2011年6月，德国议会做出一项历史性决定，终结了长达几十年来对本国未来能源系统的辩论。之所以说这一决定具历史意义，是由于它的宏伟目标，同时由于它几乎获得议会的全票通过，是执政党和反对党达成的一致共识。
德国希望在接下来的40年内将其电力行业从依赖核能和煤炭全面转向可再生能源。德国能源系统的这一转变被称为能源转型（Energiewende）。核能将被淘汰；剩下的核能发电厂将在2022年底之前逐步关停。德国进行能源系统转型的目标在下文进行了详细归纳。
长期目标已经明确，那么需要解答的大问题是如何实现这些目标。也就是说，在不牺牲系统可靠性高标准的前提下，如何以尽可能最低的成本实现从化石-核能系统向主要依赖可再生能源系统的转变？我们主要关注接下来10至20年，或2030年之前的阶段。
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通过大量的研究和设想，我们得知电力行业在这一转型过程中至关重要。在接下来若干年中，必须从改革能源市场设计到基础设施规划来针对这一行业中做出关键决策。由于实施能源行业这些决策的时间跨度通常是几十年而非几年，因此需要对尽快采取行动。在此，该篇文章主要关注电力行业。《关于德国能源转型的12个见解》一文对德国的情况进行了专门论述。但我们深信，目前在德国看到的许多发展变化也必将与欧洲（但不限于欧洲）其他国家和地区有很高的关联性，因为德国是欧洲综合能源系统的主要组成部分。
我们最主要的见解为“风能和太阳能决定一切”，当然这不仅适用于德国，这是因为风能和太阳能在世界大多数地区都能大量获取，生产成本也正在迅速下降。风能和太阳能光伏将成为许多国家未来低碳能源系统的基础，也会给这些国家带来类似德国目前面临的挑战。对此，读者完全可以得出自己的看法——我们也期待听到您对这篇文章的评论和意见。
由德国《可再生能源法》引发的技术竞赛中出现了两个胜者——风能和太阳能光伏——可预见的未来中潜力最大、最经济的技术。
目前，由德国2000年《可再生能源法》（Erneuerbare-Energien-Gesetz, EEG）引发的技术竞赛的胜者已经确定：利用可再生能源发电最经济的办法是通过风能和太阳能光伏（PV）。在现有情况下，没有其他可再生能源技术能以如此低的成本大量发电。因此，德国的能源转型将建立在这两项技术之上。过去20年里风能和太阳能关键技术成本大幅降低也为此奠定了基础。尽管制造钢铁所需的原材料成本上升， 风能发电成本自1990年来还是降低了约50%。太阳能光伏方面，成本上的变化甚至更大，同一时期内系统成本降低了80-90%。此外，当前来看这两项技术成本有着还将继续降低的趋势。（注释1：参见PICC(2011)和IRENA(2012b)。在得出这些研究数据后，德国建设一个太阳能光伏发电厂的成本更进一步大幅降低。）
所有其他可再生技术或是成本高得多，或是未来发展潜力有局限性（水电、生物质能/沼气、地热能），并且/或者仍处于研究阶段（波浪能、渗透能等）。
长期来看，德国电力生产中生物质能的占比将持续被限制在10%以下（2012年约占6%）。原因是德国和其他国家农业和森林用地面积受到限制，能源系统中木材和能源作物的使用与许多其他潜在的土地利用形成直接竞争，例如种植粮食作物、生产工业原材料（如造纸或化学工业）以及生态保护。
此外，生物质能是相对较昂贵的能源载体，其成本近年来非但没有降低，反而有所上升。（注释2：2002年小型生物质能发电厂的基本报酬是10.1欧分/千瓦时，2012年是14.3欧分/千瓦时。在此基础上，近年来还实现了18欧分/千瓦时的额外红利。因此，如今生物质能发电厂平均报酬是19.6欧分/千瓦时。）而由于发展中国家和新兴国家对食品和生物质能的需求不断增长等原因，低成本、可持续生产的木材进口数量有限。（注释3：例如可参见DLR/FhG IWES/IfNE(2012);Prognos/EWI/GWS(2010);Prognos/Öko-Institut(2009);SRU(2011);UBA(2010).)
除风能、太阳能光伏和生物质能外，水电和地热能目前也为总体的电力生产做出贡献。但所有预测都认为，这些能源将来对德国的电力生产的贡献都不会有大的增长。尽管德国水电发展还存在有限的潜力，但水电不会在电力供应中发挥核心作用。 (注释4：参见Ingenieurbüro Floecksmühle等） 在当前技术下，地热能发电成本长期内都会非常高，为此，地热能目前对电力生产的贡献不足1‰，将来也不会有大幅增长。（注释5：例如，德国可再生能源上网电价补贴已由2000年的9欧分/千瓦时升至目前的25欧分/千瓦时，但并未带来产量的大幅增长。） 其他技术如潮汐能、波浪能和渗透能都还在研究阶段，几乎还不能大规模投入应用。 （注释6：对所有针对可再生能源技术所展开的研究进行资助无论如何都是有道理的，因为这能进一步降低成本，并在可能的情况下创造出比风能和太阳能光伏更有利的可再生电力生产技术。）
到2015年，风能和太阳能光伏发电厂成本将达到7-10欧分/千瓦时——由风能、太阳能光伏和后备发电容量组成的系统发电成本则将和新建的以燃气和煤炭为燃料的发电厂发电成本一样。
根据《可再生能源法》，目前陆上风力发电厂的可再生能源上网电价补贴约为7-10欧分/千瓦时，太阳能光伏发电厂为12-18欧分/千瓦时；补贴的多少取决于电厂的规模和位置，补贴保障时间为20年。(注释7：参见联邦环境部（2012a)和（2012b)。海上风能目前成本高出许多：可再生能源上网电价为，至少12年期15欧分/千瓦时，或在加速模式下，至少8年期19欧分/千瓦时。8或12年后，海上风能设施收取3.5欧分/千瓦时。但收取15欧分/千瓦时的时长根据发电厂离岸距离和海洋深度增加。此外，网络连接费用由网络费用和德国复兴信贷银行海上保障项目承担。）随着《可再生能源法》制定的上网电价下降以及这些技术成本的进一步削减，到2015年，新建风能和太阳能光伏发电厂发电成本将可能维持在7-10欧分/千瓦时范围内。（注释8：这主要适用于陆上（岸上）风能发电厂和较大规模的太阳能光伏发电厂。海上风能设施将来的成本变化趋势还待观察，因为根据《可再生能源法》的规定，只计划从2018年开始降低现有补贴。如太阳能光伏发电厂根据《可再生能源法》制定的扩展规划发展，则在2014年底前根据规模不同收取9-14欧分/千瓦时的报酬；如它们扩展非常迅速，根据规模不同，报酬率将为6-9欧分/千瓦时。此后，即使是德国阳光较充足地区的屋顶小型光伏系统都能以10欧分/千瓦时的报酬率发电，例如在这样非常现实的情况下：安装成本1000欧元/峰；电能产量：1000小时/年；25年工作寿命；运营成本：安装成本的1%/年；资本投资权益成本：5%/年。）
由于风能和太阳能都不是随时能获取的，因此依赖这两种能源的任何电力系统也都必须备有后备电厂，而目前这些发电厂将持续主要依赖化石燃料。短期来看，现有发电厂将承担起这一后备功能（目前交易电价约5欧分/千瓦时）。中期来看，将需要投资建设新型火力发电厂，以便甚至在可再生能源完全不能发电时满足需求。由于新型燃气和燃煤电厂的发电成本约7-10欧分/千瓦范围内时，（注释9：见（EWI）2011，第27-29和40页或DLR/IWES/IfnE（2012），第217页。）并且峰值电能需求同样相对便宜（参见见解5），因此预计到2015年，基于新的风能、太阳能光伏发电厂和灵活的火力发电厂的系统发电成本将与使用传统煤炭或燃气的电力系统的成本相当。
风能和太阳能光伏是能源转型的两大关键支柱
显然，德国的能源转型将以风能和太阳能光伏为基础。不存在现实的替代路径。等到可再生能源在一天之内占到电力需求的一半时，风能（陆上和海上）和太阳能光伏占比将已达到35%。可再生能源占比越大，风能和太阳能光伏相较于其他扩展潜力有限的可再生能源的重要性就越明显。根据联邦网络局（Bundesnetzagentur）的计划，到2022年，风能和太阳能光伏发电将占可再生能源发电的70%。（注释10：根据2012年网络发展计划的主要情景B。）随后，其占比将持续上升达到80-90%。
图表1（即下图）描述了风能和太阳能光伏发电在中期内对德国能源转型的重要性。图表展示了对2022年3个不同周内德国电力需求和生产的模型计算。上方的红线代表以吉瓦为单位的需求，不同的颜色代表可再生能源的发电量，灰色部分表示仍需由现有的化石燃料发电厂满足的剩余需求。结果显示，最早到2022年，风能、太阳能、水电和生物质能发电量超过德国总体电力需求的时间将约为200小时。但仍有相当一部分时间（体现为供电小时数），可再生能源只能生产一小部分电量。从这项分析中，我们可以找到重要的挑战，这篇文章将继续对此进行描述。 （注释11：该图由Fraunhofer IWES 应Agora 能源转型（Agora 2012a）的要求制作。该计算基于2011年底联邦网络管理局授权的网络发展计划方案情境框架中的主要情境B。在www.agora-energiewende.de/download 找到所有52周的完整数据。）
能源转型所面临的核心挑战将是如何实现波动中的风能和太阳能发电厂电力生产与消费者需求的持续平衡。这将需要展现电力系统的灵活度——在供应侧和需求侧均是如此。
风能和太阳能发电有三大主要特征：
依赖能量来源的可获取性；即：电力生产依赖天气
不像化石能源，风能和太阳能光伏发电厂的电力产出不能根据电力需求或交易价格信号做出反应。这些发电厂只能在有太阳照射或有风的时候发电。
投资成本高，但（几乎）无运营成本
风能和太阳能光伏设施的运行成本（维护、运营）很低，约为投资成本的1-3%/年。（注释12：太阳能光伏发电厂的固定运营成本为资本成本的1-1.5%/年，运行中设施的短期边际成本为0。风能发电厂运营成本约为资本成本的2-4%/年，该运营成本还包括材料损耗在内，因此短期边际成本略高于0（参见McKinsei（2010）第63页；DLR/IWES/IfnE（2012），数据附录第1页；IRENA（2012a）；IRENA（2012b）。）由于不存在燃料需求，因此边际成本几乎为0。这就意味着，利用风能和太阳能发电，初期的资金投入几乎完全涵盖了接下来20-30年里的发电成本。
发电波动迅速
由于天气变化，例如暴风、无风以及云层迁移，太阳能和风力发电量有时会出现大幅波动。这就意味着，电力系统其他组成部分，比如火力发电厂、电力需求侧、电力储存设施，必须非常灵活，以适应风能和太阳能光伏发电厂的输入波动。
这些特征与煤炭和天然气发电有根本不同；它们大大改变了能源系统和能源市场
燃气和燃煤电厂通过市场交易电价控制，其运营成本（燃料、二氧化碳排放权）差异巨大。此外，这些发电厂至今还未建有足以迅速进行发电量调整的技术。随着风能和太阳能占比的增加，能源转型将彻底改变能源系统和能源市场。
由于风能和太阳能光伏的互补特性，二者应协同发展，总的来说，没有太阳的时候会刮风，反之亦然。
冬季风大，适合风力发电；夏季光照强，更适宜太阳能发电。大多数阳光都出现在一天的中午，而风可以发生在一天的任何时候，而通常在阳光最强烈时风力最小。 13（注释：参见例如Gerlach/Breyer（2010）中的中部德国分析和E. On Bayern（2011）的下巴伐利亚州分析。）由于效率损耗使得储能成本相对较高，因此，从系统总体来看，使用更低成本的方法解决供需平衡问题更有意义。这包括提高系统的总体灵活度（参见见解3）。
尽管风力发电成本比太阳能略低，但我们还应利用这两种方式的差异。利用发电端入网方式不同步的特点使系统的总体成本降至最低，这样的逻辑也适用于可再生能源在不同区域的调配。由于德国不同地区刮风的时间不同，因此不应只在德国北部进行风力发电，也不应只在南部德国进行太阳能发电。
的确，德国海上风力发电成本比其他地区成本略低，而巴伐利亚州和巴登－符腾堡州的太阳能发电成本较低，但如果只在最大优势地区进行相应的发电，则只能在该地区天气状况允许的情况下保障有风能或太阳能。从系统整体优化的角度来看，利用德国各地的天气状况差异是明智的，具体做法是将风能和太阳能光伏发电调配到一年内最大可能的小时数里，利用扩建后的输电网在各地区间进行电力传输。但针对太阳能光伏和风力发电厂通常能够发电的精确时间以及新设施应采取怎样的暂时上网补贴模式的研究还非常少。
风能和太阳能光伏将成为电力供应的基础，电力系统的其余部分将围绕其进行优化；大多数化石燃料发电厂只在几乎没有阳光和风时才需要发电，这些发电厂运营时间将减少，因此其总体发电量将降低：“基本负荷”发电厂将成为历史。
“基本负荷”是电力需求的一种，在德国代表全年任何时候35-40吉瓦的最低消耗量。之前，基本负荷是通过全天候运转的化石燃料发电厂来提供相应的电能，这带来了有误导性的一个词：“基本负荷发电厂”。通过保障优先入网，《可再生能源法》已将可再生能源转化为“法定基本负荷电能”。可再生能源正有效取代着传统的基本负荷发电厂。未来的风能和太阳能将满足不断增加的电需求。如下文的图表2所示，2022年全年的许多小时内，整体负荷（基本、中间和峰值负荷）将完全只由可再生能源满足。在所描述的一周内，大多数属火力发电厂在前半周都不运转，但需在后半周运转。对其余火力发电厂的使用必须根据需求和可再生能源发电进行调整。
风能和太阳能的应用将使化石燃料发电总量相应降低，并由此减少负荷系数和运营小时数。在可再生能源发电占总量40%的情况下，每年10-25吉瓦的传统电能只需供应6000-8000小时吉瓦。（注释14：参见 VDE（2012a），第43页；Consentec/r2b（2010a），第51页；IWES（2009）。针对40%的可再生能源发电量，VDE（2012a）计算出几乎需恒定用电量10-15吉瓦（每年大于8000负荷小时）。针对50%的可再生能源发电量，Consentec/r2b（2010a）计算出在大于6000负荷小时里需要18吉瓦，IWES（2009）计算出在大于7000负荷小时里需要使用21-26吉瓦。）在以后的若干年里，这一需求还将继续削减。
可再生能源发电量的迅速变化和预期不确定性将为短期和长期灵活度提出新要求
风能和太阳能发电的波动模式将对未来的发电厂提出全新要求：可控发电厂的发电量必须在短时间内迅速增加或减少，以补偿这些波动。随着风能和太阳能占比的提高，这这种要求也将适用于新的其余的“基本负荷发电厂”。将来，所有剩余火力发电厂都将灵活运营。
风能和光伏的发电量无法提前准确预计。它们总是伴随着预期不确定性，且不确定性随时间的延长进一步增加。但随着天气预测数据更为准确，每日和每小时的风能 （注释15：已针对海上风能和太阳能光伏面临的挑战制定了许多对策。由更大、更迅速的波动所带来的进一步挑战是海上风能的特征，而迄今为止，测量点数据仍无法满足需求，这可能要求由新的技术来解决。） 和太阳能光伏预测精度可能有所提高。在正确的监管框架下，生产者在安排其发电厂运营计划时可考虑这些短期预测，从而优化生产。
提前进行一年或多年的长期预测更为困难，并充满着更大不确定性。当年与下一年的差异很大，风能尤为如此。这在2010年十分明显，当时德国内陆地区的风力发电比前十年平均值低25%，海上风力发电比前十年平均值低15%。（注释16：参见IWR(2012).)由于非可再生能源发电厂的总体安装容量必须足以满足少风年份的需求，因此它们在多风年份将经历较低的负荷系数。
中期来看，热电联产和生物质能发电厂需根据电力需求运营
目前，热电联产（CHP）和生物质能发电厂总体上并未听从电力需求的指挥。相反，热电联产设施是由热能需求驱动，也就是说，当存在热能需求时，设施运转以生产热能，而电能只是一种副产品。
类似的是，大多数生物质能发电厂以持续运营模式运转，原因是，根据《可再生能源法》制定的补贴规定，这样的方式最为经济。中长期看，这一状况将得到改变。到2020年，根据正式的政府目标，热电联产发电厂的电力生产将增长至25%。因此，在中期内，这些发电厂将成为德国可控电力生产的主要部分。 (注释17：参见《热电联产保护法》，第一段。）尽管2010年热电联产和生物质能发电厂发电只占可控电力生产的五分之一，但在2020年将占到三分之一以上。（注释18：参见联邦环境部2011年的可再生能源引导研究（DLR/IWES/IFnE（2012）），第19页；2011年方案A描述了2010年热电联产和生物质能发电容量22吉瓦，其他发电厂90吉瓦；预期2020年热电联产和生物能发电容量为31吉瓦，其他发电厂为61吉瓦；2040年：热电联产和生物能30吉瓦，其他发电厂32吉瓦。生物质能发电占总体发电量比重将被限制到约10%，非热电联产、生物质能发电厂电力生产将为3吉瓦。）因此，随着风能和太阳能在总体发电中比重的增加，热电联产和生物质能发电厂的运营将必须与电力需求挂钩。
需求侧管理和储能系统帮助保持系统平衡
需求侧管理和抽水储能电站等灵活选择将有助于确保将来实现对发电厂群的更高效利用。通过需求侧管理，电力需求将转向可获取更多风能和太阳能的时段。在可再生能源发电高峰期，抽水储能电站将储备电能。在风力很弱和没有阳光的时候，抽水储能电站将电能放回系统。这一方式将减少火力发电厂昂贵的开关机程序，优化低成本发电厂的使用，并将整个系统的总体成本降至最低。
（未完）
内容来源于Agora 2012能源转型 “12 Thesen zur Energiewende.Ein Diskussionsbeitrag zu den Herausforderungen im Strommarkt”（德文原文）英译稿的中文版。
出版方为AGORA 能源转型，中文版出版方为德国国际合作机构（GIZ）。
感谢AGORA和GIZ授权转载。
何继江评析：中国的能源革命VS德国的能源转型
本报告最主要的见解为“风能和太阳能决定一切”，而且“这不仅适用于德国，风能和太阳能光伏将成为许多国家未来低碳能源系统的基础”。化石能源发电厂的发电时数将不断减少。报告预测“在2022年的某一周,大多数火力发电厂在前半周都不运转,虽然后半周还需要发电”。这已经不仅是预测中的情景。英国电网数据实时监控系统BM发布报告称，2016年5月9日深夜至5月10日凌晨的数小时内，英国电力系统中来自煤炭的发电量下降至零。5月12日全天有超过12.5小时，英国境内没有任何电力来自燃煤发电。
面对这样的挑战，电力系统会崩溃吗？不会！“通过需求侧管理,电力需求将转向可获取更多风能和太阳能的时段”。德国电网能做到的，我们中国的电网也能做到，而且会做得更好。
他们只是“能源转型”，我们是要“能源革命”，望文生义，中国的“能源革命”应该比德国的“能源转型”更有突破性。德国表示希望用40年的时间将其电力行业从依赖核能和煤炭全面转向可再生能源，在2050年时可再生能源占电力消费的比重超过80％，是为能源转型。
国家能源局局长努尔·白克力在《求是》发表的“走中国特色能源发展道路”一文，明确“能源革命的本质是主体能源的更替或其开发利用方式的根本性改变”。此处我有三个疑惑：1、以前的主体能源比重少于50％的时候大约就不是主体能源了吧，这就是革命？“革命”和“转型”哪个力度更大，我有些糊涂了。2、谁会成为未来主体能源？努尔局长说“以核电、水电、风电、太阳能等非化石能源和天然气作为未来的主体能源”。但是天然气也是化石能源呀！而且核电排在第一位，难道是核电未来的比重要比水电、风电和太阳能比重更高？啊啊啊，我要晕倒了。文章后面又说“长远目标是形成以非化石能源和天然气为主体的能源结构”，核电又不见了，这是咋回事！3、“或其开发利用方式的根本性改变”，这个“或”字什么意思，是不是说主体能源不更替，但开发利用方式改变也算能源革命？我更晕了！！！
