德國(guó)如何進(jìn)行能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型？

文 | 本刊記者 范珊珊

沒(méi)有數(shù)字化轉(zhuǎn)型，能源轉(zhuǎn)型就不會(huì)成功。在可再生能源高比例并網(wǎng)的德國(guó)，數(shù)字化是如何助力能源轉(zhuǎn)型的？

在未來(lái)幾十年，數(shù)字技術(shù)將使世界各地的能源系統(tǒng)更加智能、高效、可靠和可持續(xù)。諸如智能家電，共享移動(dòng)、3D打印等數(shù)據(jù)等分析和互聯(lián)技術(shù)的進(jìn)步正在推動(dòng)一系列新的數(shù)字應(yīng)用。未來(lái)的數(shù)字化能源系統(tǒng)能夠確定誰(shuí)需要能源并在正確的時(shí)間，正確的地點(diǎn)以最低的成本交付能源。但要讓一切實(shí)現(xiàn)并非易事。

在德國(guó)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的速度也在加快。作為能源轉(zhuǎn)型的先行者，德國(guó)的能源轉(zhuǎn)型有賴于兩大基本支柱：發(fā)展可再生能源及提升能效。眾所周知，德國(guó)的能源市場(chǎng)在過(guò)去十年中經(jīng)歷了重大轉(zhuǎn)變。2020年可再生能源發(fā)電將占德國(guó)電力消費(fèi)的46%以上，并且在明年全部淘汰核電，預(yù)計(jì)到 2038 年淘汰煤電，進(jìn)一步推動(dòng)了向可再生能源轉(zhuǎn)變的進(jìn)程。對(duì)于分散的可再生能源整合是未來(lái)能源系統(tǒng)面臨的一大挑戰(zhàn)——尤其是對(duì)德國(guó)電網(wǎng)而言。

隨著新能源比例的不斷提升，復(fù)雜的IT系統(tǒng)將成為能源轉(zhuǎn)型下一階段的焦點(diǎn)。“沒(méi)有數(shù)字化轉(zhuǎn)型，能源轉(zhuǎn)型就無(wú)法成功，”公用事業(yè)協(xié)會(huì) BDEW 負(fù)責(zé)人 Kerstin Andreae 說(shuō)。

德國(guó)一直高度重視信息化、數(shù)字化建設(shè)。2013年，德國(guó)提出“工業(yè)4.0”國(guó)家戰(zhàn)略，以信息物理系統(tǒng)(CyberPhsicalSystem，CPS)和物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings，IoT)為基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)，展望了以信息技術(shù)為核心的智能化生產(chǎn)與“智能工廠”愿景。在此背景下，德國(guó)能源系統(tǒng)也提出利用先進(jìn)信息通信技術(shù)對(duì)能源系統(tǒng)全環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)字化改造，能源領(lǐng)域信息化建設(shè)加快推進(jìn)，為能源與信息深度融合奠定了基礎(chǔ)。數(shù)字化在提高能源系統(tǒng)的安全性、生產(chǎn)效率、可訪問(wèn)性和可持續(xù)性等方面的作用不言而喻，但它也在改變市場(chǎng)、企業(yè)和就業(yè)，與此同時(shí)新的商業(yè)模式正在隨之興起。

全新的試驗(yàn)

在德國(guó)，和其他行業(yè)一樣，能源領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型也是新的嘗試。能夠?qū)崟r(shí)讀取和傳送數(shù)據(jù)的傳感器在德國(guó)被認(rèn)為是能源部門(mén)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的起點(diǎn)，其次是電力流量的遠(yuǎn)程控制。這些能夠在電力生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間進(jìn)行雙向通信的“智能電表”是“智能電網(wǎng)”的基礎(chǔ)，可以檢測(cè)并立即對(duì)當(dāng)?shù)氐陌l(fā)電和需求變化做出反應(yīng)，提高效率和靈活性。

為此，德國(guó)出臺(tái)了《能源轉(zhuǎn)型數(shù)字化法案》，主要是推廣智能電表（Smart Meters）的安裝與使用，提供安全通訊平臺(tái)，能夠使電力系統(tǒng)符合能源轉(zhuǎn)型的需要，廣大消費(fèi)者和用戶安裝了智能電表后，需求側(cè)可控制的用電設(shè)備等各種靈活性資源就可以被市場(chǎng)價(jià)格等信號(hào)調(diào)動(dòng)起來(lái)，參與市場(chǎng)供需平衡，構(gòu)成供給和需求雙向互動(dòng)的電力系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)高比例可再生能源發(fā)電前景下供給側(cè)的波動(dòng)性。

這一法案也為智能計(jì)量系統(tǒng)這項(xiàng)新技術(shù)創(chuàng)造了法律保障。該技術(shù)連接了電網(wǎng)生產(chǎn)側(cè)和消費(fèi)側(cè)，成為可靠的信息交換平臺(tái)，使電網(wǎng)系統(tǒng)符合能源轉(zhuǎn)型的要求，從而開(kāi)發(fā)更多的能效潛力。只有被證明符合要求極高的隱私權(quán)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)安全的系統(tǒng)才能獲得德國(guó)聯(lián)邦信息技術(shù)安全局的認(rèn)證。

未來(lái)能源供應(yīng)體系越來(lái)越多地依靠分布式、產(chǎn)量波動(dòng)的能源生產(chǎn)主體，智能計(jì)量系統(tǒng)將降低體系轉(zhuǎn)型的難度。

除了法案，德國(guó)能源經(jīng)濟(jì)部也資助了一批能源數(shù)字化領(lǐng)域的數(shù)字化項(xiàng)目。2016年12月，德國(guó)“智慧能源——能源轉(zhuǎn)型數(shù)字化”展示計(jì)劃（簡(jiǎn)稱SINTEG）正式啟動(dòng)，該計(jì)劃在德國(guó)五個(gè)大型示范區(qū)域進(jìn)行能源數(shù)字化研究及試點(diǎn)項(xiàng)目，核心在于發(fā)電側(cè)與用電側(cè)的智能互聯(lián)、以及創(chuàng)新電網(wǎng)技術(shù)、運(yùn)營(yíng)管理及商業(yè)概念的應(yīng)用，以測(cè)試能源轉(zhuǎn)型數(shù)字化的新技術(shù)、服務(wù)、流程和商業(yè)模式。

德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部（BMWi）為這個(gè)展示計(jì)劃共出資2億歐元，加上企業(yè)的投資，總額超過(guò)5億歐元，共有300多個(gè)項(xiàng)目合作伙伴參與其中。他們希望實(shí)現(xiàn)以下五個(gè)目標(biāo)：可再生能源高比例上網(wǎng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)安全高效的電網(wǎng)運(yùn)行；充分利用效率和靈活性潛力；在智慧能源網(wǎng)絡(luò)中為所有參與者建立有效和安全的互動(dòng)；有效利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；在配電網(wǎng)層面減少新建網(wǎng)絡(luò)的需求；在能源領(lǐng)域開(kāi)發(fā)新的商業(yè)模式。

聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部 SINTEG 資助計(jì)劃的目標(biāo)是推動(dòng)能源行業(yè)的數(shù)字化并支持能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型。正在德國(guó)的五個(gè)示范地區(qū)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，以研究如何設(shè)計(jì)未來(lái)的智能能源供應(yīng)，以及如何建立智能能源系統(tǒng)。專家們正在利用示范區(qū)開(kāi)發(fā)和測(cè)試新技術(shù)、流程和商業(yè)模式，并為能源部門(mén)數(shù)字化帶來(lái)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和監(jiān)管挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)解決方案。正在制定如何將能源行業(yè)數(shù)字化的藍(lán)圖，然后可以在德國(guó)和世界各地多次應(yīng)用。

其中很重要的一個(gè)項(xiàng)目就是數(shù)字市場(chǎng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，該平臺(tái)將使能源和靈活性服務(wù)能夠有效交易（基于區(qū)塊鏈和基于云的使用）。這些市場(chǎng)平臺(tái)將使捆綁和使用分布在許多不同系統(tǒng)中的靈活性成為可能——不僅是風(fēng)電場(chǎng)等大型發(fā)電系統(tǒng)，還有私人家庭小型儲(chǔ)能系統(tǒng)。在 SINTEG 中開(kāi)發(fā)和測(cè)試的第一個(gè)用例將涉及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在遇到瓶頸時(shí)使用這些靈活性來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)。這有助于穩(wěn)定電網(wǎng)并確保其以具有成本效益的方式運(yùn)行。

SINTEG項(xiàng)目還正在開(kāi)發(fā)和測(cè)試新的數(shù)字業(yè)務(wù)模型，這些模型由于能夠合并、處理和分析與能源相關(guān)的數(shù)據(jù)而出現(xiàn)。許多數(shù)字初創(chuàng)公司也參與了這項(xiàng)工作。此外，正在調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)，以便它們也可以應(yīng)用于智能能源系統(tǒng)內(nèi)的新技術(shù)和已更改的流程。現(xiàn)代信息和通信基礎(chǔ)設(shè)施也在開(kāi)發(fā)中，其中包括部署 4萬(wàn) 多個(gè)智能測(cè)量系統(tǒng)，并為網(wǎng)絡(luò)配備更多傳感器，以改善對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控。以SINTEG條例為監(jiān)管依據(jù)，SINTEG由此成為能源轉(zhuǎn)型數(shù)字化的監(jiān)管箱。

這些新的數(shù)字化嘗試正在逐漸融合到能源轉(zhuǎn)型的進(jìn)程中，在未來(lái)也是加快這一進(jìn)程。

數(shù)字化的方向

德國(guó)的電力系統(tǒng)正在向清潔的以分散的可再生能源為主體的系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，由于分布式可再生能源發(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)和熱泵等的更多使用，活躍市場(chǎng)參與者的數(shù)量正在大幅增加。 這種發(fā)展和可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性迫使能源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重組和靈活化。

為了引領(lǐng)能源轉(zhuǎn)型取得成功，需要協(xié)調(diào)能源生產(chǎn)和消費(fèi)，并以靈活和智能的方式管理能源流動(dòng)。能源系統(tǒng)數(shù)字化有助于以經(jīng)濟(jì)高效的方式有效應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。

未來(lái)，數(shù)字市場(chǎng)平臺(tái)、智能測(cè)量系統(tǒng)和智能變壓器等數(shù)字技術(shù)將使發(fā)電廠、網(wǎng)絡(luò)、消費(fèi)者和存儲(chǔ)設(shè)施都集成到智能能源網(wǎng)絡(luò)中。在能源基礎(chǔ)設(shè)施中以緊密間隔分布的大量傳感器將在一天中的每一刻監(jiān)控和記錄其狀態(tài)。然后可以通過(guò)數(shù)據(jù)平臺(tái)在能源系統(tǒng)的不同部分之間交換這些信息。

在能源網(wǎng)絡(luò)中捕獲的所有數(shù)據(jù)也將用于改進(jìn)對(duì)發(fā)電和消費(fèi)的預(yù)測(cè)，以便能源系統(tǒng)中的各個(gè)組件以最佳方式協(xié)同工作。

電力將以多種方式靈活使用，從為電動(dòng)汽車(chē)充電到在工業(yè)中產(chǎn)生蒸汽。虛擬電廠將各種發(fā)電設(shè)施和存儲(chǔ)設(shè)施捆綁在一起，以便能夠更靈活地應(yīng)對(duì)變化。自動(dòng)化交易平臺(tái)將確保協(xié)調(diào)能源生產(chǎn)和消費(fèi)的成本保持在較低水平。

德國(guó)公用事業(yè)公司將分散式能源生產(chǎn)、高效電力使用和電網(wǎng)靈活性的協(xié)調(diào)視為在德國(guó)能源部門(mén)應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的最重要領(lǐng)域。未來(lái) 10 年將是能源行業(yè)發(fā)生根本性變化的時(shí)代，因?yàn)樵絹?lái)越多的公司利用數(shù)字化，有可能將短期收益提高 3% 至 4%，將長(zhǎng)期收益提高 25% 或更多。

為應(yīng)對(duì)數(shù)字化、電氣化、能源轉(zhuǎn)型，德國(guó)能源部門(mén)正在經(jīng)歷一場(chǎng)大規(guī)模變革。在短期內(nèi)，公用事業(yè)公司將繼續(xù)專注于他們的主要優(yōu)先事項(xiàng)——財(cái)務(wù)績(jī)效、卓越運(yùn)營(yíng)和客戶滿意度。新進(jìn)入者的商業(yè)模式圍繞技術(shù)創(chuàng)新和分布式發(fā)電，例如虛擬發(fā)電廠和能源存儲(chǔ)。少數(shù)傳統(tǒng)公用事業(yè)公司將盡早進(jìn)入數(shù)字革命，整合和簡(jiǎn)化其業(yè)務(wù)，以創(chuàng)造額外的客戶價(jià)值。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，比如未來(lái) 5 到 10 年，能源部門(mén)將去中心化，提供更加個(gè)性化的解決方案，并將現(xiàn)有產(chǎn)品和服務(wù)與其他部門(mén)的產(chǎn)品和服務(wù)相結(jié)合。

能源轉(zhuǎn)型成功的關(guān)鍵因素是整個(gè)組織及其員工做好接觸和獲取數(shù)字價(jià)值的準(zhǔn)備。“然而，德國(guó)在數(shù)字化的許多領(lǐng)域還有很多事情要做。這涉及缺乏熟練工人、行政數(shù)字化以及寬帶的擴(kuò)展等問(wèn)題。數(shù)字技術(shù)有助于降低能源轉(zhuǎn)型的成本；更好地利用稀缺資源，通過(guò)更快、更直接的溝通為客戶提供更好的服務(wù)。但游說(shuō)團(tuán)體表示，日益數(shù)字化也將導(dǎo)致更大的電力需求，這凸顯了加快可再生能源推廣的必要性。

業(yè)內(nèi)人士呼吁建立一個(gè)創(chuàng)新的監(jiān)管框架以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的數(shù)字化，一種通過(guò)數(shù)字和物理基礎(chǔ)設(shè)施連接不同部門(mén)的綜合規(guī)劃方法，使用人工智能的新規(guī)則，快速推出寬帶基礎(chǔ)設(shè)施、各級(jí)公共行政部門(mén)的數(shù)字化推動(dòng)，以加快轉(zhuǎn)型。

隨著德國(guó)加速經(jīng)濟(jì)脫碳，持續(xù)數(shù)字化和開(kāi)發(fā)更靈活、更高效的電力系統(tǒng)對(duì)于德國(guó)能源轉(zhuǎn)型的下一階段至關(guān)重要。