德國能源大實驗——風電支持德國的重工業

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德國西部的北萊茵-威斯特法倫州的鄉村路邊，居住著一位名叫諾伯特•羅爾（Norbert Leurs）的農夫。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：種馬鈴薯和養豬。不過他的最新業務卻表明歐洲最大的經濟體在能源政策上做出了非同尋常的轉變。2003年，一家小型風能公司在羅爾斯的一塊土豆田里豎起了一座70米高的風機。在點綴于德國鄉間的數百個風電場中，有大約22000個這樣的風機。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個風機，每個都相當于第一個風機的2倍高。

從這些風機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電量占據總發電量的比例能從2010年的6%上升到20%。德國保證風能、太陽能、生物質能以及水電的高價格，把成本轉移到電價上。像羅爾斯這樣的參與者和建造他的風機的小能源公司采用的是現成的技術并且可以確保收益。對于他們來說，綠色是相當容易實現的。

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換是一個重工業國家所進行過的最具野心的嘗試：其目標是到2020年要把溫室氣體排放量在1990年的基礎上削減40%，到本世紀中葉削減80%。這個目標相當具有挑戰性，但考慮到德國已經有20%的電力是來自于幾乎完全不產生溫室氣體的核能，要實現就容易了一些。而到了去年，為了應對公眾對于海嘯后日本福島核事故的擔憂，總理安格拉•默克爾（Angela Merkel）下令立刻關閉了德國最老的8座核電站。在幾個月后，政府完成了一個方案，將在2022年前關閉剩余的9座。現在，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重依賴德國經濟力量的全歐洲引發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，以前所未有的規模來開發和應用可再生能源技術。這些都要在工業不受到損傷的前提下進行，而工業依賴的是價格合理且穩定可靠的能源。“從某種意義上說，Energiewende是一個沒有技術解決方案支持的政治主張，”通用電氣能源集團德國公司的首席執行官斯蒂芬•萊梅特（Stephan Reimelt）說，“德國正強迫自己進行革新，這導致了一座規模前所未有的巨型工業試驗室的出現。我們必須嘗試多種不同的技術來達到目標。”

德國能源工業的主要企業正同時采用數種策略。為了取代核能，它們競相在遠離德國海岸的北海中建設巨大的風電場；并且正在計劃建造把電力輸送到德國工業區的新輸電設施。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商，正在尋找讓工廠在風能和太陽能出現斷檔時保持正常運作的方法。他們正在尋找廉價、大規模的儲能形式，并且希望計算機可以智能協調可能多達數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，管理遠離岸邊的風電場發電的設備將會安放在這個平臺上。

對這一轉變成本的估算分歧很大，部分取決于新技術的采用有多迅速，以及它們價格的下降有多快。不同的經濟智庫預測德國在未來8年內大約會在基礎設施擴建以及政府補貼上花費1250到2500億美元——相當于德國2011年GDP的3.5%到7%。

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

雖然花費巨資，但德國也可以從其宏大的試驗中獲得巨大的利益。在過去的數十年中，德國不僅開發了風能和太陽能，也有些不太引人注目的能源技術，例如管理軟件和高效的工業流程。據柏林自由大學環境策略研究中心主任米蘭達•西羅斯（Miranda Schreurs）稱，合起來考慮，這些“綠色”技術已經創造出價值120億美元的出口產業，而且有潛力進一步增長。政府的政策可以為新技術的發展與應用提供進一步的激勵。“這是從中獲益的訣竅，”西羅斯說，“從長遠看來，德國的競爭之道是成為最為節能和節約資源的市場，并且在這個過程中擴大出口市場。”

如果德國能夠成功實現轉變，那么它將為其他工業國家提供可行的藍圖，這些國家也正面臨著能源消費轉型的壓力。“人們正密切關注Energiwende，如果它能在德國實現，那就為其他國家樹立了一個樣板。” RWE的首席經濟學家格雷厄姆•威爾（Graham Weale）說

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在紐倫堡以北20千米處的埃朗根城，坐落著安保嚴密的工業建筑群，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，用來大規模地把交流電轉換為直流電的巨型機器。這樣的機器預定要裝在離岸平臺上，這些平臺必須要承受幾十年強勁的北海風暴。

德國需要這種技術，因為它正在尋求所能找到的最穩定的風能來源。而這只有在遠離岸邊的海上才能找到——距離太遠以至于標準的交流輸電線路不能勝任輸電工作。到目前為止，德國只建造了裝機總容量大約500兆瓦的離岸風力發電設施，都在距離陸地90千米的范圍內，水深則在40米內。現在能源公司正計劃建造10000兆瓦的風電設施，到岸邊距離遠至160千米，水深達到70米。數個10000到20000噸的離岸變電站會把數十億瓦的交流電轉換為直流電，直流電在跨越這樣的長距離進行傳輸時能量損失很小。負責德國北海大規模建設部分工程的荷蘭電網公司Tennet的企業發展總監萊克斯•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模建設離岸電網和輸電線路。”

當然，這一切僅僅是將電能傳輸到海岸上，電力還需要穿越德國送抵國家南部的主要工業中心。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展并制造阻礙，已經建成的只有約200千米。進度的拖延以及對新技術的采用使得的德國的離岸風電項目本身成為了一場豪賭。“沒有人真正知道Energiwende到底要花費多少，”慕尼黑大學的能源經濟學家卡倫•皮特爾（Karen Pittel）說，“尤其是那些風電場，它們大致上就是些試點項目。”

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

沒有了廉價可靠的能源來支持高技術產業和交通系統，德國經濟，以及整個歐洲的經濟都會陷入困境。已經有一些德國公司開始在其他地方建設新生產設施，例如，去年化工制造商瓦克化學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；“能源供應的質量只要下降一點，對高科技產業就會帶來嚴重的影響。即使沒有停電，這些行業也越發緊張了。”

為了避免災難發生，德國必須開始更大規模地運用儲能技術以及負載平衡策略。現在，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發電。它們總共可以存儲38兆千瓦時的電能，這聽起來好像很多，但還不到德國風電場以峰值功率在90分鐘內輸出的電能。

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，高科技企業可能利用它們平安度過供電不穩定之時，例如持續15分鐘，8兆瓦的波動，這樣的話那些特殊設備就無需經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，才能為風機在數小時內輸出的額外電能提供一種經濟的存儲方法。

其他存儲技術也正處在開發中，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，是利用過量的電能分解水來制取氫。不過這是實驗性質的技術，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，它在二戰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集團正在進行另一項關鍵技術：虛擬發電站的前沿研究，在這種技術中，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）協調它們的電力輸出，用于在能源市場上出售。其目標是把數千個單獨供電時都不可靠的可再生能源，轉換成電力部門可以信賴的巨大網絡。這是一個光彩奪目的構想，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計用來熱電聯供的燃氣鍋爐和燃料電池進行測試。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組，以及為公寓和寫字樓供能的大型機組，來制造額外的電力提供給電網。德國用電量差不多有5%可以通過這種方式獲得，大約相當于電力公司預計可從新的離岸風電場所得到的發電量。

個人用戶和企業需要逐漸替換已有的鍋爐，基礎設施也必須落實到位才能同步成千上萬個電源，要達到這一步需要花費數十年。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60年代的辦公樓內，作為起點，工程師們正在測試一種比較適度的網絡。有一個地下服務器機房作用相當于120個小型發電站的通訊樞紐，這些電站依靠可再生能源（主要是風能，另外也有太陽能和生物質能）發電，總發電能力為160兆瓦。軟件把氣象預報納入考慮，收集大量來自風能和太陽能的可再生電力，通過切換生物質發電廠的開啟和關閉來平衡電力輸出的波動，從而制造出穩定的電力。




類似這個網絡的早期項目是通向更為復雜系統的進身之階，未來的系統也會包括需求管理，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，以補償風能的變動。

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，現在我們有350家發電公司，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的話，這個數字會增加到上百萬。所以我們看到的一個趨勢是：需要強調的不再是發電，而是電力的管理。

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德國的風電不受影響？！

云楓

技術革命啊