德國能源轉(zhuǎn)型的問題與挑戰(zhàn)

2015年，德國電力在電力總消費(fèi)比重為32.6%，處于能源轉(zhuǎn)型1.0階段。那么，德國能源轉(zhuǎn)型升級到4.0階段的真實(shí)挑戰(zhàn)有哪些呢？其技術(shù)挑戰(zhàn)又是什么呢？接下來，請聽中國社會科學(xué)院工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究所朱彤博士怎么說。

    真正挑戰(zhàn)

    德國能源轉(zhuǎn)型的真正挑戰(zhàn)來自風(fēng)電和太陽能發(fā)電的兩個本質(zhì)屬性所導(dǎo)致的問題。一是太陽能發(fā)電的間歇性對電網(wǎng)穩(wěn)定性的沖擊。二是風(fēng)電與太陽能發(fā)電邊際成本接近于零的特點(diǎn)導(dǎo)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(diǎn)、技術(shù)成熟度、未來技術(shù)進(jìn)步潛力等，風(fēng)能和太陽能發(fā)電是未來最有潛力可再生能源技術(shù)。從德國能源轉(zhuǎn)型實(shí)踐看，風(fēng)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(fēng)電列第一，占34.8%，生物質(zhì)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?zé)岚l(fā)電，分別占12.8%、3.8%和0.1%。從風(fēng)電和太陽能光伏發(fā)電成本變化趨勢看，德國風(fēng)電發(fā)電成本自1990年以來已經(jīng)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(shù)，很難在能源轉(zhuǎn)型3.0階段以后擔(dān)當(dāng)大任，因而不會成為德國未來能源轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)的主要來源。水力發(fā)電盡管技術(shù)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(jīng)近90年，進(jìn)一步開發(fā)潛力有限。生物質(zhì)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(zhì)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(hù)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(yīng)。地?zé)岚l(fā)電則因技術(shù)原因遠(yuǎn)未進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化推廣階段。因此，德國能源轉(zhuǎn)型的未來挑戰(zhàn)將主要來自太陽能和風(fēng)能。

    技術(shù)挑戰(zhàn)

    能否解決太陽能發(fā)電的間歇性對電網(wǎng)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(zhuǎn)型升級面臨的技術(shù)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(diǎn)。然而，從電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行角度看，太陽能光伏發(fā)電也有著與生俱來的弱點(diǎn)，包括：白天日升、晚上日落導(dǎo)致的發(fā)電間歇性；不確定的天氣和云彩影響光線導(dǎo)致發(fā)電的隨機(jī)性和波動性。

    歐洲國家的可再生能源入網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)也表明，風(fēng)電或光伏發(fā)電滿足大型電網(wǎng)15%左右的電力需求，不會對電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的技術(shù)或?qū)嶋H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(jī)規(guī)模增長而遞增。隨著光伏裝機(jī)數(shù)量不大擴(kuò)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(yīng)的，當(dāng)晚上光伏設(shè)施停止發(fā)電時，電力供應(yīng)的缺口就越大。因而需要更多靈活響應(yīng)的常規(guī)電源（如燃?xì)夂腿济喊l(fā)電機(jī)組）作為備用在晚上提供電力。而且，隨著光伏裝機(jī)規(guī)模的增長，因天氣變化而導(dǎo)致的光伏發(fā)電波動性也隨之加大。

    由此，德國能源轉(zhuǎn)型產(chǎn)生了一個發(fā)展中的“悖論”：以減少化石燃料消費(fèi)和改善大氣為目標(biāo)的光伏發(fā)電的成功推進(jìn)，其代價是燃煤或燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組作為備用容量的跟進(jìn)，以及這些機(jī)組發(fā)電小時數(shù)減少和頻繁啟停導(dǎo)致的成本上升。如果這一問題不解決，德國能源轉(zhuǎn)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(dāng)前能源轉(zhuǎn)型成功的重要經(jīng)驗(yàn)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(shè)施出力的間歇性和波動性對電網(wǎng)的影響。然而，雖然這些措施在德國能源轉(zhuǎn)型1.0階段，甚至20階段能夠有效應(yīng)對上述問題的方法，但恐怕不足以應(yīng)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(yuǎn)看，要從技術(shù)上構(gòu)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(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)成功，并依托新型儲能技術(shù)和產(chǎn)品，構(gòu)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(wǎng)，以及必要輸電線路的建設(shè)。