Nora Szarka, Marcus Eichhorn, Ronny Kittler, Alberto Bezama, Daniela Thran

(Deutsches Biomasseforschungszentrum, Helmholtz Centre for Environmental Research,Leipzig, Germany)

1 引言

德國(guó)一直致力于發(fā)展和實(shí)施高效和環(huán)境友好型的能源系統(tǒng)，其特色是競(jìng)爭(zhēng)性的能源價(jià)格。與此同時(shí)，德國(guó)努力保持高水平生活和經(jīng)濟(jì)繁榮?？稍偕茉丛诘聡?guó)能源結(jié)構(gòu)中的比例不斷增長(zhǎng)：可再生電力從2010年的16.4%上漲到2014年的26.2%,減少了1.57億噸二氧化碳排放量。

2011年日本福島發(fā)生核泄漏事件以后，德國(guó)政府對(duì)核能的態(tài)度發(fā)生了轉(zhuǎn)變，通過(guò)了一項(xiàng)核能法修正案，德國(guó)議會(huì)也通過(guò)一項(xiàng)法案，計(jì)劃到2022年淘汰所有核能。2011年，德國(guó)通過(guò)一系列法律，支持實(shí)行《能源方案》，通過(guò)提供必要的手段和方法，實(shí)現(xiàn)德國(guó)能源系統(tǒng)的過(guò)渡(又稱(chēng)為“能源轉(zhuǎn)型”)。

因此，德國(guó)能源系統(tǒng)開(kāi)始了中短期的轉(zhuǎn)型，有望到2050年實(shí)現(xiàn)100%可再生電力。盡管政治層面希望實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，但存在一些意見(jiàn)分歧，特別是在以下幾個(gè)方面：1)未來(lái)能源系統(tǒng)的構(gòu)成方式；2)各種可再生能源在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的比重；3)為了到達(dá)預(yù)期目標(biāo)需要推動(dòng)何種技術(shù)的發(fā)展。

為了闡明這些問(wèn)題，探討廣泛的發(fā)展選擇，德國(guó)政府、環(huán)境組織、以及能源領(lǐng)域的利益相關(guān)者們發(fā)起了各種獨(dú)立的能源前景研究。從總體上看，這些前景描述了未來(lái)的發(fā)展?jié)摿Γ貏e在以下方面是有用的工具：1)在具體假設(shè)下評(píng)估能源領(lǐng)域或能源系統(tǒng)的發(fā)展；2)討論不同的能源未來(lái)；3)整合不同學(xué)科的知識(shí)和利益相關(guān)者；4)指導(dǎo)和監(jiān)督政治決策。

與探索性前景一樣，能源前景能夠評(píng)估廣泛的未來(lái)能源選擇，從而支持政策目標(biāo)的發(fā)展。在政治決策過(guò)程中，會(huì)運(yùn)用另一種類(lèi)型的前景，即目標(biāo)前景，分析如何實(shí)現(xiàn)一系列目標(biāo)，以及在具體時(shí)間節(jié)點(diǎn)上目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)率。因此，可以從主要問(wèn)題、目標(biāo)、方法和細(xì)節(jié)等角度分析任何具體前景的特征。

在各種可再生能源中，生物質(zhì)能，即通過(guò)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的能源，在德國(guó)扮演著關(guān)鍵性角色，占德國(guó)可再生能源的三分之二。生物質(zhì)能夠轉(zhuǎn)化成所有最終能源形式—電、熱、和生物燃料。這也意味著生物質(zhì)資源、轉(zhuǎn)化技術(shù)和路徑多種多樣。生物質(zhì)能的特點(diǎn)是關(guān)于它的政策多元且變化多樣，決策框架和利益相關(guān)者眾多。

近年來(lái)，大規(guī)模使用生物質(zhì)已經(jīng)成為國(guó)家生物質(zhì)利用政策的重要財(cái)富，目標(biāo)是對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行階梯式高值化利用。在這一背景下，這些前景中的另一個(gè)要素就是現(xiàn)有生物質(zhì)的總量、質(zhì)量和分布。德國(guó)國(guó)家級(jí)生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略和路線(xiàn)圖中都體現(xiàn)了要推動(dòng)生物質(zhì)階梯式高值化利用。生物質(zhì)能的角色轉(zhuǎn)向高值化利用對(duì)戰(zhàn)略、基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)發(fā)展具有重要影響，但具體是什么樣的影響尚不清晰，這一轉(zhuǎn)變應(yīng)該納入長(zhǎng)期能源規(guī)劃中。

由于多種因素，深刻理解和直接解讀現(xiàn)有前景研究中得出的結(jié)論很難。國(guó)際能源署可再生能源技術(shù)部署機(jī)構(gòu)的執(zhí)行委員會(huì)(IEA-RETD)承認(rèn)需要特定的指導(dǎo)框架來(lái)解讀能源前景。最近該機(jī)構(gòu)公布了一項(xiàng)能源前景指導(dǎo)，旨在提高決策者們理解、評(píng)估和解讀模式的能力，包括每個(gè)前景背后的動(dòng)力、價(jià)值以及結(jié)論。

因此，本論文回顧分析了的8個(gè)在德國(guó)展開(kāi)的研究，描述、分析、比較和闡釋生物質(zhì)能在國(guó)家能源系統(tǒng)中的地位，目標(biāo)是更好地理解能源前景，提高其透明度，解讀2050年生物質(zhì)的角色。

2 方法

對(duì)重點(diǎn)關(guān)于德國(guó)能源轉(zhuǎn)型和《能源方案》目標(biāo)(減少二氧化碳排放和提高可再生能源的比重)的能源前景進(jìn)行綜述研究。另外，對(duì)國(guó)際能源前景進(jìn)行綜述研究，旨在與國(guó)內(nèi)研究進(jìn)行對(duì)比。這些經(jīng)過(guò)篩選的研究發(fā)表于2007年至2012年期間。然后進(jìn)行二次篩選，從時(shí)間框架(到2050年即長(zhǎng)期)、科學(xué)可信度(應(yīng)用的分析工具和假設(shè))、生物質(zhì)能領(lǐng)域的比較信息等方面評(píng)估這些研究。為了考慮不同的動(dòng)機(jī)背景，我們包括了公共機(jī)構(gòu)、研究機(jī)構(gòu)、非政府機(jī)構(gòu)和能源行業(yè)自身展開(kāi)的研究。因此，我們從8個(gè)研究中選取了18個(gè)常規(guī)和探索性能源前景，包括以下：

(1)《信號(hào)和路標(biāo)：殼牌能源前景研究2050》-殼牌(Shell)2011，旨在從能源行業(yè)的角度評(píng)估世界能源系統(tǒng)。殼牌率先開(kāi)展基于可行性的前景研究，討論了過(guò)去40年的復(fù)雜性和不確定性，把前景發(fā)展成為支持企業(yè)決策的工具，并且根據(jù)合理的假設(shè)和量化，分析長(zhǎng)期趨勢(shì)，研究中的大多數(shù)參數(shù)能在德國(guó)獲得。

(2)《能源技術(shù)展望—2050前景和戰(zhàn)略》-國(guó)際能源署(IEA)2008，這是第二個(gè)國(guó)際參照，值得一提的是該研究包含了關(guān)于生物質(zhì)能技術(shù)和運(yùn)用的詳細(xì)且有區(qū)別的數(shù)據(jù)，還包含德國(guó)的具體數(shù)據(jù)。

(3)《2050能源目標(biāo)：100%可再生能源發(fā)電》-德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境署(UBA)2010和《通向100%可再生電力系統(tǒng)》-德國(guó)環(huán)境咨詢(xún)委員會(huì)(SRU)2011，這兩個(gè)研究代表電力領(lǐng)域，我們能分析不同動(dòng)機(jī)背景的國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)展開(kāi)的前景研究。

(4)選擇4個(gè)研究代表整個(gè)能源系統(tǒng)?！稄臍W洲和全球發(fā)展情況看德國(guó)可再生能源長(zhǎng)期前景和戰(zhàn)略-先鋒研究2011》-德國(guó)宇航中心(DLR)和《德國(guó)政府能源政策方案》- 德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部(BMWi)。這兩個(gè)研究旨在探索達(dá)到德國(guó)政府和《能源方案》目標(biāo)的不同方式。該研究的委托機(jī)構(gòu)是德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境、自然保護(hù)和核安全部(BMU)和德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部(BMWi)。

(5)分析兩個(gè)最具影響力的環(huán)境組織世界自然基金會(huì)(WWF)和綠色和平組織(Greenpeace)開(kāi)展的研究。政府研究的重點(diǎn)為是達(dá)到特定目標(biāo)，而世界自然基金會(huì)和綠色和平組織則為能源轉(zhuǎn)型描繪了更具野心的藍(lán)圖。世界自然基金會(huì)發(fā)起了《藍(lán)圖德國(guó)—2050年氣候安全戰(zhàn)略》-世界自然基金會(huì)2009，探討了進(jìn)一步節(jié)約能源，減少溫室氣體排放的能源政策方案。

(6)此外，由于政治和社會(huì)層面對(duì)德國(guó)碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)(CCS)的熱烈討論，本研究分析了使用碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)和未使用該技術(shù)的前景。綠色和平組織發(fā)布了最雄心勃勃的能源系統(tǒng)研究，名為《氣候保護(hù)：計(jì)劃B—2050國(guó)家能源方案》- 綠色和平組織2009。基于能源政策方案和其它的官方研究，綠色和平組織提出了一項(xiàng)前景，計(jì)劃逐漸淘汰核能和煤電廠(chǎng)。

表1總結(jié)了選定的各前景，包括它們的規(guī)模、范圍、前景類(lèi)型(探索型或目標(biāo)型)、使用的模式和主要目標(biāo)。

通過(guò)選擇、確定、量化、解釋四個(gè)與生物質(zhì)能相關(guān)的指標(biāo)和五個(gè)典型的能源系統(tǒng)指標(biāo)對(duì)選定的前景進(jìn)行比較研究，也考慮否能獲得高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

文章為了重點(diǎn)討論生物質(zhì)能系統(tǒng)，并列出比較分析的結(jié)論和選擇的能源系統(tǒng)指標(biāo)。

生物質(zhì)能發(fā)展的關(guān)鍵是能否獲得生物質(zhì)資源撐未來(lái)的能源需求。由于德國(guó)致力于不依賴(lài)進(jìn)口生物質(zhì)，所以應(yīng)該考慮德國(guó)國(guó)內(nèi)資源的潛力。因此，選擇“國(guó)內(nèi)生物質(zhì)潛力”這一指標(biāo)用以區(qū)分各前景中的國(guó)內(nèi)生物質(zhì)總量。

另外，本研究的主要目標(biāo)之一是展示和分析生物質(zhì)在各種最終能源形式中的角色(即電、熱、交通)，所以本研究也選擇了“生物質(zhì)占最終能源消耗中的比重”這一指標(biāo)。由于其他領(lǐng)域的數(shù)據(jù)不充足分，所以重點(diǎn)放在交通領(lǐng)域，代表指標(biāo)是“交通領(lǐng)域中的生物燃料”。最后，“最終能源領(lǐng)域中的生物質(zhì)分布”這一指標(biāo)，描繪出未來(lái)生物質(zhì)在電、熱和交通領(lǐng)域的使用情況。

表1 選取前景的特征

最后分析這些指標(biāo)、假設(shè)和研究框架，并為前景使用者提供建議。

3 結(jié)論

3.1 長(zhǎng)期能源前景中生物質(zhì)能系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展

3.1.1 總體分析

目前，在德國(guó)和歐洲生物經(jīng)濟(jì)和生物質(zhì)能的討論中，生物質(zhì)能系統(tǒng)對(duì)于對(duì)減少溫室氣體排放和需求驅(qū)動(dòng)型供應(yīng)的潛力一直都是討論的焦點(diǎn)。直到20世紀(jì)90年代，德國(guó)的能源系統(tǒng)幾乎完全建立于化石燃料和核能之上。從那時(shí)起，幾項(xiàng)法案開(kāi)始生效，例如1991年的強(qiáng)制上網(wǎng)制(FIL)《可再生能源法》(EEG)和其修正案。該法案的結(jié)果之一是提高了生物質(zhì)能源的使用。2010年生物質(zhì)能占總體能源消耗的7.7%，占德國(guó)最終可再生能源消耗的70%。圖1顯示了自1990年以來(lái)德國(guó)生物質(zhì)能使用的發(fā)展。

圖1 1990～2010年德國(guó)生物質(zhì)能利用的發(fā)展

生物能原料豐富多樣(能源作物、廢棄物和副產(chǎn)品)，轉(zhuǎn)化技術(shù)也多種多樣，包括熱化學(xué)、生物化學(xué)、物理化學(xué)等技術(shù)，因此生物質(zhì)能有潛力支持所有用途(電、熱、交通)。生物質(zhì)能在電力領(lǐng)域的主要潛力是穩(wěn)定電力系統(tǒng)。生物質(zhì)能可以靈活使用，彌補(bǔ)發(fā)電來(lái)源波動(dòng)的系統(tǒng)，例如風(fēng)能和光電能。此外，通過(guò)使用熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)，生物質(zhì)能能夠同時(shí)產(chǎn)生熱和電。提高熱電聯(lián)產(chǎn)能大大提高效率，特別是提高家庭微型熱電聯(lián)產(chǎn)工程的效率。在交通領(lǐng)域，可再生燃料可能會(huì)在航空扮演重要角色。國(guó)際意愿和監(jiān)管機(jī)制是發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力。例如，國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)(IATA)的目標(biāo)是到2050年，國(guó)際航空排放將比2005年減少50%。從這方面來(lái)說(shuō)，生物燃料的作用至關(guān)重要，因?yàn)樵跉W盟歐洲碳排放交易體系下，生物燃料飛機(jī)為零排放。另外，《歐盟燃料質(zhì)量指令》的目標(biāo)是到2020年減少所有交通運(yùn)輸領(lǐng)域的溫室氣體排放6%(與2010年水平相比)。另一方面，德國(guó)計(jì)劃到2050年10%的飛機(jī)燃料為生物燃料。

在《2030國(guó)家生物經(jīng)濟(jì)研究戰(zhàn)略》和《國(guó)家生物經(jīng)濟(jì)政策戰(zhàn)略》中，德國(guó)政府列出了生物質(zhì)將來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域。把生物質(zhì)運(yùn)用于生物行業(yè)產(chǎn)品中，例如平臺(tái)化合物和肥料很具前瞻性。

3.1.2 具體分析《信號(hào)和路標(biāo)：殼牌能源前景研究2050》

在殼牌(Shell)的信號(hào)和路標(biāo)研究中，沒(méi)有涉及全球生物質(zhì)潛力，但是涉及了主要的生物質(zhì)能源需求：在攀登前景中，到2050年，初級(jí)能源將達(dá)到131000拍焦(人均14.6吉焦)，在藍(lán)圖前景中，生物質(zhì)將達(dá)到57000拍焦(人均6.3吉焦)。研究沒(méi)有詳細(xì)區(qū)分使用的生物質(zhì)類(lèi)型，但預(yù)測(cè)了生物質(zhì)將來(lái)的地位，認(rèn)為生物燃料將得到大力發(fā)展，特別是作為液體燃料應(yīng)用于交通運(yùn)輸。第一代生物燃料(主要從糧食作物中獲得例如谷物、甜菜、油籽中獲得)與食物生產(chǎn)發(fā)生沖突，導(dǎo)致食物價(jià)格上漲。此外，歐盟糧食作物短缺，增加進(jìn)口，又會(huì)加劇出口國(guó)的森林砍伐和退化。為了應(yīng)對(duì)這一情況，第二代生物燃料(從非食物生物質(zhì)中獲得的生物燃料例如木質(zhì)纖維素)技術(shù)得到推廣，這將改善2020年之后的情況，特別對(duì)于經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織成員國(guó)來(lái)說(shuō)更是如此。與此同時(shí)，更多使用廢棄物和農(nóng)業(yè)廢渣意味著新的生物質(zhì)作物認(rèn)證系統(tǒng)即將出現(xiàn)。

3.1.3 具體分析《能源技術(shù)展望—2050前景和戰(zhàn)略》

國(guó)際能源署(IEA)的研究《能源技術(shù)展望2008》預(yù)計(jì)生物質(zhì)的潛力在90艾焦和150艾焦之間。在行動(dòng)地圖前景中，預(yù)計(jì)對(duì)生物質(zhì)的需求將達(dá)到每年120艾焦，BLUE Map前景中將達(dá)到150艾焦，每年的底線(xiàn)是90艾焦。在藍(lán)色地圖前景中，到2050年，生物質(zhì)將成為最重要的可再生能源，其使用量將翻兩番，占世界初級(jí)能源的23%(每年3604百萬(wàn)噸油當(dāng)量)。其中一半的生物質(zhì)來(lái)源于作物和森林廢棄物，另一半則來(lái)源于專(zhuān)門(mén)種植的能源作物。為了滿(mǎn)足藍(lán)色地圖前景中預(yù)測(cè)的生物質(zhì)需求，需要3.75億公頃至7.5億公頃土地(假設(shè)平均每公頃土地的產(chǎn)干物質(zhì)生物質(zhì)產(chǎn)量5到10噸)，這大概占總共60億公頃農(nóng)業(yè)用地的3%～4%。其中，大約1.6億公頃將用于生物燃料(藍(lán)色地圖前景)。生物燃料主要用于商業(yè)道路交通、航運(yùn)和航空領(lǐng)域等燃料選擇有限的領(lǐng)域。國(guó)際能源署預(yù)測(cè)到2050年生物航空燃料將占27%，或6.5艾焦(藍(lán)色地圖前景)。預(yù)計(jì)航空業(yè)將率先發(fā)展和試用生物航空燃料混合，這也將納入歐盟排放交易體系。

個(gè)人交通領(lǐng)域，藍(lán)色地圖前景預(yù)計(jì)替代性系統(tǒng)將有很強(qiáng)的市場(chǎng)滲透力。到2050年，會(huì)有約10億燃料電池或電動(dòng)車(chē)。700百萬(wàn)噸油當(dāng)量將轉(zhuǎn)化成每年2450太瓦時(shí)電。在使用的生物質(zhì)中，21%將會(huì)被混合燃燒，其余的會(huì)用在其他途徑。總體上看， 這意味著兩個(gè)版本的前景研究都預(yù)計(jì)到2050年生物質(zhì)將占全球電力生產(chǎn)的5%～6%。如果碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)不在全球范圍內(nèi)運(yùn)用，那么生物質(zhì)的占比將更高(大約10%)。剩余的每年2200百萬(wàn)噸油當(dāng)量將會(huì)用于生物化學(xué)生產(chǎn)(例如生物潤(rùn)滑油)、供熱(或在工業(yè)中處理熱)和炊事。

生物質(zhì)發(fā)電和運(yùn)輸燃料成本將有望下降，但供暖的成本可能和目前持平。先進(jìn)的燃燒技術(shù)，例如循環(huán)流化床鍋爐(CFB)、混合燃燒(生物質(zhì)和煤)、熱電聯(lián)產(chǎn)供熱的100兆瓦蒸汽渦輪等將與其他技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)價(jià)格。生物質(zhì)氣化技術(shù)的成本有望下降50%，因此它將會(huì)扮演重要角色。生物質(zhì)氣化只有成為一項(xiàng)成熟和高性?xún)r(jià)比的技術(shù)，才能滿(mǎn)足費(fèi)托合成柴油和生物質(zhì)能電廠(chǎng)對(duì)生物質(zhì)的需求。

3.1.4 具體分析《2050能源目標(biāo)：100%可再生能源發(fā)電》

在《2050能源目標(biāo)：100%可再生能源發(fā)電》研究中，“潛力”一詞指的是技術(shù)生態(tài)潛力，即生態(tài)限制的情況下的最佳轉(zhuǎn)化技術(shù)。因此，到2050年，只有廢渣和廢棄物才是能源生物質(zhì)的來(lái)源，其中不包括進(jìn)口生物質(zhì)。在這個(gè)前景研究中，只有沼氣被用于靈活發(fā)電，以平衡風(fēng)能和光伏能等不穩(wěn)定的可再生能源的波動(dòng)。據(jù)推測(cè)，裝機(jī)容量為23.3吉瓦的沼氣工程在高峰時(shí)最多能提供11太瓦時(shí)電(人均0.5吉焦)。

3.1.5 具體分析《通向100%可再生電力系統(tǒng)》

在該前景中，只有廢渣和廢棄物用于產(chǎn)生能源；在熱電聯(lián)產(chǎn)工程中，固體生物質(zhì)的潛力每年為42太瓦時(shí),沼氣每年為27太瓦時(shí)。如果使用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，生物質(zhì)發(fā)電的使用率最高。每年500太瓦時(shí)的發(fā)電能力可與其他國(guó)家交換能源；能獲得的生物質(zhì)(固體和沼氣)中只有一半用于發(fā)電，而且與熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)一起使用。在前景1a和1b中(完全自給自足)，所有生物質(zhì)都沒(méi)有使用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，大部分用于減輕高峰期的負(fù)荷。三分之一生物質(zhì)用于滿(mǎn)足電力需求，三分之二用作供熱和生物燃料。農(nóng)作物、能源作物、糞便和其他生物廢渣和廢棄物將分散地產(chǎn)生沼氣。

3.1.6 具體分析《從歐洲和全球發(fā)展看德國(guó)可再生能源的長(zhǎng)期前景和戰(zhàn)略》

在該研究中，各個(gè)前景的中生物質(zhì)的生產(chǎn)和使用都是一致的：不包括進(jìn)口生物質(zhì)(盡管《能源方案》中包含每年進(jìn)口的500拍焦)。另外，國(guó)內(nèi)生物質(zhì)潛力為每年1550拍焦，其中800拍焦來(lái)源于廢渣，使用率為100%。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化后主要用熱電聯(lián)產(chǎn)工程(每年1100拍焦)中供熱，因?yàn)樗矢撸軌驕p少溫室氣體排放。生物乙醇和生物可再生天然氣(例如木質(zhì)氣化后并入電網(wǎng))在熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)揮重要作用。此外，到2050年，生物質(zhì)將會(huì)產(chǎn)生60太瓦時(shí)電，并且靈活發(fā)電的作用也會(huì)日趨突顯。

用于供熱的生物質(zhì)下降到100太瓦時(shí)。固體生物質(zhì)在熱電聯(lián)產(chǎn)中的作用有所減弱，在供熱領(lǐng)域的增長(zhǎng)也十分有限。生物質(zhì)氣化后用在熱電聯(lián)產(chǎn)的市場(chǎng)將成熟。在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，所有前景中使用的生物資源最高為300拍焦，需要230萬(wàn)公頃農(nóng)業(yè)用地種植能源作物。該研究只預(yù)測(cè)了第二代生物燃料沼氣、生物乙醇、生物質(zhì)液化(BtL)。廢渣厭氧發(fā)酵后生產(chǎn)生物柴油和乙醇是另一種選擇，并沒(méi)有涉及技術(shù)運(yùn)用的細(xì)節(jié)。

3.1.7 具體分析《德國(guó)政府能源政策方案》

該研究預(yù)計(jì)生物質(zhì)能源化利用的潛力將達(dá)到2200拍焦或人均29.8吉焦。到2050年，固、液、氣形式的生物質(zhì)將成為最重要的可再生能源。因?yàn)橐徊糠萆镔|(zhì)將用在交通運(yùn)輸領(lǐng)域替代化石燃料，所以用于發(fā)電的生物質(zhì)有限。大概人均2127kWh，人均7.7吉焦。生物質(zhì)發(fā)年電量將達(dá)到約40太瓦時(shí)。到2050年，約20%生物質(zhì)依靠進(jìn)口(469～489拍焦)。能源化利用的生物質(zhì)的價(jià)格到2020年將上漲到43歐元·兆瓦-1時(shí)-1, 到2050年將上漲到50歐元·兆瓦-1時(shí)-1。

3.1.8 具體分析《德國(guó)藍(lán)圖-2050氣候安全戰(zhàn)略》

該研究把能源化利用生物質(zhì)僅限于國(guó)內(nèi)和可再生生物質(zhì)。這個(gè)“安全扶手”確保糧食和能源作物不發(fā)生沖突，也不會(huì)發(fā)生計(jì)算遺漏。關(guān)于德國(guó)生物質(zhì)的潛力，該研究參考著名機(jī)構(gòu)例如柏林生態(tài)研究所、德國(guó)宇航中心(DLR)、德國(guó)全球變化咨詢(xún)委員會(huì)(WBGU)等先前展開(kāi)的研究。到2050年，生物質(zhì)總量預(yù)計(jì)為每年1200拍焦，假設(shè)有4百萬(wàn)公頃土地用于種植能源作物，主要的能源產(chǎn)量在415到522拍焦之間，從各種廢渣中產(chǎn)生能源700拍焦，則生物質(zhì)發(fā)電最大潛力為41.3太瓦時(shí)。

盡管用生物質(zhì)發(fā)電的能效最高，但《德國(guó)藍(lán)圖》預(yù)計(jì)，由于交通運(yùn)輸領(lǐng)域缺乏可替代能源，生物質(zhì)在交通領(lǐng)域的第二代生物燃料中發(fā)揮重要作用。在創(chuàng)新前景中，987拍焦的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物燃料，7拍焦轉(zhuǎn)化為沼氣，主要替代天然氣，滿(mǎn)足居民的能源需求。創(chuàng)新前景預(yù)計(jì)個(gè)人交通領(lǐng)域?qū)?shí)現(xiàn)“電化”，替代性能源例如燃料電池、混合動(dòng)力、電子移動(dòng)和液化氣等將成為完整的市場(chǎng)。在參考的前景中，到2050年生物燃料產(chǎn)量?jī)H達(dá)到340拍焦，因?yàn)槌Ｒ?guī)能源將繼續(xù)占據(jù)主要位置。沼氣年產(chǎn)量將達(dá)到60拍焦。其中三分之二用于居民消耗。在這兩個(gè)前景中，到2050年，生物質(zhì)發(fā)電量將在41.3到44.7太瓦時(shí)之間。居民采暖的生物質(zhì)能源消耗將下降到1242拍焦(參考)，315拍焦(創(chuàng)新)，如果主要是木質(zhì)生物質(zhì)，那么這個(gè)數(shù)據(jù)為342拍焦(參考)和90拍焦(創(chuàng)新)。在參考前景中的生物質(zhì)需求稍低于德國(guó)國(guó)內(nèi)1200拍焦的潛力(1090拍焦)，而在創(chuàng)新前景中生物質(zhì)需求是1.2倍。即使采取一些提高效率的措施、減少交通，仍然不能彌合差距，為了滿(mǎn)足需求，約80%生物質(zhì)需要進(jìn)口。

3.1.9 具體分析《氣候保護(hù)：計(jì)劃B—2050年國(guó)家能源方案》-綠色和平組織2009年

該研究推測(cè)，當(dāng)今生物質(zhì)能源化利用的潛力已經(jīng)大力開(kāi)發(fā)，剩下的能夠能源化利用的生物質(zhì)已經(jīng)不多。為了限制由于進(jìn)口生物質(zhì)引起的食物和能源且競(jìng)爭(zhēng)，該研究?jī)H涉及德國(guó)國(guó)內(nèi)的生物質(zhì)潛力。

圖2 2050國(guó)內(nèi)生物質(zhì)潛力和進(jìn)口生物質(zhì)

到2050年能源作物的種植土地面積僅為410萬(wàn)公頃。為了可持續(xù)地提高生物質(zhì)能的利用，該研究前景預(yù)測(cè)會(huì)綜合利用各種形式的廢渣，例如糞便，充分利用使用率低的土地。這些相當(dāng)嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致到2030年可用的生物質(zhì)增長(zhǎng)平緩。到2050年，隨著可持續(xù)種植能源作物的耕地面積增長(zhǎng)，生物質(zhì)將會(huì)翻一番。由于能源作物種植的潛力有限，因此生物質(zhì)在熱電聯(lián)產(chǎn)中的總量限制在45太瓦時(shí)，占熱電聯(lián)產(chǎn)的33%，占總電力需求的約10%。

3.1.10 總結(jié)

總的來(lái)說(shuō)，分析現(xiàn)有的各個(gè)前景顯示，各方對(duì)于德國(guó)生物質(zhì)發(fā)展的潛力看法不一，特別是對(duì)于生物質(zhì)能否支撐生物質(zhì)能系統(tǒng)頗具爭(zhēng)議。另外，除了國(guó)際能源署，其他前景都沒(méi)有考慮新的生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略決定的戰(zhàn)略等級(jí)(即相比于生產(chǎn)替代性能源，更傾向于高附加值應(yīng)用和產(chǎn)品)。這將會(huì)導(dǎo)致生物質(zhì)的能源用途和食物用途發(fā)生沖突。因此，需要進(jìn)一步分析，生物質(zhì)的階梯式使用，以闡明新型生物經(jīng)濟(jì)對(duì)生物質(zhì)的影響。

3.2 分析生物質(zhì)能相關(guān)指數(shù)

3.2.1 國(guó)內(nèi)生物質(zhì)潛力

圖2總結(jié)了國(guó)內(nèi)生物質(zhì)潛力這一指標(biāo)。為了避免不可持續(xù)的影響轉(zhuǎn)移到其他地區(qū)，一些前景沒(méi)有包括進(jìn)口生物質(zhì)(例如綠色和平組織的前景)。相比之下，聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部(BMWi)和世界自然基金會(huì)(WWF)的前景考慮進(jìn)口生物質(zhì)，因?yàn)樗麄冾A(yù)計(jì)歐洲境內(nèi)的可持續(xù)生產(chǎn)和貿(mào)易問(wèn)題將會(huì)得到解決。從圖表中可以看到，2050年，國(guó)內(nèi)生物質(zhì)潛力在250拍焦(SRU)到1760拍焦之間(BMWi)。為了理解這些研究結(jié)果，作出以下深入分析。

3.2.1.1 《通向100%可再生電力系統(tǒng)》的具體方面

德國(guó)環(huán)境咨詢(xún)委員會(huì)(SRU)的研究?jī)H涉及使用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的生物質(zhì)發(fā)電潛力。為了確保可持續(xù)利用，德國(guó)環(huán)境咨詢(xún)委員會(huì)把生物質(zhì)的類(lèi)型嚴(yán)格限定為有機(jī)廢渣和廢棄物，僅開(kāi)發(fā)50%的潛力。德國(guó)環(huán)境咨詢(xún)委員會(huì)通過(guò)比較所有可再生能源的價(jià)格，闡釋未能開(kāi)發(fā)的潛力：每千瓦時(shí)固體生物質(zhì)發(fā)電的成本最高，其次是沼氣。

3.2.1.2 《2050能源目標(biāo)：100%可再生能源發(fā)電》的具體方面

在計(jì)算國(guó)內(nèi)生物質(zhì)潛力方面，德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境署(UBA)研究使用與德國(guó)環(huán)境咨詢(xún)委員會(huì)(SRU)相似的方法計(jì)算國(guó)內(nèi)生物質(zhì)潛力：為了確保生物質(zhì)的可持續(xù)利用，避免任何沖突，技術(shù)生態(tài)潛力(使用最高效的轉(zhuǎn)化技術(shù)，堅(jiān)持嚴(yán)格的可持續(xù)安全標(biāo)準(zhǔn))僅限于有機(jī)廢渣和廢棄物。國(guó)內(nèi)可再生生物質(zhì)潛力總量為726拍焦。生物質(zhì)潛力全部用于生產(chǎn)能源和原料。德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境署限定生物質(zhì)在發(fā)電的應(yīng)用潛力為143拍焦沼氣，剩余的583拍焦固體生物質(zhì)用作交通運(yùn)輸能源或工業(yè)原料。鑒于2011年用于供熱、發(fā)電和生產(chǎn)生物燃料的生物質(zhì)達(dá)到大約730拍焦，德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境署的研究認(rèn)為到2050年生物質(zhì)使用量不會(huì)增長(zhǎng)。

3.2.1.3 《從歐洲和全球發(fā)展看德國(guó)可再生能源的長(zhǎng)期前景和戰(zhàn)略-先鋒研究2011》的具體方面

該研究基于之前關(guān)于德國(guó)生物質(zhì)潛力的研究，強(qiáng)調(diào)土地和生物能產(chǎn)量的比率不佳，種植生物質(zhì)的土地上限為420萬(wàn)公頃。該研究認(rèn)為可再生生物質(zhì)的潛力上限為每年1550拍焦，其中800拍焦來(lái)源于有機(jī)廢渣和廢棄物。研究強(qiáng)調(diào)了在2011年50%種植生物質(zhì)的土地已經(jīng)被使用，幾乎全部用于生產(chǎn)生物燃料。另外，2011年60%的有機(jī)廢渣已經(jīng)被利用。因此生物質(zhì)能源化利用可能會(huì)平緩增長(zhǎng)，但到2030年，國(guó)內(nèi)可再生的潛力將全部開(kāi)發(fā)。為了提高能效，國(guó)內(nèi)生物質(zhì)潛力將會(huì)(每年1100拍焦)用于靜態(tài)供熱技術(shù)或熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。假設(shè)第二代生物燃料將會(huì)滲透市場(chǎng)，到2050年，每年將會(huì)有300拍焦生物質(zhì)用于生產(chǎn)生物燃料。

3.2.1.4 《藍(lán)圖德國(guó)-2050氣候安全戰(zhàn)略》的具體方面

該研究由世界自然基金委托，也運(yùn)用安全標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算國(guó)內(nèi)可持續(xù)生物質(zhì)潛力。該研究參考了柏林生態(tài)研究所、德國(guó)宇航中心(DLR)和德國(guó)全球變化咨詢(xún)委員會(huì)(WBGU)先前的研究。假設(shè)有400萬(wàn)公頃土地可種植能源作物(略少于先鋒研究)，初級(jí)能源生產(chǎn)量在每年415拍焦到522拍焦之間，不同廢渣年產(chǎn)能源量為700拍焦，到2050年生物質(zhì)總量為每年1200拍焦。盡管生物質(zhì)的發(fā)電能效很高，但僅有148拍焦將用于發(fā)電。該研究認(rèn)為生物質(zhì)將在生產(chǎn)第二代和第三代生物燃料中面發(fā)揮更大的作用，因?yàn)檫@一領(lǐng)域缺乏替代性能源。

在創(chuàng)新前景中，987拍焦的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物燃料。創(chuàng)新前景估計(jì)交通運(yùn)輸領(lǐng)域的電化以及燃料電池、混合動(dòng)力、電子移動(dòng)和液化氣等替代性技術(shù)將完全滲透，參考前景預(yù)計(jì)，由于常規(guī)能源將繼續(xù)占主要地位，到2050年生物燃料產(chǎn)量?jī)H達(dá)到340拍焦。相反，沼氣年產(chǎn)量將達(dá)到60拍焦，其中三分之二用于居民消耗。這兩個(gè)前景估計(jì)到2050年生物質(zhì)發(fā)電量將在41.3到44.7太瓦時(shí)之間。用于居民供熱的生物質(zhì)能源消耗將分別下降到1242拍焦(參考)和315拍焦(創(chuàng)新)，木質(zhì)生物質(zhì)分別為342拍焦(參考)和90拍焦(創(chuàng)新)，是主要生物質(zhì)。在參考前景中的生物質(zhì)需求稍低于德國(guó)國(guó)內(nèi)1200拍焦的潛力(1090拍焦)，剩下約9%的潛力未開(kāi)發(fā)。在創(chuàng)新前景中，生物質(zhì)需求超過(guò)了國(guó)內(nèi)的可再生潛力。即使采取進(jìn)一步提高效率的措施，減少交通，也不能彌合520拍焦的需求差額，需要依靠進(jìn)口。

3.2.1.5 《氣候保護(hù)：計(jì)劃B—2050年國(guó)家能源方案》的具體方面

綠色和平組織的目標(biāo)前景推斷德國(guó)的生物質(zhì)能源化利用潛力已經(jīng)大量開(kāi)發(fā)，只剩下有限的生物質(zhì)能被能源化利用。該研究計(jì)算國(guó)內(nèi)生物質(zhì)潛力，以避免進(jìn)口生物質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生能源和食物的競(jìng)爭(zhēng)。為了可持續(xù)發(fā)展，該研究的目標(biāo)前景預(yù)計(jì)糞便等各種廢渣將會(huì)被綜合利用，并將在利用率低的土地上種植能源作物。這些嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致2030年能利用的生物質(zhì)有限。在2050年，隨著可持續(xù)耕種能源作物的土地?cái)U(kuò)張，生物質(zhì)潛力將翻一番，預(yù)計(jì)可達(dá)到1180拍焦。種植能源作物的潛力有限，因此生物質(zhì)在熱電聯(lián)產(chǎn)中的發(fā)電量上限為45太瓦時(shí),占熱電聯(lián)產(chǎn)中的33%，占總用電需求的10%。

3.2.1.6 《德國(guó)政府能源方案前景》的具體方面

最后，聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部(BWMi)的前景認(rèn)為生物質(zhì)將會(huì)是2050年最重要的可再生資源，占所有可再生資源的大約五分之三。在目標(biāo)前景中，氣體、液體和固體生物質(zhì)占能源消耗的28%～29%。所有前景預(yù)計(jì)總可持續(xù)生物質(zhì)潛力(包括進(jìn)口)為2200拍焦，80%來(lái)自德國(guó)，20%為進(jìn)口。在電力領(lǐng)域，生物質(zhì)能僅貢獻(xiàn)40太瓦時(shí)(144拍焦)，因?yàn)橐徊糠稚镔|(zhì)能用在了交通領(lǐng)域。生物質(zhì)在減少溫室氣體排放方面有重要作用，占終端能源消耗的約56%。

3.2.2 生物質(zhì)占最終能源消耗的比重

這一指標(biāo)比較了1個(gè)國(guó)際研究和4個(gè)國(guó)內(nèi)研究中生物質(zhì)能在最終能源消耗中的比重(見(jiàn)圖3)。所有的前景都預(yù)測(cè)到2050年，生物質(zhì)能將增長(zhǎng)到9% ～25%(2010年水平為8%)，除了德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境署的研究(5%)。這可能是由于德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境署各前

圖3 2050年生物質(zhì)占最終能源消耗的比重

景中的不同假設(shè)：①生物質(zhì)潛力僅限于廢渣，進(jìn)口生物質(zhì)不納入其中; ②生物質(zhì)發(fā)電成本最高，因此僅用于用電高峰期或平衡電力; ③生物質(zhì)用作原料的經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高，即生物產(chǎn)品和平臺(tái)化合物。

聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部、世界自然基金和德國(guó)宇航中心所有的目標(biāo)和探索性前景都預(yù)測(cè)生物質(zhì)能在最終能源消耗的比重遠(yuǎn)高于20%。所有的前景中都認(rèn)為到2050年生物質(zhì)能將成為成熟的可再生能源。在世界自然基金和聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部的參考前景中，生物質(zhì)能作的貢獻(xiàn)相對(duì)較低，但仍高于2011年水平。常規(guī)燃料仍然占主要地位，因此影響生物質(zhì)用于燃料和發(fā)電的進(jìn)一步發(fā)展。比較這些研究中預(yù)期最終能源消耗可以得出以下結(jié)論:

(1)關(guān)于生物質(zhì)能領(lǐng)域的數(shù)據(jù)不充分，8個(gè)研究中僅有4個(gè)包含了這一信息。

(2)預(yù)測(cè)的人均生物質(zhì)能消耗量不確定性更高，導(dǎo)致出現(xiàn)最大和最小比率(即能源為2.4，生物質(zhì)能為12.9，后者幾乎為前者的4倍)。第4部分將進(jìn)一步討論這個(gè)問(wèn)題。

3.2.3 交通領(lǐng)域的生物燃料

圖4顯示2050年交通領(lǐng)域的生物燃料用量，人均在1～5吉焦之間。5個(gè)國(guó)內(nèi)和國(guó)際研究都預(yù)計(jì)生物燃料的使用會(huì)增加，且到2050年，第二代生物燃料將被大規(guī)模生產(chǎn)并滲透市場(chǎng)。聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部的目標(biāo)前景預(yù)測(cè)生物燃料將占交通領(lǐng)域能源的85%。世界自然基金的創(chuàng)新前景預(yù)測(cè)除了航空領(lǐng)域，其他交通領(lǐng)域的化石燃料將全部被生物燃料替代。先鋒研究、世界自然基金參考前景和聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部預(yù)測(cè)生物燃料不會(huì)大幅增長(zhǎng)，相反，電動(dòng)汽車(chē)的普及會(huì)導(dǎo)致對(duì)生物燃料的需求降低。參考前景預(yù)測(cè)化石燃料仍將是交通領(lǐng)域的主要能源。綠色和平組織的前景預(yù)測(cè)生物燃料的比重低，這是因?yàn)楣步煌ǜ颖憷?，商業(yè)道路轉(zhuǎn)變成軌道交通，并且私人出行轉(zhuǎn)變成電動(dòng)交通，導(dǎo)致汽車(chē)數(shù)量大幅下降。在這個(gè)背景下，生物燃料將會(huì)應(yīng)用于替代化石燃料最困難的領(lǐng)域(例如重型車(chē))。綠色和平組織的分析沒(méi)有包括航空領(lǐng)域。

圖4 2050年交通領(lǐng)域的人均生物燃料

圖5 2050年最終能源領(lǐng)域生物質(zhì)的分布

3.2.4 最終能源領(lǐng)域中的生物質(zhì)分布

圖5顯示了三大終端領(lǐng)域中生物質(zhì)利用的組成情況，根據(jù)人均生物質(zhì)用量計(jì)算。

圖5強(qiáng)調(diào)盡管各前景對(duì)于生物質(zhì)的未來(lái)作用看法不一，但都預(yù)測(cè)到2050年三大終端領(lǐng)域都會(huì)有生物質(zhì)。另外，預(yù)測(cè)電動(dòng)交通占比高的前景(綠色和平組織)，生物質(zhì)在交通領(lǐng)域的比例就低。世界自然基金預(yù)測(cè)生物質(zhì)在供熱中使用率低是由于該研究假設(shè)建筑的能效很高。認(rèn)為由于生物質(zhì)使用將增加，對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)也將加劇，在最終能源領(lǐng)域也是如此。這就要求詳細(xì)分析每一領(lǐng)域的過(guò)程。

4 結(jié)論和政策建議

本研究旨在以科學(xué)全面的方式，討論分析各能源前景研究的背景和結(jié)論，提高這些研究的透明度。為了達(dá)到這一目的，我們從量化和常規(guī)角度分析了8個(gè)德國(guó)2050年能源前景的描述性研究。這些前景根據(jù)類(lèi)型分為兩種，即目標(biāo)前景(實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的路徑或戰(zhàn)略)和探索前景(顯示某種決策的影響)。這些研究在有關(guān)德國(guó)能源領(lǐng)域總體情況的社會(huì)經(jīng)濟(jì)框架條件、假設(shè)和結(jié)論等方面都有相似性(例如最終能源需求和能源轉(zhuǎn)化技術(shù)組合)。

幾乎所有的德國(guó)國(guó)內(nèi)研究預(yù)測(cè)的初級(jí)能源需求與國(guó)際水平相比較低。這是由于高估各種措施提高能效的能力，例如建筑隔熱技術(shù)，這直接影響國(guó)家能源需求。

另外，所有的研究都預(yù)測(cè)生物燃料將比現(xiàn)有水平提高4%～14%，并且生物燃料將在所有領(lǐng)域使用(電、熱、交通)。然而，當(dāng)涉及整個(gè)生物質(zhì)能的發(fā)展路徑時(shí)，各研究觀點(diǎn)相差甚遠(yuǎn)。例如，生物質(zhì)潛力在350拍焦到1700拍焦之間不等，生物質(zhì)能占能源系統(tǒng)的比重在5%到28%之間不等(見(jiàn)圖3)。這導(dǎo)致國(guó)內(nèi)研究中關(guān)于生物質(zhì)和可再生能源占最終能源的比重的數(shù)據(jù)差異很大，如圖6顯示。

圖6 最終能源消耗中的生物質(zhì)和可再生能源

根據(jù)研究的結(jié)論做出以下推薦，為研究者和決策者比較和解讀生物質(zhì)能的長(zhǎng)期前景提供支持。一方面，透明和質(zhì)量保證對(duì)于選擇前景來(lái)說(shuō)很重要，包括以下方面：

(1)透明和可追溯的方法和數(shù)據(jù)。應(yīng)該公布研究前景的結(jié)論，并包含透明的方法和有跡可循、真實(shí)可靠的官方數(shù)據(jù)。對(duì)于不同使用者，應(yīng)該說(shuō)明研究的敏感度和不確定性。另外，對(duì)于具體的生物質(zhì)能問(wèn)題，應(yīng)該使用包含生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化和供給的詳細(xì)信息和數(shù)據(jù)的研究。透明的假設(shè)。研究的假設(shè)應(yīng)該來(lái)源于中立全面的科學(xué)方法，基于清晰的數(shù)據(jù)和方法?？勺匪莸慕Y(jié)論。研究的結(jié)論應(yīng)該可追溯，即研究的結(jié)果應(yīng)該能夠解釋和支撐研究結(jié)論。此外，應(yīng)該清楚地展示模型結(jié)論、解讀、結(jié)論來(lái)源之間的聯(lián)系。另一方面，應(yīng)該根據(jù)具體情況解讀能源前景。為了以上目的，應(yīng)該考慮以下方面：

(2)發(fā)表年代。應(yīng)該考慮研究發(fā)表的年代，因?yàn)樯镔|(zhì)能領(lǐng)域的技術(shù)成熟度、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和政策目標(biāo)是動(dòng)態(tài)發(fā)展的。

(3)研究目標(biāo)。研究的主要目的(例如可再生能源的比例或減少二氧化碳排放)影響技術(shù)(低排放技術(shù))。通常目的只包含具體的能源使用領(lǐng)域(例如電)。

(4)前景研究的委托機(jī)構(gòu)?？紤]委托研究的目的以及背后的機(jī)構(gòu)。

研究類(lèi)型。考慮不同研究類(lèi)型的特點(diǎn)。目標(biāo)前景往往只包含一些事先選定的技術(shù)，旨在監(jiān)督目標(biāo)的達(dá)成。相反，探索性前景研究更傾向于研究更廣泛的未來(lái)選擇，因此技術(shù)的評(píng)估也更廣泛。

(5)供應(yīng)鏈。生物質(zhì)能領(lǐng)域的研究應(yīng)該涉及整個(gè)供應(yīng)鏈，包括生物質(zhì)供應(yīng)到最終能源使用。從這一方面來(lái)說(shuō)，計(jì)算生物質(zhì)的潛力應(yīng)該是分析和解讀研究結(jié)論的主要內(nèi)容。

最后，解讀和分析前景研究結(jié)果應(yīng)該綜合考慮其背景，包含以上所有方面。

建議前景使用者重視透明度(用于選擇合適的前景)和背景(用于解讀前景)。如果將來(lái)要開(kāi)展透明度更高的前景研究，還建議引入定義標(biāo)準(zhǔn)和方法標(biāo)準(zhǔn)或數(shù)據(jù)質(zhì)量的最低要求。

5 對(duì)比分析長(zhǎng)期能源前景的指標(biāo)

為了比較不同能源系統(tǒng)，我們選擇4個(gè)能代表能源系統(tǒng)的指標(biāo)，即人均初級(jí)能源消耗、人均最終能源消耗、人均二氧化碳排放、可再生能源占能源領(lǐng)域的比重。

5.1 人均初級(jí)能源消耗

初級(jí)能源消耗指直接使用能源，或不經(jīng)過(guò)改變或轉(zhuǎn)化直接提供給用戶(hù)，包括可再生和不可再生的初級(jí)能源。這一指標(biāo)用于計(jì)算人均消耗，比較國(guó)內(nèi)和國(guó)際研究的結(jié)果(見(jiàn)圖7)。

圖7 2050初級(jí)能源消耗總覽

所有的德國(guó)前景研究都預(yù)測(cè)初級(jí)能源消耗與2011年基準(zhǔn)相比將有所下降。下降的原因有以下兩個(gè)：私人住宅中使用供熱泵等創(chuàng)新措施，服務(wù)業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域采取提高能源生產(chǎn)率的措施；在混合能源中可再生能源的比例增大，這減少了化石燃料的使用，減少了交通和傳輸過(guò)程中的能耗(分散式能源供應(yīng))。

至于能源效率的年增長(zhǎng)率，所有的研究都預(yù)測(cè)能源效率將大大提高。例如，世界自然基金的創(chuàng)新前景研究預(yù)測(cè)年能效提高率為2.7%，聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部的所有前景都預(yù)測(cè)能源生產(chǎn)率將提高2.5%(1990到2011年之間德國(guó)電力生產(chǎn)率的年均增長(zhǎng)率為1%)。各研究前景關(guān)于人均初級(jí)能源消耗的數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)，綠色和平組織最低(人均62吉焦)，聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部的參考研究最高(人均126吉焦)。差異的原因是對(duì)以下方面的預(yù)測(cè)不同：德國(guó)和歐洲提高供熱效率的政策的數(shù)量和質(zhì)量、電熱領(lǐng)域可再生能源的占比、熱電聯(lián)產(chǎn)和供熱泵的技術(shù)的市場(chǎng)滲透率；家用電器、辦公用品和汽車(chē)的設(shè)計(jì)是否高效。

另外，在交通領(lǐng)域用可再生能源(電動(dòng)交通、氫能、生物燃料)替代化石燃料對(duì)于初級(jí)能源消耗的影響很大。與國(guó)內(nèi)的前景研究相反，幾乎所有的國(guó)際前景研究都預(yù)測(cè)初級(jí)能源消耗將上升。中國(guó)和印度等非經(jīng)合組織成員國(guó)的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)，將消耗大量能源，而經(jīng)濟(jì)合作組織成員國(guó)增長(zhǎng)放緩，能源消耗有所下降，但卻并不能彌補(bǔ)差額。

圖8 2050最終能源消耗總覽

5.2 人均能源消耗

圖8總結(jié)了15個(gè)前景研究中2050年的人均最終能消耗，比較基準(zhǔn)是2010年的國(guó)際參考水平和2011年德國(guó)的參考水平。該圖顯示了未來(lái)電力領(lǐng)域人均消耗相對(duì)接近，因?yàn)榈?050年，交通領(lǐng)域的能源節(jié)約率較低。另外，圖8展示了能源和生物質(zhì)能的概況。除了預(yù)測(cè)在全球范圍內(nèi)初級(jí)能源消耗將上升，全球人均能源消耗也將上升。

圖9再次強(qiáng)調(diào)了生物質(zhì)能領(lǐng)域的不確定性遠(yuǎn)高于能源領(lǐng)域。能源領(lǐng)域最低和最高值的值域是1.6，而生物質(zhì)能領(lǐng)域的最低和最高值的值域是其9倍。

考慮到亞洲國(guó)家人口眾多，經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要擴(kuò)大國(guó)家現(xiàn)代能源和服務(wù)覆蓋面積，導(dǎo)致額外的電力消耗。德國(guó)的前景研究分為3組，有的顯示最終能源消耗趨于平穩(wěn)或稍有上升，增長(zhǎng)范圍在人均22.3吉焦(綠色和平組織的目標(biāo)前景)到人均24.2吉焦之間，有的展示了最終能源消耗稍有下降，范圍在人均16.5吉焦(世界自然基金)到20.6吉焦(聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部)之間。所有預(yù)測(cè)最終能源消耗將不會(huì)大幅下降的參考研究都屬于第一類(lèi)。第二類(lèi)包括德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境署的能源目標(biāo)前景和綠色和平組織氣候保護(hù)計(jì)劃B(綠色和平組織目標(biāo)前景)。在這兩個(gè)研究中，最終能源消耗幾乎維持在2011年水平，因?yàn)榻煌I(lǐng)域的化石燃料將被電取代(德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境署72太瓦時(shí), 綠色和平組織99太瓦時(shí))。兩個(gè)前景中的最終能源消耗相對(duì)較高的第二個(gè)原因是空間供熱和冷卻燃料的轉(zhuǎn)變。特別是在私人和服務(wù)領(lǐng)域，電力(太陽(yáng)熱能或熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù))將代替化石燃料。第三類(lèi)研究(聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部、世界自然基金、德國(guó)宇航中心研究)預(yù)測(cè)最終能源消耗將下降。這是因?yàn)殡妱?dòng)交通在交通領(lǐng)域的市場(chǎng)滲透率降低，或者是額外技術(shù)的市場(chǎng)成熟度不足(氫能技術(shù))，工業(yè)的能源效率提高，過(guò)度消納了電力需求的增長(zhǎng)。圖10展示了5個(gè)前景中人均電動(dòng)能耗的差異。

圖9 比較分析的前景中預(yù)測(cè)的人均最終能源消耗和生物質(zhì)發(fā)電

圖10 各前景研究預(yù)測(cè)的2050年人均電動(dòng)交通能耗

5.3 人均二氧化碳排放

圖11展示了5個(gè)前景研究中人均年二氧化碳排放量，計(jì)量單位是噸。為了更好地比較，只包含直接的二氧化碳排放，不包含二氧化碳對(duì)等物和其他的溫室氣體。德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境署、德國(guó)環(huán)境咨詢(xún)委員會(huì)和殼牌的研究排除在外，因?yàn)樗鼈兊难芯糠秶鷥H限于發(fā)電領(lǐng)域。根據(jù)不同的前景類(lèi)型和二氧化碳減排目標(biāo)和政策，各前景研究的預(yù)測(cè)的2050年二氧化碳排放量相差甚遠(yuǎn)。除了德國(guó)宇航中心的先鋒研究，其他研究把二氧化碳/二氧化碳當(dāng)量歸于低目標(biāo)和高目標(biāo)。相應(yīng)地個(gè)前景之間的人均二氧化碳排放的差異遠(yuǎn)大于前景內(nèi)部的差異。就德國(guó)而言，高目標(biāo)前景預(yù)測(cè)人均排放每年為1.09噸(綠色和平組織)至1.9噸·年-1(聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部)。其他保守的前景預(yù)測(cè)二氧化碳排放量低于當(dāng)前水平每年9.78噸。因此，所有的前景都認(rèn)為大幅降低二氧化碳排放在技術(shù)上是可行的。

圖11 各前景研究預(yù)測(cè)的2050年二氧化碳排放量

圖12 各前景研究預(yù)測(cè)的2050年能源領(lǐng)域中可再生能源的比重

5.4 可再生能源占電力領(lǐng)域的比重

圖12展示了德國(guó)的前景研究中可再生能源和化石燃料在電力領(lǐng)域的比重，比較基準(zhǔn)為2011年。德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境署(UBA)、德國(guó)環(huán)境咨詢(xún)委員會(huì)(SRU)和綠色和平組織(Greenpeace)目標(biāo)前景的研究都是根據(jù)已經(jīng)設(shè)立的目標(biāo)計(jì)算的，即到2050年實(shí)現(xiàn)100%可再生能源發(fā)電。其他前景預(yù)計(jì)可再生能源將占36%(世界自然基金參考前景)到86%(綠色和平組織參考前景)之間。除了世界自然基金的參考前景，其他前景強(qiáng)調(diào)技術(shù)方面有能力實(shí)現(xiàn)到2050年提高可再生能源在混合電力中的比例2.5至4倍。每個(gè)分析的研究中至少有一個(gè)前景能達(dá)到《德國(guó)能源政策方案》目標(biāo)的80%。

比較世界自然基金的使用和未使用碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)的創(chuàng)新前景。在德國(guó)使用碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)會(huì)導(dǎo)致煤的用量每年上升750拍焦(不使用碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)為80拍焦)，并且會(huì)稍微提高發(fā)電領(lǐng)域天然氣的用量。與此同時(shí)，可再生能源的比重將下降20%(減少約700拍焦地?zé)崮芎?50拍焦風(fēng)能)。

(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所 程靜思 譯自：Interpreting long-term energy scenarios and the role of bioenergy in Germany[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, 68, 1222-1233.)