德国能源大实验——风电支持德国的重工业

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德国西部的北莱茵-威斯特法伦州的乡村路边，居住着一位名叫诺伯特•罗尔（Norbert Leurs）的农夫。36岁的他为人和蔼，双手长满了老茧，有两个年幼的孩子。直到最近，他都在从事着平淡的行当：种马铃薯和养猪。不过他的最新业务却表明欧洲最大的经济体在能源政策上做出了非同寻常的转变。2003年，一家小型风能公司在罗尔斯的一块土豆田里竖起了一座70米高的风机。在点缀于德国乡间的数百个风电场中，有大约22000个这样的风机。罗尔斯可以得到6%的电力销售收入，每年大约9500美元。他正考虑再多增加2到3个风机，每个都相当于第一个风机的2倍高。

从这些风机获得的收益与他在太阳能电池板中赚到的比还不算多。在2005年，罗尔斯得知政府正要求地方电力部门高价购买屋顶太阳能。于是他贷了款，在接下来的7年内逐步为他的猪圈、谷仓和房屋都覆盖上了太阳能电池板——也不管经常阴天以及屋顶朝向并不都很理想。他从最终安装好的690千瓦的电池板上每年可以赚到280000美元，而且预计在偿清贷款后可以获得超过200万美元的收入。

罗尔斯这样的故事可以帮助解释，为何在2011年，德国来自于可再生能源的发电量占据总发电量的比例能从2010年的6%上升到20%。德国保证风能、太阳能、生物质能以及水电的高价格，把成本转移到电价上。像罗尔斯这样的参与者和建造他的风机的小能源公司采用的是现成的技术并且可以确保收益。对于他们来说，绿色是相当容易实现的。

但接下来就没那么容易了，德国政府在2010年宣布将要实施被称为Energiewende的计划，这是一次能源政策的转变，或者说是一场能源革命。这次由化石能源到可再生能源的转换是一个重工业国家所进行过的最具野心的尝试：其目标是到2020年要把温室气体排放量在1990年的基础上削减40%，到本世纪中叶削减80%。这个目标相当具有挑战性，但考虑到德国已经有20%的电力是来自于几乎完全不产生温室气体的核能，要实现就容易了一些。而到了去年，为了应对公众对于海啸后日本福岛核事故的担忧，总理安格拉•默克尔（Angela Merkel）下令立刻关闭了德国最老的8座核电站。在几个月后，政府完成了一个方案，将在2022年前关闭剩余的9座。现在，Energiewende也包括了离弃德国最主要的低碳电力来源。

德国已将自身置于一场会在严重依赖德国经济力量的全欧洲引发巨大反响的宏大能源试验中。这个国家必须在降低能耗的同时，付出巨大而难以估量的代价，以前所未有的规模来开发和应用可再生能源技术。这些都要在工业不受到损伤的前提下进行，而工业依赖的是价格合理且稳定可靠的能源。“从某种意义上说，Energiewende是一个没有技术解决方案支持的政治主张，”通用电气能源集团德国公司的首席执行官斯蒂芬•莱梅特（Stephan Reimelt）说，“德国正强迫自己进行革新，这导致了一座规模前所未有的巨型工业试验室的出现。我们必须尝试多种不同的技术来达到目标。”

德国能源工业的主要企业正同时采用数种策略。为了取代核能，它们竞相在远离德国海岸的北海中建设巨大的风电场；并且正在计划建造把电力输送到德国工业区的新输电设施。与此同时，西门子、通用电气和RWE这几个德国最大的电力供应商，正在寻找让工厂在风能和太阳能出现断档时保持正常运作的方法。他们正在寻找廉价、大规模的储能形式，并且希望计算机可以智能协调可能多达数百万个的分布式电源。

德国罗斯托克北海港口附近的船坞。西门子正建造一个巨大的平台，管理远离岸边的风电场发电的设备将会安放在这个平台上。

对这一转变成本的估算分歧很大，部分取决于新技术的采用有多迅速，以及它们价格的下降有多快。不同的经济智库预测德国在未来8年内大约会在基础设施扩建以及政府补贴上花费1250到2500亿美元——相当于德国2011年GDP的3.5%到7%。

德国已经为此付出了显著的成本，每月的电费额外多了15%的可再生能源附加费（重工业用电除外）。自从8个核电站关闭后批发电价上升了大约10%。德国电网前所未有的紧张。而且，讽刺的是，Energiewende的目标是削减温室气体排放，而关闭核电站的决定却增强了对燃煤电厂的依赖。

虽然花费巨资，但德国也可以从其宏大的试验中获得巨大的利益。在过去的数十年中，德国不仅开发了风能和太阳能，也有些不太引人注目的能源技术，例如管理软件和高效的工业流程。据柏林自由大学环境策略研究中心主任米兰达•西罗斯（Miranda Schreurs）称，合起来考虑，这些“绿色”技术已经创造出价值120亿美元的出口产业，而且有潜力进一步增长。政府的政策可以为新技术的发展与应用提供进一步的激励。“这是从中获益的诀窍，”西罗斯说，“从长远看来，德国的竞争之道是成为最为节能和节约资源的市场，并且在这个过程中扩大出口市场。”

如果德国能够成功实现转变，那么它将为其他工业国家提供可行的蓝图，这些国家也正面临着能源消费转型的压力。“人们正密切关注Energiwende，如果它能在德国实现，那就为其他国家树立了一个样板。” RWE的首席经济学家格雷厄姆•威尔（Graham Weale）说

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技术革命啊

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德国的风电不受影响？！

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杜伊斯堡是埃森市西边的一座坚韧的城镇，它在二战中曾是主要的军火制造中心，被盟军轰炸成一片瓦砾。而今在这里，德国四大电力公司之一的RWE集团正在进行另一项关键技术：虚拟发电站的前沿研究，在这种技术中，软件智能控制海量的小型电源（最终还会包括分布式的储能站）协调它们的电力输出，用于在能源市场上出售。其目标是把数千个单独供电时都不可靠的可再生能源，转换成电力部门可以信赖的巨大网络。这是一个光彩夺目的构想，但仍处在襁褓中。

在一个坐落在纳粹防空洞前，形似尖顶巫师帽的实验室中，RWE的研究人员正在对十几个设计用来热电联供的燃气锅炉和燃料电池进行测试。理论上，在必要时候电力公司可以征集成千上万个家庭用机组，以及为公寓和写字楼供能的大型机组，来制造额外的电力提供给电网。德国用电量差不多有5%可以通过这种方式获得，大约相当于电力公司预计可从新的离岸风电场所得到的发电量。

个人用户和企业需要逐渐替换已有的锅炉，基础设施也必须落实到位才能同步成千上万个电源，要达到这一步需要花费数十年。但在杜伊斯堡以东一小时路程，多特蒙德边的上一栋20世纪60年代的办公楼内，作为起点，工程师们正在测试一种比较适度的网络。有一个地下服务器机房作用相当于120个小型发电站的通讯枢纽，这些电站依靠可再生能源（主要是风能，另外也有太阳能和生物质能）发电，总发电能力为160兆瓦。软件把气象预报纳入考虑，收集大量来自风能和太阳能的可再生电力，通过切换生物质发电厂的开启和关闭来平衡电力输出的波动，从而制造出稳定的电力。




类似这个网络的早期项目是通向更为复杂系统的进身之阶，未来的系统也会包括需求管理，电力公司会给愿意在电力需求高峰期自动削减用电量的用户提供折扣。有朝一日，系统也可以从停靠的电动汽车中提取电力，或是把电能储存在它们中，以补偿风能的变动。

通用电气和其他公司也正在追求这样的理念。“今天我们所知的是能源市场将会分散化，将会成为一个碎片化的市场，”通用电气的莱梅特说，“过去，我们有四家电力公司，现在我们有350家发电公司，今后还会增加到1000家，而如果你把每个屋顶有太阳能电池板的人计算在内的话，这个数字会增加到上百万。所以我们看到的一个趋势是：需要强调的不再是发电，而是电力的管理。

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在纽伦堡以北20千米处的埃朗根城，坐落着安保严密的工业建筑群，能源巨头西门子的实验室和工厂就位于这里。西门子正是参与Energiwende的承包商之一。其中的一座建筑如字面上一样充满“能量”（30兆瓦的电能）地嗡嗡作响。在建筑里面是一个用钢铁与铜制成，用来大规模地把交流电转换为直流电的巨型机器。这样的机器预定要装在离岸平台上，这些平台必须要承受几十年强劲的北海风暴。

德国需要这种技术，因为它正在寻求所能找到的最稳定的风能来源。而这只有在远离岸边的海上才能找到——距离太远以至于标准的交流输电线路不能胜任输电工作。到目前为止，德国只建造了装机总容量大约500兆瓦的离岸风力发电设施，都在距离陆地90千米的范围内，水深则在40米内。现在能源公司正计划建造10000兆瓦的风电设施，到岸边距离远至160千米，水深达到70米。数个10000到20000吨的离岸变电站会把数十亿瓦的交流电转换为直流电，直流电在跨越这样的长距离进行传输时能量损失很小。负责德国北海大规模建设部分工程的荷兰电网公司Tennet的企业发展总监莱克斯•哈德曼（Lex Hartman）说：“世界上没有任何一个地方这样做过——以这样的方式和这样的规模建设离岸电网和输电线路。”

当然，这一切仅仅是将电能传输到海岸上，电力还需要穿越德国送抵国家南部的主要工业中心。这需要大约3800千米的新输电线路，但由于不情愿的土地所有者和地方政治家拖延了进展并制造阻碍，已经建成的只有约200千米。进度的拖延以及对新技术的采用使得的德国的离岸风电项目本身成为了一场豪赌。“没有人真正知道Energiwende到底要花费多少，”慕尼黑大学的能源经济学家卡伦•皮特尔（Karen Pittel）说，“尤其是那些风电场，它们大致上就是些试点项目。”

不确定性还不仅于此，即使是现在的风电利用水平，在大风的日子，电网管理者也必须关闭风机，因为无处容纳这些电能。而在另外某个晴天，当云层蔓延过南部德国时，这些区域的光伏电池板发电能力可能会下降几兆瓦。其影响相当于关闭了一座中等规模的燃煤发电站，增加了停电的危险。

没有了廉价可靠的能源来支持高技术产业和交通系统，德国经济，以及整个欧洲的经济都会陷入困境。已经有一些德国公司开始在其他地方建设新生产设施，例如，去年化工制造商瓦克化学公司决定在田纳西州建一座多晶硅工厂，部分原因就是德国能源成本太高了。威尔说；“能源供应的质量只要下降一点，对高科技产业就会带来严重的影响。即使没有停电，这些行业也越发紧张了。”

为了避免灾难发生，德国必须开始更大规模地运用储能技术以及负载平衡策略。现在，整个国家有31座抽水蓄能电站。这种电站可以在夜间把水抽到高处，然后让向下的水流推动水轮机发电。它们总共可以存储38兆千瓦时的电能，这听起来好像很多，但还不到德国风电场以峰值功率在90分钟内输出的电能。

电池或许能帮上忙，但目前它们成本太高，难以承担大任。在埃朗根的另一座建筑里，西门子正基于三种不同的锂离子技术来制造拖车大小的电池。每个电池可以为40个德国家庭供电一天，但是这些电池作为备用电源来说就太贵了。取而代之的是，高科技企业可能利用它们平安度过供电不稳定之时，例如持续15分钟，8兆瓦的波动，这样的话那些特殊设备就无需经历耗时漫长的重启过程。锂离子电池价格至少还需要下降一半，才能为风机在数小时内输出的额外电能提供一种经济的存储方法。

其他存储技术也正处在开发中，不过即使它们最终可以投入实用，也还是要等很多年。例如，西门子正在研究的一项新技术，是利用过量的电能分解水来制取氢。不过这是实验性质的技术，而且在目前这个阶段价格很昂贵。