德国风电发展与“碳中和”目标

　　德国联邦环境署近期发布的一份研究报告中，提出了在本国实现“碳中和”目标的设想，该目标的实现需要各环保部门的配合，启动减排措施，大幅降低能耗，将人均二氧化碳排放量降至1 吨。这份研究报告的结论证实，德国未来实现“碳中和”目标在技术层面上是完全可行的。然而这也意味着，德国各个系统如电力系统、供热系统、交通系统以及工业系统等重要生产环节，在能源供应方面，必须实现完全依赖可再生能源。德国联邦环境署2010 年发布的一份研究报告中显示，德国有望到2050 年实现全部的电力供应完全来自于可再生能源的目标。在2050 年的设想中，德国虽然在技术上可以实现生物质能的可持续性利用，然而需要对残余物进行加工以及产能偏低等特性，决定了生物质能不可能成为供应整个能源系统的支柱能源。另一方面，德国的水电和地热能发展潜力也相对有限，种种因素促成风电和光伏发电将成为未来可再生能源的主要力量，并在能源供应和温室气体减排任务中扮演重要的角色。德国联邦环境署2013 年发布的一份GIS( 地理信息系统) 分析报告里特别指出，德国海上风电的发展潜力目前被大幅低估。当然，海上风电的发展潜力在化为现实后，无疑是要比其理论潜力值偏低一些，原因一方面是因为海上风电需要根据项目的具体情况进行分析、考量，才能得出切实可行的结论，而非对所有的项目一概而论;另一方面是因为还需考虑到理性的经济架构和当地的接纳条件等现实问题。但可以肯定的是，德国海上风电的可观发电量已经证实了其在德国可再生能源发展进程中所起的重要作用。
　　1、德国2050年——“碳中和”目标
　　当前，科学界对气候变化正日益恶化已基本达成共识：人为因素是造成这种变化的主要原因。尤其是一些工业大国对此更要担起重责，降低本国温室气体排放量，努力将全球平均温度增幅控制在2 度以内。
　　德国联邦环境署(UBA)2013 年发布的一份研究报告中称，未来德国要实现“碳中和”目标，在技术层面上是完全可行的。即使像德国这样的工业大国，要在1990 年到2050 年六十年时间内，实现本国95% 的温室气体减排目标也是有极大可能性的。因此，向100% 依赖可再生能源的转型是实现国家“碳中和”目标的关键。德国联邦环境署早前发布的一份名为《能源目标2050:100% 可再生能源电力供应》的报告中，已经肯定了德国到2050 年实现完全依赖可再生能源发电的技术可行性。而名为《德国2050 —“碳中和”国》的报告中则指出，除了对电力领域的贡献，可再生能源甚至可以满足德国各个领域的全部能源供应。然而无论在哪一种模式设想中，风能在其中的重要性都不可忽视，因为无论从开发潜力还是从经济发展性来考虑，风能都占有相当大的优势。本文将重点探讨德国联邦环境署是如何看待风能在未来德国能源供应结构中将扮演的角色。
　　德国要实现2050 年温室气体减排95% 的目标，也就意味着，要将人均二氧化碳排放量从目前的11 吨降至1 吨。《德国2050 —“碳中和”国》这份报告中，并没有预测未来的能源发展趋势，但是却描绘了一种技术可行性高的优化解决方案。该研究给出的模式设想中，囊括了所有相关的排放源，包括：能源消耗引起的废气排放(供电、供热以及交通运输等领域)，工业废气排放、污水处理排放以及农业、林业和土地利用变化等造成的废气排放。根据报告中模式设想的预测，德国作为进口工业国，到2050 年在完全依赖可再生能源的情况下，仍然会维持与今天相似的生活标准，并不会有所下降。需要注意的一点是，这份研究报告重点关注德国本地的温室气体排放情况，并没有考虑到与其他国家的交互影响。相应地，德国出口商品生产造成的废气排放在这份报告中有所体现，而进口商品生产造成的废气排放则并不在考虑范围之内。
　　从图1 可以看出，能源消耗引起的温室气体排放量已超过80% 。这也是为什么德国大力推广节能降耗措施的原因，尤其是在热能消耗方面，这对提高减排力度影响很大。此外，实现可再生能源完全满足能源需求的目标也是非常有必要的。为实现目标，报告中也给出了供暖、交通电气化以及可再生能源的额外产能输出等模式设想。
　　为了降低利用生物质能可能产生的风险，德国联邦环境署将生物质能的利用范围仅限定在对农作物废弃物和残留物的利用。因此，生物质能产能的降低一方面催生了供热和交通系统向电气化方向发展;另一方面，也加速了利用可再生能源发电进行水电解制氢技术的实现，采用这样的技术，可以将产生的氢气用于合成沼气。随着“电转气”(即利用风电或光伏等可再生能源产生的电力将水电解为氢气和氧气，再用生成的氢气与二氧化碳反应产生甲烷)技术方案的应用，大幅降低能源消耗引起的温室气体排放，将更有望得以实现。采用这样的模式，可再生能源发电需求也会随之大幅增长。根据《德国2050 —“碳中和”国》的报告预测，到2050年德国全年用电需求总量将达到近3000TWh (见图2)。

　　由于德国水力发电和地热发电的发展潜力有限，基于这样的背景，报告中提出到2050 年，风力发电和光伏发电将在能源供应系统里占据主导地位。从理论上讲，德国在实现全部电力供给由可再生能源提供方面有一定的技术潜能。然而，出于生态保护和经济发展的考虑，只有部分技术潜能可以化为现实，并得到可持续性地开发利用。因此在报告提出的设想模式中，有少部分可再生能源电力仍然需要从国外进口，但大部分电力供应还是由德国当地的光伏电站和风电场提供。本文下节内容将对德国的风能利用进行详尽细致的探讨。