德國能源轉(zhuǎn)型示范項目發(fā)展情況及其對我國的啟示

摘 要：以德國能源低碳轉(zhuǎn)型中六個示范項目為例，分析了其發(fā)展背景、進程、特征及啟示，探討了德國能源低碳項目發(fā)展對我國的借鑒意義。通過研究發(fā)現(xiàn)，示范項目是否能得到推廣仿效，同項目本身、項目運營環(huán)境以及項目推廣主體都有著密切關(guān)系，因此，我國能源低碳轉(zhuǎn)型應(yīng)通過政企合作，建立政府主導(dǎo)、多元化投資、市場化運作的建設(shè)模式。

關(guān)鍵詞：德國；能源轉(zhuǎn)型；示范項目

中圖分類號：F451.662 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-291X（2024）14-0039-04

引言

發(fā)達國家很早就開始實施能源低碳轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，歐洲是最早提出能源低碳發(fā)展概念并最早付諸實施的地區(qū)，其投入最大，發(fā)展也最為迅速。在歐盟第五、六、七框架下，歐洲各國開展能源協(xié)同優(yōu)化、綜合能源系統(tǒng)等方面的研究工作，同時還根據(jù)自身需求開展了大量更為深入的有關(guān)能源低碳發(fā)展的研究。從歐盟成員國國內(nèi)試點推廣來看，最具典型意義的是德國。德國是能源消費大國，但自身油氣資源較為缺乏。自20世紀(jì)90年代起，德國將減少對外界能源的依賴置于其能源政策的中心位置，是最早進行能源轉(zhuǎn)型實踐探索的國家之一。德國不僅努力降低能源消耗和提升能效，而且大力發(fā)展清潔能源，以實現(xiàn)能源供應(yīng)的低碳化。其低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展側(cè)重于通過對能源系統(tǒng)全環(huán)節(jié)的數(shù)字化改造，促進可再生能源開發(fā)利用，進而推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和能效提升。

一、德國能源轉(zhuǎn)型典型示范項目

德國的能源轉(zhuǎn)型得到了兩個重要的“四年計劃”的支撐。第一個是從2008—2012年的“未來能源系統(tǒng)”計劃，隨后是2016—2020年推出的“智能能源—能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型”（SINTEG）示范項目。在德國政府部門的支持下，法國在全國范圍內(nèi)對示范區(qū)域進行招標(biāo)。德國各地區(qū)的政府、電網(wǎng)公司、設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)、技術(shù)開發(fā)企業(yè)和研究機構(gòu)都可以獨立或聯(lián)合進行投標(biāo)申請。最終的評定綜合了區(qū)域能源結(jié)構(gòu)特征、經(jīng)濟發(fā)展特征、能源消費模式和基礎(chǔ)支撐平臺等多維因素。

德國的試點能源研發(fā)項目得到了聯(lián)邦經(jīng)濟與技術(shù)部以及聯(lián)邦環(huán)境、自然保護與核安全部的財政支持。除了政府資金，電力企業(yè)也對這些項目進行了額外的投資。成千上萬的家庭和數(shù)百家公司加入了這些實驗驗證項目，以研究和測試其主要產(chǎn)品的可行性。

（一）E-DeMA項目——分布式能源系統(tǒng)的數(shù)字化交易

該項目牽頭合作方是德國RWE能源服務(wù)公司，其他合作方有西門子、Prosyst軟件公司、德國米勒家電廠等。項目在萊茵—魯爾區(qū)的米爾海姆和克雷菲爾德兩個城市進行，研究重點在于探索分布式能源網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)運行平衡，尤其是如何通過能源交易應(yīng)對電力負(fù)荷分布的不均勻性。項目核心是構(gòu)建一個系統(tǒng)，將用戶、發(fā)電和售電企業(yè)以及設(shè)備運營商等多方角色納入其中，并在此平臺上實施模擬電力交易。在這個框架下，家庭單元不單是電能消費者，他們的家用分布式電站也能生產(chǎn)電能。其交易涉及電量及備用能力兩個方面。共有700名用戶參與了該項目，其中13名用戶安裝了微型熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備。居民可借助智能電表監(jiān)控各個時段的用電量，從而優(yōu)化用電行為，實現(xiàn)電費節(jié)約。

（二）eTelligence項目——智慧的能源、市場與電網(wǎng)

項目牽頭方是德國EWE公司，其他合作方有OFFIS、energy & meteo systems、BTC等。項目選址庫克斯港，這里人口較少，風(fēng)能資源豐富，負(fù)荷種類較為單一。項目旨在構(gòu)建一個復(fù)雜的能源調(diào)節(jié)系統(tǒng)，引入虛擬電廠、動態(tài)電價等新元素，利用先進通信技術(shù)進行負(fù)載管理，通過調(diào)節(jié)用電負(fù)荷來抑制可再生能源產(chǎn)出的不穩(wěn)定性，并增強新能源接入能力，同時構(gòu)建一個區(qū)域性的綜合能源市場。項目涉及的關(guān)鍵實體包括一座風(fēng)電場、一座太陽能光伏站、兩個冷藏庫、一家熱電廠以及650個安裝了智能計量設(shè)備的家庭。這些智能電表能夠?qū)?shù)據(jù)實時傳輸至用戶的移動應(yīng)用程序中展示。項目創(chuàng)新地使用冷藏庫作為儲能工具來平衡風(fēng)力發(fā)電輸出，根據(jù)電價和風(fēng)力發(fā)電量的變化自動調(diào)節(jié)負(fù)載；同時，實行動態(tài)電價機制以促進發(fā)電與用電之間的匹配，極端天氣下電價可能上升至每千瓦時140歐分，而在風(fēng)能豐富時段則可能降至幾乎為零。此外，還利用可再生能源和可調(diào)負(fù)荷構(gòu)建的虛擬電廠來對分散的發(fā)、用電設(shè)備進行集中管理。

（三）Meregio項目——基于簡單電價信號的需求側(cè)響應(yīng)

項目牽頭方是巴登—符騰堡EnBW能源公司，其他合作方有IBM、ABB、思愛普、卡爾斯魯厄大學(xué)等。試驗地點位于德國南部斯圖加特附近的兩個小鎮(zhèn)。該地區(qū)的用戶對電價非常敏感，他們愿意根據(jù)不同的電價調(diào)整自己的用電習(xí)慣。然而，當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)配網(wǎng)相對薄弱，長期以來一直面臨著分布式能源并網(wǎng)引發(fā)的系統(tǒng)擁堵問題。針對此狀況，該項目旨在通過監(jiān)測用戶用電負(fù)荷識別電網(wǎng)中的薄弱環(huán)節(jié)，以便更有效地預(yù)測與分配資源、緩解網(wǎng)絡(luò)擁堵，并提升配電效率。項目吸引了1 000名工商業(yè)及住宅用戶參與。項目采用了基于“紅綠燈”價格信號的方法來引導(dǎo)電力消費，以緩解電網(wǎng)的擁塞情況。具體來說，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)公司結(jié)合實時負(fù)荷數(shù)據(jù)和預(yù)測系統(tǒng)分析即將到來的電網(wǎng)負(fù)荷狀況，并將可能的擁塞點轉(zhuǎn)化為不同顏色的信號，即紅色代表高電價、黃色代表中等電價、綠色代表低電價，并傳遞給用戶。在實施初期的三個月內(nèi)，電價從紅變綠時，用電量增加25%—35%；黃變綠時，用電量增加10%—22%。三個月后變化率逐漸下降并穩(wěn)定。通過電價的波動來調(diào)節(jié)經(jīng)濟收益，鼓勵居民積極錯峰用電，減少傳統(tǒng)化石能源的溫室氣體排放。

（四）Moma（Model city of Mannheim）項目——城市級別的細(xì)胞電網(wǎng)

項目牽頭方是MVV能源公司，其他合作方有IBM、Power PLUS通信公司、Papendorf軟件工程、DREWAG公司、杜伊斯堡—埃森大學(xué)等。Moma項目在德國曼海姆這一南部工業(yè)中心及其周邊衛(wèi)星城鎮(zhèn)實施，該地區(qū)的能源供應(yīng)主要依賴于分布式能源解決方案。項目的核心理念是在能源互聯(lián)網(wǎng)中引入了細(xì)胞電網(wǎng)的概念。通過分層和分級的協(xié)調(diào)，實現(xiàn)了能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的運行控制和市場交易。Moma項目關(guān)于細(xì)胞電網(wǎng)的實踐具有以下特點：首先，細(xì)胞內(nèi)部的平衡使得分布式可再生能源能夠就近消納，從而避免了傳輸損耗。其次，當(dāng)一個細(xì)胞電網(wǎng)出現(xiàn)問題時，可以立即停止該細(xì)胞電網(wǎng)的操作，以避免影響到整個大電網(wǎng)。最后，分區(qū)和分層的結(jié)構(gòu)降低了由于大量分布式設(shè)備接入而引起的電網(wǎng)管理復(fù)雜性。這種理念也非常適合未來多元素和復(fù)雜的能源互聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)展。

（五）RegModHarz項目——100%可再生能源系統(tǒng)

項目牽頭方是哈茨RegenerativKraftwerk公司，其他合作方有Siemens、E.ON、in.power、ISET等。項目在德國的哈茨山區(qū)進行，該地區(qū)擁有豐富的風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能等自然資源。項目的基礎(chǔ)設(shè)施由兩個太陽能光伏站、兩座風(fēng)力發(fā)電場和一個生物質(zhì)能發(fā)電廠組成，共計擁有86兆瓦的發(fā)電能力。項目的關(guān)鍵示范目標(biāo)是創(chuàng)建一個虛擬電廠，融合儲能系統(tǒng)、電動車輛、可再生能源和智能家居設(shè)備，旨在實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)100％的可再生電力供應(yīng)。項目的主要措施包括以下方面。首先，建立家庭能源管理系統(tǒng)，對家電進行信息收集和管理，結(jié)合動態(tài)電價控制家電運行狀態(tài)。其次，在電網(wǎng)中設(shè)置了十個電源管理單元，以監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵點的電壓和頻率等關(guān)鍵參數(shù)，并識別潛在的弱點。最終，通過將光伏設(shè)備、風(fēng)力渦輪機、生物質(zhì)能發(fā)電、電動車輛以及儲能設(shè)備整合為一個操作整體，形成了參與電網(wǎng)運營和市場交易的虛擬電廠。

（六）Smart Watts項目——面向用戶的智慧能量管理

項目牽頭方是Utilicount公司，其他合作方有亞琛Stadtwerke公司、FIR at RWTH公司、PSI Busing &Buchwald等。項目在德國西部城市亞琛進行，共有250個家庭參與。項目的核心是建立一個智能電力交易平臺，實現(xiàn)能源的完全自由市場零售。通過利用信息通信技術(shù)開發(fā)用戶友好的能源管理應(yīng)用程序，可向用戶清晰展示其設(shè)備的能耗情況。消費者得以借助智能電表獲取實時電價，并據(jù)此調(diào)整用電計劃以增強電網(wǎng)運作效率。項目的關(guān)鍵措施與成效包括以下內(nèi)容。首先，通過智能插座搜集的數(shù)據(jù)，用戶可以在電子設(shè)備上監(jiān)控每臺設(shè)備的電力消耗以及消耗的金額，同時通過能源管理應(yīng)用控制家電開關(guān)或設(shè)定自動優(yōu)化運行參數(shù)。試驗結(jié)果表明，在電價最低時段，用電量增加了10%，而在電價高峰時段降低了5%，有效證明了削峰填谷的效果。此外，項目還開發(fā)了一個將不同家用電器、市場數(shù)據(jù)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)和售電公司結(jié)算數(shù)據(jù)統(tǒng)一起來的信息通用接口和轉(zhuǎn)換裝置EEbus。面對智能家居中各式電氣設(shè)備間的通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題，EEBus充當(dāng)通信翻譯器的角色，將現(xiàn)有的通信協(xié)議轉(zhuǎn)譯為售電商、電網(wǎng)運營商、發(fā)電商、用戶及家電制造商等相關(guān)方都能理解的語言，從而消除能源系統(tǒng)內(nèi)部之間的信息障礙，確保所有數(shù)據(jù)在一個集成平臺上得到最優(yōu)處理。

二、德國能源轉(zhuǎn)型示范項目的特征

（一）廣泛、深度的市場參與者

德國能源轉(zhuǎn)型示范計劃中的每個項目都具有前瞻性和價值。這些項目與行業(yè)和用戶共同嘗試新的商業(yè)模式和產(chǎn)品，吸引了政府、科研機構(gòu)、產(chǎn)業(yè)界和普通居民用戶的廣泛參與。研究工作組包括咨詢公司、大學(xué)、通信公司等眾多科研單位和企業(yè)。這些項目不僅展示了能源轉(zhuǎn)型的應(yīng)用場景和技術(shù)，還通過實踐表明，未來的能源系統(tǒng)需要用戶的積極參與，市場需要靈活的交易，電網(wǎng)需要智能調(diào)度，政策制定者需要做好頂層設(shè)計，并將設(shè)計的主動權(quán)交給市場和參與者。

（二）因地制宜選址示范方案

項目選址經(jīng)過精心規(guī)劃，充分考量了當(dāng)?shù)氐姆植际侥茉促Y源、電網(wǎng)配置及負(fù)荷特性。在深入分析了能源互聯(lián)網(wǎng)普遍面臨的問題之后，依據(jù)不同區(qū)域的獨有特點，采取了目標(biāo)明確的選址方法。通過將社區(qū)（園區(qū)）、城鎮(zhèn)等用戶側(cè)作為示范平臺，因地制宜地開展工作，打造了一系列獨具特色的示范方案。

（三）采用“自下而上”的推進思路

項目在整體層面的頂層設(shè)計和規(guī)劃方面相對較少，更多地關(guān)注某一重點領(lǐng)域或關(guān)鍵元素進行實踐突破。

（四）市場驅(qū)動，注重商業(yè)模式的應(yīng)用與探索

在“以用電為導(dǎo)向的發(fā)電”的基礎(chǔ)上，進一步提出了“以發(fā)電為導(dǎo)向的用電”理念，從而改變了以往根據(jù)需求進行發(fā)電的模式。通過將可轉(zhuǎn)移負(fù)荷轉(zhuǎn)移到非峰值時間，可以減少峰值負(fù)荷，并使用戶能夠根據(jù)發(fā)電情況來消費電力。這種新的商業(yè)模式已經(jīng)得到了發(fā)展。

（五）基于用戶的利益需求設(shè)計用戶激勵手段

將用戶側(cè)作為能源轉(zhuǎn)型的核心，以改變傳統(tǒng)能源系統(tǒng)中用戶被動的地位。例如，利用類似交通信號燈的直觀指示器，項目實時向用戶清晰展示當(dāng)前電價是處于高位、常規(guī)或低位。用戶通過安裝的能源管理應(yīng)用程序，可以隨時跟蹤自己的能源消耗情況，并可設(shè)定家電在電力充足且價格低廉時自動啟動。另外，能源管家系統(tǒng)能夠自適應(yīng)地調(diào)節(jié)智能家電的運行，響應(yīng)電價的波動。項目還引入了基于事件的定價機制.當(dāng)預(yù)測到特別不利或有利的氣象條件時，至少提前一天通知用戶未來某時段的電價波動，結(jié)合智能電表提供的即時數(shù)據(jù)反饋，讓消費者有機會重新考慮和調(diào)整他們的能源消費習(xí)慣。通過實行諸如對低峰時段使用電力提供獎勵等激勵措施，鼓勵消費者積極參與并優(yōu)化用電行為。

（六）對技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化給予了極高的關(guān)注

就資金投入和試驗范圍而言，這些示范項目主要作為技術(shù)發(fā)展和綜合測試的平臺，參與試驗的用戶群體相對有限，單個項目的參與用戶最多不超過1 000個，某些項目中的小型發(fā)電設(shè)施僅包括20個微型熱電聯(lián)產(chǎn)單位。即便規(guī)模有限，通過這些項目的實施，德國也推進了本土技術(shù)的開發(fā)和平臺系統(tǒng)的實地驗證。

三、對我國的啟示

德國能源轉(zhuǎn)型示范項目旨在展示前沿技術(shù)，并加強政策、標(biāo)準(zhǔn)、商業(yè)模式創(chuàng)新和管理方法的實證。這些以創(chuàng)新為驅(qū)動的項目顯著提升了能源技術(shù)和設(shè)備性能，為實現(xiàn)清潔、低碳、安全和高效的能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)貢獻了力量。

我國的能源低碳轉(zhuǎn)型應(yīng)以超多邊協(xié)作機制為紐帶，以技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新、體制機制創(chuàng)新為核心驅(qū)動，推動綠色發(fā)展和經(jīng)濟高效協(xié)同升級，形成電力—能源—生產(chǎn)生活—經(jīng)濟社會發(fā)展逐級帶動的綠色轉(zhuǎn)型體系，打造生態(tài)型“雙碳”綜合解決方案，形成“雙碳”產(chǎn)業(yè)孵化高地、技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用先導(dǎo)區(qū)、政策機制創(chuàng)新試驗區(qū)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)聚合示范區(qū)。

在我國能源低碳轉(zhuǎn)型的發(fā)展過程中，國家層面，由政府全面指導(dǎo)低碳創(chuàng)新發(fā)展；區(qū)域?qū)用?，由電網(wǎng)企業(yè)整合優(yōu)質(zhì)資源，全力統(tǒng)籌推進創(chuàng)新實踐項目建設(shè)。電網(wǎng)企業(yè)作為履行電力普遍服務(wù)義務(wù)的壟斷型公共事業(yè)企業(yè)，既是電力低碳示范項目的直接參與者，也是組織者、協(xié)調(diào)者和服務(wù)者，還是政府不可缺少的參謀和助手。通過政企合作，建立“政府主導(dǎo)、多元化投資、市場化運作”的能源低碳轉(zhuǎn)型建設(shè)模式。政府主導(dǎo)包括配套系列支持政策和保障機制，科學(xué)推動社會主體參與低碳項目，并將重點工作納入政府督辦，凝聚最大合力。政府和電力公司共同開展頂層設(shè)計，構(gòu)建合作框架、政策框架和技術(shù)框架，并在土地、人才、數(shù)據(jù)等方面加大整合力度。廣泛吸納社會技術(shù)、資源和資本，構(gòu)建政企產(chǎn)學(xué)研“雙碳”生態(tài)圈。多元化投資鼓勵社會資本投資“雙碳”相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈，推進投資主體多元化。市場化運作，通過多種融資渠道將各類社會主體的投資結(jié)合起來，建立健全靈活高效的市場化經(jīng)營機制，持續(xù)激發(fā)企業(yè)創(chuàng)新活力。通過有效的市場競爭，提高企業(yè)經(jīng)營效率和低碳貢獻度。

四、結(jié)束語

本文分析了德國能源低碳轉(zhuǎn)型示范項目的背景、進程、特征及其啟示，探討了德國能源低碳項目發(fā)展對我國的借鑒意義。通過德國低碳轉(zhuǎn)型的典型示范項目研究發(fā)現(xiàn)，示范項目是否能得到推廣仿效，同項目本身、項目運營環(huán)境以及項目推廣主體都有著密切關(guān)系。其中，政府是項目推廣的重要力量，社會力量的廣泛參與是項目推廣的必要條件，資源基礎(chǔ)是影響項目推廣的重要因素，市場驅(qū)動、商業(yè)模式創(chuàng)新是項目可持續(xù)發(fā)展的根本途徑，標(biāo)準(zhǔn)化是項目獲得競爭優(yōu)勢的重要策略；企業(yè)是項目的主導(dǎo)。德國能源低碳發(fā)展的經(jīng)驗對我國具有重要的參考價值，有助于推動我國能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和低碳經(jīng)濟的發(fā)展。

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Development of Energy Transformation Demonstration Projects in Germany and Its Inspiration for China

DING Chengdi1， TANG Qiyun2， QI Fengyu2， WU Jingkai3

（1.State Grid Tianjin Electric Power Company Development Research Center， Tianjin 300010， China;2.State Grid Tianjin Electric Power Company， Tianjin 300010， China;3.State Grid Tianjin Electric Power Company Chengnan Power Supply Branch， Tianjin 300201， China）

Abstract： Taking six demonstration projects in Germany’s low-carbon energy transformation as examples， this paper analyzes their development background， process， characteristics， and inspirations， and explores the reference significance of the development of low-carbon energy projects in Germany for China. Through research， it has been found that whether demonstration projects can be promoted and imitated is closely related to the project itself， project operation environment， and project promotion subjects. Therefore， China’s low-carbon energy transformation should be achieved through government enterprise cooperation， establishing a government led， diversified investment， and market-oriented operation construction model.

Key words： Germany; Energy transformation; Demonstration project

[責(zé)任編輯 妤 文]