德國(guó)能源大實(shí)驗(yàn)——風(fēng)電支持德國(guó)的重工業(yè)

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德國(guó)西部的北萊茵-威斯特法倫州的鄉(xiāng)村路邊,，居住著一位名叫諾伯特•羅爾（Norbert Leurs）的農(nóng)夫,。36歲的他為人和藹，雙手長(zhǎng)滿了老繭,，有兩個(gè)年幼的孩子,。直到最近，他都在從事著平淡的行當(dāng)：種馬鈴薯和養(yǎng)豬,。不過他的最新業(yè)務(wù)卻表明歐洲最大的經(jīng)濟(jì)體在能源政策上做出了非同尋常的轉(zhuǎn)變,。2003年，一家小型風(fēng)能公司在羅爾斯的一塊土豆田里豎起了一座70米高的風(fēng)機(jī),。在點(diǎn)綴于德國(guó)鄉(xiāng)間的數(shù)百個(gè)風(fēng)電場(chǎng)中,，有大約22000個(gè)這樣的風(fēng)機(jī)。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(gè)風(fēng)機(jī)，每個(gè)都相當(dāng)于第一個(gè)風(fēng)機(jī)的2倍高,。

從這些風(fēng)機(jī)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(jià)購(gòu)買屋頂太陽能,。于是他貸了款,，在接下來的7年內(nèi)逐步為他的豬圈、谷倉(cāng)和房屋都覆蓋上了太陽能電池板——也不管經(jīng)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(yù)計(jì)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(guó)來自于可再生能源的發(fā)電量占據(jù)總發(fā)電量的比例能從2010年的6%上升到20%,。德國(guó)保證風(fēng)能、太陽能,、生物質(zhì)能以及水電的高價(jià)格,，把成本轉(zhuǎn)移到電價(jià)上。像羅爾斯這樣的參與者和建造他的風(fēng)機(jī)的小能源公司采用的是現(xiàn)成的技術(shù)并且可以確保收益,。對(duì)于他們來說,，綠色是相當(dāng)容易實(shí)現(xiàn)的。

但接下來就沒那么容易了,，德國(guó)政府在2010年宣布將要實(shí)施被稱為Energiewende的計(jì)劃,，這是一次能源政策的轉(zhuǎn)變，或者說是一場(chǎng)能源革命,。這次由化石能源到可再生能源的轉(zhuǎn)換是一個(gè)重工業(yè)國(guó)家所進(jìn)行過的最具野心的嘗試：其目標(biāo)是到2020年要把溫室氣體排放量在1990年的基礎(chǔ)上削減40%,，到本世紀(jì)中葉削減80%。這個(gè)目標(biāo)相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性,，但考慮到德國(guó)已經(jīng)有20%的電力是來自于幾乎完全不產(chǎn)生溫室氣體的核能,，要實(shí)現(xiàn)就容易了一些。而到了去年,，為了應(yīng)對(duì)公眾對(duì)于海嘯后日本福島核事故的擔(dān)憂,，總理安格拉•默克爾（Angela Merkel）下令立刻關(guān)閉了德國(guó)最老的8座核電站。在幾個(gè)月后,，政府完成了一個(gè)方案,，將在2022年前關(guān)閉剩余的9座。現(xiàn)在,，Energiewende也包括了離棄德國(guó)最主要的低碳電力來源,。

德國(guó)已將自身置于一場(chǎng)會(huì)在嚴(yán)重依賴德國(guó)經(jīng)濟(jì)力量的全歐洲引發(fā)巨大反響的宏大能源試驗(yàn)中。這個(gè)國(guó)家必須在降低能耗的同時(shí),，付出巨大而難以估量的代價(jià),，以前所未有的規(guī)模來開發(fā)和應(yīng)用可再生能源技術(shù)。這些都要在工業(yè)不受到損傷的前提下進(jìn)行,，而工業(yè)依賴的是價(jià)格合理且穩(wěn)定可靠的能源,。“從某種意義上說,，Energiewende是一個(gè)沒有技術(shù)解決方案支持的政治主張,，”通用電氣能源集團(tuán)德國(guó)公司的首席執(zhí)行官斯蒂芬•萊梅特（Stephan Reimelt）說，“德國(guó)正強(qiáng)迫自己進(jìn)行革新,，這導(dǎo)致了一座規(guī)模前所未有的巨型工業(yè)試驗(yàn)室的出現(xiàn),。我們必須嘗試多種不同的技術(shù)來達(dá)到目標(biāo)�,！�

德國(guó)能源工業(yè)的主要企業(yè)正同時(shí)采用數(shù)種策略,。為了取代核能，它們競(jìng)相在遠(yuǎn)離德國(guó)海岸的北海中建設(shè)巨大的風(fēng)電場(chǎng),；并且正在計(jì)劃建造把電力輸送到德國(guó)工業(yè)區(qū)的新輸電設(shè)施,。與此同時(shí)，西門子,、通用電氣和RWE這幾個(gè)德國(guó)最大的電力供應(yīng)商,，正在尋找讓工廠在風(fēng)能和太陽能出現(xiàn)斷檔時(shí)保持正常運(yùn)作的方法。他們正在尋找廉價(jià),、大規(guī)模的儲(chǔ)能形式,，并且希望計(jì)算機(jī)可以智能協(xié)調(diào)可能多達(dá)數(shù)百萬個(gè)的分布式電源。

德國(guó)羅斯托克北海港口附近的船塢,。西門子正建造一個(gè)巨大的平臺(tái),，管理遠(yuǎn)離岸邊的風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電的設(shè)備將會(huì)安放在這個(gè)平臺(tái)上。

對(duì)這一轉(zhuǎn)變成本的估算分歧很大,，部分取決于新技術(shù)的采用有多迅速,，以及它們價(jià)格的下降有多快。不同的經(jīng)濟(jì)智庫預(yù)測(cè)德國(guó)在未來8年內(nèi)大約會(huì)在基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)建以及政府補(bǔ)貼上花費(fèi)1250到2500億美元——相當(dāng)于德國(guó)2011年GDP的3.5%到7%,。

德國(guó)已經(jīng)為此付出了顯著的成本,，每月的電費(fèi)額外多了15%的可再生能源附加費(fèi)（重工業(yè)用電除外）。自從8個(gè)核電站關(guān)閉后批發(fā)電價(jià)上升了大約10%,。德國(guó)電網(wǎng)前所未有的緊張,。而且，諷刺的是,，Energiewende的目標(biāo)是削減溫室氣體排放,，而關(guān)閉核電站的決定卻增強(qiáng)了對(duì)燃煤電廠的依賴。

雖然花費(fèi)巨資,，但德國(guó)也可以從其宏大的試驗(yàn)中獲得巨大的利益,。在過去的數(shù)十年中，德國(guó)不僅開發(fā)了風(fēng)能和太陽能,，也有些不太引人注目的能源技術(shù),，例如管理軟件和高效的工業(yè)流程。據(jù)柏林自由大學(xué)環(huán)境策略研究中心主任米蘭達(dá)•西羅斯（Miranda Schreurs）稱,，合起來考慮,，這些“綠色”技術(shù)已經(jīng)創(chuàng)造出價(jià)值120億美元的出口產(chǎn)業(yè)，而且有潛力進(jìn)一步增長(zhǎng),。政府的政策可以為新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提供進(jìn)一步的激勵(lì),。“這是從中獲益的訣竅,，”西羅斯說,，“從長(zhǎng)遠(yuǎn)看來,，德國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)之道是成為最為節(jié)能和節(jié)約資源的市場(chǎng)，并且在這個(gè)過程中擴(kuò)大出口市場(chǎng),�,！�

如果德國(guó)能夠成功實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變，那么它將為其他工業(yè)國(guó)家提供可行的藍(lán)圖,，這些國(guó)家也正面臨著能源消費(fèi)轉(zhuǎn)型的壓力,。“人們正密切關(guān)注Energiwende,，如果它能在德國(guó)實(shí)現(xiàn),，那就為其他國(guó)家樹立了一個(gè)樣板�,！� RWE的首席經(jīng)濟(jì)學(xué)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(yán)密的工業(yè)建筑群，能源巨頭西門子的實(shí)驗(yàn)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(gè)用鋼鐵與銅制成,，用來大規(guī)模地把交流電轉(zhuǎn)換為直流電的巨型機(jī)器,。這樣的機(jī)器預(yù)定要裝在離岸平臺(tái)上，這些平臺(tái)必須要承受幾十年強(qiáng)勁的北海風(fēng)暴,。

德國(guó)需要這種技術(shù),，因?yàn)樗�正在尋求所能找到的最穩(wěn)定的風(fēng)能來源。而這只有在遠(yuǎn)離岸邊的海上才能找到——距離太遠(yuǎn)以至于標(biāo)準(zhǔn)的交流輸電線路不能勝任輸電工作,。到目前為止,，德國(guó)只建造了裝機(jī)總?cè)萘看蠹s500兆瓦的離岸風(fēng)力發(fā)電設(shè)施，都在距離陸地90千米的范圍內(nèi),，水深則在40米內(nèi)�,，F(xiàn)在能源公司正計(jì)劃建造10000兆瓦的風(fēng)電設(shè)施，到岸邊距離遠(yuǎn)至160千米,，水深達(dá)到70米,。數(shù)個(gè)10000到20000噸的離岸變電站會(huì)把數(shù)十億瓦的交流電轉(zhuǎn)換為直流電,，直流電在跨越這樣的長(zhǎng)距離進(jìn)行傳輸時(shí)能量損失很小。負(fù)責(zé)德國(guó)北海大規(guī)模建設(shè)部分工程的荷蘭電網(wǎng)公司Tennet的企業(yè)發(fā)展總監(jiān)萊克斯•哈德曼（Lex Hartman）說：“世界上沒有任何一個(gè)地方這樣做過——以這樣的方式和這樣的規(guī)模建設(shè)離岸電網(wǎng)和輸電線路,�,！�

當(dāng)然，這一切僅僅是將電能傳輸?shù)胶０渡�,，電力還需要穿越德國(guó)送抵國(guó)家南部的主要工業(yè)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(jìn)展并制造阻礙,，已經(jīng)建成的只有約200千米。進(jìn)度的拖延以及對(duì)新技術(shù)的采用使得的德國(guó)的離岸風(fēng)電項(xiàng)目本身成為了一場(chǎng)豪賭,�,！皼]有人真正知道Energiwende到底要花費(fèi)多少，”慕尼黑大學(xué)的能源經(jīng)濟(jì)學(xué)家卡倫•皮特爾（Karen Pittel）說,，“尤其是那些風(fēng)電場(chǎng),，它們大致上就是些試點(diǎn)項(xiàng)目�,！�

不確定性還不僅于此,，即使是現(xiàn)在的風(fēng)電利用水平，在大風(fēng)的日子,，電網(wǎng)管理者也必須關(guān)閉風(fēng)機(jī),，因?yàn)闊o處容納這些電能。而在另外某個(gè)晴天,，當(dāng)云層蔓延過南部德國(guó)時(shí),，這些區(qū)域的光伏電池板發(fā)電能力可能會(huì)下降幾兆瓦。其影響相當(dāng)于關(guān)閉了一座中等規(guī)模的燃煤發(fā)電站,，增加了停電的危險(xiǎn),。

沒有了廉價(jià)可靠的能源來支持高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和交通系統(tǒng)，德國(guó)經(jīng)濟(jì),，以及整個(gè)歐洲的經(jīng)濟(jì)都會(huì)陷入困境,。已經(jīng)有一些德國(guó)公司開始在其他地方建設(shè)新生產(chǎn)設(shè)施，例如,，去年化工制造商瓦克化學(xué)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(guó)能源成本太高了。威爾說,；“能源供應(yīng)的質(zhì)量只要下降一點(diǎn),，對(duì)高科技產(chǎn)業(yè)就會(huì)帶來嚴(yán)重的影響。即使沒有停電,，這些行業(yè)也越發(fā)緊張了,�,！�

為了避免災(zāi)難發(fā)生，德國(guó)必須開始更大規(guī)模地運(yùn)用儲(chǔ)能技術(shù)以及負(fù)載平衡策略�,，F(xiàn)在,，整個(gè)國(guó)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(dòng)水輪機(jī)發(fā)電,。它們總共可以存儲(chǔ)38兆千瓦時(shí)的電能，這聽起來好像很多,，但還不到德國(guó)風(fēng)電場(chǎng)以峰值功率在90分鐘內(nèi)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(dān)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(shù)來制造拖車大小的電池,。每個(gè)電池可以為40個(gè)德國(guó)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(yè)可能利用它們平安度過供電不穩(wěn)定之時(shí),，例如持續(xù)15分鐘，8兆瓦的波動(dòng),，這樣的話那些特殊設(shè)備就無需經(jīng)歷耗時(shí)漫長(zhǎng)的重啟過程,。鋰離子電池價(jià)格至少還需要下降一半，才能為風(fēng)機(jī)在數(shù)小時(shí)內(nèi)輸出的額外電能提供一種經(jīng)濟(jì)的存儲(chǔ)方法,。

其他存儲(chǔ)技術(shù)也正處在開發(fā)中,，不過即使它們最終可以投入實(shí)用，也還是要等很多年,。例如,，西門子正在研究的一項(xiàng)新技術(shù)，是利用過量的電能分解水來制取氫,。不過這是實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的技術(shù),，而且在目前這個(gè)階段價(jià)格很昂貴。

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杜伊斯堡是埃森市西邊的一座堅(jiān)韌的城鎮(zhèn),，它在二戰(zhàn)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(guó)四大電力公司之一的RWE集團(tuán)正在進(jìn)行另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：虛擬發(fā)電站的前沿研究,，在這種技術(shù)中，軟件智能控制海量的小型電源（最終還會(huì)包括分布式的儲(chǔ)能站）協(xié)調(diào)它們的電力輸出，用于在能源市場(chǎng)上出售,。其目標(biāo)是把數(shù)千個(gè)單獨(dú)供電時(shí)都不可靠的可再生能源,，轉(zhuǎn)換成電力部門可以信賴的巨大網(wǎng)絡(luò)。這是一個(gè)光彩奪目的構(gòu)想,，但仍處在襁褓中,。

在一個(gè)坐落在納粹防空洞前，形似尖頂巫師帽的實(shí)驗(yàn)室中,，RWE的研究人員正在對(duì)十幾個(gè)設(shè)計(jì)用來熱電聯(lián)供的燃?xì)忮仩t和燃料電池進(jìn)行測(cè)試,。理論上，在必要時(shí)候電力公司可以征集成千上萬個(gè)家庭用機(jī)組,，以及為公寓和寫字樓供能的大型機(jī)組,，來制造額外的電力提供給電網(wǎng)。德國(guó)用電量差不多有5%可以通過這種方式獲得,，大約相當(dāng)于電力公司預(yù)計(jì)可從新的離岸風(fēng)電場(chǎng)所得到的發(fā)電量,。

個(gè)人用戶和企業(yè)需要逐漸替換已有的鍋爐,，基礎(chǔ)設(shè)施也必須落實(shí)到位才能同步成千上萬個(gè)電源,，要達(dá)到這一步需要花費(fèi)數(shù)十年。但在杜伊斯堡以東一小時(shí)路程,，多特蒙德邊的上一棟20世紀(jì)60年代的辦公樓內(nèi),，作為起點(diǎn)，工程師們正在測(cè)試一種比較適度的網(wǎng)絡(luò),。有一個(gè)地下服務(wù)器機(jī)房作用相當(dāng)于120個(gè)小型發(fā)電站的通訊樞紐,，這些電站依靠可再生能源（主要是風(fēng)能，另外也有太陽能和生物質(zhì)能）發(fā)電,，總發(fā)電能力為160兆瓦,。軟件把氣象預(yù)報(bào)納入考慮，收集大量來自風(fēng)能和太陽能的可再生電力,，通過切換生物質(zhì)發(fā)電廠的開啟和關(guān)閉來平衡電力輸出的波動(dòng),，從而制造出穩(wěn)定的電力。




類似這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的早期項(xiàng)目是通向更為復(fù)雜系統(tǒng)的進(jìn)身之階,，未來的系統(tǒng)也會(huì)包括需求管理,，電力公司會(huì)給愿意在電力需求高峰期自動(dòng)削減用電量的用戶提供折扣。有朝一日,，系統(tǒng)也可以從�,？康碾妱�(dòng)汽車中提取電力，或是把電能儲(chǔ)存在它們中,，以補(bǔ)償風(fēng)能的變動(dòng),。

通用電氣和其他公司也正在追求這樣的理念�,！敖裉煳覀兯�知的是能源市��(chǎng)將會(huì)分散化,，將會(huì)成為一個(gè)碎片化的市場(chǎng),，”通用電氣的萊梅特說，“過去,，我們有四家電力公司,，現(xiàn)在我們有350家發(fā)電公司，今后還會(huì)增加到1000家,，而如果你把每個(gè)屋頂有太陽能電池板的人計(jì)算在內(nèi)的話,，這個(gè)數(shù)字會(huì)增加到上百萬。所以我們看到的一個(gè)趨勢(shì)是：需要強(qiáng)調(diào)的不再是發(fā)電,，而是電力的管理,。

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德國(guó)的風(fēng)電不受影響？,！

云楓

技術(shù)革命啊