日前,在距離科隆市30公里外,德國航太中心的一個防輻射房間裏,德國科學家啟動了一個超大型的“蜂巢”。“蜂巢”由149盞大號聚光燈組成,功率達350千瓦,用於模擬太陽光,因此被稱為“世界最大的太陽”。它的作用,是探索制取未來清潔能源——氫氣的新方法。
這個耗資380萬美元的“大太陽”僅是德國新能源運動中的最新嘗試——2011年7月,默克爾政府制定了雄心勃勃的“能源轉型計劃”,旨在用太陽能、風能以及其他可再生能源取代煤炭、天然氣等化石燃料,減少碳排放。2016年,德國可再生能源利用佔比達32%,在每年5月的某一天,德國全境的能源供應都來自可再生能源。
與此同時,德國也為新能源付出了巨大的代價。
1 尋找氫氣
氫氣燃燒時不排放碳,被廣泛認為是一種清潔的“未來燃料”,可為汽車、飛機等提供動力。“如果我們希望飛機和汽車不產生二氧化碳,就需要數十億噸氫氣。”主持“大太陽”研究的德國航太中心主任霍夫施密特說。
但地球上氫氣稀少,電解水是目前常見的人工獲取氫氣的方式,其過程需要消耗大量能量。科學家希望能夠利用太陽光、風力等可再生能源產生的能量來分解水,得到氫氣。
“大太陽”使用的是電影院內常見的短弧氙氣燈,這些燈組成了近14米高、16米寬的燈墻,能將燈光聚焦在20釐米見方的區域內。當所有燈都打開並聚焦後,所在的實驗室將變成一個大熔爐,溫度瞬間可達3000℃。
一旦用350千瓦人造光來制氫的技術成熟,這一過程可以10倍放大,達到發電廠的技術水準。“我們的最終目標是利用太陽能制取氫氣,而不是人造光。” 霍夫施密特說。
然而,“大太陽”本身的運轉就耗能巨大——目前,這個系統在4小時內就耗費一戶四口之家一年的用電量。“大太陽”項目就如德國整個“能源轉型計劃”的縮影——前景誘人,代價巨大。
2 清潔能源
當初,德國政府執意推廣太陽能時,一名傳統電力公司高管就嘲笑這無異於“在阿拉斯加種鳳梨”——德國全年光照充足的時間也就和美國的西雅圖相當,地理條件上來說實在不是搞太陽能的合適區域。但憑著德國人的技術精神,他們做到了。
技術的成功
可以說就技術而言,“能源轉型計劃”或許是成功的,而在50Hertz輸電公司負責輸電的德國東北部,這種成功體現得淋漓盡致。在50Hertz輸電公司的電網範圍內,包括從波羅的海沿岸到捷克邊境的地區,2015年清潔能源的供電比例達到49%,而其中的38%來自太陽能和風能,這是世界上任何其他地方無法比擬的。
這種成功源自精密的科技——在50Hertz輸電公司總部的監控室裏,有一個螢幕不定跳動,時刻監控著太陽能和風能的實時發電量。公司從7家公司購買了風力風向預測報告,從另外5家公司購買了太陽強度預測報告,使得他們對風力預測的準確率達到96%~98%,對太陽強度預測的準確率達到93%~95%。因為太陽能起步比風能晚,同時影響太陽光照的因素也比風力多,如霧和雪,因此對太陽強度預測的準確率會稍遜。
即便如此,精確的預測還是讓德國避免了2015年的“日食電力大崩潰”。2015年3月20日,從德國當地時間9時28分起,德國開始日全食,在接下來的一個半小時裏,月亮漸漸遮住太陽,擋住了德國82%的陽光。這意味著德國境內光伏發電功率瞬間減少6千兆瓦,影響相當於6座核電站同時退出運作;當太陽從月亮後面鑽出來後,在陽光的突然照射下,短時間內13千兆瓦的光伏發電量又進入電網,相當於12座核電站突然接入。但由於提前6個月的準確預測、預案和協調,德國並沒有發生大面積停電。
3 全民運動
大量的光伏電力從哪來?從普通德國民眾的屋頂來。在德國接近法國和瑞士邊境的奧普芬根山區,農民杜梅爾的農場上,四座屋頂上的太陽能電板閃閃發光,這些電板產生的電量每年為他掙得4萬歐元的收入,抵得上他全年農場經營收入的40%。
對我很好,對德國很糟
自從“能源轉型計劃”啟動對安裝太陽能電板和風力發電設備的補貼以來,龐大的消費者大軍加入了“太陽能屋頂運動”,杜梅爾正是其中的先行者;在另一個僅有800人口的村莊普洛斯科姆,居民積極響應補貼政策,利用風能和太陽能發的電可供1.5萬家庭使用。從2013年5月起,德國又正式啟動對太陽能電池系統儲存的補貼政策。如果個人為太陽能裝置購買新的儲存電池,將從國家那裏得到最多660歐元/千瓦的補貼。
杜梅爾拿著政府補貼的錢,既沾沾自喜又暗自內疚——“能源轉型計劃”以20年固定價格收購個人或公司提供給電網的光伏電量,當時這個價格是普通電價的幾倍。“這對我個人來說當然是好,但對德國人民來說卻很糟糕。”杜梅爾說。
電價飆升 電量浪費
2013年,德國對清潔能源的財政直接補貼達到180億歐元,2016年更達到250億歐元,清潔能源已經成為政府財政的沉重包袱,轉而又成為普通民眾的沉重負擔——在這250億歐元的補貼中,230億歐元來自於民眾的電費單,德國戶均電費已從2007年的500多歐元飆升至2016年的1060歐元,漲幅高達50%。
還有電量浪費的問題,在陽光和風力充足的時候,光伏電量和風力電量會顯得“過量”,這時,電網就要選擇讓傳統電力公司少發電——這會造成電力公司利潤下降,電網需要付給電力公司補貼;或者,電網會通知光伏電量和風力電量發電者停止把電量接入電網——但電網還是要按他們每小時瓦特的電力產量付費。上述操作,按照行話說,叫“擁擠管理”,換成大白話就是“浪費錢”,這些浪費到頭來還是轉嫁到民眾頭上。
4 尷尬補充
風能和太陽能也並不總是充足的。風能和太陽能最大的弱點就是不穩定性,完全依賴天氣和自然條件——風大時產生的電量就多,當風突然停止時電力供應就極為緊張;光照充足時發電多,陰天時發電少。為了應對清潔能源發電的波動以及關閉大量的核電站的影響,德國必須重啟燃煤電廠。
德國能源巨頭意昂集團在法蘭克福以東一個小鎮的5個煤電機組原計劃要遭淘汰,卻被緊急通知“必須保留”,以保障電網穩定。未來幾十年,德國仍需煤電站確保能源供應,2014年,德國還在新建產能110億瓦特電力的煤電站,全國約550億瓦特的產電量不會縮減。
這時,國際能源市場也發生了變化:由於美國頁巖氣生產快速發展,美國過剩的煤炭被運往歐洲,壓低了歐洲市場煤炭的價格,而俄羅斯的天然氣價格依舊堅挺。如此一來,德國重新掀起了使用煤炭的熱潮,其中褐煤為德國提供了15%左右的電力,而褐煤是所有化石能源中污染最嚴重的。
二氧化碳排放量反升
根據數據,2012年德國1627家參與碳排放交易的企業的二氧化碳排放量達到4.524億噸,比2011年的4.503億噸有所增加。德國《可再生能源法案》規定,到2030年,德國的二氧化碳排放量將較1990年下降55%。但現實是,德國2012年的二氧化碳排放量反而較上一年增加了2%,直到2016年,排放預期還是上升的。
儘管代價巨大,儘管對全球環境實際影響甚微——德國二氧化碳排放量僅佔全球排放量的2%,但德國還是堅定不移地走在新能源的路上,德國希望樹立的是一個示範效應:自己做成了,其他國家就有信心跟進,這就會對改善全球環境產生積極影響。記者 溫俊華 編譯
[責任編輯：韓靜]
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