德國如何進行能源數字化轉型？

文 | 本刊記者 范珊珊

沒有數字化轉型，能源轉型就不會成功。在可再生能源高比例并網的德國，數字化是如何助力能源轉型的？

在未來幾十年，數字技術將使世界各地的能源系統更加智能、高效、可靠和可持續。諸如智能家電，共享移動、3D打印等數據等分析和互聯技術的進步正在推動一系列新的數字應用。未來的數字化能源系統能夠確定誰需要能源并在正確的時間，正確的地點以最低的成本交付能源。但要讓一切實現并非易事。

在德國，數字化轉型的速度也在加快。作為能源轉型的先行者，德國的能源轉型有賴于兩大基本支柱：發展可再生能源及提升能效。眾所周知，德國的能源市場在過去十年中經歷了重大轉變。2020年可再生能源發電將占德國電力消費的46%以上，并且在明年全部淘汰核電，預計到 2038 年淘汰煤電，進一步推動了向可再生能源轉變的進程。對于分散的可再生能源整合是未來能源系統面臨的一大挑戰——尤其是對德國電網而言。

隨著新能源比例的不斷提升，復雜的IT系統將成為能源轉型下一階段的焦點?！皼]有數字化轉型，能源轉型就無法成功，”公用事業協會 BDEW 負責人 Kerstin Andreae 說。

德國一直高度重視信息化、數字化建設。2013年，德國提出“工業4.0”國家戰略，以信息物理系統(CyberPhsicalSystem，CPS)和物聯網(InternetofThings，IoT)為基礎技術架構，展望了以信息技術為核心的智能化生產與“智能工廠”愿景。在此背景下，德國能源系統也提出利用先進信息通信技術對能源系統全環節進行數字化改造，能源領域信息化建設加快推進，為能源與信息深度融合奠定了基礎。數字化在提高能源系統的安全性、生產效率、可訪問性和可持續性等方面的作用不言而喻，但它也在改變市場、企業和就業，與此同時新的商業模式正在隨之興起。

全新的試驗

在德國，和其他行業一樣，能源領域的數字化轉型也是新的嘗試。能夠實時讀取和傳送數據的傳感器在德國被認為是能源部門數字化轉型的起點，其次是電力流量的遠程控制。這些能夠在電力生產者和消費者之間進行雙向通信的“智能電表”是“智能電網”的基礎，可以檢測并立即對當地的發電和需求變化做出反應，提高效率和靈活性。

為此，德國出臺了《能源轉型數字化法案》，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，能夠使電力系統符合能源轉型的需要，廣大消費者和用戶安裝了智能電表后，需求側可控制的用電設備等各種靈活性資源就可以被市場價格等信號調動起來，參與市場供需平衡，構成供給和需求雙向互動的電力系統，以應對高比例可再生能源發電前景下供給側的波動性。

這一法案也為智能計量系統這項新技術創造了法律保障。該技術連接了電網生產側和消費側，成為可靠的信息交換平臺，使電網系統符合能源轉型的要求，從而開發更多的能效潛力。只有被證明符合要求極高的隱私權保護標準和數據安全的系統才能獲得德國聯邦信息技術安全局的認證。

未來能源供應體系越來越多地依靠分布式、產量波動的能源生產主體，智能計量系統將降低體系轉型的難度。

除了法案，德國能源經濟部也資助了一批能源數字化領域的數字化項目。2016年12月，德國“智慧能源——能源轉型數字化”展示計劃（簡稱SINTEG）正式啟動，該計劃在德國五個大型示范區域進行能源數字化研究及試點項目，核心在于發電側與用電側的智能互聯、以及創新電網技術、運營管理及商業概念的應用，以測試能源轉型數字化的新技術、服務、流程和商業模式。

德國聯邦經濟和能源部（BMWi）為這個展示計劃共出資2億歐元，加上企業的投資，總額超過5億歐元，共有300多個項目合作伙伴參與其中。他們希望實現以下五個目標：可再生能源高比例上網的同時實現安全高效的電網運行；充分利用效率和靈活性潛力；在智慧能源網絡中為所有參與者建立有效和安全的互動；有效利用現有的網絡結構；在配電網層面減少新建網絡的需求；在能源領域開發新的商業模式。

聯邦經濟事務和能源部 SINTEG 資助計劃的目標是推動能源行業的數字化并支持能源系統的轉型。正在德國的五個示范地區進行實際測試，以研究如何設計未來的智能能源供應，以及如何建立智能能源系統。專家們正在利用示范區開發和測試新技術、流程和商業模式，并為能源部門數字化帶來的技術、經濟和監管挑戰設計解決方案。正在制定如何將能源行業數字化的藍圖，然后可以在德國和世界各地多次應用。

其中很重要的一個項目就是數字市場平臺的設計，該平臺將使能源和靈活性服務能夠有效交易（基于區塊鏈和基于云的使用）。這些市場平臺將使捆綁和使用分布在許多不同系統中的靈活性成為可能——不僅是風電場等大型發電系統，還有私人家庭小型儲能系統。在 SINTEG 中開發和測試的第一個用例將涉及網絡運營商在遇到瓶頸時使用這些靈活性來優化網絡運營。這有助于穩定電網并確保其以具有成本效益的方式運行。

SINTEG項目還正在開發和測試新的數字業務模型，這些模型由于能夠合并、處理和分析與能源相關的數據而出現。許多數字初創公司也參與了這項工作。此外，正在調整標準，以便它們也可以應用于智能能源系統內的新技術和已更改的流程?，F代信息和通信基礎設施也在開發中，其中包括部署 4萬 多個智能測量系統，并為網絡配備更多傳感器，以改善對網絡狀態的監控。以SINTEG條例為監管依據，SINTEG由此成為能源轉型數字化的監管箱。

這些新的數字化嘗試正在逐漸融合到能源轉型的進程中，在未來也是加快這一進程。

數字化的方向

德國的電力系統正在向清潔的以分散的可再生能源為主體的系統轉變，由于分布式可再生能源發電、電動汽車和熱泵等的更多使用，活躍市場參與者的數量正在大幅增加。 這種發展和可再生能源發電的波動性迫使能源網絡進行重組和靈活化。

為了引領能源轉型取得成功，需要協調能源生產和消費，并以靈活和智能的方式管理能源流動。能源系統數字化有助于以經濟高效的方式有效應對這一挑戰。

未來，數字市場平臺、智能測量系統和智能變壓器等數字技術將使發電廠、網絡、消費者和存儲設施都集成到智能能源網絡中。在能源基礎設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控和記錄其狀態。然后可以通過數據平臺在能源系統的不同部分之間交換這些信息。

在能源網絡中捕獲的所有數據也將用于改進對發電和消費的預測，以便能源系統中的各個組件以最佳方式協同工作。

電力將以多種方式靈活使用，從為電動汽車充電到在工業中產生蒸汽。虛擬電廠將各種發電設施和存儲設施捆綁在一起，以便能夠更靈活地應對變化。自動化交易平臺將確保協調能源生產和消費的成本保持在較低水平。

德國公用事業公司將分散式能源生產、高效電力使用和電網靈活性的協調視為在德國能源部門應用數字技術的最重要領域。未來 10 年將是能源行業發生根本性變化的時代，因為越來越多的公司利用數字化，有可能將短期收益提高 3% 至 4%，將長期收益提高 25% 或更多。

為應對數字化、電氣化、能源轉型，德國能源部門正在經歷一場大規模變革。在短期內，公用事業公司將繼續專注于他們的主要優先事項——財務績效、卓越運營和客戶滿意度。新進入者的商業模式圍繞技術創新和分布式發電，例如虛擬發電廠和能源存儲。少數傳統公用事業公司將盡早進入數字革命，整合和簡化其業務，以創造額外的客戶價值。從長遠來看，比如未來 5 到 10 年，能源部門將去中心化，提供更加個性化的解決方案，并將現有產品和服務與其他部門的產品和服務相結合。

能源轉型成功的關鍵因素是整個組織及其員工做好接觸和獲取數字價值的準備?！叭欢?，德國在數字化的許多領域還有很多事情要做。這涉及缺乏熟練工人、行政數字化以及寬帶的擴展等問題。數字技術有助于降低能源轉型的成本；更好地利用稀缺資源，通過更快、更直接的溝通為客戶提供更好的服務。但游說團體表示，日益數字化也將導致更大的電力需求，這凸顯了加快可再生能源推廣的必要性。

業內人士呼吁建立一個創新的監管框架以實現可持續的數字化，一種通過數字和物理基礎設施連接不同部門的綜合規劃方法，使用人工智能的新規則，快速推出寬帶基礎設施、各級公共行政部門的數字化推動，以加快轉型。

隨著德國加速經濟脫碳，持續數字化和開發更靈活、更高效的電力系統對于德國能源轉型的下一階段至關重要。