A World Powered by 100% Renewably Produced Energy A Realistic Development or Just Hope?

編者按：2021年7月8日，以"碳中和與未來(lái)能源"為主題的"第三屆未來(lái)能源大會(huì )"在北京召開(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )上，奧登堡雅德應用科學(xué)大學(xué)教授 Carsten Ahrens發(fā)表了"A World Powered by 100% Renewably Produced Energy A Realistic Development or Just Hope?"的主旨演講。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

Carsten Ahrens：大家早上好，我是Carsten Ahrens，德國奧爾登堡雅德大學(xué)的教授和領(lǐng)導，我也是德國工程師協(xié)會(huì )的成員兼世界工程組織聯(lián)合會(huì )太陽(yáng)能工作組的主席。我與許多中國專(zhuān)家都有密切合作，尤其是來(lái)自清華大學(xué)的同事，我在中國的大會(huì )和會(huì )議上做了很多次演講，我很榮幸能夠參加北京的第三屆未來(lái)能源大會(huì )并發(fā)表此次演講，我很希望能夠進(jìn)行現場(chǎng)發(fā)言，但受條件所限我們只能舉辦線(xiàn)上會(huì )議。

環(huán)境友好型的未來(lái)有著(zhù)不同的圖景，這是我們德國經(jīng)濟和能源部設想的，我們會(huì )問(wèn)未來(lái)真的是這樣嗎？這是在德國？在中國？在全世界？又或者只是愿望？我演講的內容是什么？我想和你們聊一聊國際合作，我們會(huì )討論太陽(yáng)能和風(fēng)能的生產(chǎn)，我們還會(huì )討論芬蘭拉彭蘭塔工業(yè)大學(xué)(LUT)和能源觀(guān)察組織的全球模型，最后同樣重要的是我會(huì )展示一些本地區關(guān)于氫能和未來(lái)氫生活的理念。

在國際合作方面 Hans-Josef Fell是德國能源觀(guān)察組織主席，同時(shí)，他還是德國2000年頒布的《可再生能源法》之父。今年4月在柏林接受新華社記者采訪(fǎng)時(shí)，他說(shuō)"可再生能源領(lǐng)域和氣候戰略的技術(shù)進(jìn)步是在國際范圍內建立協(xié)同效應的最重要的領(lǐng)域"，他還表示"中德兩國合作的思維模式，在應對氣候變化方面達到了政府層面"。這是在4月份柏林召開(kāi)的會(huì )議上發(fā)表的。"中國有望實(shí)現其氣候目標，在2030年前碳排放達到峰值，德國可以提前5年實(shí)現其"氣候中和"的目標，前提是到2030年前停止使用煤炭并增加可再生能源發(fā)電，用氫氣代替天然氣。在柏林舉行的德中專(zhuān)家會(huì )議上，德國聯(lián)邦機構法院宣布了一項真正具有歷史意義的判決，即該國現行的氣候法不足以有效保護子孫后代免受氣候變化的影響。

因此，德國政府必須調整目前的目標，從2030年起制定明確的措施，有一點(diǎn)很清楚，這項裁決為國家氣候運動(dòng)提供了巨大的動(dòng)力，其影響也將不僅僅限于德國境內，許多國家將這種發(fā)展納入了考慮范圍。迄今為止，已有143個(gè)國家對其能源政策進(jìn)行了規范?？梢钥吹綇?004年開(kāi)始增長(cháng)的幅度越來(lái)越大，一些國家還規范了運輸、供暖和制冷行業(yè)。中德兩國實(shí)際上是可再生能源發(fā)展的領(lǐng)頭羊，中國在太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電的累計容量和每年度新增容量方面是目前全球最強大的領(lǐng)導者。德國在可再生能源發(fā)電的比例上也保持領(lǐng)先地位。問(wèn)題是，如何將兩國的領(lǐng)先地位結合起來(lái)？

本次演講會(huì )從幾個(gè)方面來(lái)提供建議，看看太陽(yáng)能發(fā)電量排名前10的國家，可以看到截至目前中國排名第一，其發(fā)電量遠遠高于世界其他地區，美國緊隨其后，然后是日本，排在第四位的是德國。如果將增量考慮進(jìn)去，可以看到中國在上一年的新增產(chǎn)能幾乎等同于世界其他地區的新增產(chǎn)能總和，這是2019年的數據。因為去年的數據很難獲取，現在到了2021年數據發(fā)生了一些變化，我之后會(huì )再提及。

關(guān)于風(fēng)能和太陽(yáng)能占總發(fā)電量的百分比，可以看到，在德國我們以42%領(lǐng)先，這是相當多的。其次是英國，然后是巴西、中國、印度、日本。而全球可再生能源發(fā)電的占比是10%，如果按國家和地區劃分全球太陽(yáng)能光伏發(fā)電量，可以看到一個(gè)非常陡峭的增長(cháng)曲線(xiàn)，差不多接近650左右。2021年接近700千兆瓦，不難看出，其中1/3的產(chǎn)能來(lái)自中國，1/3來(lái)自世界其他地區，最后1/3來(lái)自印度、德國、日本和美國，這四個(gè)國家。這張幻燈片展示了全球總產(chǎn)能的變化，曲線(xiàn)是類(lèi)似的。但除此之外，這張圖中顯示了太陽(yáng)能發(fā)電量的年增加量，可以看到。每年的新增量也在穩步增長(cháng)，那么順利的話(huà)，我們預計能夠實(shí)現2050年的目標。

關(guān)于光伏發(fā)電廠(chǎng)，我們可以說(shuō)它們至少能夠到達化石燃料發(fā)電廠(chǎng)的水平，而且這些發(fā)電廠(chǎng)的成本比傳統的化石燃料發(fā)電廠(chǎng)更低。盡管如此，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)仍然是有些脆弱的，可再生能源政策的另一個(gè)強勁驅動(dòng)力是風(fēng)力發(fā)電，你可以看到全球的發(fā)電量和從2009年至今，每年的增量同樣，我們達到了近700千兆瓦的總發(fā)電量，但我不得不說(shuō)風(fēng)力發(fā)電在世界范圍內 每年的新增量并沒(méi)有增加。與太陽(yáng)能光伏不同，它們是穩定的，變化幅度不大，希望它們也能有較大的增長(cháng)。

風(fēng)力發(fā)電量，我們在這張圖上看到，又能看到中國是目前為止的第一名，其產(chǎn)量幾乎是世界其他地區的兩倍，隨后是美國排在第二名，然后是德國排在第三名，而且也能看到中國的年增長(cháng)量比世界其他國家都大，大得多。此外，我們不僅有向岸風(fēng)發(fā)電，還有離岸風(fēng)發(fā)電能力

但與向岸風(fēng)相比，離岸風(fēng)規模相當小，現在大約有30千兆瓦?？梢钥吹?，歐洲是海上風(fēng)力發(fā)電的領(lǐng)頭羊。亞洲緊隨其后，而北美則有較大的提升空間，不過(guò)，可再生能源在2020年迅猛增長(cháng)，這里可以看到，每年全球可再生能源凈新增產(chǎn)能，而從2019年到2020年增幅接近50%，這意義非凡為我們實(shí)現2050年的目標帶來(lái)了巨大希望，這張圖是對新能源產(chǎn)量的投資，這個(gè)方塊代表2820億美元，從中我們可以看出方塊的3/4是專(zhuān)門(mén)用來(lái)發(fā)展可再生能源的，這是對于化石燃料投資金額的3倍，也就是天然氣、煤炭和核能。當然我們還有水力發(fā)電。

下一張幻燈片顯示風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電的占比是差不多的，占2820億或3000億美元的一半，風(fēng)力發(fā)電量略有增加，太陽(yáng)能發(fā)電量略有減少。那么到2050年，所有可再生能源的投資情況將會(huì )如何？LUT和能源觀(guān)察組織在2019年4月提出了預測研究，研究表明，向100%可再生能源的全面能源轉型不僅可行，而且花費低于現有的全球能源體系。所有能源部門(mén)的高深度電氣化，包括供熱和運輸部門(mén)在內都是不可避免的。電力、供熱、運輸和海水淡化的溫室氣體零排放，如果有政策支持的話(huà)，有望在2050年前實(shí)現。這項研究的特點(diǎn)是全年每小時(shí)供應，這意味著(zhù)，即使在寒冷的冬天和黑暗的冬夜，每小時(shí)都有足夠的能量供應。

全球向100%可再生能源系統過(guò)渡，不再是技術(shù)可行性或經(jīng)濟可行性的問(wèn)題，而取決于政治意愿。預測研究介紹了，例如截至2015年的全球裝機容量，你看，到2050年容量接近80000千兆瓦，從這一欄看將近80%是黃色的，也就是說(shuō)它的來(lái)源是產(chǎn)消費者的光伏，單軸光伏和固定標題10%，約10%來(lái)自向岸風(fēng)和離岸風(fēng)發(fā)電，還可以看到水力發(fā)電、地熱和生物能源等。

你看，2015年我們剛開(kāi)始時(shí)只有8000千兆瓦，而且是以化石燃料為主。今天可再生能源產(chǎn)能的情況實(shí)際上是這樣的，在全世界我們有大約1246千兆瓦的產(chǎn)能，中國占其中的1/3，歐盟接近1/3，但不到1/3。美國緊隨其后，然后德國是排名第三的國家，可以看到近50%的產(chǎn)能來(lái)自風(fēng)力發(fā)電，近50%來(lái)自光伏發(fā)電。除此之外，還有生物能源和地熱以及其他發(fā)電的方式。

關(guān)于2050年的主要發(fā)電方式，根據預測，我們至少需要140太瓦時(shí)的電，而且很明顯其中大部分近80%的電量來(lái)自光伏發(fā)電，通過(guò)來(lái)自消費者的光伏，單軸和固定標題光伏發(fā)電。

近20%來(lái)自向岸風(fēng)和離岸風(fēng)力發(fā)電以及水力發(fā)電，很小一部分來(lái)自地熱能和生物能。同樣 2015年開(kāi)始時(shí)大約只有20000太瓦時(shí)，你看全部是深色的，深色代表著(zhù)化石能源發(fā)電廠(chǎng)。

主要能源供應的份額。根據LUT的預測，表明在2050年將近70%的份額是光伏，近20%來(lái)自風(fēng)能，少量來(lái)自水力發(fā)電和地熱發(fā)電，6%來(lái)自生物質(zhì)能，其他的加起來(lái)只有2%。如果與2015年的數據相比，你又會(huì )發(fā)現這里大部分是深色的，意味著(zhù)化石燃料是主要能源供應相似的圖表。

看看全球能源總需求中的主要燃料，2015年全部都是用化石燃料燃燒的，而2050年根據預測大約90%的能源需求是由電力滿(mǎn)足的，熱能滿(mǎn)足4%、生物能源滿(mǎn)足6%，所以能量?jì)Υ嫦到y必須以一個(gè)非常特定的比率來(lái)看待。由于所有能源部門(mén)的電氣化程度都很高，電力存儲似乎在系統集成中扮演著(zhù)最重要的角色，如果你看看直接存儲，你有電池，但產(chǎn)能相當有限。

間接存儲系統，比如水電站產(chǎn)能大，但不可移動(dòng)。蓄熱系統，容量有限且不可移動(dòng)。機械倉庫，不可移動(dòng)且容量有限。電網(wǎng)也有許多局限性，而采用數字技術(shù)的虛擬發(fā)電廠(chǎng)也有局限性。所以未來(lái)屬于電解水，通過(guò)可再生電力轉化為綠色氫氣，這是什么意思？

電能向其他能源部門(mén)的滲透，最好的方法是使用綠色氫氣，到2050年前歐盟將在氫經(jīng)濟上投資不少于4700億歐元，德國為自己的氫戰略投入了大量資金，今年，在德國西北部地區，由電力和天然氣生產(chǎn)商、經(jīng)銷(xiāo)商和消費者組成的聯(lián)盟，與我們的供電公司EWE合作，開(kāi)啟了未來(lái)氫生活項目。氫生活，根據高風(fēng)險預測，這是什么意思？這意味著(zhù)這個(gè)與其他地區合作的地區將成為一個(gè)平臺和榜樣。為大規模的綠色氫經(jīng)濟與部門(mén)耦合做出示范，因為我們擁有大量的風(fēng)力(正常需求的180%)。以生產(chǎn)綠色氫氣，我們有強大的氣體分配網(wǎng)以?xún)Υ婧头峙渚G色氫氣，我們有強大的光伏和風(fēng)力驅動(dòng)水解器，以大于100兆瓦特的產(chǎn)能生產(chǎn)綠色氫氣，我們有巨大的鹽庫洞穴(大于10萬(wàn)m³)，以?xún)Υ婢G色氫氣。我們有通過(guò)使用綠色氫氣減少或避免二氧化碳排放的鋼廠(chǎng)，我們有使用綠色氫氣驅動(dòng)燃料電池的物流和公交運營(yíng)商，還有綠色氫氣火車(chē)，以同樣的方式驅動(dòng)，我們有使用包括綠色氫氣在內的燃氣的供暖系統，我們有使用綠色氫氣的水泥和建筑行業(yè)。因此，綠色氫即未來(lái)，謝謝大家觀(guān)看！