本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點。
上個月，我非常榮幸地作為德美商會青年技術領袖跨大西洋專案代表團的成員前往德國。該專案彙集了來自美國各地的青年專業人士和學者，與德國能源專業人士會面，討論我們在智慧電網和儲能領域的共同能源挑戰和機遇。
在訪問期間，我有機會討論德國和美國能源戰略之間存在的異同。德國憑藉其具有凝聚力和遠見的“能源轉型”（Energiewende），推行自上而下的能源戰略，依靠政府投資來改造能源系統。德國的戰略與美國形成鮮明對比，美國自《2007年能源獨立與安全法案》以來，尚未制定重大的國家能源政策，但儘管如此，在可再生能源方面取得了顯著進展，碳排放量也顯著下降。
德國或美國的方法更優越嗎？很難說。但無論如何，美國可以從德國的經驗中吸取許多教訓——反之亦然。在這篇文章中，我將討論美國可以從德國吸取的兩個主要教訓。在後續文章中，我將把目光轉向德國，討論德國可以從美國經驗中吸取的教訓。
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教訓一：連貫的政府政策可以改變一個行業
德國能源轉型的關鍵組成部分是其具有里程碑意義的《可再生能源法》或《Erneuerbare-Energien-Gesetz》（EEG），該法為德國可再生能源發展確立了三個主要原則。首先，該法律保證為期20年的技術特定上網電價補貼，即每千瓦時可再生能源的固定支付。這項保證消除了可再生能源投資的風險。其次，該法律透過在德國電費賬單上徵收EEG附加費（目前為每千瓦時6.24美分）來籌集資金支付上網電價補貼，從而使政府不會因能源轉型而產生債務。第三，該法律隨著時間的推移穩步降低上網電價補貼，以反映規模經濟和其他降低成本的技術改進。
德國的第一個EEG於2000年建立，當時光伏元件的價格超過每瓦5歐元。由於慷慨且有保障的上網電價補貼促進了普通德國人對新興技術的投資，德國太陽能產業為應對當地需求的激增而實現了巨大增長，穩步降低了太陽能元件的價格。到2006年，德國對太陽能電池板的巨大需求吸引了中國製造商，這有效地削弱了許多德國電池板製造商的競爭力，進一步降低了全球太陽能價格。在2006年至2014年期間，德國太陽能光伏系統的安裝成本平均每年下降13%。如今，光伏元件的成本低於每瓦0.70歐元。整個住宅規模的太陽能發電系統的總安裝成本僅為每瓦1.75歐元。
德國對太陽能的富有遠見的投資幫助實現了像奧斯汀能源公司破紀錄的每千瓦時5美分的太陽能購電協議這樣如今“改變遊戲規則”的太陽能專案。如果沒有德國對太陽能的巨大需求，全球太陽能電池板的價格幾乎肯定會高於今天的水平。在訪問德國期間，不止一次聽到有人稱全球光伏價格的急劇下降是“德國給世界的禮物”。在我在德國的經歷之後，我很難不同意這種觀點。
教訓二：可以將低風險上網電價補貼與市場價格訊號相結合
德國在可再生能源（尤其是光伏）快速發展過程中遇到的一個問題是，在即時電力市場價格與政府承諾的可再生能源上網電價補貼之間存在巨大差距的情況。當德國陽光明媚或颳風，而電力需求較低時，大量風能或太陽能被推入電網可能會導致即時電力市場價格變為負值。這篇部落格文章更詳細地描述了德國批發電力價格為負的原因。
負批發電力價格的問題在於，它們迫使非可再生能源發電機為將能源輸送到電網的權利付費。與此同時，德國EEG迫使配電系統運營商為可再生能源發電機（甚至是可以降低功率的可控生物質發電廠）輸送到其系統的能源支付上網電價補貼。這造成了一個長期來看不可持續的經濟難題。
儘管負電價現象帶來了挑戰，但德國已經對其上網電價補貼政策進行了一項調整，在低風險上網電價補貼和波動性更大的批發電力市場之間架起了一座橋樑。
額定功率容量超過500千瓦的新光伏發電機和生物質發電廠不再能獲得輸送到電網的能源的固定上網電價補貼。相反，它們必須以即時市場價格將其能源直接出售給批發電力現貨市場——這可能非常不穩定。為了彌補向市場出售能源增加的風險，德國政府為輸送到市場的可再生電力提供“市場溢價”獎勵付款。溢價簡單地等於當前固定上網電價補貼率與月平均市場電價之間的差額，減去與管理可再生能源發電機向電力市場輸送能源的成本相對應的固定“管理溢價”。
德意志銀行研究部的這份檔案很好地總結了市場溢價機制。市場溢價率的淨效應是，一個智慧、管理良好的可再生能源發電機獲得的每單位售出能源的收益高於固定上網電價補貼，而一個管理不善的發電機平均獲得固定上網電價補貼。最重要的是，市場溢價率激勵可再生能源在電價變得過低時停止發電。
雖然市場溢價率是大型光伏和生物質發電機的強制性要求，但任何可再生能源發電機都可以選擇加入該費率。事實上，由於管理良好的系統有望獲得更高的回報，這已成為許多現有風電場的有吸引力的選擇。隨著可再生能源在德國電力系統和市場中成為常態，觀察德國可再生能源如何變得更加面向市場將是一件有趣的事情。
美國給德國的能源教訓
儘管德國對其能源轉型的凝聚力和果斷的願景使其成為可再生能源政策和技術領域的全球領導者，但德國仍然可以在許多領域學習美國的經驗。下週，我將撰寫一篇後續文章，討論其中的幾個關鍵領域。與此同時，我鼓勵您仔細閱讀下面的參考檔案，並在評論區提出問題。在德國擔任能源代表的八天裡，我學到的東西比我可能在一兩篇部落格文章中寫下的還要多。
參考文獻
德國光伏的最新情況，弗勞恩霍夫研究所。
德國上網電價補貼：近期政策變化，德意志銀行。
德國2014年上網電價補貼，德國能源部落格。
週末德國電力價格為負，Energytransition.de。