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(guó)能源研究會(huì)與中國(guó)能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì)上，奧登堡雅德應(yīng)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(nèi)容根據(jù)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(guó)奧爾登堡雅德大學(xué)的教授和領(lǐng)導(dǎo)，我也是德國(guó)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(guó)專家都有密切合作，尤其是來(lái)自清華大學(xué)的同事，我在中國(guó)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(xiàn)場(chǎng)發(fā)言，但受條件所限我們只能舉辦線上會(huì)議。

環(huán)境友好型的未來(lái)有著不同的圖景，這是我們德國(guó)經(jīng)濟(jì)和能源部設(shè)想的，我們會(huì)問(wèn)未來(lái)真的是這樣嗎？這是在德國(guó)？在中國(guó)？在全世界？又或者只是愿望？我演講的內(nèi)容是什么？我想和你們聊一聊國(guó)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(qū)關(guān)于氫能和未來(lái)氫生活的理念。

在國(guó)際合作方面 Hans-Josef Fell是德國(guó)能源觀察組織主席，同時(shí)，他還是德國(guó)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時(shí)，他說(shuō)"可再生能源領(lǐng)域和氣候戰(zhàn)略的技術(shù)進(jìn)步是在國(guó)際范圍內(nèi)建立協(xié)同效應(yīng)的最重要的領(lǐng)域"，他還表示"中德兩國(guó)合作的思維模式，在應(yīng)對(duì)氣候變化方面達(dá)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(guó)有望實(shí)現(xiàn)其氣候目標(biāo)，在2030年前碳排放達(dá)到峰值，德國(guó)可以提前5年實(shí)現(xiàn)其"氣候中和"的目標(biāo)，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家會(huì)議上，德國(guó)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)法院宣布了一項(xiàng)真正具有歷史意義的判決，即該國(guó)現(xiàn)行的氣候法不足以有效保護(hù)子孫后代免受氣候變化的影響。

因此，德國(guó)政府必須調(diào)整目前的目標(biāo)，從2030年起制定明確的措施，有一點(diǎn)很清楚，這項(xiàng)裁決為國(guó)家氣候運(yùn)動(dòng)提供了巨大的動(dòng)力，其影響也將不僅僅限于德國(guó)境內(nèi)，許多國(guó)家將這種發(fā)展納入了考慮范圍。迄今為止，已有143個(gè)國(guó)家對(duì)其能源政策進(jìn)行了規(guī)范。可以看到從2004年開(kāi)始增長(zhǎng)的幅度越來(lái)越大，一些國(guó)家還規(guī)范了運(yùn)輸、供暖和制冷行業(yè)。中德兩國(guó)實(shí)際上是可再生能源發(fā)展的領(lǐng)頭羊，中國(guó)在太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電的累計(jì)容量和每年度新增容量方面是目前全球最強(qiáng)大的領(lǐng)導(dǎo)者。德國(guó)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(guó)的領(lǐng)先地位結(jié)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(guó)家，可以看到截至目前中國(guó)排名第一，其發(fā)電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界其他地區(qū)，美國(guó)緊隨其后，然后是日本，排在第四位的是德國(guó)。如果將增量考慮進(jìn)去，可以看到中國(guó)在上一年的新增產(chǎn)能幾乎等同于世界其他地區(qū)的新增產(chǎn)能總和，這是2019年的數(shù)據(jù)。因?yàn)槿ツ甑臄?shù)據(jù)很難獲取，現(xiàn)在到了2021年數(shù)據(jù)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(guó)我們以42%領(lǐng)先，這是相當(dāng)多的。其次是英國(guó)，然后是巴西、中國(guó)、印度、日本。而全球可再生能源發(fā)電的占比是10%，如果按國(guó)家和地區(qū)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(zhǎng)曲線，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(guó)，1/3來(lái)自世界其他地區(qū)，最后1/3來(lái)自印度、德國(guó)、日本和美國(guó)，這四個(gè)國(guó)家。這張幻燈片展示了全球總產(chǎn)能的變化，曲線是類似的。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(wěn)步增長(zhǎng)，那么順利的話，我們預(yù)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)2050年的目標(biāo)。

關(guān)于光伏發(fā)電廠，我們可以說(shuō)它們至少能夠到達(dá)化石燃料發(fā)電廠的水平，而且這些發(fā)電廠的成本比傳統(tǒng)的化石燃料發(fā)電廠更低。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(qiáng)勁驅(qū)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(dá)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(nèi) 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(wěn)定的，變化幅度不大，希望它們也能有較大的增長(zhǎng)。

風(fēng)力發(fā)電量，我們?cè)谶@張圖上看到，又能看到中國(guó)是目前為止的第一名，其產(chǎn)量幾乎是世界其他地區(qū)的兩倍，隨后是美國(guó)排在第二名，然后是德國(guó)排在第三名，而且也能看到中國(guó)的年增長(zhǎng)量比世界其他國(guó)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(guī)模相當(dāng)小，現(xiàn)在大約有30千兆瓦。可以看到，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(zhǎng)，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(xiàn)2050年的目標(biāo)帶來(lái)了巨大希望，這張圖是對(duì)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是專門用來(lái)發(fā)展可再生能源的，這是對(duì)于化石燃料投資金額的3倍，也就是天然氣、煤炭和核能。當(dāng)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和能源觀察組織在2019年4月提出了預(yù)測(cè)研究，研究表明，向100%可再生能源的全面能源轉(zhuǎn)型不僅可行，而且花費(fèi)低于現(xiàn)有的全球能源體系。所有能源部門的高深度電氣化，包括供熱和運(yùn)輸部門在內(nèi)都是不可避免的。電力、供熱、運(yùn)輸和海水淡化的溫室氣體零排放，如果有政策支持的話，有望在2050年前實(shí)現(xiàn)。這項(xiàng)研究的特點(diǎn)是全年每小時(shí)供應(yīng)，這意味著，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(yīng)。

全球向100%可再生能源系統(tǒng)過(guò)渡，不再是技術(shù)可行性或經(jīng)濟(jì)可行性的問(wèn)題，而取決于政治意愿。預(yù)測(cè)研究介紹了，例如截至2015年的全球裝機(jī)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(fèi)者的光伏，單軸光伏和固定標(biāo)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?zé)岷蜕锬茉吹取?/p>

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(guó)占其中的1/3，歐盟接近1/3，但不到1/3。美國(guó)緊隨其后，然后德國(guó)是排名第三的國(guó)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?zé)嵋约捌渌l(fā)電的方式。

關(guān)于2050年的主要發(fā)電方式，根據(jù)預(yù)測(cè)，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(fèi)者的光伏，單軸和固定標(biāo)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?zé)崮芎蜕锬堋Ｍ瑯?2015年開(kāi)始時(shí)大約只有20000太瓦時(shí)，你看全部是深色的，深色代表著化石能源發(fā)電廠。

主要能源供應(yīng)的份額。根據(jù)LUT的預(yù)測(cè)，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?zé)岚l(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(shù)據(jù)相比，你又會(huì)發(fā)現(xiàn)這里大部分是深色的，意味著化石燃料是主要能源供應(yīng)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(jù)預(yù)測(cè)大約90%的能源需求是由電力滿足的，熱能滿足4%、生物能源滿足6%，所以能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)必須以一個(gè)非常特定的比率來(lái)看待。由于所有能源部門的電氣化程度都很高，電力存儲(chǔ)似乎在系統(tǒng)集成中扮演著最重要的角色，如果你看看直接存儲(chǔ)，你有電池，但產(chǎn)能相當(dāng)有限。

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

電能向其他能源部門的滲透，最好的方法是使用綠色氫氣，到2050年前歐盟將在氫經(jīng)濟(jì)上投資不少于4700億歐元，德國(guó)為自己的氫戰(zhàn)略投入了大量資金，今年，在德國(guó)西北部地區(qū)，由電力和天然氣生產(chǎn)商、經(jīng)銷商和消費(fèi)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(xiàng)目。氫生活，根據(jù)高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，這是什么意思？這意味著這個(gè)與其他地區(qū)合作的地區(qū)將成為一個(gè)平臺(tái)和榜樣。為大規(guī)模的綠色氫經(jīng)濟(jì)與部門耦合做出示范，因?yàn)槲覀儞碛写罅康娘L(fēng)力(正常需求的180%)。以生產(chǎn)綠色氫氣，我們有強(qiáng)大的氣體分配網(wǎng)以儲(chǔ)存和分配綠色氫氣，我們有強(qiáng)大的光伏和風(fēng)力驅(qū)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(kù)洞穴(大于10萬(wàn)m³)，以儲(chǔ)存綠色氫氣。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，我們有使用綠色氫氣驅(qū)動(dòng)燃料電池的物流和公交運(yùn)營(yíng)商，還有綠色氫氣火車，以同樣的方式驅(qū)動(dòng)，我們有使用包括綠色氫氣在內(nèi)的燃?xì)獾墓┡到y(tǒng)，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)，謝謝大家觀看！