日前，在距離科隆市30公里外，德國航天中心的一個防輻射房間里，德國科學(xué)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(dá)350千瓦，用于模擬太陽光，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(zhuǎn)型計劃”，旨在用太陽能、風(fēng)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占比達(dá)32%，在每年5月的某一天，德國全境的能源供應(yīng)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(rèn)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(chǎn)生二氧化碳，就需要數(shù)十億噸氫氣。”主持“大太陽”研究的德國航天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(xué)家希望能夠利用太陽光、風(fēng)力等可再生能源產(chǎn)生的能量來分解水，得到氫氣。
“大太陽”使用的是電影院內(nèi)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厘米見方的區(qū)域內(nèi)。當(dāng)所有燈都打開并聚焦后，所在的實驗室將變成一個大熔爐，溫度瞬間可達(dá)3000℃。
一旦用350千瓦人造光來制氫的技術(shù)成熟，這一過程可以10倍放大，達(dá)到發(fā)電廠的技術(shù)水平。“我們的最終目標(biāo)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(zhuǎn)就耗能巨大——目前，這個系統(tǒng)在4小時內(nèi)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(zhuǎn)型計劃”的縮影——前景誘人，代價巨大。
2 清潔能源
當(dāng)初，德國政府執(zhí)意推廣太陽能時，一名傳統(tǒng)電力公司高管就嘲笑這無異于“在阿拉斯加種菠蘿”——德國全年光照充足的時間也就和美國的西雅圖相當(dāng)，地理條件上來說實在不是搞太陽能的合適區(qū)域。但憑著德國人的技術(shù)精神，他們做到了。
技術(shù)的成功
可以說就技術(shù)而言，“能源轉(zhuǎn)型計劃”或許是成功的，而在50Hertz輸電公司負(fù)責(zé)輸電的德國東北部，這種成功體現(xiàn)得淋漓盡致。在50Hertz輸電公司的電網(wǎng)范圍內(nèi)，包括從波羅的海沿岸到捷克邊境的地區(qū)，2015年清潔能源的供電比例達(dá)到49%，而其中的38%來自太陽能和風(fēng)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(jiān)控室里，有一個屏幕不定跳動，時刻監(jiān)控著太陽能和風(fēng)能的實時發(fā)電量。公司從7家公司購買了風(fēng)力風(fēng)向預(yù)測報告，從另外5家公司購買了太陽強度預(yù)測報告，使得他們對風(fēng)力預(yù)測的準(zhǔn)確率達(dá)到96%——98%，對太陽強度預(yù)測的準(zhǔn)確率達(dá)到93%——95%。因為太陽能起步比風(fēng)能晚，同時影響太陽光照的因素也比風(fēng)力多，如霧和雪，因此對太陽強度預(yù)測的準(zhǔn)確率會稍遜。
即便如此，精確的預(yù)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(dāng)?shù)貢r間9時28分起，德國開始日全食，在接下來的一個半小時里，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(nèi)光伏發(fā)電功率瞬間減少6千兆瓦，影響相當(dāng)于6座核電站同時退出運行；當(dāng)太陽從月亮后面鉆出來后，在陽光的突然照射下，短時間內(nèi)13千兆瓦的光伏發(fā)電量又進(jìn)入電網(wǎng)，相當(dāng)于12座核電站突然接入。但由于提前6個月的準(zhǔn)確預(yù)測、預(yù)案和協(xié)調(diào)，德國并沒有發(fā)生大面積停電。
3 全民運動
大量的光伏電力從哪里來？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(qū)，農(nóng)民杜梅爾的農(nóng)場上，四座屋頂上的太陽能電板閃閃發(fā)光，這些電板產(chǎn)生的電量每年為他掙得4萬歐元的收入，抵得上他全年農(nóng)場經(jīng)營收入的40%。
對我很好，對德國很糟
自從“能源轉(zhuǎn)型計劃”啟動對安裝太陽能電板和風(fēng)力發(fā)電設(shè)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(yīng)補貼政策，利用風(fēng)能和太陽能發(fā)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(tǒng)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，將從國家那里得到最多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(nèi)疚——“能源轉(zhuǎn)型計劃”以20年固定價格收購個人或公司提供給電網(wǎng)的光伏電量，當(dāng)時這個價格是普通電價的幾倍。“這對我個人來說當(dāng)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(dá)到180億歐元，2016年更達(dá)到250億歐元，清潔能源已經(jīng)成為政府財政的沉重包袱，轉(zhuǎn)而又成為普通民眾的沉重負(fù)擔(dān)——在這250億歐元的補貼中，230億歐元來自于民眾的電費單，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(dá)50%。
還有電量浪費的問題，在陽光和風(fēng)力充足的時候，光伏電量和風(fēng)力電量會顯得“過量”，這時，電網(wǎng)就要選擇讓傳統(tǒng)電力公司少發(fā)電——這會造成電力公司利潤下降，電網(wǎng)需要付給電力公司補貼；或者，電網(wǎng)會通知光伏電量和風(fēng)力電量發(fā)電者停止把電量接入電網(wǎng)——但電網(wǎng)還是要按他們每小時瓦特的電力產(chǎn)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(zhuǎn)嫁到民眾頭上。
4 尷尬補充
風(fēng)能和太陽能也并不總是充足的。風(fēng)能和太陽能最大的弱點就是不穩(wěn)定性，完全依賴天氣和自然條件——風(fēng)大時產(chǎn)生的電量就多，當(dāng)風(fēng)突然停止時電力供應(yīng)就極為緊張；光照充足時發(fā)電多，陰天時發(fā)電少。為了應(yīng)對清潔能源發(fā)電的波動以及關(guān)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(zhèn)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(wǎng)穩(wěn)定。未來幾十年，德國仍需煤電站確保能源供應(yīng)，2014年，德國還在新建產(chǎn)能110億瓦特電力的煤電站，全國約550億瓦特的產(chǎn)電量不會縮減。
這時，國際能源市場也發(fā)生了變化：由于美國頁巖氣生產(chǎn)快速發(fā)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(yán)重的。
二氧化碳排放量反升
根據(jù)數(shù)據(jù)，2012年德國1627家參與碳排放交易的企業(yè)的二氧化碳排放量達(dá)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(guī)定，到2030年，德國的二氧化碳排放量將較1990年下降55%。但現(xiàn)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(yù)期還是上升的。
盡管代價巨大，盡管對全球環(huán)境實際影響甚微——德國二氧化碳排放量僅占全球排放量的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范效應(yīng)：自己做成了，其他國家就有信心跟進(jìn)，這就會對改善全球環(huán)境產(chǎn)生積極影響。
