风力强劲而持久，海上的风力发电的贡献率应高于陆地风力发电。但是，出于对自然环境保护的考虑，海上风力发电设备必须离海岸线30公里到100公里，水下深度为20米到50米之间。

6 i" V+ {8 P5 l) d" H0 |    ——水力发电
4 @# |/ h& N( e& b# h# a
$ b( Z4 M: P2 Z) @    几十年来，水力发电一直在德国的电力供应中发挥重要作用。2007年，水力发电的贡献为20.7TWh/a。理论上讲，对水力发电的开发程度已经很高，只能通过现存设备的升级和扩建才能继续开发水力发电的潜力。
. o: e9 I. P+ _
    ——地热发电

    研究地热发电潜力的数据基础是在联邦议会上公布的《德国地热发电的可能性报告》。该报告显示，从技术层面上讲，德国地热发电潜力每年能达到312太瓦时，预计使用年限为1000年。
. N5 I* i; W# K+ ]- T/ \: M$ A
" ]- f1 M! u% @' ^) A8 `    ——生物残渣和废料

    一般来讲，生物能的利用分为两个方面：植物生物能和生物残渣及废料。研究主要聚焦残留物和废料的能源潜力。

  `2 g9 q" O  Y& f/ Y& Z7 U    总之，德国可再生能源的发电潜力如下表所示：


　　4.联邦环境署提出的行动建议

　　4.1减少温室气体排放与利用可再生能源相结合

　　4.2进行能源有效利用

　　能源的有效利用主要包括：欧盟强化对耗电产品的监督检查，推动创新型产品的开发利用，企业实行能源管理，继续发展能源节约规定(EnEV)，开发负荷管理潜力，减少交通的能源消耗。

  [0 W! o* D& c0 e+ Z    4.3法规和经济框架条件
* h/ K# A( l  g# n
' E3 v8 C8 \0 i& S; T- j0 F    法规方面的建议主要包括：发展碳排放交易，继续强化能源税收的作用，减少对气候有害能源的补贴，促进可再生能源的市场融入和系统整合，制定统一的气候保护法，排除发展可再生能源道路上的障碍，强化城镇和地区的作用，为发展可再生能源和基础设施建设提供资金支持。
2 x# {) Q  o% i9 N' M! t
    4.4调整规范土地规划
! O8 V; _" t7 n4 j2 x; d& ^% t
    在规范土地规划方面，联邦环境署建议在德国全国和地区范围内制定能源发展方案，为风能建设提供空间，进行地下土地规划，促进资源的可再生应用。
( J9 s4 {7 z4 u( v
    4.5建立必要的基础设施
; F/ x; h3 J: Y7 t
    基础设施建设主要表现在：推进网络建设，优化升级电网，扩大能源存储的设施建设。

8 M) R# v! C. H" a    4.6对传统发电厂提出新要求

7 \3 g5 W2 z5 c, N' E/ K    联邦环境署建议，不再继续新建燃煤发电厂，在过渡时期建设高度灵活的天然气发电厂，发展热电联产。
+ M6 j' U+ F. G$ @0 T, y! x2 S! q
    4.7能源研究
  w* T9 p- N+ ^
    在能源研究方面，要加紧填补专业人才的空缺。
% k6 G# s9 {+ p* H1 i: q
' E( F4 s3 ?3 T4 L+ S" {! t    4.8提高人们对能源转型的接受程度
9 r8 t: R& ^9 z7 g6 A7 a
7 H& V- U4 g; E0 O, `$ D    4.9为发展可再生能源确立指导方针
) N  t8 i& M" w6 X9 z8 d. [/ @7 N
    联邦环境署出，要促进可再生能源的可持续建设，注重资源保护。

; t, Q" M, F) t# `* i% D　　5.结语：

9 \- E" D0 L, [　　要想在德国实现2050年全部依靠可再生能源发电的目标，还有很多工作要做：不仅要继续推进可再生能源的建设发展，而且要调整现有的能源系统，使之与可再生能源的发展相适应。所以，要在发展的道路上不断设定阶段目标。行动得越早，就有越多的时间来进行技术和社会方面的调整改革。
& N, R6 A; \  M- G$ H& s
    译自：德国联邦环境署网站
5 J: T0 E" S& G5 D) U% T来源：中国贸促会电子信息行业分会

hottee2009

距2050还有40年，这40年还有许多变化谁都说不准！！