在英国格拉斯哥举行的第26届联合国气候变化大会（COP26）之后，碳中和在各个国家受到的关注越来越多，德国亦是如此。按照修订后的法律，德国政府为自己设定的目标是：到2030年，温室气体排放量与1990年相比要减少65%，原来的减排目标是55%；到2040年，温室气体排放量必须减少88%；到2045年，实现温室气体中和，比原定的目标时间提前5年，排放减少量从80-95%提高到100%。自1990年以来，德国温室气体排放已经大大减少，2019年总排放量下降了35%，2020年下降了41%，但今年又有回升，预计降幅为37%。尽管今年前三季度有疫情之后排放暂时反弹的原因，但仍然让人担心德国的碳中和目标未来是否能够顺利实现。发电和供热等能源转换过程会产生温室气体和空气污染物排放。德国能源利用过程产生的温室气体排放占德国总排放量的85%左右。德国碳中和目标是否能够成功实现主要看德国的能源转型能否成功实现。德国能源转型的概念是1980年提出的，背景是1973年和1979/80年的两次石油危机，德国当时提出的目标是追求没有石油和铀的增长和繁荣。后来环境保护成为德国能源转型的主要目标。从2010年开始，德国能源转型又逐渐地过渡为以碳中和为目标。在很长一段时间里德国能源转型和电力转型几乎是同一个概念，只要谈起能源转型基本上都是有关风能和太阳能的内容。德国专家最初认为只有风电和光伏发电可以规模化，所以德国一开始几乎是只专注这两个技术。生物制气发电被认为是电力系统平衡所需要的可控制源。后来才慢慢地意识到能源转型还应包括供热转型，因为发电和供热占德国最终能源消费总量的50%以上，进而开始关注电转热和地热的发展。电转气再发电的效率低下使人们的眼光又转向交通转型，发现能源在交通领域的需求竟占德国最终能源消费总量的30%左右，认为电转气直接用于交通更经济。不过德国能源转型以可再生能源为主的战略一直没有改变。相对于供热转型和交通转型，德国的电力转型比较乐观，可再生能源在电力消费中的比例一直在稳步地增长。从2000年的6%到2020年的46%，超额完成了原定2020年35%的目标。德国是一个多风少阳光的国家，风能一直是德国排名第一的可再生能源。不过德国岸上风能的发展潜力已经受到保护居民区域行政规定的限制，今后主要以发展海上风能为主（图一）。德国生物质发电受到了和粮食竞争的限制。光伏发电需要的土地面积很大，私人和企业的可利用土地面积也同样受到了一定程度的限制。（注：图一是按照德国政府2011年的计划绘制的，没有考虑德国政府已决定将于2045年提前完成碳中和的愿景。）虽然海上风电比岸上风电的价格高出一倍，但是相比化石能源理论上已经具备了竞争的能力(图二)。德国的经济学家指出，德国政府用于放弃化石能源的补贴过多，仅仅弃煤措施几乎每个下岗人员平均花费了100万欧元，每年补贴化石能源近700亿欧元，应该把这些钱都用到发展可再生能源上去，尤其是在可再生能源的价格目前已经可以和化石能源竞争的情况下。从图二可以看出，按照2021年的发电成本，光伏发电和风电的成本都已经低于化石能源，光伏和电池组合发电也已经与化石能源的价格相当。当然这还不是真正的市场价格，而是一种理论上的估算。在估算时，对于光伏考虑了单位面积的太阳辐射，对于其他发电技术，考虑了每台发电装置年全负荷小时数。每种技术的最小值和最大值都考虑到了特定的系统成本。尽管可再生能源价格已经比化石能源便宜，但可再生能源的全负荷小时数低于化石能源发电（图三），尤其是光伏发电，德国全年光伏发电负荷小时数只有不到1000小时，远低于非洲的2500小时。从图四中可以看出，化石能源发电需要的安装功率相对较少，尤其是核能只需要三分之一的安装功率就能达到可再生能源同比例的发电量，但是德国很难实现可再生能源加核能的双战略，因为德国反对核能的人实在是太多了。多数人的主要论据是高放射性的核废料处置问题无法得到解决。少数人对放弃核能的激进做法有所反省，认为弃核和弃煤的次序搞反了。欧盟最近正在考虑把核能归为“绿色“能源，这对于德国尤其是德国绿党来说将是一个打击， 但在德国重启核能投资几乎是不可想象的事情。最可能发生的情况是，德国由于双弃会引起短期能源供应明显不足，也许会把弃核放到弃煤之后，从而使电力转型变得更为现实可行。对于热聚变和冷聚变两个热门话题，德国业界大多数专家认为，这些都是50年以后可能实现的技术，对于完成德国能源转型目标的时间来说是远水不解近渴，所以应该继续坚持发展可再生能源的方向。为了突破私人和企业土地利用面积的限制，进一步地增加光伏的发电量，德国正在考虑建设高速公路两侧的光伏发电或者高速公路棚顶式的光伏发电。据估计，两者理论上可以增加72吉瓦的发电功率。不过比起需要的146吉瓦可再生能源发电功率还是差了一大截，所以有专家认为降低能源消费有可能是唯一的出路。按照专家们的建议，为了达到碳中和的目标，德国的能源消费必须降低一半，电气化程度必须达到80%才行（图五）。可再生能源依赖气候条件，要实现德国2045年碳中和的目标，还要考虑气候的长期变化的影响，尤其是气候对于作为德国可再生能源第一主力风能的影响。德国科学家对2071-2100年欧洲全年平均风力发电量变化做了预测。按照这个预测，德国的风力发电2071以后会受到一定程度上的影响，但不会直接影响到德国2045年碳中和的目标。
虽然德国的可再生能源发电量持续增加，电网也一直比较安全，但是扩建电网一直严重滞后。在计划建设的7700公里电力线中，迄今为止只有大约1500公里已经完成。德国北部的风电过剩，但计划建设的3条高压直流输电线路一条也没有建成。其中一条线路因为沿途民众反对，由架空线改为地下电缆，费用增加了数倍。德国政府早预料到会有民众反对，提前颁布了输电线路法，但法律并没有确定线路的具体路径，所以尽管德国政府已经加强了输电建设的法律措施，电网公司也向德国政府上报了到2030年的输电线路的具体计划，仍然有很多专家担心这些计划会因为民众的反对不能按时完成。为此，德国的电网公司很早以前就制定了一个12点计划，希望通过加强电网控制措施完成2030年的目标，使可再生能源用电比例能达到65%。其中包括利用电转热，实现架空线监测扩大电网容量，建设高温输电线路，通过治愈性电网控制措施实现自动调度（自动驾驶）等措施。目前，德国正在实施分布式可再生能源的现货市场（再调度2.0现货市场），提高发电设备的灵活性，更好地利用电转热等有效的措施。按照德国各党派的共识，德国将逐渐取消对可再生能源的补贴，争取在2026年完全取消对可再生能源的补贴【能源转型严重影响德国工业？谈德国电价与能源转型的关系】。加上负电价效效应【德国能源转型中的电力系统平衡和负电价问题】，电转热储能措施有望实现商业化。从电网的角度来看，德国2030年的电力转型目标应该是可以达到的，可以为德国实现2045年的目标打下一个很好的基础。2020年德国电网发电功率为82吉瓦，要实现能源转型，2050年要提高到216吉瓦，其中105吉瓦用于交通运输的电气化，41吉瓦用于供热的电气化。所以要完成能源转型仅仅靠电力转型还是远远不够的，还要看能不能达到运输和供热的电气化需要的发电量。按照德国能源消费的统计，每个人每天大约平均消费100千瓦时左右的能源。一个人骑自行车10小时大概只能发1千瓦时的电，可以洗一次衣服、吃一顿饭、冲3分钟的淋浴、用10小时白炽灯或者用60小时的LED灯。这种能源消费在目前使用化石能源的条件下不成问题，但改用可再生能源就要困难得多，因为化石能源是高能源密度，是经过上亿年的压缩形成的，挖出来就能用，比可再生能源要便宜得多。因此，德国的能源消费要降低一半不是一件容易的事情，不仅需要耗能极少的被动房，加强现有住房的保暖措施，充分发挥德国现有供热网络的作用，还需要继续改油为气和大量使用热泵等措施。不过德国的旧房改造占了整个建筑中的90%，迄今为止还没有详细的改造计划，能不能实现供热转型还是一个问号。
德国专家对2030年交通转型的期望也是有条件的，他们认为只有越来越多的人改开汽车为坐公共汽车和或动力机车，才能完成交通转型。他们对电动车是否能达到预期的数量也持有保留态度，但对于电动车用于短途运输，氢燃料卡车用于长途运输已经达成了共识，并且已经有汽车厂商开始实施计划，不过厂家对利用氢燃料的理由是预计市场上充电站的数量会严重不足。
要实现德国的供热转型和交通转型，德国还需要加强立法措施，把电力转型中立法的经验推广到热能转型和交通转型中去。在德国的电力转型中，政府首先建立了可再生能源法，依靠立法保障长期投资者的利益，用电源馈入法和用输电线建设法保障电网的安全，用可再生能源的零原料成本作为现货市场的框架来保障可再生能源的持续发展，用可再生能源必须参与电力现货市场来保障电力系统的平衡，用启动再调度市场来缓解电网的拥塞。综合上述，德国的电力转型、供热转型以及交通转型的实质就是以可再生能源电气化为目标的综合能源转型。德国要实现能源转型，不但要使电转热储能措施商业化，还要解决电转气储能措施的经济性问题，尤其是电转气后再发电的经济性。另外，德国的能源消费能不能降低一半也很关键。所以德国的碳中和到底能不能够成功还要看上述措施具体的实施情况。【作者简介：郭欣，博士，1984年赴德国读博，毕业后一直在德国从事网络控制工作，主管过德国BTC商业技术咨询公司的“智能网络”业务，担任过BTC公司上海分公司能源部总经理，现任德国PSI软件公司高级业务发展经理】绝对干货！全球能源应该怎么转型？联合国气候大会（COP26）这样说