德國綜合能源服務模式與案例研究

楊 宇 宋天琦

1．上海飛奧燃氣設備有限公司

2．上海航天智慧能源研究院

0 引言

目前，互聯網、大數據、云計算等技術融合清潔能源與可再生能源的新型綜合能源服務模式在不斷發展。綜合能源服務對提升能源利用效率和實現可再生能源規模化開發具有重要支撐作用，因此，世界各國根據自身需求制定了適合自身發展的綜合能源發展戰略。了解國外綜合能源服務的發展及值得借鑒的商業模式對我們來說顯得尤為重要。

1 德國綜合能源服務發展概況

在推進能源消費革命、優化能源消費結構、提高能源利用效率的大背景下，綜合能源服務能夠促進多品類能源的融合、互補和協同，解決單一能源消費帶來的問題。以綜合能源服務為著力點推動能源行業實現高質量發展成為德國能源發展的重要一環。

自2011年開始，德國在環境部、經濟與技術部等機構的統一領導下，每年追加3億歐元，從能源全供應鏈和全產業鏈角度出發，實施對能源系統的優化協調。在此基礎上，近期關注的重點上升為可再生能源、能源效率提升、能源儲存、多能源有機協調等，重在提高能源供應安全等方面問題。

與同是歐洲國家的英國相比，德國的企業更側重于能源系統和通信信息系統間的集成，如2008年啟動的E-Energy項目就是一個標志性的項目。該項目總投資約1．4億歐元，選擇了6個試點地區進行了為期4年的技術創新促進活動。該活動包括智能發電、智能電網、智能消費和智能儲能等4個方面，旨在推動其他企業和地區積極參與建立以新型信息通信技術（ICT）、通訊設備和通訊系統為基礎的高效能源系統，以最先進的調控手段來應對日益增多的分布式能源與各種復雜的用戶終端負荷的挑戰。通過智能區域用能管理系統、智能家居、儲能設備、售電網絡平臺等多種形式開展的試點分析，最終發現E-Energy的最大負荷和用電量均減少了10%～20%。此外，在E-Energy項目成功實施后，德國政府還推進了IRENE、Peer Energy Cloud、ZESMIT和 Future Energy Grid等項目。

2 德國能源市場化與儲備容量計劃

德國電能的定價是根據市場需求確定的，以確保德國電能供應的可靠性、優質性和價廉性，使其具有市場競爭能力，但對電力容量市場則可以說是摒棄的，因政府不對容量電廠進行直接補貼。德國電力市場具有兩種功能——電力儲存功能和電力調度功能。價格信號的參閱確保了市場可在正確的時間進行投資，期貨市場就是其中的一種投資工具。

未來電力市場最大的問題莫過于可再生能源輸出的波動性給電網和電力供給帶來的不確定性，因此，電力市場的供給和需求都將向更富有彈性的方向發展。隨著電力技術的進步，類似電動車、儲能設備、燃氣發電、P2X等均將被納入彈性選項，而這些可能在未來作為儲備電源的選項將會參與市場競爭。

此外，德國政府還計劃在不久的將來建立一種儲備容量。不同于電力市場中的容量市場，這種儲備容量將僅包括那些不參與電力市場競爭、不會影響市場競爭機制和價格形成的電廠，且僅在電力交易充分進行，電力供應仍然不足的情況下才被啟用。在全國輸電網擴建工程完成之前，德國南部將啟用儲備容量解決電網堵塞問題。這種機制不僅對電力市場提供了安全保障，也緩解了可再生能源補貼緊張的問題。

德國正和歐盟其他國家一起促進歐洲統一電力市場的建立。通過與歐洲其他國家的電力網絡互聯可降低本國電力儲備，以較低成本獲得電能。歐洲未來的電力市場將越來越多的以歐洲電網和市場為中心，國與國之間承擔相互調峰的功能。為此，電力銷售商必須為平衡電力的供需負責。電力銷售商通過與消費者長期供電的合約方式，在保證消費者電力使用的同時，也規避了在電力供不應求時的高額費用支出。

此外，德國還建立了電力批發市場價格機制和監管機制。電力批發市場中靈活價格機制為：監管框架允許峰值價格的出現，同時，建立一個全國性的數據平臺以保證電力價格是按電力供需實際情況形成的。通過此平臺，電力交易所有參與者均能得到實時電力交易信息。

3 基于互聯網的區域性能源市場和虛擬電廠

隨著可再生能源，特別是分布式能源比例的不斷提高，德國完成了一些能源互聯網的實驗項目。德國有六大能源互聯網示范地區，每個地區都有不同的“互聯網+”智慧能源試驗主題。

庫克斯港區域內的能源項目eTelligence以風電等可再生能源為主，項目的核心是建立一個基于互聯網的區域性能源市場。萊茵魯爾地區E-DeMa項目旨在建立一個以“智能能源路由器”分布式能源為核心的社區，在這種類型的社區里不存在單純的消費者，家庭在消費能源的同時，也在利用自家的微型分布式能源電站生產電力，并在社區內銷售。哈慈地區RegMod項目是一個綜合性能源互聯網項目，其最引人注目的是綜合儲能設施、電動汽車、可再生能源和智能家用電器的“虛擬電廠”。隨著民眾對可再生能源認同感的增強、對當地能源發展的認同和支持，虛擬電廠作為協調方協調發電端、零售商及最終用戶端之間的交易。

現在，德國越來越多的公司開始進入虛擬電廠領域，除大公司西門子、博世等聯合傳統電力巨頭外，很多中小型企業也看到了虛擬電廠未來的發展前景，積極在能效管理、節能合約、充電設施服務等方面開展業務布局。

4 德國RegModHarz綜合能源服務項目案例分析

1）RegModHarz項目概況

RegModHarz項目位于德國哈慈山區，項目基本物理結構為：2個光伏電站、2個風電場、1個生物質發電廠，共86MW發電能力。計劃發電量由預測的日前市場和日內盤中市場的電價及備用市場來決定。RegModHarz項目目標是對分散風力、太陽能、生物質等可再生能源發電與抽水蓄能水電站進行協調，使可再生能源聯合循環利用達到最優。其核心示范內容是在用電側整合了儲能設施、電動汽車、可再生能源和智能家用電器的虛擬電站，包含了更多、更貼近現實生活的能源需求元素。該項目主要措施有：

①建立家庭能源管理系統，使家電能夠“即插即用”到此系統上，系統將根據電價情況決定家電的運行狀態。此外，根據用戶負荷也可追蹤可再生能源發電量的變化，由此實現負荷和新能源發電的雙向互動。

②配電網中安裝電源管理單元以監測關鍵節點的電壓和頻率等運行指標、定位電網薄弱環節。此項目中配備了10個電源管理單元。

③光伏、風機、生物質發電、電動汽車和儲能裝置共同構成虛擬電廠參與電力市場的交易。

2）RegModHarz項目成果

RegModHarz項目典型成果包括以下3個方面：

①開發設計了基于Java的開源軟件平臺－OGEMA。通過OGEMA軟件平臺實現對外接的電氣設備實行標準化數據結構和設備服務，可獨立于生廠商支持建筑自動化和能效管理、實現負荷設備在信息傳輸方面的“即插即用”。

②虛擬電廠直接參與電力市場交易，豐富了配電網系統調節控制手段，為分布式能源參與市場調節提供了參考。

③哈慈地區的水電和儲能設備調節較好地平抑了風機、光伏等功率輸出的波動性和不穩定性，有效地論證了對可再生能源較為豐富的地區，在區域電力市場范圍內實現100%的清潔能源供能是完全可以實現的。

5 結語

德國在能源發展創新方面一直走在世界前列，其綜合能源服務發展迅速，市場機制與技術模式開發方面也有較強優勢。本文通過對其能源市場和虛擬電廠概念貫徹實施的觀察，結合RegModHarz項目，分析了其在綜合能源服務領域值得借鑒的方面，希望對國內相關領域研究人員有所幫助。