未来10年美国加州至少需要部署10GW储能系统
发布日期：2020-04-02 来源：中国储能网 作者：刘伯洵 浏览次数：170
一.城市基本情况
美因河畔法兰克福位于德国中西部黑森州境内，是德国第五大城市，地区格局紧凑，人口密集，城区人口约75万。由于该市位于莱茵河与美因河交汇之处，地理位置优越，因而形成了以法兰克福市为中心向四周辐射，覆盖周边75个城镇地区的德国第二大都会区——法兰克福莱茵美因大都会区。这里是欧洲中央银行与德意志联邦银行的总部所在地，约470家银行均在此设有办事处， 更有电子科技、生物制药和工业自动化等各领域的行业巨头扎根于此，是全球重要的会展中心，世界交通枢纽之一，因而法兰克福常被称为德国“曼哈顿”。
该地区属于温带气候，太阳能资源一般，全球水平辐射约为1110kWh/(m2·年)，相当于我国太阳能四类地区。岸上风能资源一般，百米高空10%风速最大区域的平均风速为5.22m/s，平均风能为169W/m2。
按照官方公布的数据显示，2016年法兰克福莱茵地区能源消耗总量约为72.2 GWh，占黑森州总能耗的三分之一，其中热占比48%，为该地区的最大能耗端，交通领域以29%的比重紧随其后，因而该地区的节能与清洁能源推动计划主要集中在供暖与交通部门。当地电厂主要利用矿物燃料发电（约36%），且严重依赖外部电力供应（50%以上）。可再生能源发电量只占5%，其中生物质能与沼气以38%的比例位居该地区电力供应的首位。太阳能发电紧随其后，占比为30%。水力发电与风力发电在当地占比则分别为14%与12%。另外还有少量的污气与垃圾填埋气发电，占比为6%。
二. 气候保护总体方案目标
为了大力推动城市能源转型，促进可再生能源的建设和消纳，改善当地严重依赖外部电力输入的能源困境，法兰克福地区政府推出了“100%气候保护总体规划”，目标是：
l到 2050 年，温室气体年排放量相较 1990 年降低 95%；
l到2050年，法兰克福的城市终端能源消耗（包括供电、供热及交通）100%由可再生能源供给；
l到 2050 年，城市的能源消耗总量应降至 2010 年水平的 50%（2010能源消耗为22,600GWh）。
三．气候保护总体方案内容
“100%气候保护总体规划”将重点对电力、热力和交通三个重要领域进行改造和升级，针对每个领域都给出了具有针对性的改进措施。
电力领域
电力供给和消耗的改造和升级工作将从家庭、商业以及工业三部分分别进行展开。
1.家庭
• 通过错峰用电进行消峰填谷可以有效解决电力供应紧张问题，例如在用电高峰期外灵活使用洗碗机、洗衣机等家用电器。
• 使用新技术和高效设备替换低功效的旧设备，可以将功耗降低一半，减少22万吨二氧化碳排放量
•增加可再生能源的份额，例如安装光伏系统。并通过蓄电提高能源自给率。
2.商业
• 法兰克福是该地区的商业和购物中心，在商用照明领域，可以利用钠灯通过钠蒸气放电产生可见电光源的特性，代替传统的电灯，从而减少该领域电力供应造成的二氧化碳排放。
• 在商用机械设备领域，通过使用高效且可调节的电机，可以节约泵，风扇，抽气系统等所需的电力，最多可减少60％的功耗。
• 夏季的升温使城市有很高的冷却需求，通过建筑物和密封表面可以阻挡太阳的热量，并防止其在晚上冷却下来。随着温室效应，未来对空调的需求将不断增加，通过大量的绿色屋顶和外墙可以抵制热量过度。
• 将新的商业园区和建筑物设计为零排放建筑物，并对此类前瞻性商业项目展开大力宣传，该项目额外投资成本可以被最低的运营成本所抵消。
3.工业
• 通过使用高效率的发动机代替普通的发动机以及对热电联产项目的优先使用可以有效节约能源并提升能源效率。
• 此外，可以通过废水处理厂生产氢气，为公共汽车等提供清洁燃料
热力领域
热力消耗是法兰克福莱茵美因地区的最大能耗端，而建筑物的供热需求占比又很高，因而有大量应对措施都集中在建筑领域。除此之外，新的节能设备和技术，也有助于推动供热的转型。
1.建筑
建筑可分为居住类建筑以及非居住类建筑，以下是推动供热转型的主要措施。
•热电联产（CHP）不仅拥有高能效，且运行方式灵活，与储热配合使用后灵活性会进一步提高。在住宅建筑中使用CHP可以满足各住户的热量需求。在城市社区中，通过小型局部供热网络将用户连接可经济地实现孤岛供热。
•储热系统可以显著提升电热和生物质能产热的热利用比例。
• 设立适用于新建筑的能耗标准，可以显著降低热和电的能源需求。法兰克福市政府规定购买城市用地的建筑商在建造时必须遵守被动式房屋标准。
• 对已有建筑进行节能翻修工程，可以达到能效改造。此外通过各种激励措施（例如降低财产税，提升翻新资金等）可以提高建筑翻新比例。
• 通过在建筑领域扩大太阳能热系统的覆盖面积，例如旅馆，饭店，养老院，医院或体育馆等，可以满足其全年对热水的高需求。在新建筑物和旧建筑物翻新工程中，也可以通过使用太阳能与低温供热结合来实现空间供暖。
•常规热泵系统仅适用于低能耗房屋，但与太阳能热或光伏系统的连接可以进一步优化建筑物的能量平衡，尤其是在冬天可以取代有限的太阳能热。特别是在住宅和大型公寓楼比例高的大都市区，热泵扮演了举足轻重的作用。
2.节能技术
•区域供热优势诸多，不仅过程稳定，空间需求小，且投资成本低，也可通过将天然气或煤炭等化石燃料转化为生物质能，以此提高可再生能源在供热领域的份额。
交通领域
交通按照距离，公私用等可以分为不同类型，针对不同类型也有相应的措施。
1.近距离交通
• 通过“自行车+商业”的模式，倡议通勤者使用自行车高速公路。公司会提供自行车存放处，更衣室和淋浴间。其他激励措施还包括对服务类，电子山地类或赛车类自行车进行补贴，以此降低城市温室气体排放量。
• 现有自行车租赁系统可以使商务人士和游客受益，各种知名的自行车租赁公司已经表明经济运营的可能性。城际租赁系统则提高了通勤者换火车的意愿。
2.个人交通
• 通过电动汽车的使用可以减少尾气排放，从而减少化石能源的消耗。法兰克福为电动汽车提供了优惠停车位。为了满足充电需求，多层停车场和社区车库中也配备了充电站。
• 多家固定式共享汽车提供商已在法兰克福建立了业务，可用于300多个站点。
3.公共近距离交通
•电动巴士配备可更换的电池系统，通过站点的感应线圈直接充电。更换柴油公交车，可以节约58％的二氧化碳排放。
• 通过电动汽车和电动自行车提供城市物流。创造货运自行车吸引包裹服务提供商以改变其车队。若行驶里程足够，大多数电动汽车也都可以实现经济性运输。另一个商业模式是区域物流公司之间的合作，可避免卡车空载或半载。
四. 法律和政策支持
德国《可再生能源法》（EEG）等法律为法兰克福能源转型计划的融资提供了法律支撑。可再生能源法最近的一次修改是在2014 年，最新修订版本中针对法兰克福的政策包括设定一个“电力扩建区间”，即将可再生能源新增装机控制在每年2.4GW~2.6GW。而为实现这一目标所推行的一项重要措施就是可再生能源发电浮动津贴机制，通过调整每季度针对所有可再生能源发电商（企业亦或个人）的津贴价格来调控可再生能源装机的增速。
热力领域针对可再生能源的市场激励计划（MAP）也是联邦政府的一项核心推动措施，即提高对居民、商业以及公共建筑中太阳能收集装置、生物能装置和热泵的投资补贴。
此外，法兰克福针对推进可再生能源建设有多种融资方式，例如征收新型能源税和气候税，提高燃料税和建立能源基金等。以效率基金（亦称为节能基金）为例，这种基金通过收缴税款作为资本为可再生能源促进方案提供资金。该基金收缴的税款主要来源为建筑能效税，即能效等级低的建筑所有者需要缴纳的额外税费，而建筑能效高的建筑所有者则可以从该基金获得补贴。在德国还出现了一种新型的融资方式，即群众筹资方式。项目发起人可以通过互联网平台向公众介绍其项目，所有有意向的投资人都可以对该项目投入资金，但是对每个项目都有规定的最低限额和时间限制。如果项目目标达成，所有投资人都可以从中获得一定的分红。
五. 市政管理措施
除了技术和金融领域的支持外，法兰克福地区能源转型背后的市政管理工作也是一大亮点。
建立跨部门城市管理工作组
跨部门的工作组在关于气候保护和能源转型相关的行政管理工作中起到了智囊团的关键作用。法兰克福政府搭建的智库平台是由来自各行各业的100家机构和150名专家组成的，分为建筑，能源，交通，经济，新创增值五个工作组。智库成员们不仅可以为相关项目制定计划，进行评估，利用各办事处的技术协同来实现目标，同时还可以监督政府工作。
消除障碍（法律，经济，技术，社会障碍）
在实施能源转型时，可能会反复出现障碍，这些障碍通常具有组织，行政或法律性质，或者由于技术，社会或经济原因导致计划无法实施。因而有必要更精确地分析这些障碍，并在必要时进行问题描述并研究相应的解决方案。尤其是与总体规划中的市政当局合作，可以减轻障碍与财务负担。此外，对补贴政策的分析也会大有益处。
六．不确定因素
根据法兰克福实际情况，想要实现到2050年全城能源消耗完全依靠可再生能源，还需要在技术革新上挖掘出更大的潜力。例如，若不使用蓄电设备，预计到2050 年只有53%的所需电量可以实现自产自用。若使用蓄电设备，这一比例可达 90%。但蓄电设备的容量越大，电力成本也会越高。若能借助联邦州的风电和生物质发电量，法兰克福市则可以实现 100%依靠可再生能源。从经济角度来看，成本最优的选择是自产电量份额达到90%，剩余 10%通过进口实现。
从2011年6月，德国议会确定能源转型的目标以来，德国的能源转型过取得了举世瞩目的成就。2019年德国的温室气体排放量约为8.11亿吨，比2011年减少12%，可再生能源发电占总发电量的比例超过40%，提前完成2020年的目标（35%）。关于联邦政府在能源转型方面的努力与成果，相关的文章也有不少，在此不在赘述。不过，除了联邦政府，城市作为现代大多数人的生活舞台，在德国的能源转型中也起到了至关重要的作用。这个系列将带大家换一个视角，选取4个在城市能源转型中有成果、有亮点的德国城市，看看它们如何为能源转型添砖加瓦，希望能为中国的城市能源转型带来一些启发和思考。