在德国基民盟、基社盟组成的联盟党和社民党达成的新的联合政府协议中,“行业融合”(Sektorkopplung)被提及了四次。本文将就德国新联邦政府关于“行业融合“这一议题提出的要点内容进行分析,并展现欧洲热力市场的关键性数据和发展预期。

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行业融合与未来能源系统

我们的能源系统在未来几十年将面临重大变革,波动性可再生能源的不断扩张和温室气体减排的需求都是推动变革的重要因素。行业融合就是将原先相互独立的电力行业、交通行业和热力行业连接起来,这种连接通过多种电气化应用为保护气候和有效利用能源创造了附加价值。而在行业融合中经常被提到的重要部分就是工业原料(氢气或含碳化合物)的供应问题,但这个问题暂时不会在这篇科普性的文章中详细介绍。

在前一篇文章中已经阐述了重要的相互关系和行业融合的定义。其中行业融合被写入德国政府联盟协议,在本文中将首先讲述电力、交通和热力相互关联的概念。而作为德国最大的能源消费行业,热力行业的地位和前景也是本文的一部分。

联盟协议中写了什么?

在联盟协议中首先提到行业融合的部分是“研究和”,这一部分要研究电力、交通和热力的行业融合系统解决方案。在详细规划中要求工业界和研究组织不仅在试点项目中研究技术的可行性,还必须考虑行业融合技术与通用系统的整合以及减排方面的预期附加值。在由德国联邦经济事务和能源部资助的“智能能源展示 – 能源转型的数字化计划”(SINTEG)中已经有相关的项目正在进行测试。为了使这些项目能够发挥作用,关于各种能源的成本要素的条例都对这些项目豁免。

在联盟协议的“能源”部分中第二次特别提到行业融合。这三个行业的融合要在储能技术基础上推广。“要做到这一点,也必须满足一些基本条件。”到目前为止,尽管德国脱碳能源在电力供应中日益增长,但电力系统较高的成本导致其在经济性上与诸如天然气或石油等化石燃料竞争。因此,联盟成员所面临的挑战是将电力系统的成本(可再生能源的推动成本,电网费用,电力税等)分摊给其他行业。简而言之:在行业融合中如何使脱碳电力在经济上相对化石燃料具有竞争力?是否存在特殊情况减免部分电价?如果是,那么减免到什么价格以及什么技术可以减免?是否有时间限制?谁承担减免带来的额外费用?这些都是联合政府必须解决的问题。

在同一章中,联合政府协议也谈到能源基础设施规划和融资的改革情况。到目前为止,电网和天然气网发展计划的制定和批准已经在很大程度上相互独立。而在一个更互联的能源系统中,这种相互独立的方法就不再适用:电网,天然气网和供热网必须进行综合设计。由于能源基础设施的使用期限较长,所以必须在前期阶段就要推广网络综合设计的概念。

在联合政府协议中的“交通”部分进一步发展国家创新计划(National Innovation Programme),其中包含氢能与燃料电池技术,交通与燃料战略。在这一部分中行业融合也得到了推广,例如“绿色氢气”,为此法规也要进行调整。

未来的能源体系将更加紧密地相互联系,而这必须通过调整法规来完成。如果电力越来越多地用于车辆和供暖领域,那么将更难改变或重新分配电力系统中的成本。

热力行业该何去何从?

热力行业作为能源消耗最大的行业,其终端能源消耗量相当于电力行业与交通行业的消耗量总和。2016年,德国热力行业的终端能源消耗量约为1400TWh。其中室内供暖占据了消耗量的重要地位,其消耗量几乎占总热量消耗量的50%。在其他欧洲国家,室内供暖、工业过程用热和热水之间的热量分配与德国有所不同。如图1所示,欧洲大部分室内供暖需求都由化石燃料承担,只有在北欧国家瑞典和芬兰,化石燃料在家用供暖中所占份额很小。

图 1:2015年欧洲各国室内供暖终端能源消耗情况,单位为TWh

在德国,化石燃料覆盖了约75%的室内供暖需求,即425TWh。电力目前几乎没有应用在室内供暖方面,而可再生能源和区域供热各满足了约10%的需求。

欧洲住宅的低碳供热是实现能源供应无碳化的重要一步。特别是,通过对既有建筑进行节能改造可以减少终端能源消耗量。相应的,可再生能源或电力发热器将使用更少的能源来满足热量需求。

图2显示了2015年欧洲住宅供暖需求的情况。此外,该图显示了室内供暖需求的变化、改造既有建筑造成的能源需求变化和大规模采用电气化热泵提供能源的变化。

图 2:2015年欧洲住宅供暖需求、建筑节能改造和电气化应用后的供暖需求

当前化石燃料覆盖了欧洲住宅60%的供暖需求。如果积极地推进建筑节能改造,到2050年总体供热需求可以降低40%。但是按照当前的改造速度,这将是一项艰巨的任务。

随着燃料从化石燃料变为电气设备(如热泵),供热需求可以在节能改造的基础上再减少40%。相应的,欧洲电力需求将每年增加约290TWh,约为欧洲2016年总发电量的8%。

无论是在交通还是热力行业,行业融合的发展对于实现二氧化碳减排目标都非常重要。同时,为了准备在未来建立更多互联的能源市场,应时刻关注技术、经济和法规的发展情况。