德國風(fēng)電發(fā)展與“碳中和”目標(biāo)

　　德國聯(lián)邦環(huán)境署近期發(fā)布的一份研究報告中，提出了在本國實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的設(shè)想，該目標(biāo)的實現(xiàn)需要各環(huán)保部門的配合，啟動減排措施，大幅降低能耗，將人均二氧化碳排放量降至1 噸。這份研究報告的結(jié)論證實，德國未來實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)在技術(shù)層面上是完全可行的。然而這也意味著，德國各個系統(tǒng)如電力系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、交通系統(tǒng)以及工業(yè)系統(tǒng)等重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在能源供應(yīng)方面，必須實現(xiàn)完全依賴可再生能源。德國聯(lián)邦環(huán)境署2010 年發(fā)布的一份研究報告中顯示，德國有望到2050 年實現(xiàn)全部的電力供應(yīng)完全來自于可再生能源的目標(biāo)。在2050 年的設(shè)想中，德國雖然在技術(shù)上可以實現(xiàn)生物質(zhì)能的可持續(xù)性利用，然而需要對殘余物進(jìn)行加工以及產(chǎn)能偏低等特性，決定了生物質(zhì)能不可能成為供應(yīng)整個能源系統(tǒng)的支柱能源。另一方面，德國的水電和地?zé)崮馨l(fā)展?jié)摿σ蚕鄬τ邢蓿N種因素促成風(fēng)電和光伏發(fā)電將成為未來可再生能源的主要力量，并在能源供應(yīng)和溫室氣體減排任務(wù)中扮演重要的角色。德國聯(lián)邦環(huán)境署2013 年發(fā)布的一份GIS( 地理信息系統(tǒng)) 分析報告里特別指出，德國海上風(fēng)電的發(fā)展?jié)摿δ壳氨淮蠓凸馈．?dāng)然，海上風(fēng)電的發(fā)展?jié)摿υ诨癁楝F(xiàn)實后，無疑是要比其理論潛力值偏低一些，原因一方面是因為海上風(fēng)電需要根據(jù)項目的具體情況進(jìn)行分析、考量，才能得出切實可行的結(jié)論，而非對所有的項目一概而論;另一方面是因為還需考慮到理性的經(jīng)濟(jì)架構(gòu)和當(dāng)?shù)氐慕蛹{條件等現(xiàn)實問題。但可以肯定的是，德國海上風(fēng)電的可觀發(fā)電量已經(jīng)證實了其在德國可再生能源發(fā)展進(jìn)程中所起的重要作用。
　　1、德國2050年——“碳中和”目標(biāo)
　　當(dāng)前，科學(xué)界對氣候變化正日益惡化已基本達(dá)成共識：人為因素是造成這種變化的主要原因。尤其是一些工業(yè)大國對此更要擔(dān)起重責(zé)，降低本國溫室氣體排放量，努力將全球平均溫度增幅控制在2 度以內(nèi)。
　　德國聯(lián)邦環(huán)境署(UBA)2013 年發(fā)布的一份研究報告中稱，未來德國要實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)，在技術(shù)層面上是完全可行的。即使像德國這樣的工業(yè)大國，要在1990 年到2050 年六十年時間內(nèi)，實現(xiàn)本國95% 的溫室氣體減排目標(biāo)也是有極大可能性的。因此，向100% 依賴可再生能源的轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)國家“碳中和”目標(biāo)的關(guān)鍵。德國聯(lián)邦環(huán)境署早前發(fā)布的一份名為《能源目標(biāo)2050:100% 可再生能源電力供應(yīng)》的報告中，已經(jīng)肯定了德國到2050 年實現(xiàn)完全依賴可再生能源發(fā)電的技術(shù)可行性。而名為《德國2050 —“碳中和”國》的報告中則指出，除了對電力領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，可再生能源甚至可以滿足德國各個領(lǐng)域的全部能源供應(yīng)。然而無論在哪一種模式設(shè)想中，風(fēng)能在其中的重要性都不可忽視，因為無論從開發(fā)潛力還是從經(jīng)濟(jì)發(fā)展性來考慮，風(fēng)能都占有相當(dāng)大的優(yōu)勢。本文將重點(diǎn)探討德國聯(lián)邦環(huán)境署是如何看待風(fēng)能在未來德國能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)中將扮演的角色。
　　德國要實現(xiàn)2050 年溫室氣體減排95% 的目標(biāo)，也就意味著，要將人均二氧化碳排放量從目前的11 噸降至1 噸。《德國2050 —“碳中和”國》這份報告中，并沒有預(yù)測未來的能源發(fā)展趨勢，但是卻描繪了一種技術(shù)可行性高的優(yōu)化解決方案。該研究給出的模式設(shè)想中，囊括了所有相關(guān)的排放源，包括：能源消耗引起的廢氣排放(供電、供熱以及交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域)，工業(yè)廢氣排放、污水處理排放以及農(nóng)業(yè)、林業(yè)和土地利用變化等造成的廢氣排放。根據(jù)報告中模式設(shè)想的預(yù)測，德國作為進(jìn)口工業(yè)國，到2050 年在完全依賴可再生能源的情況下，仍然會維持與今天相似的生活標(biāo)準(zhǔn)，并不會有所下降。需要注意的一點(diǎn)是，這份研究報告重點(diǎn)關(guān)注德國本地的溫室氣體排放情況，并沒有考慮到與其他國家的交互影響。相應(yīng)地，德國出口商品生產(chǎn)造成的廢氣排放在這份報告中有所體現(xiàn)，而進(jìn)口商品生產(chǎn)造成的廢氣排放則并不在考慮范圍之內(nèi)。
　　從圖1 可以看出，能源消耗引起的溫室氣體排放量已超過80% 。這也是為什么德國大力推廣節(jié)能降耗措施的原因，尤其是在熱能消耗方面，這對提高減排力度影響很大。此外，實現(xiàn)可再生能源完全滿足能源需求的目標(biāo)也是非常有必要的。為實現(xiàn)目標(biāo)，報告中也給出了供暖、交通電氣化以及可再生能源的額外產(chǎn)能輸出等模式設(shè)想。
　　為了降低利用生物質(zhì)能可能產(chǎn)生的風(fēng)險，德國聯(lián)邦環(huán)境署將生物質(zhì)能的利用范圍僅限定在對農(nóng)作物廢棄物和殘留物的利用。因此，生物質(zhì)能產(chǎn)能的降低一方面催生了供熱和交通系統(tǒng)向電氣化方向發(fā)展;另一方面，也加速了利用可再生能源發(fā)電進(jìn)行水電解制氫技術(shù)的實現(xiàn)，采用這樣的技術(shù)，可以將產(chǎn)生的氫氣用于合成沼氣。隨著“電轉(zhuǎn)氣”(即利用風(fēng)電或光伏等可再生能源產(chǎn)生的電力將水電解為氫氣和氧氣，再用生成的氫氣與二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生甲烷)技術(shù)方案的應(yīng)用，大幅降低能源消耗引起的溫室氣體排放，將更有望得以實現(xiàn)。采用這樣的模式，可再生能源發(fā)電需求也會隨之大幅增長。根據(jù)《德國2050 —“碳中和”國》的報告預(yù)測，到2050年德國全年用電需求總量將達(dá)到近3000TWh (見圖2)。

　　由于德國水力發(fā)電和地?zé)岚l(fā)電的發(fā)展?jié)摿τ邢蓿谶@樣的背景，報告中提出到2050 年，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電將在能源供應(yīng)系統(tǒng)里占據(jù)主導(dǎo)地位。從理論上講，德國在實現(xiàn)全部電力供給由可再生能源提供方面有一定的技術(shù)潛能。然而，出于生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的考慮，只有部分技術(shù)潛能可以化為現(xiàn)實，并得到可持續(xù)性地開發(fā)利用。因此在報告提出的設(shè)想模式中，有少部分可再生能源電力仍然需要從國外進(jìn)口，但大部分電力供應(yīng)還是由德國當(dāng)?shù)氐墓夥娬竞惋L(fēng)電場提供。本文下節(jié)內(nèi)容將對德國的風(fēng)能利用進(jìn)行詳盡細(xì)致的探討。