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德国能源转型(Eleyu70vipnergiewende)简介

leyu70vip能源是人类文明发展的基石,其重要性无需赘述。而对于能源圈来说,近来一大重磅焦点莫过于刚刚公布不久的《能源发展“十三五”规划》和《可再生能源发展“十三五” 规划》。其中能源发展“十三五”规划中,重点强调了:“遵循能源发展“ 四个革命、 一个合作” 战略思想, 深入推进能源革命, 着力推动能源生产利用方式变革, 建设清洁低碳、 安全高效的现代能源体系, 是能源发展改革的重大历史使命”。由此不难看出我国进行能源转型与革命的决心。比如在可再生能源发展规划中,我国明确提出实现 2020、 2030 年非化石能源占一次能源消费比重分别达到 15%、 20%的能源发展战略目标, 进一步促进可再生能源开发利用, 加快对化石能源的替代进程。”,

在对于能源转型与发展这一宏大议题来说,中国近年来投入与行动力度不可谓不大,但是同时我们也应该,而且也一直在积极学习和了解外国先进国家在这方面的经验。而德国的能源转型开始的早,力度大,对于很多国家都很有参考意义,因此笔者撰写本文,意图与各位分享关于德国能源转型的知识,以了解世界能源领域的发展大趋势,并推知能源转型对于社会、经济等方方面面的影响。

德国能源转型是一个非常宏大的题目,其涉及的内容非常多广,一篇文章只能勾勒大概轮廓。笔者囿于自己的精力和能力,将尽量为大家介绍相关知识,同时也欢迎了解这方面知识的朋友多提意见和建议。

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文章结构导读

A 国际背景

leyu70vipB 德国国内背景

C 转型举措

D 主要转型成果

leyu70vipE 存在的挑战

F 我们可以学习什么?

G 小结

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A 国际背景

近几年来,国际能源形势有几大典型的主要情况

德国能源转型(Eleyu70vipnergiewende)简介

1)供需关系有所缓和,但是能源安全仍是各国核心任务。以页岩气等为代表的技术降低了国际油价。

2)新能源技术不断进步和兴起,光伏、风电、储能等技术不断进步,成本逐步下降,风电设备和光伏组件价格近五年分别下降了约20%和 60%。开始具备了与传统能源、业态竞争的能力,并已经出现了一批具有竞争力的公司和产品;

3)环保议题突出,雾霾、全球气候变化等议题引发广泛关注,全球对于发展清洁能源的期望不断加强,加之日本福岛核泄露事件使得该方面的需求更为突出。中国近来的雾霾的新闻大家都有些见多不怪了,但是比较少见的是这两天西欧也发生了雾霾。实际上,环境问题有相当部分都是能源问题,环保与能源的关系十分密切,比如中国北方的燃煤取暖的影响。

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4)全球政经发展新常态(其实就是经济增长有点乏力。。。)使得各国对于能源产业的发展转型、带动经济发展的期望越加迫切,以能源为突破口进行相应的改革成为了许多国家的共识。——比如中国近一年推动的“互联网+智慧能源”/能源互联网相关的项目,无不体现着以能源转型促经济发展的思路。

B 德国国内背景

德国地处欧洲,经济发达,人民素质较高,环保意识突出。欧盟整体在能源绿色转型方面就一直走在世界的前列:之前就已经在能源方面立法制定了许多目标,比如20%的最终能源消费需要由可再生能源满足,一次能源消耗要比现在削减20%。

德国传统上是科技、制造业大国,用能较多,能源结构曾经很大程度上依靠燃煤火电与核电支持。但是近年来弃核风潮很盛,加之福岛事件又进一步加剧了弃核的步伐。(可以参考WIKIPEDIA词条Atomausstieg Atomausstieg - Wikipedia)。

因此基于国民环保极强、能源转型需求、寻找新增长点以提振德国经济发展等多方面因素考虑,德国于本世界初开始大力推行能源转型(Energiewende),意图在社会各方面实现能源结构的变化,从传统的煤、核电集中式发电为主的传统能源结构向分布式、集中式发电并重,供需灵活互动,新能源占比高,能源生产-运输-消费高度绿色化、智能化的新形态发展。

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Energiewende能源转型关键词,很多和英文差不多,环境,消纳,电动汽车,能效,供给都是值得注意的概念

C 转型举措

1) 可再生能源法(EEG)

德国于2000年实施了《可再生能源法》,即EEG(Erneubare EnergienGesetz/German Renewable Energy Sources Act)宏迅电力,翻译成中文为可再生能源法。德国的可再生能源法可以说是全球能源转型的标杆与旗帜,具有强大的示范作用。

德国能源转型(Eleyu70vipnergiewende)简介

EEG主要内容包括:(1)投资保护原则。基于各类可再生能源的技术经济条件,建立长期的、固定的上网电价机制和电网优先强制接入、收购和输电法令,来保障可再生能源投资者利益。(2)费用均摊原则。由固定电价机制和并网等增加的成本由消费者共同承担。(3)激励创新原则。对各类可再生能源设定不同的周期,以某一比例对其上网电价进行周期性下调,对产业链利益相关方产生明确、持续的成本压力,以经济杠杆激励技术创新。

德国分别于2004、2009和2012年对《可再生能源法》进行了几次大的修订,而最近的一版已经在2017年1月实行。具体内容的情况可以参考:German Renewable Energy Sources Act

2)电力市场的改革

德国在电力市场改革方面也走在了前面。在新能源方面,在欧洲能源交易所中的“优先排序原则”下,可再生能源可以凭借其较低的边际报价更加容易地被交易出去(这与我国可再生能源上网难的现象形成了对比)。(更新:2017.2.3 此处在评论区有较多的讨论,感谢所有的朋友在此研讨此话题。经@Kevin Zhang 的建议,做了修改。) 而在打破垄断和市场化方面,1998年,德国通过《电力市场开放规定》,开启了电力市场化的改革之路。改革前的德国电力市场,拥有一个高度垄断的电力市场。彼时,意昂(E.on)、巴登-符腾堡州能源公司(EnBW)、莱茵能源公司(RWE)、大瀑布( Vattenfall )四大公司拥有了德国超过80%的电力装机,并且业务几乎涉及电力的全产业链。伴随着电力改革的进程,高度垄断的四大能源巨头逐步被拆分,莱茵公司等还专门拆分成立了专营新能源业务的INNOGY,传统能源厂商正在积极谋求转型。

2014、15年,德国联邦与经济能源部先后公布了电力市场绿皮书,适应能源转型的电力市场》白皮书,征求和公布了德国电力体制改革的相关内容。2015年10月,德国联邦与经济能源部向德国联邦政府内阁提交了新的《德国电力市场法》草案。德国在电力市场改革方面力度大宏迅电力,进展快,值得中国学习。

德国能源转型(Eleyu70vipnergiewende)简介

德国对于新型智能电网结构的典型解读

3)可再生能源的发展

德国制定了各种鼓励政策宏迅电力,积极推进以风、光等可再生能源的发展。

在光伏方面:德国的光伏装机量一直保持全球领先,2014年达到近40GW,但是最近已经被中国超过。(德国面积小,能有如此的光伏装机量实属不易,然而也有争论,说德国高纬度地区太阳光资源实际不足,建设光伏是否在路线上有问题,这一点可以供思考。)

德国能源转型(Eleyu70vipnergiewende)简介

德国光伏的一大特点在于分布式为主。截至2013年,以德国为代表如瑞士和奥地利等国屋顶分布式光伏发电装机占比近80%,这与我国以大型光伏电站为主的特点不同。具体就德国而言,居民屋顶分布式光伏电站占总装机量的12%,商业屋顶分布式光伏电站占53%,工业屋顶分布式光伏电站占 10%,大型地面集中式电站只占25%。

目前,光伏占德国发电量的比重在阳光明媚的中午甚至可以占到德国最大用电负荷的一半以上(2014年6月9日)。而针对光伏出力波动的本征特性、德国在光伏功率预测、需求侧响应、储能技术、与风力资源丰富的邻国丹麦进行能量联络交易运输配置方面都已经积累了丰富的运行经验,德国在这方面的发展经验值得我国借鉴。

在风电方面,德国的风电与光伏发电分布示意如下图所示,可见德国具有“北风南光”的特点,这主要是由其地理、自然条件决定的:德国的北部沿海地区风电资源丰富,邻国丹麦更是风电大国。德国近年来风电不断发展,在风能市场和风电产量领域仍保持欧洲领先地位,2015年风能产量达到88TWH,远远超过欧洲其他国家。但是近一年来,德国北部风电建设也出现了类似于中国的建设过快而消纳能力不足的问题,政府也出台了法规在北德几州进行引导。

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在其它可再生能源方面,德国还在积极发展地热能、生物质等能源,但是因为篇幅所限,将不会一一展开。在报告《德国可再生能源发展情况Statusreport_Regenerative_Energien_-_WEB VDI》中,对于这些能源的发展情况都有详细的描述,只是需要你会德语:)。

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在储能方面,储能可以从根本上改变传统电力系统要求电力必须实发实用的平衡,可以为系统增加时间的变量。储能技术可以快速响应电网变化,对于可再生能源的消纳,以及为电网调控提供支持至关重要。

在德国,调频服务市场通过网上公开拍卖的形式进行,而输电企业可以在这里交易未来一段时间内所需的充放电服务。其中,一次调频市场对技术的要求颇高,它要求服务商能够在输电企业发出调频需求的30秒钟之内作出反应。而相比于传统的火电调频服务来说,储能电池调频功率变化能力强宏迅电力,而且更为精确,因此该市场吸引了电池储能技术提供商的兴趣。此在德国,电池被广泛使用用于电网的一次、二次控制。此外,德国还制定了相关政策宏迅电力,要求居民分布式光伏用户必须配备储能。近年来,在德国涌现出了像YOUNICOS一样的诸多优秀的储能企业。

4)各种试点工程:E-Energy

E-Energy是2008年由BDI(Bundesverband der Deutschen Industrie,德国联邦工业协会)在智能电网的基础上推出的一个技术创新促进计划,是基于ICT(信息与通信技术)发展的未来能源系统。德国的著名的大学、研究所、企业都参与到了E-Energy项目中,该计划主要特点是利用ICT技术,建立能源市场允许各类型用户参与,通过供需双方实时数据共享,实现能源动态匹配和交易。该计划重点建设了六个模范示范区,各自在技术特点上有所侧重,分别是:

德国能源转型(Eleyu70vipnergiewende)简介

(1)Cuxhaven的e-Telligence,侧重于能源交易市场和未来商业模式的构建。

(2)Harz的RegModHarz,侧重于可再生能源的示范利用。

(3)Rhein-Ruhr的E-DeMa,侧重于分布式能源的利用以及双向能源流动机制。

(4)Aachen的Smart Watts,主要是新型智能电表的应用,可以实时反映电价变化,并可以与电动汽车配合。

(5)Rhein-Neckar的Model City of Mannheim,即示范城市Mannheim的建立,侧重于多能互补,分布式能源,能源产生消费精确调配以及就地消纳。

(6)Baden-Württemberg的MEREGIO,即通过多能互补、分布式等能源互联网的典型手段,尽可能的减少碳排放,从而建立低碳示范区。

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D 主要转型成果

德国能源转型的主要成果

1) 切实提高了可再生能源占比,1998年可再生能源占发电比重只有5%,2014年已经达到了25.8%。2016年5月15日的白天,德国的可再生能源占发电比重曾经在瞬时达到87.3%记录值。

德国能源转型(Eleyu70vipnergiewende)简介

近20年来德国发电各来源占比变化 ,绿色为可再生能源(水,风,生物质,光伏),棕色为褐煤,黄色为原子能,红色为无烟煤,蓝色为天然气,橙色为其它

2)保持了GDP的良好增长和制造业的强有力竞争力,单位GDP能耗不断降低,在2014年德国每创造1000欧元产值,只需要4.8GJ,而在1990年这个数字是7.6GJ。

德国能源转型(Eleyu70vipnergiewende)简介

纵轴为德国每产生1000欧元产值能源消耗量,三条曲线分别是:BIP为经济总值,BPW为工业净产值,BWS为商业服务业创造附加值

3) 与能源转型-新能源发展相关的德国技术成为了德国制造业的一张新的名片,受到全世界的广泛关注与学习。

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4) 此外德国的电网还与周边国家紧密互动,例如与丹麦连动进行风电-光伏的灵活消纳和补充,为跨国能源互联(国网的全球能源互联网??:))做出了模范带头。

E 存在的挑战

能源转型是一场革命,革命就肯定不是请客吃饭,在这里列举几个最为代表性的挑战,供思考。

1)新能源因为其出力不稳定,协调上总有困难。而随着新能源装机量的增长,近年来德国出现新能源过发、弃电的情况逐渐增多,负电价成为了一大问题。以下图为例:在2015年,有负电价的日子增加到了25天,创历史新高。这样的时段常常发生在风光资源同时比较充沛的良好天气,在中午前后出现的概率较大。而可再生能源占比高会使电网的运行面临新的挑战,比如极端天气(日食)等,好在德国通过发展储能技术、预测技术、灵活的市场机制、高可靠性的能源网络等目前较好的应对了几次挑战,比如2015年3月20日的日食。

德国能源转型(Eleyu70vipnergiewende)简介

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左图:2011-15年德国出现负电价的天数,右图:在一天内德国电价随着时间的典型变化行为(深V型蓝线),用电量(GW)紫线,深橙:可再生能源出力,浅橙:传统能源出力

2)电费相对高昂。下图是德国目前的电费构成,可见其包括了诸多税费,近年来有增长的趋势,而且税费贡献较大。一大主要原因在于政府立法将相对成本较高的可再生能源的费用摊入了电费中,一方面这有力促进了可再生能源的发展,一方面却导致了用电成本的上升。从图可见,德国的居民电费达到了0.28欧每度(!!!!!!!!!!!!!!!!),明显高于欧洲周边国家,而且德国居民电费高于工商业用户(大约0.15欧每度),可以说是德国居民承担了许多能源转型带来的成本——但是德国人民环保意识强,心甘情愿的还算多,而且发展可再生能源比起“用爱发电”还是要不知道高到哪里去了(所以天朝的电价其实还好,但是如果计算进入环境影响因素后呢?德国人发电的清洁程度还是比较高的,因此如何在电价与环境之间取舍其实我认为是一个核心问题)。

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F 我们可以学习什么?

1) 强有力的政策制定、修正与执行。虽然能源转型深刻的影响了德国的能源、工业、经济结构的方方面面,对于很多既有体系造成了影响,德国的EEG与电力领域的相关改革条例自从制定之日起,就不是一纸空文,而是一直在强有力的执行。在补贴落实、法律政策调整更新、拆分垄断方面都落在了实处,这都值得中国学习。

2) 对于清洁可再生能源的切实支持。由于光伏发电等技术尚未成熟,导致发电成本相对于传统能源较高,政府应提供了强有力的补贴政策,对于储能等方面的规定也很好的支持了新能源的发展,此外还在不断升级建设远距离输电与智能电网,确立了对新能源友好的一系列市场机制的确立也有很大的帮助。

3)分布式能源占据重要地位。德国的光伏发电中分布式占有很大的比例,很多家庭都在自己的屋顶铺设光伏,解决了自用能量,还可以作为产销一体者PROSUMER来向外售电。清华大学夏清老师近来的一篇关于“全成本电价”的研究中,实际上说明了分布式发电在成本上的实质性优势:即距电力负载较近,可以减少运输网损,减少网络建设费用,考虑到这些方面,分布式能源的经济性是可以提升的,但是关键在于就近消纳。而我国对可再生能源鼓励在东部地区建设分布式,就是基于这样的考虑。

4)开展一批具有先进性的高水平示范项目,给予足够的支持,但是又要考察其运营经济性,不能再走以前常常存在的“面子工程”的路子。德国无论是对于EEG的执行,电力体制改革,还是E-ENERGY、工业4.0项目的开展的力度和思路都值得我们学习。

G 小结

以上说了好多关于德国能源转型的值得学习之处,但是中国是否可以完全照搬德国能源转型的发展之路呢?恐怕不能。笔者与好友@伤痕的天空讨论了一下这个问题。

德国在减少弃风弃光方面确实值得我们借鉴。但是毕竟德国的体量基本只相当于中国的一个省,德丹两国能源互联对于中国来说也只是相当于邻省输电而已,而2014年的发电量中国就已经是德国的11倍还多了。相比之下,中国更大,问题更多,相比于一体化的欧盟(虽然近来一一堆问题),很多问题可能更需要从自身情况出发来找解决方案。

可再生能源占比的提高对于电力系统的影响是巨大的,即意味着挑战,也意味着机遇。但是不可否认的一点,是其波动性对于消纳带来的难度,以及其对于系统惯性,稳定性带来的影响。所以我国的弃风弃光是一个系统问题,并不是说不弃就不弃这样简单。这需要我们从多方面着手来解决,包括但是不仅于电力体制改革,储能,直流电网,新型电力电子器件,新型电力市场机制等等。(以及说到这,能源转型需要的相关领域和技术都可能是未来的增长点,向这个方向来深造发展可能是一个不错的选择XD)

此外,电价对于工业竞争力影响其实不小,而最近国家经济上的问题大家也都清楚,中国能否轻易的涨电价呢?德国制造业有本钱这样弄(技术积累好,可以抵消一部分电价成本),但是中国呢?中国电价不用说高到德国一样,涨个几分钱估计大家就全急眼了,毕竟中国广大百姓的环保意识没有那么强,而工业更多的是在走薄利路线,涨能源成本是非常严重的问题。因此发展可再生能源,环境保护,保证便宜的能源价格,保证能源相关工商业的竞争力,恐怕都是能源转型相关课题中最为重要的相互关联的问题,也是需要我们思考、探索和努力的内容。

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