德國能源大實驗——風(fēng)電支持德國的重工業(yè)

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德國西部的北萊茵-威斯特法倫州的鄉(xiāng)村路邊，居住著一位名叫諾伯特•羅爾（Norbert Leurs）的農(nóng)夫。36歲的他為人和藹，雙手長滿了老繭，有兩個年幼的孩子。直到最近，他都在從事著平淡的行當(dāng)：種馬鈴薯和養(yǎng)豬。不過他的最新業(yè)務(wù)卻表明歐洲最大的經(jīng)濟(jì)體在能源政策上做出了非同尋常的轉(zhuǎn)變。2003年，一家小型風(fēng)能公司在羅爾斯的一塊土豆田里豎起了一座70米高的風(fēng)機(jī)。在點綴于德國鄉(xiāng)間的數(shù)百個風(fēng)電場中，有大約22000個這樣的風(fēng)機(jī)。羅爾斯可以得到6%的電力銷售收入，每年大約9500美元。他正考慮再多增加2到3個風(fēng)機(jī)，每個都相當(dāng)于第一個風(fēng)機(jī)的2倍高。

從這些風(fēng)機(jī)獲得的收益與他在太陽能電池板中賺到的比還不算多。在2005年，羅爾斯得知政府正要求地方電力部門高價購買屋頂太陽能。于是他貸了款，在接下來的7年內(nèi)逐步為他的豬圈、谷倉和房屋都覆蓋上了太陽能電池板——也不管經(jīng)常陰天以及屋頂朝向并不都很理想。他從最終安裝好的690千瓦的電池板上每年可以賺到280000美元，而且預(yù)計在償清貸款后可以獲得超過200萬美元的收入。

羅爾斯這樣的故事可以幫助解釋，為何在2011年，德國來自于可再生能源的發(fā)電量占據(jù)總發(fā)電量的比例能從2010年的6%上升到20%。德國保證風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能以及水電的高價格，把成本轉(zhuǎn)移到電價上。像羅爾斯這樣的參與者和建造他的風(fēng)機(jī)的小能源公司采用的是現(xiàn)成的技術(shù)并且可以確保收益。對于他們來說，綠色是相當(dāng)容易實現(xiàn)的。

但接下來就沒那么容易了，德國政府在2010年宣布將要實施被稱為Energiewende的計劃，這是一次能源政策的轉(zhuǎn)變，或者說是一場能源革命。這次由化石能源到可再生能源的轉(zhuǎn)換是一個重工業(yè)國家所進(jìn)行過的最具野心的嘗試：其目標(biāo)是到2020年要把溫室氣體排放量在1990年的基礎(chǔ)上削減40%，到本世紀(jì)中葉削減80%。這個目標(biāo)相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性，但考慮到德國已經(jīng)有20%的電力是來自于幾乎完全不產(chǎn)生溫室氣體的核能，要實現(xiàn)就容易了一些。而到了去年，為了應(yīng)對公眾對于海嘯后日本福島核事故的擔(dān)憂，總理安格拉•默克爾（Angela Merkel）下令立刻關(guān)閉了德國最老的8座核電站。在幾個月后，政府完成了一個方案，將在2022年前關(guān)閉剩余的9座。現(xiàn)在，Energiewende也包括了離棄德國最主要的低碳電力來源。

德國已將自身置于一場會在嚴(yán)重依賴德國經(jīng)濟(jì)力量的全歐洲引發(fā)巨大反響的宏大能源試驗中。這個國家必須在降低能耗的同時，付出巨大而難以估量的代價，以前所未有的規(guī)模來開發(fā)和應(yīng)用可再生能源技術(shù)。這些都要在工業(yè)不受到損傷的前提下進(jìn)行，而工業(yè)依賴的是價格合理且穩(wěn)定可靠的能源。“從某種意義上說，Energiewende是一個沒有技術(shù)解決方案支持的政治主張，”通用電氣能源集團(tuán)德國公司的首席執(zhí)行官斯蒂芬•萊梅特（Stephan Reimelt）說，“德國正強(qiáng)迫自己進(jìn)行革新，這導(dǎo)致了一座規(guī)模前所未有的巨型工業(yè)試驗室的出現(xiàn)。我們必須嘗試多種不同的技術(shù)來達(dá)到目標(biāo)。”

德國能源工業(yè)的主要企業(yè)正同時采用數(shù)種策略。為了取代核能，它們競相在遠(yuǎn)離德國海岸的北海中建設(shè)巨大的風(fēng)電場；并且正在計劃建造把電力輸送到德國工業(yè)區(qū)的新輸電設(shè)施。與此同時，西門子、通用電氣和RWE這幾個德國最大的電力供應(yīng)商，正在尋找讓工廠在風(fēng)能和太陽能出現(xiàn)斷檔時保持正常運(yùn)作的方法。他們正在尋找廉價、大規(guī)模的儲能形式，并且希望計算機(jī)可以智能協(xié)調(diào)可能多達(dá)數(shù)百萬個的分布式電源。

德國羅斯托克北海港口附近的船塢。西門子正建造一個巨大的平臺，管理遠(yuǎn)離岸邊的風(fēng)電場發(fā)電的設(shè)備將會安放在這個平臺上。

對這一轉(zhuǎn)變成本的估算分歧很大，部分取決于新技術(shù)的采用有多迅速，以及它們價格的下降有多快。不同的經(jīng)濟(jì)智庫預(yù)測德國在未來8年內(nèi)大約會在基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)建以及政府補(bǔ)貼上花費(fèi)1250到2500億美元——相當(dāng)于德國2011年GDP的3.5%到7%。

德國已經(jīng)為此付出了顯著的成本，每月的電費(fèi)額外多了15%的可再生能源附加費(fèi)（重工業(yè)用電除外）。自從8個核電站關(guān)閉后批發(fā)電價上升了大約10%。德國電網(wǎng)前所未有的緊張。而且，諷刺的是，Energiewende的目標(biāo)是削減溫室氣體排放，而關(guān)閉核電站的決定卻增強(qiáng)了對燃煤電廠的依賴。

雖然花費(fèi)巨資，但德國也可以從其宏大的試驗中獲得巨大的利益。在過去的數(shù)十年中，德國不僅開發(fā)了風(fēng)能和太陽能，也有些不太引人注目的能源技術(shù)，例如管理軟件和高效的工業(yè)流程。據(jù)柏林自由大學(xué)環(huán)境策略研究中心主任米蘭達(dá)•西羅斯（Miranda Schreurs）稱，合起來考慮，這些“綠色”技術(shù)已經(jīng)創(chuàng)造出價值120億美元的出口產(chǎn)業(yè)，而且有潛力進(jìn)一步增長。政府的政策可以為新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提供進(jìn)一步的激勵。“這是從中獲益的訣竅，”西羅斯說，“從長遠(yuǎn)看來，德國的競爭之道是成為最為節(jié)能和節(jié)約資源的市場，并且在這個過程中擴(kuò)大出口市場。”

如果德國能夠成功實現(xiàn)轉(zhuǎn)變，那么它將為其他工業(yè)國家提供可行的藍(lán)圖，這些國家也正面臨著能源消費(fèi)轉(zhuǎn)型的壓力。“人們正密切關(guān)注Energiwende，如果它能在德國實現(xiàn)，那就為其他國家樹立了一個樣板。” RWE的首席經(jīng)濟(jì)學(xué)家格雷厄姆•威爾（Graham Weale）說

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在紐倫堡以北20千米處的埃朗根城，坐落著安保嚴(yán)密的工業(yè)建筑群，能源巨頭西門子的實驗室和工廠就位于這里。西門子正是參與Energiwende的承包商之一。其中的一座建筑如字面上一樣充滿“能量”（30兆瓦的電能）地嗡嗡作響。在建筑里面是一個用鋼鐵與銅制成，用來大規(guī)模地把交流電轉(zhuǎn)換為直流電的巨型機(jī)器。這樣的機(jī)器預(yù)定要裝在離岸平臺上，這些平臺必須要承受幾十年強(qiáng)勁的北海風(fēng)暴。

德國需要這種技術(shù)，因為它正在尋求所能找到的最穩(wěn)定的風(fēng)能來源。而這只有在遠(yuǎn)離岸邊的海上才能找到——距離太遠(yuǎn)以至于標(biāo)準(zhǔn)的交流輸電線路不能勝任輸電工作。到目前為止，德國只建造了裝機(jī)總?cè)萘看蠹s500兆瓦的離岸風(fēng)力發(fā)電設(shè)施，都在距離陸地90千米的范圍內(nèi)，水深則在40米內(nèi)。現(xiàn)在能源公司正計劃建造10000兆瓦的風(fēng)電設(shè)施，到岸邊距離遠(yuǎn)至160千米，水深達(dá)到70米。數(shù)個10000到20000噸的離岸變電站會把數(shù)十億瓦的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，直流電在跨越這樣的長距離進(jìn)行傳輸時能量損失很小。負(fù)責(zé)德國北海大規(guī)模建設(shè)部分工程的荷蘭電網(wǎng)公司Tennet的企業(yè)發(fā)展總監(jiān)萊克斯•哈德曼（Lex Hartman）說：“世界上沒有任何一個地方這樣做過——以這樣的方式和這樣的規(guī)模建設(shè)離岸電網(wǎng)和輸電線路。”

當(dāng)然，這一切僅僅是將電能傳輸?shù)胶０渡希�電力還需要穿越德國送抵國家南部的主要工業(yè)中心。這需要大約3800千米的新輸電線路，但由于不情愿的土地所有者和地方政治家拖延了進(jìn)展并制造阻礙，已經(jīng)建成的只有約200千米。進(jìn)度的拖延以及對新技術(shù)的采用使得的德國的離岸風(fēng)電項目本身成為了一場豪賭。“沒有人真正知道Energiwende到底要花費(fèi)多少，”慕尼黑大學(xué)的能源經(jīng)濟(jì)學(xué)家卡倫•皮特爾（Karen Pittel）說，“尤其是那些風(fēng)電場，它們大致上就是些試點項目。”

不確定性還不僅于此，即使是現(xiàn)在的風(fēng)電利用水平，在大風(fēng)的日子，電網(wǎng)管理者也必須關(guān)閉風(fēng)機(jī)，因為無處容納這些電能。而在另外某個晴天，當(dāng)云層蔓延過南部德國時，這些區(qū)域的光伏電池板發(fā)電能力可能會下降幾兆瓦。其影響相當(dāng)于關(guān)閉了一座中等規(guī)模的燃煤發(fā)電站，增加了停電的危險。

沒有了廉價可靠的能源來支持高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和交通系統(tǒng)，德國經(jīng)濟(jì)，以及整個歐洲的經(jīng)濟(jì)都會陷入困境。已經(jīng)有一些德國公司開始在其他地方建設(shè)新生產(chǎn)設(shè)施，例如，去年化工制造商瓦克化學(xué)公司決定在田納西州建一座多晶硅工廠，部分原因就是德國能源成本太高了。威爾說；“能源供應(yīng)的質(zhì)量只要下降一點，對高科技產(chǎn)業(yè)就會帶來嚴(yán)重的影響。即使沒有停電，這些行業(yè)也越發(fā)緊張了。”

為了避免災(zāi)難發(fā)生，德國必須開始更大規(guī)模地運(yùn)用儲能技術(shù)以及負(fù)載平衡策略。現(xiàn)在，整個國家有31座抽水蓄能電站。這種電站可以在夜間把水抽到高處，然后讓向下的水流推動水輪機(jī)發(fā)電。它們總共可以存儲38兆千瓦時的電能，這聽起來好像很多，但還不到德國風(fēng)電場以峰值功率在90分鐘內(nèi)輸出的電能。

電池或許能幫上忙，但目前它們成本太高，難以承擔(dān)大任。在埃朗根的另一座建筑里，西門子正基于三種不同的鋰離子技術(shù)來制造拖車大小的電池。每個電池可以為40個德國家庭供電一天，但是這些電池作為備用電源來說就太貴了。取而代之的是，高科技企業(yè)可能利用它們平安度過供電不穩(wěn)定之時，例如持續(xù)15分鐘，8兆瓦的波動，這樣的話那些特殊設(shè)備就無需經(jīng)歷耗時漫長的重啟過程。鋰離子電池價格至少還需要下降一半，才能為風(fēng)機(jī)在數(shù)小時內(nèi)輸出的額外電能提供一種經(jīng)濟(jì)的存儲方法。

其他存儲技術(shù)也正處在開發(fā)中，不過即使它們最終可以投入實用，也還是要等很多年。例如，西門子正在研究的一項新技術(shù)，是利用過量的電能分解水來制取氫。不過這是實驗性質(zhì)的技術(shù)，而且在目前這個階段價格很昂貴。

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杜伊斯堡是埃森市西邊的一座堅韌的城鎮(zhèn)，它在二戰(zhàn)中曾是主要的軍火制造中心，被盟軍轟炸成一片瓦礫。而今在這里，德國四大電力公司之一的RWE集團(tuán)正在進(jìn)行另一項關(guān)鍵技術(shù)：虛擬發(fā)電站的前沿研究，在這種技術(shù)中，軟件智能控制海量的小型電源（最終還會包括分布式的儲能站）協(xié)調(diào)它們的電力輸出，用于在能源市場上出售。其目標(biāo)是把數(shù)千個單獨供電時都不可靠的可再生能源，轉(zhuǎn)換成電力部門可以信賴的巨大網(wǎng)絡(luò)。這是一個光彩奪目的構(gòu)想，但仍處在襁褓中。

在一個坐落在納粹防空洞前，形似尖頂巫師帽的實驗室中，RWE的研究人員正在對十幾個設(shè)計用來熱電聯(lián)供的燃?xì)忮仩t和燃料電池進(jìn)行測試。理論上，在必要時候電力公司可以征集成千上萬個家庭用機(jī)組，以及為公寓和寫字樓供能的大型機(jī)組，來制造額外的電力提供給電網(wǎng)。德國用電量差不多有5%可以通過這種方式獲得，大約相當(dāng)于電力公司預(yù)計可從新的離岸風(fēng)電場所得到的發(fā)電量。

個人用戶和企業(yè)需要逐漸替換已有的鍋爐，基礎(chǔ)設(shè)施也必須落實到位才能同步成千上萬個電源，要達(dá)到這一步需要花費(fèi)數(shù)十年。但在杜伊斯堡以東一小時路程，多特蒙德邊的上一棟20世紀(jì)60年代的辦公樓內(nèi)，作為起點，工程師們正在測試一種比較適度的網(wǎng)絡(luò)。有一個地下服務(wù)器機(jī)房作用相當(dāng)于120個小型發(fā)電站的通訊樞紐，這些電站依靠可再生能源（主要是風(fēng)能，另外也有太陽能和生物質(zhì)能）發(fā)電，總發(fā)電能力為160兆瓦。軟件把氣象預(yù)報納入考慮，收集大量來自風(fēng)能和太陽能的可再生電力，通過切換生物質(zhì)發(fā)電廠的開啟和關(guān)閉來平衡電力輸出的波動，從而制造出穩(wěn)定的電力。




類似這個網(wǎng)絡(luò)的早期項目是通向更為復(fù)雜系統(tǒng)的進(jìn)身之階，未來的系統(tǒng)也會包括需求管理，電力公司會給愿意在電力需求高峰期自動削減用電量的用戶提供折扣。有朝一日，系統(tǒng)也可以從停靠的電動汽車中提取電力，或是把電能儲存在它們中，以補(bǔ)償風(fēng)能的變動。

通用電氣和其他公司也正在追求這樣的理念。“今天我們所知的是能源市場將會分散化，將會成為一個碎片化的市場，”通用電氣的萊梅特說，“過去，我們有四家電力公司，現(xiàn)在我們有350家發(fā)電公司，今后還會增加到1000家，而如果你把每個屋頂有太陽能電池板的人計算在內(nèi)的話，這個數(shù)字會增加到上百萬。所以我們看到的一個趨勢是：需要強(qiáng)調(diào)的不再是發(fā)電，而是電力的管理。

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德國的風(fēng)電不受影響？！

云楓

技術(shù)革命啊