转型研究的新阶段：聚焦综合能源系统

德国社会在积极寻求实现能源转型的方法、途径， 并为此投资了大量的资金建立研究机构、实验室。再生能源的优势在哪里？是否能取得预期？在Clean Energy Wire（CLEW）的Kerstine Appunn所作的采访中，波茨坦的高等可持续研究所（IASS）的科学总监Ortwin Renn教授谈了自己的看法。

为能源转型开路

探寻规划与控制整个能源系统电气化及所有新技术的方法，是未来的德国政府赋予研究人员的使命。在德国，可再生能源以惊人的速度被引入某些行业，但在其它领域的情形则迥然不同。现在，对“能源系统圣杯”的搜索正在进行中。

有望组建德国下一届政府的各政党在其新联盟协议中表示，他们将“以能源研究为目标，为能源转型提供更多资金” ，并优先考虑整个系统的解决方案，而非具体技术。

加强能源研究的举措在正确的时间点不期而至。德国研究中心亥姆霍兹协会总部首席能源研究经理Tobias Sontheimer向Clean Energy Wire表明，“德国的能源转型正在进入新阶段。第一阶段以可再生能源技术开发为主，第二步则将聚焦整体能源系统。”

Sontheimer指出，新联盟协议是关于德国支持研究与开发的一项强有力的申明，特别是在能源研究领域。

过去十年来，德国的联邦能源研究经费增加了一倍多，从2006年的3.99亿欧元增加到2016年的8.76亿欧元。另外16个国家为此拨款2.67亿欧元（2015）。八个与能源有关的亥姆霍兹研究所是由国家资助的，每年获得大约4亿欧元的资金。

德国的能源转型（Energiewende）、国家对核能和化石燃料的双重摈弃以及主要由可再生能源驱动经济的构想，仍然仅仅停留在绘图板上。在反核情绪高涨之后，政府在上世纪90年代制定了第一个方案，为可再生能源提供了慷慨的补贴，这类能源随之起飞，但一些部门未能跟进。

结果，排放量并未下降到足以使德国实现国家减排目标的水平。这个目标是，到 2020年德国温室气体排放水平要比1990年降低40%。

保守党议员和基民盟能源发言人Joachim Pfeiffer最近对Clean Energy Wire说，“我们孤立看待可再生能源生产的时间太久了。”

政治家和科学家一致认为，转型的下一阶段需要所有部门做出更为一致的努力。许多问题需要回答：需要什么技术来运行可再生能源占比很高的稳定的能源系统？需要什么存储系统？哪种“powerto-x”技术对于供电、供暖和交通系统的整合是必不可少的？如何利用流程的数字化来创建可灵活控制的能源系统？“‘部门耦合’已成为一个新的流行词，”他评论道。

Living lab 以及一项通用计划

面对着这许多的问题，为哥白尼项目工作了十年的Renn教授及其同事们并不感到奇怪，我们正在寻找的目标就是“能源系统圣杯”。“我们这个项目的主要构想被称为ENavi，我们将随着时间的推移，描绘能使我们测试政治干预对于能源转型进程的影响及其边际效应的途径，”他告诉Clean Energy Wire。

ENavi是四个哥白尼项目之一，包括关于能源转型前景的最紧迫问题，即新的网络结构、power-to-x、工业化过程，以及系统集成。他们研究的每一个方面每年都能获得1000万欧元资金。Renn教授及其同事们在2018年2月17日举行的美国科学促进协会年会（AAAS）上展示了他们的成果。

联盟协议中规定的另一个关键方法是在真实条件下测试新技术。虽然新政府在涉及降低火电厂或汽车排放量的具体举措时保持低调，但它建议建立几个“living lab”，这将包括一个“国家海上试验场”，以评估海上风能在能源转型中的潜在作用，并指出“living lab”将测试能源、天然气和液体能源等新技术，并帮其完成从研究到示范再到市场吸收的全过程。

此外，政府还要建立一个关于能源储存的新研究所，并对自行展开研究的中小企业给予税收优惠。

“我们可以进行很多计算，但我们也必须简单地进行尝试，而唯一的办法就是以较小的规模进行测试，然后再开始推广，”Renn解释说。

（以下为Kerstine Appunn和Ortwin Renn教授的对话。对话内容涉及他们对未来能源转型政策的探索、Renn教授关于德国作为这一能源转型试验场的观点，以及他们在公众对打造未来能源系统的接受度方面的关键作用。）

德国是能源转型的Living lab

CLEW：Renn教授，您是IAAS的能量转型哥白尼项目导航系统（ENavi）的代言人。您能概括一下您的研究成果吗？

波茨坦的高等可持续研究所（IASS）的科学总监Ortwin Renn教授

Ortwin Renn：我们已经获得了很多成果，但很明显，该项目将运行十年。我们项目的主要目标，是描绘能使我们测试政治干预对于能源转型进程的影响及其边际效应的途径。例如，我们提出某个问题，如“德国社会可以如何支持电动汽车的发展，”并针对不同政策组合对其进行测试。我们使用不同的模拟工具，突出经济、技术或社会影响，并结合运用德尔菲法和交叉影响分析等手段，得出专家意见。最终，ENavi项目作为一个整体，成为一个“能量的圣杯，” 将由仿真工具与人类一起共同解答各种问题。

到目前为止，我们已经开发了有关如何推进欧洲低碳化以及相关选项，这些方案将是3月初召开利益相关方相关研讨会的主题。我们还对7800个家庭进行了一次重大调查，以了解他们对能量转型的好恶。我们将每年更新这份“可持续性晴雨表”来衡量公众对能源转型的态度，以及它们随着时间而发生的变化。这些只是我们项目中的一小部分亮点。我们有80个合作伙伴，他们都为ENavi提供了有价值的贡献。

CLEW：这些结果是否适用于其它国家？

Ortwin Renn：我们有一个关于国际专题的大工作包，其中包括了欧洲。我们也进行国别研究，例如中国和巴西。结果是否可以转移，要取决于手头的问题。技术研究成果是比较容易转移的，因为热泵在德国或中国基本上都会以同样的方式运作。当涉及到政策的边际效应，例如可再生能源的支持计划，并评估这些政策是被视为社会公正还是不公正时，就会变得困难得多。

CLEW：新的德国政府希望在几个能源问题上引入所谓的“living lab”。您认为德国可以成为能源转型的主要试验基地吗？

Ortwin Renn：“living lab”意味着我们在现实生活环境中引入干预，然后看看会发生什么。从这个意义上来说，整个德国有点像是一个能源转型意义上的“几内亚共和国”。不过，在研究背景中，我们考察了现有的城镇，以及部分进行了不同成套干预措施测试的城镇。

例如，我们将在许多住宅小区内测试各种智能供暖设备，而这件事显然无法在拥有8000万居民的整个德国进行。在这里，我们将评估到底能节省多少能源。从理论上我们是知道这一点，但并不是在现实生活中。我们还想知道人们会如何应对新技术，以及如何设计才能使之得到充分使用。

CLEW：您是说德国人民在过去几十年里见证了可再生能源的不断推出，已经习惯并接受了新能源系统带来的变化？还是说他们对这种经历已经生疏了？

Ortwin Renn：在我们的调查中，将近90%的受访者表示他们同意能源转型的目标。这甚至包括通常反对气候行动的、右翼民族主义的选择德国党（AFD）的选民。然而，超过30%的人说，他们对能源转型的实施并不满意，几乎有70%的人发现转型成本的分摊不公。而且，整个国家和地方社区的理由常常不同。这就是所谓的规模效应，第一个风力涡轮机是受欢迎的，第三个仍可被接受，但第十个被会被拒绝了。

这表明，如果能源转型要想被公众接受，我们需要不同能源的组合，只采用风能或仅采用太阳能光伏并不能成为解决方案。这些还必须伴随着来自生物质或地热资源的源源不断的电力供应。此外，我们显然需要储存能源，无论是电能还是热能。ENavi的最终目标是提供所有这些技术和方案，这样我们就不会只在某个领域进展显著，而在其它领域滞后。这是一个很大的挑战。

CLEW：您刚刚概述了未来能源系统中需要相互作用和相互支持的一些技术和能源。但是，在目前已被引入的像ENavi这样的项目以及其它各种目标和政策当中，有多少会遇到这种极大的不确定性问题？在如此众多的新技术中究竟哪一个会最终胜出呢？

Ortwin Renn：这确实是我们目前面临的不确定性，这就是为什么我们需要“living lab”。我们可以进行很多计算，但我们也必须简单地进行尝试，而唯一的办法就是以较小的规模进行测试，然后再开始推广。另一个大问题是，就我们所做的一切，也面临着合法性的探讨。有人反对所有可再生能源，还有些人说我们不需要它们。

当然，未来能源系统的解决方案将不是某种单一的可再生能源，比如生物质。每种能量来源都具有重要作用。我们的研究表明，在整个能源生产中，大约百分之十的生物质转化能够符合所有环保目标。风或地热也是如此。我们无法利用风力发电的每一个可能的地点，需要找到一种既能可靠地提供清洁能源又能防止人们感觉受制于某种新技术的综合方案。

CLEW：您将在于德克萨斯州奥斯丁举行的AAAS年会上介绍德国能源转型和哥白尼项目，您预期会产生什么样的反应？

Ortwin Renn：在AAAS年会上进行宣讲有几大优势：我们可以把我们的研究成果传达给庞大的科学界。这使我们有机会向国际专家介绍我们的工作，这项工作是聚焦于德国能源转型的一个区域性话题。其次，美国科学促进会的活动将吸引来自不同国家和背景的许多同事参加。我认为，把能源问题作为一个跨学科的国际课题来对待是非常重要的。其它研究人员将能够看到我们在德国的大“living lab”开展的工作，另外，我们还将提供可供他们借鉴的实用知识。