本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点。
上个月，我非常荣幸地作为德美商会青年技术领袖跨大西洋项目代表团的成员前往德国。该项目汇集了来自美国各地的青年专业人士和学者，与德国能源专业人士会面，讨论我们在智能电网和储能领域的共同能源挑战和机遇。
在访问期间，我有机会讨论德国和美国能源战略之间存在的异同。德国凭借其具有凝聚力和远见的“能源转型”（Energiewende），推行自上而下的能源战略，依靠政府投资来改造能源系统。德国的战略与美国形成鲜明对比，美国自《2007年能源独立与安全法案》以来，尚未制定重大的国家能源政策，但尽管如此，在可再生能源方面取得了显著进展，碳排放量也显著下降。
德国或美国的方法更优越吗？很难说。但无论如何，美国可以从德国的经验中吸取许多教训——反之亦然。在这篇文章中，我将讨论美国可以从德国吸取的两个主要教训。在后续文章中，我将把目光转向德国，讨论德国可以从美国经验中吸取的教训。
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教训一：连贯的政府政策可以改变一个行业
德国能源转型的关键组成部分是其具有里程碑意义的《可再生能源法》或《Erneuerbare-Energien-Gesetz》（EEG），该法为德国可再生能源发展确立了三个主要原则。首先，该法律保证为期20年的技术特定上网电价补贴，即每千瓦时可再生能源的固定支付。这项保证消除了可再生能源投资的风险。其次，该法律通过在德国电费账单上征收EEG附加费（目前为每千瓦时6.24美分）来筹集资金支付上网电价补贴，从而使政府不会因能源转型而产生债务。第三，该法律随着时间的推移稳步降低上网电价补贴，以反映规模经济和其他降低成本的技术改进。
德国的第一个EEG于2000年建立，当时光伏组件的价格超过每瓦5欧元。由于慷慨且有保障的上网电价补贴促进了普通德国人对新兴技术的投资，德国太阳能产业为应对当地需求的激增而实现了巨大增长，稳步降低了太阳能组件的价格。到2006年，德国对太阳能电池板的巨大需求吸引了中国制造商，这有效地削弱了许多德国电池板制造商的竞争力，进一步降低了全球太阳能价格。在2006年至2014年期间，德国太阳能光伏系统的安装成本平均每年下降13%。如今，光伏组件的成本低于每瓦0.70欧元。整个住宅规模的太阳能发电系统的总安装成本仅为每瓦1.75欧元。
德国对太阳能的富有远见的投资帮助实现了像奥斯汀能源公司破纪录的每千瓦时5美分的太阳能购电协议这样如今“改变游戏规则”的太阳能项目。如果没有德国对太阳能的巨大需求，全球太阳能电池板的价格几乎肯定会高于今天的水平。在访问德国期间，不止一次听到有人称全球光伏价格的急剧下降是“德国给世界的礼物”。在我在德国的经历之后，我很难不同意这种观点。
教训二：可以将低风险上网电价补贴与市场价格信号相结合
德国在可再生能源（尤其是光伏）快速发展过程中遇到的一个问题是，在实时电力市场价格与政府承诺的可再生能源上网电价补贴之间存在巨大差距的情况。当德国阳光明媚或刮风，而电力需求较低时，大量风能或太阳能被推入电网可能会导致实时电力市场价格变为负值。这篇博客文章更详细地描述了德国批发电力价格为负的原因。
负批发电力价格的问题在于，它们迫使非可再生能源发电机为将能源输送到电网的权利付费。与此同时，德国EEG迫使配电系统运营商为可再生能源发电机（甚至是可以降低功率的可控生物质发电厂）输送到其系统的能源支付上网电价补贴。这造成了一个长期来看不可持续的经济难题。
尽管负电价现象带来了挑战，但德国已经对其上网电价补贴政策进行了一项调整，在低风险上网电价补贴和波动性更大的批发电力市场之间架起了一座桥梁。
额定功率容量超过500千瓦的新光伏发电机和生物质发电厂不再能获得输送到电网的能源的固定上网电价补贴。相反，它们必须以实时市场价格将其能源直接出售给批发电力现货市场——这可能非常不稳定。为了弥补向市场出售能源增加的风险，德国政府为输送到市场的可再生电力提供“市场溢价”奖励付款。溢价简单地等于当前固定上网电价补贴率与月平均市场电价之间的差额，减去与管理可再生能源发电机向电力市场输送能源的成本相对应的固定“管理溢价”。
德意志银行研究部的这份文件很好地总结了市场溢价机制。市场溢价率的净效应是，一个智能、管理良好的可再生能源发电机获得的每单位售出能源的收益高于固定上网电价补贴，而一个管理不善的发电机平均获得固定上网电价补贴。最重要的是，市场溢价率激励可再生能源在电价变得过低时停止发电。
虽然市场溢价率是大型光伏和生物质发电机的强制性要求，但任何可再生能源发电机都可以选择加入该费率。事实上，由于管理良好的系统有望获得更高的回报，这已成为许多现有风电场的有吸引力的选择。随着可再生能源在德国电力系统和市场中成为常态，观察德国可再生能源如何变得更加面向市场将是一件有趣的事情。
美国给德国的能源教训
尽管德国对其能源转型的凝聚力和果断的愿景使其成为可再生能源政策和技术领域的全球领导者，但德国仍然可以在许多领域学习美国的经验。下周，我将撰写一篇后续文章，讨论其中的几个关键领域。与此同时，我鼓励您仔细阅读下面的参考文件，并在评论区提出问题。在德国担任能源代表的八天里，我学到的东西比我可能在一两篇博客文章中写下的还要多。
参考文献
德国光伏的最新情况，弗劳恩霍夫研究所。
德国上网电价补贴：近期政策变化，德意志银行。
德国2014年上网电价补贴，德国能源博客。
周末德国电力价格为负，Energytransition.de。