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

编者按：2021年7月8日，以"碳中和与未来能源"为主题的"第三届未来能源大会"在北京召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，奥登堡雅德应用科学大学教授 Carsten Ahrens发表了"A World Powered by 100% Renewably Produced Energy A Realistic Development or Just Hope?"的主旨演讲。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

Carsten Ahrens：大家早上好，我是Carsten Ahrens，德国奥尔登堡雅德大学的教授和领导，我也是德国工程师协会的成员兼世界工程组织联合会太阳能工作组的主席。我与许多中国专家都有密切合作，尤其是来自清华大学的同事，我在中国的大会和会议上做了很多次演讲，我很荣幸能够参加北京的第三届未来能源大会并发表此次演讲，我很希望能够进行现场发言，但受条件所限我们只能举办线上会议。

环境友好型的未来有着不同的图景，这是我们德国经济和能源部设想的，我们会问未来真的是这样吗？这是在德国？在中国？在全世界？又或者只是愿望？我演讲的内容是什么？我想和你们聊一聊国际合作，我们会讨论太阳能和风能的生产，我们还会讨论芬兰拉彭兰塔工业大学(LUT)和能源观察组织的全球模型，最后同样重要的是我会展示一些本地区关于氢能和未来氢生活的理念。

在国际合作方面 Hans-Josef Fell是德国能源观察组织主席，同时，他还是德国2000年颁布的《可再生能源法》之父。今年4月在柏林接受新华社记者采访时，他说"可再生能源领域和气候战略的技术进步是在国际范围内建立协同效应的最重要的领域"，他还表示"中德两国合作的思维模式，在应对气候变化方面达到了政府层面"。这是在4月份柏林召开的会议上发表的。"中国有望实现其气候目标，在2030年前碳排放达到峰值，德国可以提前5年实现其"气候中和"的目标，前提是到2030年前停止使用煤炭并增加可再生能源发电，用氢气代替天然气。在柏林举行的德中专家会议上，德国联邦机构法院宣布了一项真正具有历史意义的判决，即该国现行的气候法不足以有效保护子孙后代免受气候变化的影响。

因此，德国政府必须调整目前的目标，从2030年起制定明确的措施，有一点很清楚，这项裁决为国家气候运动提供了巨大的动力，其影响也将不仅仅限于德国境内，许多国家将这种发展纳入了考虑范围。迄今为止，已有143个国家对其能源政策进行了规范。可以看到从2004年开始增长的幅度越来越大，一些国家还规范了运输、供暖和制冷行业。中德两国实际上是可再生能源发展的领头羊，中国在太阳能和风力发电的累计容量和每年度新增容量方面是目前全球最强大的领导者。德国在可再生能源发电的比例上也保持领先地位。问题是，如何将两国的领先地位结合起来？

本次演讲会从几个方面来提供建议，看看太阳能发电量排名前10的国家，可以看到截至目前中国排名第一，其发电量远远高于世界其他地区，美国紧随其后，然后是日本，排在第四位的是德国。如果将增量考虑进去，可以看到中国在上一年的新增产能几乎等同于世界其他地区的新增产能总和，这是2019年的数据。因为去年的数据很难获取，现在到了2021年数据发生了一些变化，我之后会再提及。

关于风能和太阳能占总发电量的百分比，可以看到，在德国我们以42%领先，这是相当多的。其次是英国，然后是巴西、中国、印度、日本。而全球可再生能源发电的占比是10%，如果按国家和地区划分全球太阳能光伏发电量，可以看到一个非常陡峭的增长曲线，差不多接近650左右。2021年接近700千兆瓦，不难看出，其中1/3的产能来自中国，1/3来自世界其他地区，最后1/3来自印度、德国、日本和美国，这四个国家。这张幻灯片展示了全球总产能的变化，曲线是类似的。但除此之外，这张图中显示了太阳能发电量的年增加量，可以看到。每年的新增量也在稳步增长，那么顺利的话，我们预计能够实现2050年的目标。

关于光伏发电厂，我们可以说它们至少能够到达化石燃料发电厂的水平，而且这些发电厂的成本比传统的化石燃料发电厂更低。尽管如此，太阳能光伏产业仍然是有些脆弱的，可再生能源政策的另一个强劲驱动力是风力发电，你可以看到全球的发电量和从2009年至今，每年的增量同样，我们达到了近700千兆瓦的总发电量，但我不得不说风力发电在世界范围内 每年的新增量并没有增加。与太阳能光伏不同，它们是稳定的，变化幅度不大，希望它们也能有较大的增长。

风力发电量，我们在这张图上看到，又能看到中国是目前为止的第一名，其产量几乎是世界其他地区的两倍，随后是美国排在第二名，然后是德国排在第三名，而且也能看到中国的年增长量比世界其他国家都大，大得多。此外，我们不仅有向岸风发电，还有离岸风发电能力

但与向岸风相比，离岸风规模相当小，现在大约有30千兆瓦。可以看到，欧洲是海上风力发电的领头羊。亚洲紧随其后，而北美则有较大的提升空间，不过，可再生能源在2020年迅猛增长，这里可以看到，每年全球可再生能源净新增产能，而从2019年到2020年增幅接近50%，这意义非凡为我们实现2050年的目标带来了巨大希望，这张图是对新能源产量的投资，这个方块代表2820亿美元，从中我们可以看出方块的3/4是专门用来发展可再生能源的，这是对于化石燃料投资金额的3倍，也就是天然气、煤炭和核能。当然我们还有水力发电。

下一张幻灯片显示风力发电和太阳能光伏发电的占比是差不多的，占2820亿或3000亿美元的一半，风力发电量略有增加，太阳能发电量略有减少。那么到2050年，所有可再生能源的投资情况将会如何？LUT和能源观察组织在2019年4月提出了预测研究，研究表明，向100%可再生能源的全面能源转型不仅可行，而且花费低于现有的全球能源体系。所有能源部门的高深度电气化，包括供热和运输部门在内都是不可避免的。电力、供热、运输和海水淡化的温室气体零排放，如果有政策支持的话，有望在2050年前实现。这项研究的特点是全年每小时供应，这意味着，即使在寒冷的冬天和黑暗的冬夜，每小时都有足够的能量供应。

全球向100%可再生能源系统过渡，不再是技术可行性或经济可行性的问题，而取决于政治意愿。预测研究介绍了，例如截至2015年的全球装机容量，你看，到2050年容量接近80000千兆瓦，从这一栏看将近80%是黄色的，也就是说它的来源是产消费者的光伏，单轴光伏和固定标题10%，约10%来自向岸风和离岸风发电，还可以看到水力发电、地热和生物能源等。

你看，2015年我们刚开始时只有8000千兆瓦，而且是以化石燃料为主。今天可再生能源产能的情况实际上是这样的，在全世界我们有大约1246千兆瓦的产能，中国占其中的1/3，欧盟接近1/3，但不到1/3。美国紧随其后，然后德国是排名第三的国家，可以看到近50%的产能来自风力发电，近50%来自光伏发电。除此之外，还有生物能源和地热以及其他发电的方式。

关于2050年的主要发电方式，根据预测，我们至少需要140太瓦时的电，而且很明显其中大部分近80%的电量来自光伏发电，通过来自消费者的光伏，单轴和固定标题光伏发电。

近20%来自向岸风和离岸风力发电以及水力发电，很小一部分来自地热能和生物能。同样 2015年开始时大约只有20000太瓦时，你看全部是深色的，深色代表着化石能源发电厂。

主要能源供应的份额。根据LUT的预测，表明在2050年将近70%的份额是光伏，近20%来自风能，少量来自水力发电和地热发电，6%来自生物质能，其他的加起来只有2%。如果与2015年的数据相比，你又会发现这里大部分是深色的，意味着化石燃料是主要能源供应相似的图表。

看看全球能源总需求中的主要燃料，2015年全部都是用化石燃料燃烧的，而2050年根据预测大约90%的能源需求是由电力满足的，热能满足4%、生物能源满足6%，所以能量储存系统必须以一个非常特定的比率来看待。由于所有能源部门的电气化程度都很高，电力存储似乎在系统集成中扮演着最重要的角色，如果你看看直接存储，你有电池，但产能相当有限。

间接存储系统，比如水电站产能大，但不可移动。蓄热系统，容量有限且不可移动。机械仓库，不可移动且容量有限。电网也有许多局限性，而采用数字技术的虚拟发电厂也有局限性。所以未来属于电解水，通过可再生电力转化为绿色氢气，这是什么意思？

电能向其他能源部门的渗透，最好的方法是使用绿色氢气，到2050年前欧盟将在氢经济上投资不少于4700亿欧元，德国为自己的氢战略投入了大量资金，今年，在德国西北部地区，由电力和天然气生产商、经销商和消费者组成的联盟，与我们的供电公司EWE合作，开启了未来氢生活项目。氢生活，根据高风险预测，这是什么意思？这意味着这个与其他地区合作的地区将成为一个平台和榜样。为大规模的绿色氢经济与部门耦合做出示范，因为我们拥有大量的风力(正常需求的180%)。以生产绿色氢气，我们有强大的气体分配网以储存和分配绿色氢气，我们有强大的光伏和风力驱动水解器，以大于100兆瓦特的产能生产绿色氢气，我们有巨大的盐库洞穴(大于10万m³)，以储存绿色氢气。我们有通过使用绿色氢气减少或避免二氧化碳排放的钢厂，我们有使用绿色氢气驱动燃料电池的物流和公交运营商，还有绿色氢气火车，以同样的方式驱动，我们有使用包括绿色氢气在内的燃气的供暖系统，我们有使用绿色氢气的水泥和建筑行业。因此，绿色氢即未来，谢谢大家观看！