德國能源轉型地圖
——能源轉型需要廣泛發動群眾

文 | 本刊特約評論員 楊守斌，何繼江

在《巴黎氣候協定》中，國際社會決定到2050年將全球平均氣溫增幅限制在2攝氏度以內。為實現這一目標，工業化國家需要尋找能源轉型路徑，調整能源供應系統結構。自21世紀以來，作為能源轉型的先鋒國家，也是電力供應系統改革的先驅，德國的可再生能源電力供應份額已經從約5%上升至36.1%（2017年電力系統中最大的組成部分），大量的能源創新技術已經在該國眾多的研究和實踐項目中經受檢驗。

德國能源轉型過程中具體的溫室氣體減排和能效提升目標為：2050年的溫室氣體排放量比2008年減少80%～95%；一次能源使用量減少50%；電力消費量減少25%；建筑能耗減少80%；交通能耗減少40%。截至2015年，德國已實現減排7.2%，其中建筑能效提升最為顯著，能源消耗已經減少14.7%。作為能源轉型的重要手段，可再生能源的發展得到德國政府的大力支持。截至2017年，可再生能源在能源結構中占比13.1%，其中在電力系統占比達到36.1%，在熱力系統與交通領域分別達到12.9%、5.2%。

過去，德國的能源供應系統高度依賴化石燃料與核能。由于該國國內能源資源并不豐富，能源對外依存度超過50%（能源安全受到威脅），電力系統主要依靠大型的集中式化石燃料發電廠和核電廠。化石能源的開采和使用造成巨大的環境破壞。此外，德國的交通運輸行業幾乎完全依賴于對氣候有害的化石能源產品。建筑領域的建筑物隔熱性能不佳，存在大量浪費能源的現象。

為實現能源轉型，德國政府積極探索相關路徑，并描繪出屬于自己的、理想的未來能源系統與實施路徑：在這套系統中，分布式電源會成為主流，消費者將優先購買光伏和風電所發的電；在轉型的過渡階段，分布式燃氣系統使用常規天然氣，未來則會使用甲烷氣；通過電氣轉化技術實現可再生能源的長期存儲；通過無人駕駛技術和交通電氣化實現零碳交通；通過智能電網實現能源供應的本土化和可再生；通過能效提升以及區域綠色電力供應實現建筑對化石能源的零能耗；通過可再生能源開發解決就業，并成為新的經濟增長點。

德國政府為實現上述能源轉型遠景，大力推動可再生能源發展，設定了2030年的可再生能源發展目標：在電力系統中占67.7%，在熱力系統中占36.4%，在交通領域占24%。并根據德國的資源稟賦具化設定了表1所示的光伏、光熱、海上風電、陸上風電、P2G（電轉氣）等可再生能源技術在交通、供熱、供電等領域的使用占比。在德國，綠色電力的最大份額來自風能和太陽能。同時，太陽能還能夠在德國的供熱系統中發揮一定作用。本文將概述德國在利用風能和太陽能方面的現狀與展望。

表1 2030年德國各類可再生能源技術在交通、供熱、供電領域的使用占比

風能

根據風電咨詢機構AL-PRO測算，德國在海岸線上的風能資源最為豐富。但是隨著近年來風電機組技術的進步，德國南部的風能資源也具備開發價值，只需要根據具體的資源情況選擇適合的機組即可。

根據Fraunhofer整理的數據，截至2016年，德國的風電發電量已經占該國全年總電量的14.3%。在裝機方面，德國的海上風電累計裝機達到413萬千瓦、陸上風電則為4480萬千瓦。圖1所示為截至2016年德國各個州的陸上風電裝機情況，北部靠海的州的裝機量明顯高于內陸。但隨著技術的進步，風電開發的潛力遠不止于此。一方面，許多舊設施可以由少數先進的高性能風電機組取代，這意味著用數量更少、性能更好的機組，能夠生產出更多的電力；另一方面，隨著機組技術的進步以及布機方式的優化，機組之間的間距將會減少，由此將提高單位土地面積的裝機量，并相應增加發電量。

目前，風電在單位占地面積上的發電量已經高于褐煤。以Garzweiler II褐煤露天礦為例，將該礦區每年產出的褐煤折算為發電量后可以看出，其單位占地面積的發電量約為730萬千瓦時/公頃，遠遠低于風電機組的2250萬千瓦時/公頃（只計算機組基礎的占地面積)。同時，褐煤是一種嚴重影響環境的化石能源。一方面，它的二氧化碳排放水平高于一般煙煤和天然氣，對氣候變化產生重要影響；另一方面，在褐煤開采過程中，區域地下水位大幅度降低，嚴重影響地質安全。

市場研究機構TNS在2016年進行的一項調查顯示，受多重因素影響，93%的德國人贊成擴大可再生能源的使用。然而，要推動可再生能源的進一步發展，還必須獲得民眾的更多支持。以德國南部巴伐利亞自由州為例，在這里，機組與最近居民區的距離不得低于機組高度的十倍。按照目前的水平計算，這一避讓距離（Setback Distance）標準大約為2000米，嚴重影響風能資源利用。根據測算，如果能夠獲得更多民眾的支持，如圖2所示，將避讓距離標準由2000米分別降至1200米、1000米，風電機組裝機容量潛力將分別增加24倍、61倍1：該測算結果僅供參考，需要根據環境保護和風力預測進行更加細致的測算。。而民眾的支持源于信息透明和普及教育。教育則需要從小抓起，從幼兒園抓起。

此外，根據統計，2016年，德國風電開發用地面積為23萬公頃，但如果僅計算基礎的用地面積，則為2300公頃。實際上，機組之間的土地可以用于農業等綜合利用，所以，并不存在明顯的土地占用問題。

太陽能光伏利用

圖1 截至2016年德國各州陸上風電裝機情況（單位：MW）

圖2 不同避讓距離標準下的風電裝機容量

根據測算，德國的太陽輻射量在900～1200kWh/m2之間，雖然低于南歐或非洲，但仍足夠對德國的熱力和電力供應作出重大貢獻。在光伏發電方面，截至2016年，德國太陽能光伏裝機達到4090萬千瓦。如圖3所示，超過1/4的裝機位于巴伐利亞自由州，這里的許多居民利用屋頂裝上光伏發電。圖3中的裝機潛力則顯示，德國在光伏發電方面還有充足的潛力可以進行挖掘。以奧斯納布呂克市為例，該市政府啟動了運用激光掃描技術測量屋頂太陽能利用潛力的評估項目，使其在2008年成為歐洲第一個具有太陽能資源地圖的城市。在該項目中，共測量了奧斯納布呂克市73430座建筑物中的69759座，其中非常適合進行太陽能開發的建筑達到27500座（占總建筑物的37%）。如果這些建筑全都裝上光伏設備的話，所發電量大約為2.49億千瓦時，大于奧斯納布呂克全市的用電量——2.32億千瓦時。居民則可以使用在線工具了解自家屋頂上的太陽能可利用量，以便進行投資決策。目前，超過400個城鎮采用了奧斯納布呂克市的做法。

除了戶用建筑光伏，德國也開發地面光伏電站。該國約有35萬公頃的已經退役或即將退役的軍事用地。雖然該類地區通常是自然保護區，但存在足夠的空間用于太陽能開發。同時，新的商業模式開拓使其仍有較大潛力。例如利伯貝爾太陽能電站不僅通過生產清潔能源獲得穩定收益，同時利用電站投資者一次性支付的500萬歐元以及土地租金用于軍事基地危險彈藥清理和環境修復，是高科技與生態環境主動保護相結合的成功典范。

太陽能熱利用

在德國，太陽能熱利用裝置主要用于加熱洗滌和淋浴用水或用于空間加熱。另外，也可以使用熱驅制冷機組通過太陽能來進行制冷，這將能夠有效降低空調的用電量。這項技術最大的優勢在于供冷需求和太陽輻射之間存在相關性，越是陽光明媚，對冷卻的需求也越高。同時，該機組可以在冬季進行供熱，有效節約了系統成本。

以柏林為例，如圖4所示，該市通過能源地圖項目對可開發的建筑物屋頂面進行調查分析。民眾可以通過網站輕松查詢到自家屋頂所能安裝的太陽能設施的發電量或者產熱量，同時可以了解到對應的CO2減排量與投資成本。作為太陽能供熱的試點項目區域——Friedrichstrasse占地1000公頃，共有5837棟建筑物，其中的3926座建筑（屋頂面積為71公頃）適合進行太陽能熱利用。一般10m2的太陽能集熱器每年能夠產生大約4500千瓦時的熱量，相當于平均家庭年采暖需求的1/5。雖然德國可用于太陽能開發的建筑面積達到23440公頃，但到目前為止只有一小部分（約1990公頃）用于太陽能熱利用，僅占總量的0.85%。

圖3 截至2016年德國各州光伏裝機（左，單位：MW）以及屋頂光伏裝機潛力（右，單位：MW）

圖4 柏林的屋頂光伏開發潛力

圖5 德國太陽能區域熱利用項目

地面供熱站是德國太陽能熱利用的另一種方式。如圖5所示，德國目前在運行的太陽能區域供熱工程面積達到49450m2，正在建設的為5000m2，準備建設的為32900m2。其中，德國最大的太陽能供熱站位于森夫滕貝格（Senftenberg），于2016年9月開始運行。該供熱站占地約2.2公頃，擁有1680個集熱管。按年平均1700小時的日照時間，預計每年將產生400萬千瓦時的熱量，在夏季幾乎完全覆蓋基本負荷。該系統取代了舊式粉煤燃燒鍋爐為10000多名居民供暖。

德國政府對綠色、低碳、環保的宣傳力度大，綠色能源企業的營銷手段高明，通過傳導綠色可再生能源價值觀，滲透至民眾對于可再生能源的認識，并通過能源地圖等方式分析可再生能源投資收益。自2011年日本福島核電站災難發生以來，德國全社會和各黨派就棄核問題達成了共識。由傳統能源向可再生能源轉型也已經并將繼續得到德國人民的廣泛支持，超過90%的德國人贊成進一步擴大可再生能源。現階段，有接近一半的可再生能源發電設施屬于群眾。在未來，德國將有越來越多的房屋和社區能夠完全從居民自有的可再生能源系統中滿足自我的能源需求。對于中國來說，雖然國家的政策能夠樹立能源轉型的旗幟，但提升人民群眾對于未來能源轉型的認知也許才是推動可再生能源發展的關鍵之一。