2.2 可再生能源与碳排放

德国被称为“世界第一大可再生能源经济体”，德国可再生能源主要以风能、太阳能和生物质能为主。德国在2014年之前拥有世界上最大的光伏装机容量，截至2021年，德国以58GW的光伏装机容量位居世界第三。德国也是世界上第三个风电装机容量达到64GW的国家，第二个海上风电装机容量超过7GW的国家。德国可再生能源的发电量占总用电量的比例从1990年的3.4% 上升到2005年的10% 以上，2011年为20%，2015年为30%，到2017年底达到36.2%，德国全国分布着超过23 000台风力发电机和140万套太阳能光伏系统。根据官方数据，2010年德国可再生能源行业就业人数约为37万人，尤其是中小型企业，与2009年（约33.95万个工作岗位）相比，增长约8%，是2004年（16.05万个工作岗位）的两倍多。对于海上风电场，一个主要的挑战是发展足够的网络容量，将北海产生的电力传输给德国南部的大型工业用户。

德国在温室气体减排方面也取得了重大进展，在1990年至2014年间实现了27%的减排目标。政府仍需要保持每年平均温室气体减排率达到3.5%，以达到其最大的减排目标。截至2013年，德国每年在能源研究上花费15亿欧元，以努力解决转型带来的技术和社会问题。

碳排放、碳存储是工业过程中不能避免的，德国联邦政府早已经意识到，要实现保护环境的目标以及出于对能源安全的考虑，应适当减少化石能源的消费。在保障能源稳定供应、经济上可持续、能源转型目标等因素驱动下，决定进行能源转型（AGORA Energiewende，2015）。

《可再生能源法案》是德国联邦政府促进发展可再生能源，推动能源转型战略的重要工具。自1990年德国联邦政府基于长远考虑进行可再生能源发电装置与电网的建设，并实施上网电价补贴等一系列政策，可再生能源正快速发展壮大。2016年11月，《巴黎协定》正式生效，全球各国逐渐向低碳转型。为落实全球应对气候变化的目标，德国作为全球率先推动能源转型的国家之一，超额实现了2021年的减排目标。通过一系列法案及协定，德国发展可再生能源的消费结构发生变化，供应用电负荷主要以太阳能发电、风电、生物质能发电、水电等可再生能源为主。但是在这一发展过程中也存在问题，德国民众和企业的电力税费与成本增高，影响了消费能力和产品的竞争力。当可再生能源发电量过剩，电网也无法完全存储这些电力，导致德国的可再生能源发电量在大幅领先欧洲的情况下增速开始放缓。可再生能源可享受的市场补贴也逐渐减少，这也是可再生能源增速放缓的另外一个原因。

德国联邦政府制定了到2021年的减排目标，可再生能源的电力负荷减少温室气体排放的目标是35%，热能减少温室气体排放的目标是14%，交通方面减少温室气体排放的目标是10%，目前来看，热能减排与交通方面减排的目标还未实现（图2.1）。

核电厂与煤电厂的装机容量虽然比可再生能源中风能与太阳能等装机容量要高几个量级，但德国联邦政府与环保人士等希望减少温室气体的排放，同时也是削减对化石能源的依赖，这导致核能与煤炭电厂发电量占比保持一定速率下降，但保留了基础供应应对波谷期间调峰作用。随着可再生能源的电力供应量超过了核能供电量，德国甚至可以将富裕的电力输出到欧盟邻国（BMWi et al.，2010）。目前看来，经过技术改进，可再生能源输出的电力可以覆盖日常用电负荷（图2.2）。

总而言之，如果想使碳排放达到可持续水平，就必须对电力系统进行脱碳。在过去的十年里，德国向前迈出了重要的一步，在降低可再生能源成本的同时，显著提高了可再生能源在欧洲电力系统中的份额。这仅仅是一个开始，未来有必要大幅提高可再生能源发电能力的份额。一个关键的挑战是整合大量且不断增长的间歇发电的风能和太阳能发电厂进入电力系统。研究表明，北欧水电系统的连接更紧密，需求侧的灵活性、电池储能解决方案和电动汽车的智能充电可以共同发挥作用，它减少了将化石燃料储能作为备用的需求，从而降低了成本和排放。分析表明，如果加强可再生能源方案的灵活性，允许廉价可再生能源取代更昂贵的化石解决方案，到2040年，全球可再生能源份额有希望达到70%（Acatech et al.，2016）。 os3njGytrm9gDtg7muEK4Mp8exL/1KUA1/fBQzWNw1CvQ29Q/h6Nb4+ndFOqavKx