德國版智能電網(wǎng)“E-Energy”

電力是工業(yè)和社會的支柱。日益增長的各種需求、不斷消耗的資源和氣候變化，成為我們這一代人需要面臨的巨大挑戰(zhàn)。在直接進入高度復(fù)雜供電系統(tǒng)的初級能源中，只有一小部分被轉(zhuǎn)化為供終端消費者使用的能源。因此，迫切需要找到新的解決方案，保證和優(yōu)化能源供應(yīng)的安全、效率和環(huán)境的兼容性。

為了大力加強研發(fā)活動，德國聯(lián)邦經(jīng)濟和技術(shù)部啟動了“E-Energy”促進計劃。德國版智能電網(wǎng)并未使用“智能電網(wǎng)”這個詞，而是使用“E-Energy（信息化能源）”。該計劃為期四年，總預(yù)算為 1.4 億歐元（約 12.6 億元人民幣），其目標(biāo)是建立一個能基本實現(xiàn)自我調(diào)控的智能化電力系統(tǒng)。

一、德國智能電網(wǎng)的主要目標(biāo)

E-Energy 即以 ICT 為基礎(chǔ)的未來能源系統(tǒng)，是德國聯(lián)邦經(jīng)濟和技術(shù)部發(fā)起的一個技術(shù)創(chuàng)新促進計劃，是德國“綠色 IT 先鋒”行動計劃的組成部分。鑒于 E-Energy 在能源和經(jīng)濟發(fā)展中的重要作用，德國聯(lián)邦政府宣布將 E-Energy 作為一個國家性的“燈塔項目”，旨在推動其他企業(yè)和地區(qū)積極參與創(chuàng)建基于 ICT 技術(shù)的高效能源系統(tǒng)。該項目主要包含如下目標(biāo) ：

通過向智能生產(chǎn)—智能網(wǎng)絡(luò)—智能消費—智能儲存過渡，為解決能源和氣候問題做出貢獻 ；

培育新型市場、創(chuàng)造更多就業(yè)機會 ；

通過促進跨學(xué)科合作，加快技術(shù)創(chuàng)新與社會進步；

促進電力系統(tǒng)的范式轉(zhuǎn)變（“以消耗決定電力生產(chǎn)”→“以電力生產(chǎn)決定消耗”）。

為此，E-Energy 開發(fā)了基于能量傳輸系統(tǒng)的信息和通信控制技術(shù)，從電站中的發(fā)電機到最終客戶，E-Energy 可以為能量生產(chǎn)和消耗的各個環(huán)節(jié)提供 IT 技術(shù)支持。目前，E-Energy 已經(jīng)在德國多個地區(qū)建設(shè)了側(cè)重點不同的示范項目。

二、E-Energy的六個示范區(qū)項目

德國聯(lián)邦經(jīng)濟和技術(shù)部為 E-Energy 計劃舉行了一場技術(shù)選拔，六個試點地區(qū)在選拔中勝出。2008 年 12 月這些地區(qū)開始著手開發(fā)和測試能源互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，而德國聯(lián)邦經(jīng)濟和技術(shù)部則與德國聯(lián)邦環(huán)境、自然保護和核安全部聯(lián)手為這六個試點地區(qū)的研發(fā)項目提供了 6 000 萬歐元（約 5.4 億元人民幣）的資助。

除了政府提供的資金外，這些試點地區(qū)的電力企業(yè)進一步投資 8 000 萬歐元（約 7.2 億元人民幣），使示范項目的總預(yù)算接近 1.4 億歐元（約 12.6 億元人民幣）。數(shù)千個家庭和數(shù)百家公司加入了這些實驗驗證項目。該項目研究將主要測試產(chǎn)品的可行性。比如，家庭用電能夠自給自足，同時，又能將多余的電力以盈利的方式出售給電網(wǎng)。圖 1 所示是該 E-Energy的六個示范區(qū)項目分布圖。

eTelligence項目：庫克斯港

庫克斯港是面向波羅的海的漁港城市。電能使用方面，需要綜合調(diào)節(jié)大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電與供熱需求（海產(chǎn)品冷藏倉庫、溫泉熱電聯(lián)產(chǎn)）。因此，該項目利用價格杠桿進行自動控制，讓生產(chǎn)型企業(yè)和地方用電大戶積極參與示范項目。如大型冷庫和溫泉洗浴場所，如果通過風(fēng)力渦輪機發(fā)電，將會節(jié)省大量電力，減輕電網(wǎng)負擔(dān)。

RegModHarz項目：哈茨可再生能源示范區(qū)

哈茨地區(qū)大部分屬于山區(qū)，風(fēng)力、太陽能、生物質(zhì)等自然能源較為豐富。該地區(qū)已經(jīng)擁有抽水蓄能式水電站，因此希望僅依靠“可再生能源聯(lián)合循環(huán)利用”方式實現(xiàn)電力供應(yīng)的最佳組合，對分散的可再生能源發(fā)電設(shè)備與抽水蓄能式水電站進行協(xié)調(diào)，使其效果達到最優(yōu)。

E-DeMa項目：萊茵-魯爾

該項目主要是加強用戶與電力系統(tǒng)之間的互動，使消費者可同時扮演發(fā)電者與電力消耗者的專家消費者角色(Prosumer=Producer+consumer)，形成專家消費者能源過多或不足時的交易市場。該項目主要以人口密集的中等規(guī)模城市米爾海姆的一些居民家庭為主進行實驗驗證。

Smart W@TTS項目：亞琛

該項目是地方電力公司主導(dǎo)的、希望營建完全自由零售市場的示范項目。如果零售商能夠完全自由地采購與銷售，就可以多角度提升電網(wǎng)的效率。MOMA項目：萊茵-內(nèi)卡（曼海姆）該項目以地方電力公司為主導(dǎo)，通過網(wǎng)關(guān)直接控制次日價格的提示與家電供電。網(wǎng)關(guān)采用了弗勞恩霍夫研究所的開源軟件 OGEMA。

MEREGIO項目：斯圖加特

該項目是德國四大電力公司之一的 EnBW 主導(dǎo)的現(xiàn)有系統(tǒng)的應(yīng)用示范項目。MEREGIO（最小排放區(qū)域，MinimumEmission REGIOn）項目利用智能電表及各種 ICT 技術(shù)，期望可以實現(xiàn)有效控制 CO2 減排的效果。

三、德國E-Energy計劃的重大意義

（一）促進能源技術(shù)的創(chuàng)新

傳統(tǒng)電力供應(yīng)都由“以消耗決定電力生產(chǎn)”所主宰。發(fā)電廠的電力網(wǎng)絡(luò)能夠生產(chǎn)出足夠的電力，當(dāng)然有時會出現(xiàn)暫時的電力負荷高峰期。但這在未來的電力供應(yīng)系統(tǒng)中將變得愈發(fā)困難。未來的電力供應(yīng)系統(tǒng)將比以往任何時候都要更加依賴于不穩(wěn)定的資源，比如太陽能和風(fēng)力。電力只能夠被儲存在一個非常有限的范圍內(nèi)，但蓄電成本非常高，并且大量的能量會在轉(zhuǎn)換時流失。這樣看來，“以電力生產(chǎn)決定消耗”才是正確方向。如果消費者如此選擇，那么當(dāng)風(fēng)力特別強時，電力就會過剩，因而非常便宜，消費者便能適時開啟電器。這一切都由計算機網(wǎng)絡(luò)所控制。

大部分電器系統(tǒng)都適用于這種技術(shù)，如電冰箱、洗衣機、洗碗機等，都可以通過基于 ICT 技術(shù)的用電負荷管理來進行優(yōu)化控制。特別是大型冷凍倉庫和溫泉洗浴場所，它們能夠非常靈活地選擇用電時間。而電動汽車更是顯示這一系統(tǒng)工作原理與優(yōu)勢的最佳案例，因為對于電動汽車來說，可以選擇夜間用電低谷或電價較低時充電。

E-Energy 利用新的 ICT 解決方案，可為實現(xiàn)未來整個能源供應(yīng)系統(tǒng)的智能一體化建設(shè)創(chuàng)造先決條件。通過能源互聯(lián)網(wǎng)，汽車可以報告它們的確切位置、電池當(dāng)時的充電狀態(tài)以及在何種特定時刻汽車需要達到何種充電水平。車主能夠為汽車下達指令，以最低的成本為電池充電，或者只用“綠色電力”為電池充電。如果車主同意，E-Energy 系統(tǒng)甚至可以從電池汲取剩余電力，反饋至電網(wǎng)，在用電需求高峰時提供補充。

能源互聯(lián)網(wǎng)可使能源系統(tǒng)，從發(fā)電廠、電力運輸公司，到電力分配、電力消費環(huán)節(jié)都實現(xiàn)互相。每個與電網(wǎng)連接的設(shè)備或裝置都如即插即用的應(yīng)用程序一般被添加到控制系統(tǒng)中，形成具有全新結(jié)構(gòu)和功能的綜合數(shù)據(jù)和電力網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的電表將成為歷史，這種新系統(tǒng)將使用電子測量儀表，即“智能電表”。

在能源互聯(lián)網(wǎng)中，這些電表不再只是為了計價而僅僅測量消耗的電力或潰入電網(wǎng)的電力，它們還能夠為智能 E-Energy系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供所需信息，從而在很大程度上實現(xiàn)對電力生產(chǎn)、電網(wǎng)負荷、電力消耗的自動調(diào)節(jié)。這有助于減少用電高峰時的電力需求，減輕電網(wǎng)負荷，確保電力供應(yīng)安全。

（二）帶動經(jīng)濟增長、促進就業(yè)

E-Energy 可以使能源和 ICT 行業(yè)的巨大市場融合起來，這將促成新的就業(yè)機會和市場機遇，它們需要全新的技術(shù)合作與商業(yè)合作模式。通過 E-Energy 計劃，德國希望自己在智能電網(wǎng)領(lǐng)域能夠發(fā)揮市場主導(dǎo)作用。通過六個試點的項目驗證，所研發(fā)的能源互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)和所掌握的技能與經(jīng)驗，進一步加強德國在全球能源市場的競爭力。

研發(fā)活動作為 E-Energy 計劃的一部分，將迅速為自動化控制和監(jiān)管系統(tǒng)促成新的市場。同樣，其促成的新市場還包括 ICT 網(wǎng)關(guān)和智能電表、智能儲存模塊、預(yù)測系統(tǒng)和報表系統(tǒng)、“用戶友好型”在線查詢系統(tǒng)、顯示和操作系統(tǒng)等。這將創(chuàng)造面向未來的、可持續(xù)的就業(yè)機會，并創(chuàng)造新的市場增長點。最終，這將為市場帶來伴有多樣化價格體系的全新服務(wù)。

此外，新的商業(yè)模式也將得到發(fā)展，如使生產(chǎn)者和消費者相連接的模式、能提供“最低價格”或“預(yù)付”電力的模式，能優(yōu)化個人或商業(yè)用電配置的模式?；蛘呤褂秒p向 ICT網(wǎng)關(guān)、幾乎完全自動化的家電控制系統(tǒng)，以最大限度地節(jié)約能源。特別對于可再生能源的開發(fā)和可再生能源與電網(wǎng)的整合而言，E-Energy 是成功的關(guān)鍵。E-Energy 越能成功地將分散的可再生能源發(fā)電廠整合進電網(wǎng)，便越能促成制造業(yè)和工程施工行業(yè)的發(fā)展。

E-Energy 不僅將促成新的服務(wù)，而且也能催生多種多樣的新技術(shù)產(chǎn)品。當(dāng)然，這就需要新的就業(yè)崗位提供這些服務(wù)，安裝和維修這些新產(chǎn)品。許多中小型企業(yè)——尤其是電工行業(yè)，將大大受益于 E-Energy，如工程公司、硬件和軟件制造商，以及在全球范圍內(nèi)與電廠建設(shè)有關(guān)的企業(yè)。

在未來的電力系統(tǒng)中，分布式能源，如太陽能和風(fēng)能的貢獻度會遠超過今天。鑒于這一事實，傳統(tǒng)占主導(dǎo)地位的“以消耗決定電力生產(chǎn)”的單向范式會難以為繼。因此，E-Energy示范項目推出了適用于雙向系統(tǒng)的 ICT 解決方案，并憑借這些解決方案，第一次在“以消耗決定電力生產(chǎn)”之外，也實現(xiàn)了“以電力生產(chǎn)決定消耗”模式的實際應(yīng)用。這一點非常值得我們借鑒與學(xué)習(xí)。