德国光伏发电很失败？

众所周知，德国的光伏发电量占总的发电量的很大比重，一直以来，中国光伏产业的发展也在追逐德国光伏发展的轨迹，不过德国光伏发展也有明显的弊端，德国真的是光伏发展的榜样吗？

德国是世界上第一个采用固定上网电价机制(FIT，我国通常称为标杆上网电价)支持新能源发展的国家。2000年，德国颁布世界上第一部《可再生能源法》，随后又根据形势变化，先后进行了四次大规模修订。德国新能源政策也对其他国家产生了示范效应，其影响早已超出了德国本身。然而近一段时间以来，针对德国光伏政策的批评声音不绝于耳。

批评之一：德国光照条件极差，光伏发电不具有经济性

批评者认为，德国太阳能辐射量很低，光伏发电的年满负荷运行小时数只有800小时左右(美国几乎是德国的两倍)，折算成容量因数只有9%。虽然德国光伏单位造价只有美国的一半，但由于利用小时数低，最终的度电成本两国几乎持平，从而导致德国是“高装机容量、低发电量”。由于度电成本很高，德国需要为光伏提供大量补贴，而这些补贴最终是由用户承担，使得德国电价飙升，成为欧盟仅次于丹麦的第二高电价国家。【支持者认为，以上都是事实，但是有一点，正是德国过去几年这种近乎“自我牺牲”式的精神，才使得全球光伏发电成本快速下降，为光伏发电在其他国家的大规模发展创造了条件。】

批评之二：光伏发电波动性强，光伏补贴大量流向邻国

这一条批评似曾相识，没错，丹麦用本国得到补贴的高价风电置换北欧挪威廉价水电的事实也曾受到丹麦本国某些利益团体的批评和质疑，正反双方还发生过激烈的笔战。德国光伏现在也面临这一困境。中午是德国光伏大发时段，由于光伏在电力市场上边际成本最低，并且具有优先调度权，当中午大量光伏上网之后，德国电力市场就会供过于求，市场电价大幅降低，甚至在某些时段可能出现“负电价”。出现负电价，意味着如果发电商想要继续发电，就要反向给用户付费。在供过于求的情况下，德国电力以非常低的价格甚至负电价向周边国家输送，这就相当于德国对光伏的补贴随着外送电量流向邻国。【支持者认为，此话虽不假，但需要考虑是从哪个角度看。对德国而言，可能的确意味着国家财富的损失，但是对一体化进程中的欧盟整体而言，福利是增加了呢，还是减少了呢，这个还需要进一步研究分析。】

批评之三：光伏发电是上来了，而煤电却在逆袭

德国煤电逆袭也是前段时间媒体热议的话题。德国已经决定弃核，而且并不像有些人分析的那样以后还能改变，开弓没有回头箭。占国内发电量10%以上的核电没有了之后，靠什么来弥补呢?风电和光伏等新能源是首选，但现实中发生的事实却是：美国大量廉价煤炭涌入欧洲，德国煤电经济性很好，煤电还可以承担调峰服务，因此出现了煤电“不降反增”的“奇观”，由此导致碳排放量也上来了，发展新能源的减排量并不能抵消煤电增加的碳排放量。【这一点，也许是“能源转型”战略制定者也始料未及的。德国煤电的复苏，从目前来看，是有其特殊时空条件的，但是煤电复苏也是市场选择的结果。】

当然，对德国光伏政策批评的方面还远不止于此，比如常规电源要频繁升降出力，导致运行经济性明显下降，煤电煤耗增加等等。在各种文献中，最有代表性的文章是美国人Ryan Carlyle所写的《Should Other Nations Follow Germany’s Lead On Promoting Solar Power?》。该文已由国网能源研究院霍沫霖、孔维政两位研究人员编译成了中文。您可以请点击最左下角的“阅读原文”查看这篇文章，看看美国人眼中的德国光伏，祸兮?福兮?

我们也发现，在对德国光伏政策进行批评的声音中，自然不乏德国人的自我批判，但批评德国最为激烈最为积极的是美国人。究其背后原因，恐怕与美国人崇尚自由市场竞争、反对政府通过补贴实施干预的理念不无关系。在美国人看来，新能源能不能发展，关键取决于新能源自身是否具有市场竞争力，一切以成本效益为导向。在这一点上，似乎就与德国所谓“社会市场经济”理念有所区别了。光伏乃至新能源该不该发展?如何发展?德国人在反思，我国“十三五”规划在即，我国新能源又该何去何从?无论怎样，对能源演进规律和历史经验教训的认识和把握，总能让我们少一些一叶障目。

难道德国真的是光伏发展的榜样吗?

Ryan Carlyle

BSChE, Subsea Hydraulics Engineer

(作者是雪佛龙石油公司的水下钻井工程师。毕业于密苏里哥伦比亚大学，化学工程专业。)

回答显然是“不”。

太阳能本身是有益的技术，但德国的可再生能源政策是一个灾难。因为它对消费者不利，对制造商不利，对环境不利。

仅仅家用太阳能拥有者和太阳能板安装企业从中获利，而德国媒体和公众却越来越反对和不满光伏的发展。

我很惊讶地发现德国那些世界著名的能源政策是如此的无用、昂贵和低效。这对德国是一个严重的问题，对世界其他想要仿效德国的国家和地区更是严重的问题。大概在去年，政策失败的影响开始扩大。所以我原谅可再生能源支持者们，因为他们过去不能意识到这些问题。但是现在是时候将“绿色运动”180度转弯了。

首先我列举一些糟糕的统计数据：

· 德国被广泛地认为是太阳能领域的全球领袖。它的太阳能装机容量占全球的三分之一以上。[1]德国与资源丰富、补贴丰厚、能源成本高的加州相比，拥有两倍以上的人均装机量。

· 德国的居民用电成本大约是$0.34/kWh，是全球最高水平之一。其中大约$0.07/kWh直接用于补贴可再生能源，而这甚至比欧洲的批发电价更高。(这意味着他们不如用更少的花销从法国和丹麦购买零碳电力。)每年超过30万户用户因为负担不起电费而不得不停电。许多人抱怨由于商业电价免税政策而导致居民电价太高，但是即便剔除这些，他们每个月顶多可以节省不到一欧元。政府预计电费到2020年将会再增长40%。[2]

· 由于过高的上网电价和电网运行管理问题，德国的供电公司和纳税人损失了大量金钱。环境部部长说如果不收缩项目规模，在未来二十年成本将达到一万亿欧元。这个数额还没有包括已经花费的几千亿。[3]西门子估算到2050年能源转型政策的直接成本将达到4.5万亿美元，相当于德国50年GDP总和的2.5%。这还没有包括高能源价格带来的经济损失，这很难量化，但是一定是影响很大。[!--empirenews.page--]

· 让人气馁的是，最新数据表明尽管经济发展平稳，并且人口逐渐减少，德国的碳排放和对全球气候变暖的影响却在增长。[5]这是因为错误的可再生能源优先的市场机制，这个机制自相矛盾地推动了煤电的发展。大规模光伏发电在没有储能设备时有一个明显缺点，是它每天仅工作5到10个小时。电力供需必须瞬时平衡。[29]德国在夏季白天利用越多的太阳能，则在夜间和冬季需要越多的煤电。[6]因为白天太阳能的大量发电使得基荷核电不能运行，并使得调峰气电非常不经济，甚至也使得抽水蓄能电站运行非常不经济。[2,7]煤电是唯一的没有补贴且尚未亏本的技术。[8]因此电力企业必须要做出选择，煤电，或者停止供电，或者破产。

下面我要讲述许多内在相关的问题。

问题1：在错误的地方、用错误的技术开展绿色革命

可再生能源拥护者一直认为德国是大规模屋顶光伏切实可行的成功例子。但问题是，德国的光伏政策是失败的。德国的晴朗天气比较少，汉诺威一年中三分之一的时间是多云，不适宜安装太阳能电池板。

年太阳能辐射量

阿尔卑斯山脉阻挡了清晨的阳光。德国的太阳能资源情况同美国的阿拉斯加差不多，甚至比西雅图更加差。

太阳能辐射地图

考虑到德国的天气，用太阳能发电简直是最糟糕的选择。

许多人认为，如果德国在太阳能上进行大量投资，美国也应该安装大量的太阳能电池板。我认为应该反过来思考，即使配有丰厚的补贴、世界上最好的太阳能资源，美国的太阳能利用还进展得如此缓慢，那么德国的太阳能利用就更应该少一点。正因为德国的市场被严重地扭曲，所以他们才追求如此不理想的能源政策。

欢迎你不同意我的观点，那最简单的证据是容量因数。受日照小时数影响，光伏的容量因数低于50%，而且如果考虑云层、黎明、黄昏和非最优的安装，美国大陆的平均容量因数是18%。[9]与之对比，德国2011年太阳能容量因数小于9%。[1]

目前德国居民太阳能电池板安装成本大约是$2.25/ 瓦，[10]而美国是$5/瓦。[11]但是德国的光伏年发电利用小时数少于美国的一半，所以美国和德国的太阳能发电成本几乎持平。加州和德国的投资回收期基本一样。许多人抱怨美国的成本高导致装机量太少，但是仅仅经济性原因并不能解释装机增速的不同。

为什么德国的人均装机量是美国的16倍呢?[12]原因是在德国获取装机许可比较容易。我不认为德国民众比世界其他民众拥有更多的环保意识。对于寒冷、光照弱、极少白天空调需求的德国，太阳能并不是适合的能源技术。在美国的菲尼克斯和亚利桑那州，太阳能技术是合适的，但是在法兰克福不合适。因此我的结论是德国太阳能快速发展是受政治扭曲的影响。太阳能发展没有做好经济性论证，在没有大量政治干预的情况下它不可能继续。

许多人惊讶于德国的太阳能发电其实仅占全部发电量的4.6%，占全部能源供应量的2.0%。[5,13]因为所有的新闻头条都报道夏季高峰时段太阳能发电量占到50%。所以说光伏太阳能是一种低效的大规模供电方式。用相同的成本，人们可以利用最新核电技术产生至少四倍的电量，且同样零碳排放。[14]出于很多的原因，核能是一个更好的选择。

未来五年，随着新增光伏机组的补贴逐渐减少，太阳能增长趋势将开始扭转。装机增速已经达到顶峰，正在开始下降。[13,15]尽管组件和安装成本降低，当补贴停止的时候大部分新项目也将会停止。光伏已经进入了下降通道。

(2008年以前的数据来自维基百科，2008年后的数据来自文献[14])

所有的光伏支持者在绘制光伏发展曲线时候，只绘制到2011年。因为2011年是光伏快速发展的最后一年。根据2013年的数据和官方预测数据，光伏曲线已经不再是一条快速发展曲线。和所有其他技术一样，它变成S曲线，毕竟世界上没有无限快速增长的技术。[13]

需要注意的是装机量与实际发电量历史曲线的不同。绿色媒体只报道光伏的装机容量或者夏季晴朗天气发电比重。这两个值需要除以10得到全年的情况才算客观。

事实上，尽管太阳能获得了更多的政府支持，但它相对于传统能源的增长更缓慢。这幅图显示每种能源技术达到总能源供应1%以后第一个十年发展情况。(注：纵坐标是每种能源技术供能量占总能源供应的比重，三种技术均从1%起始;横坐标是到达1%后的年份，从第一年到第十年，天然气的起始年份是1965年，核能的起始年份是1974年，太阳能的起始年份是2001年)

可再生能源中只有四分之一是太阳能(主要是生物质能、风能和垃圾焚烧)。所以2001-2011年太阳能真实增长速度只有1974-1984年核能增速的1/4，只有1965-1975年天然气增速的1/6。[13]

当一个新能源技术比旧技术更好时，它会快速发展。但是太阳能没有做到，即便它已经获得大量政府支持。

所有这些意味着如果没有政府支持，光伏不可能是并网发电的主要电源。目前德国向其他能源技术征税，以便给太阳能提供大量补贴，使得太阳能具备了经济性。电力企业被迫以数倍于市场电价的价格从分布式光伏发电用户购买电力，这产生了大量的损失。德国可再生能源法案仅仅在2013年8月就给电网公司造成直接经济损失5.40亿欧元。[16](译者注：此处是可再生能源附加费不足造成的电网公司亏损，根据德国可再生能源政策，将在下一年度通过提高可再生能源附加费来弥补电网公司亏损。)这是巨额的财富转移。从电力公司(电网运行管理和传统电源存在经济损失)和所有没有安装屋顶光伏的人们的口袋中转移财富到拥有或者安装太阳能电池板的人们口袋里。所以这不仅仅是一个巨大的市场扭曲，还是对穷人的征税。[!--empirenews.page--]

政府设计了一个意图很好但是不利的转移机制，即财富从没有太阳能电池板的人转移到拥有太阳能电池板的人。这相当于对没有南面屋顶、或者不能初始投资、或者租赁房屋的人们征税。面对迅速飞涨的能源价格和政府几乎可以忽略的努力，福利申请者和老年人已经深受打击。甚至贫困群体不得不生活在黑暗中，以节省电费。能源转型不利于社会公平。[17]

问题2：光伏供电的波动性

太阳能快速增长所带来的最有讽刺意味的问题是：供给过剩。当然这是匪夷所思的，因为太阳能发电量占全部发电量低于5%，但是却要为电力过剩负责。在夏天阳光充足的下午，相比发电成本，德国光伏发电实际上是亏本的：2012年欧洲平均出口电价为0.056欧元/千瓦时，[18]但2000-2011年装机的光伏发电平均度电成本为0.165欧元/千瓦时。[14](最乐观的条件是，光伏组件有40年使用寿命和10%的容量系数，则大约0.2欧元/千瓦时)在夏天阳光充足的日子，火电的发电商不得不在高成本维持锅炉的运转，因而得到补偿。

你可以说多余的太阳能发电是免费的，但是因为太阳能多发而降低出力或关停的火电却是费用高昂的。这意味着大规模光伏接入使得其他电源单位发电运行成本更高。多余的太阳能发电对电力经济有很强的拉动作用(译者注：此句为作者反语)。因为你本来只用支付一种发电电源，而现在却需要支付两次——一次在阴天时传统能源的峰值发电时，一次在晴天时太阳能发电的峰值发电时——而后出口这些过剩的电力而获得微薄的收益。

为什么德国要赔本出口电力呢?因为可再生能源法不允许电网弃光。电网被强制支付光伏发电用户高于市场价格的电价，同时，邻国享受了整个欧盟的低电价，更没有动力去建设清洁能源了。这确实是一个浪费的扭曲的能源政策。

电能的生产和消费必须是同时的。[29]大规模的储能技术目前并不成熟，成本过高。小规模的抽水蓄能电站可以很多，但欧洲和美国适合建抽蓄的厂址已经用光了。目前唯一的大规模储能计划是使用电动汽车。但是要满足大规模光伏波动，目前电动汽车的量还远远不够。[19]如果人们在下班后给汽车充电，一般太阳已经落山了，此时电力供需不匹配的情况会更糟糕。加州电网运营商最近表示日落是光伏发展的最大障碍。最典型的体现就是“鸭图”(形状像鸭子一样的曲线)。图中显示傍晚时，光伏发电出力急剧下降，此时需要传统电源以很大的爬坡率支撑负荷。(译者注：“鸭图”选自美国加州电网公司的报告Flexibility Resource Adequacy Criteria and Must-Offer Obligation,Dec 13 2012。图中曲线由上至下代表加州2012年至2020年逐年的净负荷，加州电网预测2015年可再生能源发电会有大幅增长。净负荷=用电负荷-风电发电功率-光伏发电功率)

[29]

人们总是抱怨风电不可靠，但当在相当大的区域有足够的风电场时，从电网的层面总体来看，风电出力是平滑的。但是所有太阳能电池板将在同一时刻发电，意味着夜晚同时断电，白天同时过剩。至少在炎热的国家，白天空调负荷是与光伏发电时间匹配的。但是在德国并没有大量使用空调，大规模光伏成了电网调度的噩梦。由于能源转型，德国电网的频率/电压的故障风险提高了三级。[20]

德国不得不依靠邻国的电网来消纳本国的太阳能发电，以维持电网平衡。夜晚光伏发电出力下降的速率快于其他电源出力上升的速率，这意味着人们下班后可能会停电，或者使用的电能来源于邻国。下图是德国一天的太阳能发电曲线，显示了德国净进出口电力随着光伏波动而变化。(注：净进出口电力在最靠近横坐标的位置)

[21]

如果德国邻国也有那么多的太阳能电池，则所有国家的电力将同时过剩或短缺，最终导致系统崩溃。欧盟电网整个的光伏接纳能力远远小于德国、西班牙目前达到的光伏接入水平。

光伏支持者总是说用户需要改变他们的用电行为以匹配光伏发电，而不是让光伏发电匹配用电行为。这也许可行，通过改变用电大户比如电解铝厂的用电行为，大约20%的负荷是可以转移的。但是现代人有自己的作息规律，而且很难改变，大规模负荷很难转移。不可能要求人们晚上不做饭或看电视，或者等待太阳落山后三个小时再打开电灯。周末的用电负荷与工作日的用电负荷肯定会截然不同。

总之，光伏发电与负荷在时间上不匹配，这在很大程度上限制了电网接入光伏的比例。德国能接入光伏的比例上限大约是4%。他们现在正在寻找能够更进一步提高比例的措施。

问题3：光伏置换了错误的能源

你可以注意到在日发电曲线图中，当光伏大发时，风电压低出力。用户侧的光伏相对地区内的风电具有优先发电权。太阳能发电实际上首先取代的是其他可再生能源发电。其次是取代燃气发电和核电。[6,8]

这里是2020年的日发电曲线预测：

注意锯齿状的灰色代表传统能源(煤、气)发电，太阳能发电部分取代了每天承担基荷的发电，看上去是取代了化石能源，但是长期来看，是起到了相反的作用。(译者注：按照德国政府目前的承诺，2020年德国将关停几乎所有核电)

一般来说煤电和核电承担基荷，他们单机容量大、效率高、成本低。但是基荷发电机加出力和减出力非常困难，而且成本很高。核电不可能随着光伏的增减出力速度而相应调节。需要许多天才能关停或重启一个核电站，除法国以外，其他国家的核电并不参与调峰，所以核电出力不可能随着太阳能发电变化而波动。供给不能匹配需求，最终导致供电短缺和过剩时有发生。

许多人以为德国因为福岛核事故正在减少核电比例，可惜德国没有选择。他们正在强迫停止使用核电，并用太阳能取代，这是一个非常非常大的问题——德国的核电发电量是太阳能发电的四倍，所以太阳能并不能马上补上核电的缺口。德国必须开发其他电源以弥补核电。[!--empirenews.page--]

一般通过燃气发电机来调峰。但是德国燃气资源较少，并且燃气调峰成本也高，所以德国建立了更多的燃煤电厂，并重新开启老的燃煤电厂。[6,8,22]煤电很贵且效率低，但却可以运行一整夜并在需要减出力的时候减下去。煤电比核电具有很好的跟踪负荷能力。德国的绿党从70年代开始就在反对核电，并最终取得胜利。核电没了，煤电又来了。

用煤电取代核电对环境保护而言必然是一个错误的决定。[23]核电比煤电清洁安全是无可置疑的。福岛核电事故可以认为是核电最严重的事故——一次超强的地震、前所未有的海啸，七个反应堆堆芯融化，三个氢站爆炸——但是没有一个人员伤亡。[24]由核辐射导致的预期寿命下降率几乎为零。甚至惊人的核灾难也对公众几乎无害。[25]研究表明因撤退时的恐惧致死的人比呆在原地受辐射致死的比例还高。[26,27]

对比来看，煤炭每年约杀死100万人，它使得海洋里面充满汞和砷，释放更多的二氧化碳，也是工业化过程中破坏环境的最重要的原因。[23]

光伏发电占电能总需求1-2%时，将意味着核电减少，火电增加。由此产生的环境损害可能完全超过光伏自身带来的环境收益。各国需要避免建设大量的光伏，以免减少其他清洁能源的使用。当光伏已经发展到“鸭图”阶段时，有些事情开始变得糟糕了。可能最终的结果还不如开始什么都不做，就好像德国已经在光伏发展中陷入两难境地。

所以整个事情都很失败。德国光伏正在伤害民众和地球，而且还会加剧。

问题4：生物质能源问题

以上图中的生物质能发电，实际上都是在燃煤电站中燃烧木材。德国38%的“可再生能源”来自于森林砍伐和从别国进口木材。[28]我们好像回到了中世纪。由于激进的可再生能源目标，以及欧盟的碳税中认为木材是碳中性的(译者注：即树木生命周期中，所吸收的二氧化碳和燃烧所排放的二氧化碳可以相抵)，欧洲正在以一定的速度砍伐森林并把木材作为可再生能源燃烧。

环境保护运动花了将近200年的时间对抗工业化过程中的森林退化，但这一目标瞬间被虚伪的二氧化碳排放计算公式所打败。公式中考虑是树木整个的生长周期，吸收和排放二氧化碳不是同时的，先吸收后排放。而不幸的是，现在燃烧木材使得树木无法吸收二氧化碳而且还排放二氧化碳，其实燃烧木材比煤炭对环境的危害更大。[28]未来的几十年是人们减少二氧化碳排放，应对气候变化的关键时期，显然砍伐树木的想法是愚蠢的。

德国不得不为了达到可再生能源的发展目标而破坏环境。他们已经使得可再生能源不可持续。真是一部悲喜剧!

总结：德国能源转型的方式是非常不可取的，对错误发电能源的激进的目标同时伤害了居民、商业和环境。

我并不是说我们应该反对光伏，光伏应该是我们发电电源中的一种。由于不适宜的气候和扭曲的政策，德国在低光伏穿透率时就面对了诸多的问题，而其他国家可能要面对很高的穿透率。即便我们忽略发电成本，在电力系统的运行管理方面，光伏仍然有许多问题亟待解决。如：

· 不能够建设太多光伏电站，因为其他电源的爬坡率无法跟上光伏的变化率。唯一针对大规模光伏能够起作用的储能技术还是一种非常不成熟的技术，不知道什么时候才能商业化。要达到50%的光伏穿透率基本是一个幻想，我们需要更现实地面对这一问题。

· 你不能强迫人们仅仅因为他是可再生的而去购买不需要的能源。制造光伏的能源和材料也是一种浪费，并非纯绿色。

我们必须吸取这些教训，不能对失败视而不见。对可再生能源的一贯支持使得德国成为了世界可再生能源发展的引领者，他们重新定义了环保运动。不过德国的进展事与愿违，而且给了反对者证据。我们必须停止夸赞德国为能源转型榜样，而应该摸索更好的利用可再生能源的道路。