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能源轉型的德國模式與日本模式:向左走還是向右走?

   日期:2019-11-05     來源:能源研究俱樂部    瀏覽:1477    評論:0    
當前,全球各國能源處于轉型進行時,德國和日本被稱之為能源轉型的典范國家。福島核事故是德日兩國能源轉型的共同拐點,但事故發生之后兩者做出了截然不同的能源戰略抉擇。

2010年德日的核電占比均為30%左右。福島核事故之后,日本選擇了在保障安全前提下加快恢復重啟核電之路,到2030年核電占比目標要達到20%~22%。而德國則選擇了全面棄核之路,到2022年關閉所有核電站。日本因事故而關停核電的電力缺口主要依靠大量進口化石燃料發電來彌補,而德國則以大力發展可再生能源來彌補棄核所造成的電力缺口。目前,煤電在德日兩國發電結構中均占30%左右,今年德國又選擇了去煤化之路,到2038年將全部關停煤電廠,而日本則繼續堅持走煤炭清潔高效利用之路,到2030年煤電占比目標要達到27%。

由此可見,德國能源轉型之路是棄核、去煤、高比例發展可再生能源,由下而上推進;而日本能源轉型之路則是保核、挺煤、低比例發展可再生能源,自上而下推進。如果以能源轉型激進與保守的政策光標來劃分左右兩個陣營,德國是全球能源轉型政策最為激進的左翼陣營代表,而日本則是能源轉型最為保守的右翼陣營代表。

高減排目標VS低減排目標

溫室氣體排放控制目標是一個國家氣候戰略和能源轉型戰略的晴雨表。日本和德國是全球兩大經濟大國和工業制造強國,2018年GDP分別居全球第三和第四,溫室氣體排放在全球排行居第五和第六。德日兩國皆是巴黎協議的締約方,德國分別于2015年3月和2016年11月向聯合國提交了國家自主貢獻目標和長期低排放戰略,日本則分別于和2015年7月和2019年6月遞交。


歐盟根據巴黎協定提交聯合國的國家自主貢獻目標是承諾2030年溫室氣體排放比1990年減少40%。德國在此基礎上又制定了本國的溫室氣體減排目標,以1990年為基準年,2020年削減40%,2030年削減55%,2040年削減70%,2050年削減80%~95%。高于歐盟同期目標,其戰略重心在于實現2050年減排目標。2010年9月,德國聯邦政府發布《能源戰略2050——清潔、可靠和經濟的能源系統報告》,明確提出德國能源轉型行動路線圖,將節能和發展可再生能源作為應對氣候變化和能源轉型戰略的兩大支柱。

但過去幾年間,盡管德國風電、光伏裝機量快速增長,但碳排放量卻沒有明顯下降。德國電力中很大比例來自燃煤電廠,由于燃煤發電具有價格優勢,在歐洲電力出口市場上大行其道,再加上歐洲的碳價在很長一段時間內都在低位徘徊,使得許多企業沒有太多關注碳排放,而且德國交通運輸業一直偏離脫碳軌道,導致德國碳排放量并沒有明顯降低。2018年德國碳排放為8.687億噸,是歐盟排放最高的國家,超過了歐盟第二大排放大國英國排放總量一倍多,碳排放量同比減少了4.2%(3800萬噸),比1990年減少了30.6%。盡管這是四年來的首次大幅下降,但距完成2020年的目標還有點距離。從目前來看,2020年目標實際上很難完成,預計德國今后將重新調整溫室氣體減排目標和政策。

日本借福島核事故之名,2013年退出了京都議定書第二承諾期,而且將2020年的減排目標設定為比2005年減少3.8%的低位目標,這一目標反而比1990年增加碳排放3.1%,日本應對氣候變化立場和減排政策的倒退遭到了國際社會的廣泛批評。巴黎協定之后,日本2030年國家自主貢獻目標比2013年減少26%,2050年減排目標盡管確定了一定條件下削減80%,但并未設定基準年,顯然2050年目標僅僅是一種宣誓而已,其戰略重心仍鎖定在2030年目標。2017~2018財年碳排放總量為12.92億噸,同比減少了1.2%(1610萬噸),盡管比2013年減少8.4%,但比1990年反而增加了1.33%。日本應對氣候變化戰略將能源多元化和能源技術創新作為兩大支柱,在具體政策上,與德國政府多采用市場手段不同,日本政府主要采取大力推廣節能、建設氫能社會、實現碳循環利用等行政管制式的綜合措施,并制定了可再生能源、核電、煤電、氣電四分天下的電力結構規劃。

棄核VS保核

核電是公認的應對氣候變化的一把利器。一臺百萬千瓦電功率核電機組每年可以減少二氧化碳排放600多萬噸。福島核事故后,盡管核電的安全性得到了很大的加強和保障,但核電站退役和核廢料處理問題仍是一個難題。

德國能源轉型不是從退出化石能源、碳減排開始的,而是源于民眾反核的訴求。德國沒有地震和海嘯的地質風險,而且核電技術一直居全球領先地位。切爾諾貝利核事故之后德國就開始醞釀廢核,因為事故導致德國南部土地、森林和植物至今仍殘存具有較長半衰期的銫-137。2002年德國通過法律明文規定2022年之前逐步廢核。2010年德國政府又決定廢核計劃緩期到2036年之前逐步進行。2011年6月,德國受福島事故影響當即決定到2022年全部廢除核電。2012年3月,德國迅速從17臺機組減少為9臺。2016年和2017年又分別各關閉了1臺,今年還將按計劃關閉2臺,最后只剩下5臺機組茍延殘喘直至最后全部關閉。其實,德國被法國、瑞士、瑞典、捷克、芬蘭、匈牙利、保加利亞、烏克蘭以及俄羅斯等許多有核國家所包圍,其中有一個周邊核國家發生核泄漏事故,隨著風向變幻或許整個歐洲都難以幸免放射性污染,德國是否因為其單獨棄核而能獨善其身呢?

福島事故前日本在運核電機組有54臺,現已確定的退役機組已達21臺,實際只剩下33臺,裝機容量為3300萬kW,若加上建設中的2臺機組,則為3600萬kW。因此,日本核電事實上已廢掉了三分之一“武功”。目前,在運機組僅有9臺,裝機約900萬kW。由于受制國內強大的反核輿論,日本政府出臺的核電政策非常矛盾,一方面要盡可能減少對核電依存度,另一方面則將核電作為基荷電源,到2030年占比目標要達到20%~22%。如果要實現此目標,按核電機組平均利用率達到80%計算,核電裝機容量至少要確保3000萬kW~3600萬kW,但最近東京電力柏崎刈羽核電站的5臺機組被當地市政府叫停,裝機容量為550萬kW的5臺核電機組又將面臨折損的風險。其它剩下的核電機組是否能如期重啟還是個未知數。近日,國際能源署(IEA)發布《清潔能源系統中的核電:低碳發電的關鍵來源》報告指出,核電在發達經濟體中發電量可能出現急劇下降,這將威脅能源安全和氣候目標。因此,日本強調核電是應對氣候變化和能源安全保障不可或缺的,一方面通過延長機組壽命盤活裝機存量,另一方面則在小堆和核聚變技術上下功夫,通過技術創新實現核電裝機增量。

去煤VS挺煤

煤炭是最富有爭議的能源,去煤與挺煤是左右政策的分水嶺。去煤派認為煤電大量消耗不可再生的自然資源,高污染、高排放,是全球氣候變暖最大的元兇。挺煤派認為煤炭蘊藏量豐富、成本低,可以實現清潔高效利用,并成為很多國家發電的主要燃料。無論有多大的爭論,煤炭都曾經是戰后德日兩國經濟高速增長的工業血液,這是不爭的事實。

德國是個煤炭生產和消費大國,特別是褐煤蘊藏量極為豐富。1990年德國煤電占比曾高達56.7%,盡管近30年來占比有所下降,但2018年仍高達35.3%。2019年1月26日,德國“增長、結構轉型與就業委員會”(又稱“煤炭委員會”)提出,最晚到2038年廢除全部煤炭,在此之前將分階段按計劃有序推進棄用煤電進程。2017年底德國燃煤火電的裝機容量為42.7GW,到2022年要減至30GW。因此,至少要砍掉12.7GW,相當于關閉24座燃煤火電廠。之后再花15年時間,計劃到2038年全部關閉煤電廠。2023年之后專家委員會將每3年1次對去煤化成效進行評估,倘若對電力市場和就業不會產生較大不良影響,到2035年將提前關閉所有燃煤火電廠。受棄用煤電計劃影響的北威州、薩克森州、薩克森安哈特州以及勃蘭登堡州等將在未來20年內獲得總額為400億歐元的財政補貼,用于去煤化后的產業轉型。

關閉核電站后再關閉煤電廠,對于德國來說無疑是雪上加霜。其實,德國能源結構對煤炭依存度極高,與法國和英國的“去煤保核”政策不同,實行“棄核去煤”政策之后,德國并沒有太多的能源替代選項。擴大氣電占比是核電替代的唯一基荷電源選項,但德國天然氣高度依賴進口,俄羅斯是其主要的傳統來源國,頁巖氣革命后美國也加入德國天然氣市場爭奪。因此,德國從能源安全保障考慮,一方面鋪設一條由俄羅斯經波羅的海海底到德國的“北溪-2”天然氣管道,另一方面計劃建立第一個液化天然氣進口終端,準備同時接受來自俄羅斯、美國等其它國家的天然氣,然而背后卻隱藏著各種國際政治勢力的激烈角逐。

日本是高度依賴煤炭進口的國家。2014年第4次能源基本計劃提出煤炭是安全、可靠、經濟的重要基荷發電燃料,到2030年煤電占比將達到26%。2018年第5次基本能源計劃繼續將煤電確定為基荷電源,提出今后將擴大煤炭清潔高效利用,淘汰落后煤炭利用方式,開發和輸出煤炭清潔高效發電技術裝備。早在2016年6月,日本就出臺了新一代火電技術路線圖,提出2025年逐步推廣IGFC和GTFC高效火電機組,2030年逐步實現火電零排放。實現煤電零排放的一條路是CCUS技術路徑,另一條是煤制氫技術路徑。實際上,福島核事故之后,日本政府加快煤電環評速度,導致京都議定書暫時停批的煤電再度掀起一個小高潮。從2012年至今,日本前后計劃新建煤電機組達到50臺,裝機容量共計2332.3萬kW,其中,已投運15臺(301.2萬kW),在建15臺(866.9萬kW),中止13臺(703.0萬kW)。到2018年底計劃新建煤電機組仍達到33臺。新建機組大多在2020年以后投運,若新機組全部投運,裝機容量將達到6020.9萬kW,到2030年碳排放為此將多出5200萬噸以上。特別是小規模煤電建設問題突顯,由于11.5萬kW以下的煤電機組免環評,50臺煤電機組新建計劃中竟有19臺是小規模機組,顯然是電力公司為逃避環評而惡意所為。于是,2019年4月,日本環境省提出要加強對煤電的嚴格環評。截至2019年8月1日,日本在運煤電機組共計122臺,裝機容量4471萬kW。

高比例可再生能源VS低比例可再生能源

發展和普及可再生能源是舉世公認的一條能源轉型康莊大道,但電網建設往往跟不上風光電的發展速度,而且居高不下的可再生能源附加費是很多國家共同面臨的問題。日本作為一個島國,幾乎沒有與國際互聯的電網,在可再生能源發電過剩時,只能通過抽水蓄能方式消納,而且電力體制改革的進程又大大晚于德國。德國則可通過歐洲電網將富余可再生能源發電輸送給鄰國,當遇到因氣象條件發電不足時又可從法國等周邊國家進口電力,電力市場化程度較高,這是兩國可再生能源發展目標制定差異的重要因素。

德國能源轉型取得最大的成功是可再生能源發電量的快速增長。根據德國制定的可再生能源發展目標規劃,全國總發電中可再生能源發電的比重2020年達到35%,2030年達到50%,2040年達到65%,2050年達到80%以上。德國早就在2000年就開始實施可再生能源固定上網電價(FIT制度),當年可再生能源發電占比僅為6.3%(其中水電占4%)。2018年德國可再生能源發電占比由2017年的36%增加至37.8%,18年間增長了6倍,已經超額完成了2020年的目標。但德國電網存在“南北問題”。德國可再生能源很大一部分來自風電,但風資源區主要位于北方,而德國南部和西部的工業區才是中心負荷區,因此,電網“北電南送”的輸送能力成為德國進一步擴大可再生能源電力利用的瓶頸。另一方面,2018年德國居民電價是歐洲最高的,平均電價為0.395美元/千瓦時,而日本居民平均電價則為0.253美元/千瓦時。因此,德國2017年修訂的可再生能源法提出了控制成本和引入競爭拍賣機制的政策措施。

日本的可再生能源發展目標比德國低很多,到2030年可再生能源占比目標為22%~24%,盡管提出了可再生能源到2050年發展成為主力能源的目標,但并未設定具體的量化目標。FIT制度實行比德國晚了12年,但自2012年實施以來,可再生能源裝機容量年平均增長率達到22%,5年間增長了3倍。到2017~2018財年可再生能源發電占比達到16%,其中光伏5.2%,風電0.6%,地熱0.2%,生物質2.1%,水力7.9%。日本同樣面臨用電成本提高、電網容量不足和建設滯后的問題。要實現2030年目標,財政補貼規模預計將達到3.7萬億~4.0萬億日元,2018年度就已累計達到3.1萬億日元,其中,可再生能源附加累計征收額也已達到2.4萬億日元。2018年度可再生能源附加費由2012年的0.22日元/kWh增加到2.90日元/kWh,導致工業用電、居民生活用電比福島事故前增加了38%、25%,可再生能源附加費分別占了電價的16%、11%。與德國電網的“南北問題”一樣,日本電網存在“東西問題”。關東地區與關西地區電網因頻率不同而難以互聯互通,一個是50赫茲的歐洲標準,一個是60赫茲的美國標準,東西兩個電網并網困難制約了可再生能源更大規模和更大范圍的發展。為此,日本正在積極研究,擬采取降低發電成本、改善市場環境、優化電網運行、提升調節能力等措施解決可再生能源并網難、并網貴和并網不公的難題,以期實現可再生能源成為主力電源的目標。

節能減排與能效政策差異

推廣節能和提高能效是能源轉型戰略的第一選擇。德日兩國都是節能和能效大國,進一步提升節能和能效水平都是一個巨大的挑戰。德國單位GDP能耗目標以2008年為基準年,到2020年降低20%,到2050年降低50%。2018年德國能源消費再創新低,一次能源消費總量為12,963皮焦耳(PJ),相當于4億4230萬噸標準煤,同比下降了3.5%,比2008年降低了5.5%,但仍難以完成2020年目標。日本石油危機后大力推廣節能,1973年度至2017年度,GDP增長了2.6倍,最終能源消費只增加了1.2倍,實現了經濟增長與能源消耗的脫鉤,到2030年單位GDP能耗目標要比2012年降低35%。2017年度一次能源消費總量為21,326皮焦耳(PJ),2030年目標要比2013年降低13%,相當于減少原油5030萬KL。從2013年度到2017年度已累計減少了1073萬KL,完成既定目標的21.3%。由此可見,德國節能目標略帶點“浪漫主義”,而日本節能目標則顯得更為“現實主義”。

建筑行業在能源轉型中起著舉足輕重的作用,均占德日兩國能耗的三分之一左右。德國建筑節能目標是以2008年建筑能耗為基準年,2020年降低20%,2050年降低80%。德國古舊建筑較多,室內取暖要求高,外墻保溫裝修工程量大,因此對既有建筑的節能改造是重點。由于化石燃料供熱占比較高,2017年德國建筑能耗僅降低了6.9%,實現2020年目標有點難。而2030年日本建筑節能目標是比2013年降低建筑能耗約20%,相當于減少原油2386萬KL。2017年度居民住宅降低了2.7%,公共建筑降低了5.1%。2030年減排目標是比2013年減少碳排放約40%。2017年度居民住宅減少了9.5%,公共建筑減少了12.9%。日本建筑物壽命較短,居民家庭家電消費較多,空調和熱水需求量大,因此,推廣新建建筑節能標準是重心。日本建筑節能目標是,到2020年一半以上的新建住宅實現零碳建筑標準,到2030年所有新建建筑全部實現零碳建筑標準。2018年累計新建零碳建筑標準住宅達5.3萬戶,完成既定目標的26.5%。

德日兩國都是汽車制造大國,交通運輸行業是能源轉型的重點領域。德國在棄核、去煤之后,下一個目標就瞄準了“脫油”。德國交通運輸行業碳排放已連續5年增長,2018年交通運輸行業排放量為1.61億噸,同比增加了2.4%,比2005年增加了6.5%,交通運輸領域最終能源消費以2005年為基準年,到2020年降低10%,到2050年降低40%,顯然德國的現狀難以完成2020年目標。日本交通運輸行業節能目標是到2030年最終能源消費比2013年降低14%,相當于減少原油1607萬KL。2017年度比2013年降低了4.2%。交通運輸行業減排目標是2030年比2013年減少28%,2017年度碳排放量為2.13億噸,比2013年的2.24億噸減少了4.9%。

針對上述情況,一方面,德日兩國都采取措施重點控制新車的節能減排水平。歐盟交通運輸行業2030年碳減排目標是比2021年削減37.5%。歐盟規定2021年以后所售新車的二氧化碳排放量限制為95克/km,2025年、2030年再減少15%、30%,每超過1克將罰款95歐元。目前,寶馬平均為128克/km,戴姆勒平均為134克/km,德國為此宣布到2030年禁止銷售傳統燃油汽車。目前,日本車企碳排放水平為122克/km,日本則主要采取嚴格限定傳統燃油汽車油耗標準的措施,到2030年每升油可行駛距離為25.4公里,相當于百公里油耗為3.94升,油耗水平將比2016年度降低32.4%。此外,日本還擬對電動汽車的電耗標準進行限制,將電力生產碳排放計入電動汽車電力耗能排放量,迫使電動車企提高能效。另一方面,德日兩國均出臺政策鼓勵發展普及新能源汽車。德國在2018年新售出的乘用車中,汽油車62.4%,柴油車32.3%,電動車僅為4.9%。盡管提出了實現1000萬輛電動汽車的市場目標,但截至2018年12月,德國注冊電動汽車的數量只有不到20萬輛,距離目標還有點遠。日本在電動汽車市場普及方面則遠遠走在德國前面,2017年度新售出的新能源乘用車已達159.5萬臺,占新車銷售的36.4%。到2030年新能源汽車新車占比目標要達到50%~70%,其中,混合動力車達到30%~40%,EV和PHV達到20%~30%,燃料電池車達到3%,清潔柴油車達到5%~10%。

德日兩國都著眼于能源安全、建設低碳化社會、振興產業和技術而高度重視氫能、儲能和智慧能源技術的研發。在氫能方面,德國更注重利用可再生能源電解水制備,而日本更傾向于化石燃料制備;德國以國內制備為主,而日本則以從國外進口為主;德國除注重與天然氣混燃外,更重視合成燃料的生產,優先在電氣化實現困難的領域應用,而日本則更注重利用純氫燃料,包括純氫燃料發電等“氫能社會”的全面建設。在儲能方面,德國非常重視電轉氣技術(P2G)開發,將電轉氣作為在德國北部利用剩余風電的一種重要方式,而日本則高度重視燃料電池和蓄電池技術的開發和應用,這主要源于兩國對于大型電網儲能的需求不同。在智慧能源方面,數字化轉型成為新一輪能源轉型的焦點,德日兩國都積極發展智能電網,推廣大數據、電力物聯網、虛擬電廠、需求響應、區塊鏈技術和應用,推動整個能源系統從一個高度集中的能源系統向分散、靈活和可再生的分布式能源系統轉變。

由于自然條件、資源稟賦、社會文化和經濟人口狀況的不同,德日兩國能源轉型戰略選擇了不同的道路。如前所述,各國能源轉型之路可劃分為左右兩個陣營。以德國等歐洲國家為代表的左翼陣營,強調發展可再生能源和提高能效才是能源轉型之正道,對化石能源的清潔高效利用、CCS技術和化石能源制備氫項目往往持消極或否定的態度;以日本以及包括美國、俄羅斯、南非、土耳其、沙特等國家為代表的右翼陣營,則強調能源轉型要實行多元化發展路徑,除大力發展可再生能源之外,不排斥化石能源的清潔高效利用,積極開發核能、CCS以及氫能等清潔低碳技術。未來能源轉型究竟向左走還是向右走?沒有孰是孰非,能源轉型是各國所面臨的一項長期能源戰略和氣候戰略,未來的能源轉型一定是混合型的能源形態,而技術創新則是能源轉型戰略成功的關鍵。清潔低碳、經濟高效、安全可靠、多樣靈活必將成為新一輪全球能源轉型的共同目標和方向。 
 

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