德國信息化能源（E-Energy）促進計劃

王喜文，王葉子

（中國國際貿易促進委員會 電子信息行業分會，北京 100846）

電力是工業和社會經濟的支柱。在直接進入高度復雜的供電系統的初級能源中，只有一小部分被轉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，保證和優化能源供應的安全、效率及環境的兼容性。

為了大力加強研發活動，德國聯邦經濟和技術部啟動了“E-Energy”促進計劃。德國版智能電網并未使用“智能電網”這個詞，而是使用“E-Energy（信息化能源）”。該計劃為期4年，總預算為1.4億歐元（約12.6億元人民幣），其目標是建立一個能基本實現自我調控的智能化電力系統。

1 德國智能電網的主要目標

E-Energy：以信息通信技術（ICT）為基礎的未來能源系統是德國聯邦經濟和技術部發起的一個技術創新促進計劃，是德國“綠色IT先鋒”行動計劃的組成部分。鑒于E-Energy在能源和經濟發展中的重要作用，德國聯邦政府宣布將E-Energy作為一個國家性的“燈塔項目”，旨在推動其他企業和地區積極參與創建基于ICT技術的高效能源系統。主要包含如下目標：

·通過向智能生產—智能網絡—智能消費—智能儲存過渡，為解決能源和氣候問題作出貢獻。

·培育新型市場，創造更多就業機會。

·通過促進跨學科合作，加快技術創新與社會進步。

·促進電力系統的范式轉變（“以消耗決定電力生產”→“以電力生產決定消耗”）。

E-Energy開發了基于能量傳輸系統的信息和通信控制技術，從電站中的發電機到最終客戶，EEnergy可以為能量生產和消耗的各個環節提供IT技術支持。目前，E-Energy已經在德國多個地區建設了側重點不同的示范項目。

2 E-Energy的6個示范區項目

德國聯邦經濟和技術部為E-Energy計劃舉行了一場技術選拔，6個試點地區在選拔中勝出。2008年12月，這些地區開始著手開發和測試能源互聯網的核心技術，而德國聯邦經濟和技術部與德國聯邦環境、自然保護和核安全部聯手為這6個試點地區的研發項目提供了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，這些試點地區的電力企業進一步投資8 000萬歐元（約7.2億元人民幣），示范項目的總預算接近1.4億歐元（約12.6億元人民幣）。數千個家庭和數百家公司加入了這些實驗驗證項目，研究主要測試產品的可行性。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。圖1為德國E-Energy計劃的6個試點項目。

圖1 德國E-Energy計劃的6個試點項目

·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，需要綜合調節大規模風力發電與供熱需求（海產品冷藏倉庫、溫泉熱電聯產）。因此，該項目利用價格杠桿進行自動控制，讓生產型企業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力渦輪機發電，將會節省大量電力，減輕電網負擔。

·RegModHarz項目：哈茨可再生能源示范區

哈茨地區大部分屬于山區，風力、太陽能、生物質等自然能源較為豐富。該地區已經擁有抽水蓄能式水電站，因此希望僅依靠“可再生能源聯合循環利用”實現電力供應的最佳組合，對分散的可再生能源發電設備與抽水蓄能式水電站進行協調，使其效果達到最優。

·E-DeMa項目：萊茵-魯爾

該項目主要希望加強用戶與電力系統之間的互動，使消費者可同時扮演發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

該項目是由地方電力公司主導的、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的效率。

·MOMA項目：萊茵-內卡（曼海姆）

該項目以地方電力公司為主導，通過網關直接控制次日價格的提示與家庭供電。網關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主導的現有系統的應用示范項目。最小排放區域（Minimum emission REGIOn，MEREGIO）項目利用智能電能表及各種ICT技術，期望實現有效控制CO2減排的效果。

3 E-Energy計劃的意義

3.1 促進能源技術的創新

傳統電力供應都由“以消耗決定電力生產”所主宰。發電廠的電力網絡能夠生產出足夠的電力，當然有時會出現暫時的電力負荷高峰期，但這在未來的電力供應系統中將變得愈發困難。未來的電力供應系統將比以往任何時候都要更加依賴于不穩定的資源，比如太陽能和風力。電力只能夠被儲存在一個非常有限的范圍內，但蓄電成本非常高，并且大量的能量會在轉換時流失。這樣看來，“以電力生產決定消耗”才是正確方向。如果消費者如此選擇，那么當風力特別強時，電力就會過剩，因而價格低廉，消費者便能適時開啟電器。這一切都由計算機網絡所控制。

大部分電器和系統都適用于這種技術，如：電冰箱、洗衣機、洗碗機等，都可以通過基于ICT技術的用電負荷管理來進行優化控制。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工作原理與優勢的最佳案例。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，為實現未來整個能源供應系統的智能一體化建設創造了先決條件。通過能源互聯網，汽車可以報告它們的確切位置、電池當時的充電狀態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系統甚至可以從電池汲取剩余電力，反饋至電網，在用電需求高峰時提供補充。

能源互聯網使能源系統中，從發電廠、電力運輸公司，到電力分配、電力消費環節都實現相通。每個與電網連接的設備或裝置都如即插即用的應用程序一般，被添加到控制系統中，形成具有全新結構和功能的綜合數據和電力網絡。傳統的電能表將成為歷史，這種新系統將使用電子測量儀表，即“智能電能表”。

在能源互聯網中，這些電能表不再只是為了計價而僅僅測量消耗的電力或饋入電網的電力，它們還能夠為智能E-Energy系統的網絡節點提供所需信息，從而在很大程度上實現對電力生產、電網負荷、電力消耗的自動調節，這有助于減少用電高峰時的電力需求，減輕電網負荷，確保電力供應安全。

3.2 帶動經濟增長，促進就業

E-Energy使能源和ICT行業的巨大市場融合起來，這將促成新的就業機會和市場機遇，它們需要全新的技術合作與商業合作模式。通過E-Energy計劃，德國希望自己在智能電網領域能夠發揮市場主導作用。通過6個試點項目驗證所研發的能源互聯網核心技術、所掌握的技能與經驗，進一步加強德國在全球能源市場的競爭力。

研發活動作為E-Energy計劃的一部分，將迅速為自動化控制和監管系統促成新的市場。同樣將促成的新市場還包括ICT網關和智能電能表、智能儲存模塊、預測系統和報表系統、“用戶友好型”在線查詢系統、顯示和操作系統等，這將創造面向未來的、可持續的就業機會，并創造新的市場增長點，最終為市場帶來伴有多樣化價格體系的全新服務。

此外，新的商業模式也將得到發展，如：使生產者和消費者相連接的模式，能提供“最低價格”或“預付”電力的模式，能優化個人或商業用電配置的模式，或者使用雙向ICT網關、幾乎完全自動化的家電控制系統，以最大限度地節約能源。特別對于可再生能源的開發、可再生能源與電網的整合而言，E-Energy是成功的關鍵。E-Energy越能成功地將分散的可再生能源發電廠整合進電網，便越能促成制造業和工程施工行業的發展。

E-Energy不僅將促成新的服務，而且也能催生多種多樣的新技術產品。當然，這就需要新的就業崗位提供這些服務，安裝和維修這些新產品。許多中小型企業——尤其是電工行業，將大大受益于EEnergy，如：工程公司、硬件和軟件制造商以及在全球范圍內與電廠建設有關的企業。未來的電力系統中分布式能源，如：太陽能和風能的貢獻度將遠超過今天。鑒于這一事實，傳統占主導地位的“以消耗決定電力生產”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”之外也實現了“以電力生產決定消耗”模式的實際應用。這一點非常值得我們借鑒與學習。