德国如何发电

最初发表在Carbon Brief上。作者：Simon Evans

德国的“ Energiewende”翻译为能量转换，让人联想到散布在风力涡轮机和太阳能电池板上的明亮阳光照射的田野。但是对于批评者来说，这是一个继续依赖煤炭的故事。

这两个故事都在Carbon Brief的新的德国发电能力互动地图中进行了说明。我们的一系列图表显示了煤炭问题如何揭示出供热，运输和工业脱碳所面临的挑战-在英国等国家，这些问题基本上仍被隐藏。

明天，Carbon Brief也将发布时间表，追踪Energiewende的历史以及德国政府为确保其未来所作的努力。

2016年德国能源

与许多其他富裕国家一样，即使德国经济增长，其能源使用量也在下降。（有起有落：2016年上半年能源使用量同比增长近2％）。

德国在2015年使用了3.2亿吨油当量（Mtoe），与1975年相同。英国的能源使用量进一步下降，目前已降至1960年代的水平。（澄清一下，这是指这些国家使用的所有能源，而不仅仅是电力。）

石油在1970年代初已超过煤炭成为德国的第一大燃料，如今已占到总量的三分之一以上。在1965年至2000年之间，煤炭使用量大约减少了一半。但自那时以来，它一直保持相对平稳，并且仍然提供比所有低碳能源总和更多的能源。

最佳：1965-2015年，德国按来源划分的一次能源使用量，百万吨油当量。底部：德国能源使用份额，％。资源：《 BP世界能源统计评论》。Carbon Brief使用Highcharts绘制的图表。通过单击图例选择源。将鼠标悬停在图表上以获取更多信息，包括与2005年相比的排放变化以及该年总排放量的份额。

化石燃料在1965年提供了德国99％的能源，在1990年提供了89％的能源，其中核能弥补了这一差异。到2015年，化石份额达到79.7％，是至少半个世纪以来的最低水平，因为核能下降到6.5％，而可再生能源的贡献却达到了创纪录的13.8％。

2015年，可再生能源供应了德国约三分之一的电力（见下图）。但是，只有约13％的热量来自可再生能源，而5％的热量来自运输。该国的欧盟目标是到2020年将其18％的能源来自可再生能源。

（请注意，此图中的一次能量ps是通过BP使用部分替换方法得出的。用火力发电厂中产生同等数量的电力所需的化石能源替代核能或可再生电力。）

在此基础上，风能是2015年最大的可再生能源，占可再生能源份额的46％。生物质能提供了26％，太阳能提供了20％，其中10％来自水电。可再生能源从低起点就开始迅速发展，自2005年以来，风能增长了两倍多，而太阳能增长了三倍。

德国排放

尽管能源使用量下降和可再生能源产量增加，但自2009年以来，温室气体排放量实际上未发生变化，比1990年的水平低27％。这距德国到2020年将排放量削减40％的目标还有很长的路要走。减少能耗也未达到目标。

最明显的是，未能减少排放量反映了电力部门对煤炭生产和单位排放量的持续依赖（深蓝色条形图，见下文）。然而，这也反映出运输业（淡蓝色）和农业（橙色）的排放量持平（保持在1990年的水平）。

1990-2015年德国温室气体排放量，百万吨二氧化碳当量（MtCO2e），目标是到2050年。将鼠标悬停在图表上可以查看1990年以来部门排放量的变化情况。“其他”类别包括废物，化石燃料提取和分配，商业取暖和军事用途产生的逃逸性排放。资源：联邦环境局（UBA），包括2015年的估算值。通过使用Highcharts的Carbon Brief图表。

德国环保署指出，运​​输是2015年排放量略有增加以及天气转凉的主要原因之一。尽管去年两国的运输排放量都增加了，但英国煤炭使用量的急剧下降掩盖了其同样缺乏进展的情况。

德国的电源

煤炭仍然是发电的基石。2015年，49吉瓦的硬煤和褐煤产能满足了国内需求的46％（见下文）。21GW的褐煤包括欧盟排放交易系统（EU ETS）中排名前五的二氧化碳排放量中的四个，以及所有排放量的9％。

燃煤厂靠近鲁尔，萨尔和卢萨西亚的历史悠久的煤矿区。在后者，在前东德，煤矿工作的崩溃加剧了统一的经济混乱和苏维埃时代工业的灭亡。

吸引旅游业和其他企业替代褐煤的尝试取得了不同的成功。7月，瑞典国有公用事业公司Vattenfall签署了出售其亏损的褐煤矿和发电厂的计划，无视资产清盘的呼吁。销售面临延误。

德国的发电量分布。您可以在本文顶部的链接中浏览地图的交互式版本。请参阅下面的注释。信用：Rosamund Pearce的碳简介。

与英国一样，德国的可再生能源基础设施与可用资源大致相符。其中大部分位于容量低于10兆瓦（MW）的较小地点，反映出能源合作社而非大型能源公司拥有的德国可再生能源比例很高。

Carbon Brief的互动式地图显示了较小站点的总计，总计为德国100个邮政编码区域的水平（请参见下面的注释）。太阳能虽然普及，但偏向南部各州，例如巴伐利亚州，该州及其山区也拥有最大的水力发电量。

风电场主要在北部，特别是在北海沿岸，尽管在风少的地区，较高的补贴使风电场的分布有所增加。北部风力充沛和南部电力匮乏之间的地理鸿沟是德国电网面临的主要难题。

德国陆上风电场的平均负荷率低于20％，这是关于英国部分地区是否有风以经济方式产生风能的辩论的有趣反驳。目前，英国陆上风荷载系数平均约为26％。2015年，德国的风力发电总容量系数上升至22％左右，这是因为德国增加了生产效率更高的海上风电场。

发电

核电已经是自统一以来的最低份额，自2005年以来产量下降了44％。它将朝着计划的2022年逐步淘汰迈进（参见Carbon Brief即将发布的Energiewende历史时间表）。

尽管如此，2015年德国剩余的7座容量为11GW的核电站的发电量为92太瓦小时（TWh）。

最佳：1990年至2015年德国的总发电量，太瓦时（TWh）。底部：一代人的份额。所计算的份额扣除出口额，2015年达到创纪录的50TWh。根据太阳能研究所Frauenhofer ISE的数据，德国大部分电力出口最终都在荷兰，比利时，英国和意大利。资源：AG Energiebilanzen。Carbon Brief使用Highcharts绘制的图表。

2015年核能的产量超过了39GW的太阳能（38TWh）和7GW的生物质能（44TWh）的总和。它也略高于德国45吉瓦的风电场（88TWh）的产量。这显示出逐步淘汰核能所需的可再生能力规模。

但是，可再生能源在2015年已经产生了德国三分之一的电力。它们的大容量意味着他们可以在晴天和多风的非高峰时段满足近100％的需求。

目前，出口可以抵消这一顺差。但是，高风能和太阳能输出帮助降低了电价，给可再生能源自身以及德国公用事业公司带来了经济挑战。（产能过剩和大宗商品市场价格也导致电力价格低廉。）

从长远来看，可能需要新出现的季节性能源存储方案，例如以电为气，以平衡可再生能源输出的变化。天然气发电仍然很昂贵。对于需要多长时间才需要额外的存储存在分歧。

历史性转变

我们互动式地图中的数据揭示了用于发电的基础设施类型发生了一些有趣的变化。下表简要概述了自1960年以来该国电网结构的变化。

它还显示了至今仍在供应德国一半电力的燃煤电厂。在过去的半个世纪中，煤炭产能一直相当稳定地增加，在2000年之后的时期有所下降，因为公用事业公司适应了新开放的能源市场。

自2012年以来，大约已计划增加10GW的新煤，并于几年前获得批准。的确，至少在2009年之前，对新煤电的高层政治支持一直保持强劲（见时间表）。在此期间，另外两座拟建的硬煤电厂仍在建设中，其中包括大延误的1GW Datteln选址，该厂的前景不确定。

1970年代看到了向天然气和核燃料添加的转变，尽管德国积极进行了核运动，但整个1980年代仍在稳步建造新的反应堆（见时间表）。然而，与其他许多核国家一样，在切尔诺贝利之后，它停止增加舰队。

2011年福岛事故发生后，总理默克尔下令关闭一些反应堆，并恢复了到2022年关闭所有其他反应堆的计划。即将关闭的下一个站点是德国南部的Gundremmingen（2017年为1.3GW）和Philippsburg（2019年为1.4GW）（均见上图）。

1960-2015年每年德国（GW）的电力容量增加。显示自2011年以来的所有关闭，而整个期间都显示了核关闭。资源：德国联邦网络管理局（Bundesnetzagentur，BNetzA），国际原子能机构（IAEA）的PRIS数据库和Carbon Brief分析。Carbon Brief使用Highcharts绘制的图表。

该图表还显示了自2000年以来，德国的可再生能源发电量几乎全部增加，2000年是第一部可再生能源法案（EEG）通过的那一年（请参阅Carbon Brief即将发布的有关Energiewende历史的时间表）。

太阳能增长在2011年左右达到峰值，然后由于上网电价降低而下降。德国同意在7月份改用拍卖，部分是为了满足欧盟的法规，部分是更严格地控​​制成本。

（到账单上的可再生能源附加费将在2017年上涨，但由于商品市场下降以及风能和太阳能发电的零边际成本，批发价格正在下降。自2013年以来，平均消费者账单每年都有小幅下降（彭博社报道）。

拍卖改革被证明是有争议的。一些人担心基层生产者将被只有大公司才能运转的规则所淘汰，而另一些人则担心它将使气候目标面临风险。

联邦环境局（UBA）主席玛丽亚•克劳茨伯格（Maria Krautzberger）表示，限制可再生能源扩张的决定使德国的气候目标“处于危险之中”。

可再生能源的拍卖将于2017年开始，其“部署走廊”将太阳能限制为每年2.5GW，陆上风力限制为2.8GW。目标是到2025年将40-45％的电力来自可再生能源，这意味着绿色能源的增长将比近几年来放慢。

2015年，海上风电大丰收，增加了近2GW。但是，这种激增在2016年上半年结束。离岸风能仅在2021年以后才加入拍卖系统。

德国的输电网运营商仍然预计，到2020年底的五年内将建设20GW的可再生能源容量，其中包括7GW的太阳能和12GW的风能。

德国的生物质发电能力主要由依靠农场废物和玉米运行的小型厌氧消化厂（沼气）组成（请参见上方地图）。相比之下，英国生物质主要是在Drax燃烧木屑颗粒。该国曾是该国最大的燃煤电站，现在其六台机组中有一半正在燃烧生物质。

由于补贴下降和原料供应有限，德国的沼气增长已经停止。沼气可以提供灵活的动力来平衡间歇性的风能和太阳能，但是工厂倾向于全天候运行以最大化补贴。2014年推出的改革旨在奖励灵活性。

在工会和工业界的反对之后，2014年削减褐煤排放量22MtCO2的计划被取消。取而代之的是，从2016年10月开始，到2020年将有八座褐煤厂被封存。欧盟委员会批准的计划将耗资16亿欧元，仅节省11-12.5吨二氧化碳。

煤炭和天然气的经济状况仍然不利，可再生能源，大宗商品价格和产能过剩使批发电力成本在五年内下降了三分之二。计划在2020年之前关闭总计1GW的七个燃煤电厂和另一个0.9GW的六个加油站。

笔记

发电地点地图基于德国联邦网络管理局（Bundesnetzagentur，BNetzA）于2016年5月10日发布的数据。大多数位置均基于转换为纬度和经度的邮政编码。因此，它们不够精确。

某些大型站点的位置已经过手动调整，以确保准确性。对于多燃料站点，主要燃料显示在地图中。较大的发电厂容量显示为较大的气泡大小，并且使用Jenks方法分配了气泡大小的分布。

对于容量低于10兆瓦的小型可再生能源发电站，每种技术类型的总汇总在邮政编码区域级别。德国被划分为100个区域，由五位数的德国邮政编码（PLZ）的前两位数字表示。

就我们的地图而言，这些汇总的总和以每个区域中小站点的平均位置为中心，以平均纬度和经度计算。

添加和关闭图表仅包含自2011年以来电厂关闭的信息。但是，所有核电厂的关闭日期都是使用IAEA PRIS数据库添加的。

对于可再生能源，建设年和位置数据是从EnergyMap.info网站编制的《可再生能源法》（EEG）注册表中提取的。

截至2015年8月，该数据包含超过150万个独立站点。更新已停止，因此已使用包括国际可再生​​能源署（IRENA）在内的各种来源对数据进行了补充和交叉检查。

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