2015年，德國(guó)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(guó)能源轉(zhuǎn)型升級(jí)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(lái)，請(qǐng)聽(tīng)中國(guó)社會(huì)科學(xué)院工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究所朱彤博士怎么說(shuō)。

    真正挑戰(zhàn)

    德國(guó)能源轉(zhuǎn)型的真正挑戰(zhàn)來(lái)自風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電的兩個(gè)本質(zhì)屬性所導(dǎo)致的問(wèn)題。一是太陽(yáng)能發(fā)電的間歇性對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的沖擊。二是風(fēng)電與太陽(yáng)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(chǎng)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(lái)技術(shù)進(jìn)步潛力等，風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電是未來(lái)最有潛力可再生能源技術(shù)。從德國(guó)能源轉(zhuǎn)型實(shí)踐看，風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電位居德國(guó)可再生能源發(fā)電前列。2014年，德國(guó)可再生能源發(fā)電總量為160.61太瓦時(shí)，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(yáng)能光伏發(fā)電成本變化趨勢(shì)看，德國(guó)風(fēng)電發(fā)電成本自1990年以來(lái)已經(jīng)降低了50%以上，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)成本下降了80%以上，且有繼續(xù)下降的趨勢(shì)。

    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(huì)成為德國(guó)未來(lái)能源轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)的主要來(lái)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(kāi)發(fā)的地理位置有限，加上水電開(kāi)發(fā)時(shí)間已經(jīng)近90年，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)潛力有限。生物質(zhì)能發(fā)電在德國(guó)起步較早，而且增長(zhǎng)較快，發(fā)電量居德國(guó)可再生能源發(fā)電的第二位。2000—2014年，德國(guó)生物質(zhì)發(fā)電量增長(zhǎng)了近14倍，年均增長(zhǎng)率21.2%，僅次于光伏發(fā)電增長(zhǎng)率。然而，由于德國(guó)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(jìng)爭(zhēng)，其增長(zhǎng)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(guó)能源轉(zhuǎn)型的未來(lái)挑戰(zhàn)將主要來(lái)自太陽(yáng)能和風(fēng)能。

    技術(shù)挑戰(zhàn)

    能否解決太陽(yáng)能發(fā)電的間歇性對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的沖擊，建立一個(gè)兼容高比例光伏發(fā)電的電力系，是德國(guó)能源轉(zhuǎn)型升級(jí)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)

    作為一種新能源，太陽(yáng)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(yáng)能光伏發(fā)電也有著與生俱來(lái)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(dòng)性。

    歐洲國(guó)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(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的技術(shù)或?qū)嶋H問(wèn)題。然而，光伏發(fā)電的間歇性與波動(dòng)性的不利影響隨著光伏裝機(jī)規(guī)模增長(zhǎng)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(guò)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(shí)，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(zhǎng)，因天氣變化而導(dǎo)致的光伏發(fā)電波動(dòng)性也隨之加大。

    由此，德國(guó)能源轉(zhuǎn)型產(chǎn)生了一個(gè)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(jià)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(shí)數(shù)減少和頻繁啟停導(dǎo)致的成本上升。如果這一問(wèn)題不解決，德國(guó)能源轉(zhuǎn)型可能會(huì)陷于“此消彼長(zhǎng)”的狀況：一方面，可再生能源發(fā)展帶來(lái)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(guó)當(dāng)前能源轉(zhuǎn)型成功的重要經(jīng)驗(yàn)之一，是其通過(guò)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(dòng)性對(duì)電網(wǎng)的影響。然而，雖然這些措施在德國(guó)能源轉(zhuǎn)型1.0階段，甚至20階段能夠有效應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題的方法，但恐怕不足以應(yīng)對(duì)3.0階段和4.0階段的光伏發(fā)電“量級(jí)”下出力間歇性與波動(dòng)性問(wèn)題。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，要從技術(shù)上構(gòu)建一個(gè)能完全容納高比例可再生電力的波動(dòng)性與間歇性的電力系統(tǒng)。解決問(wèn)題的一個(gè)希望較大的思路可能要依靠大容量、低成本新型儲(chǔ)能技術(shù)和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成功，并依托新型儲(chǔ)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)。