德國綜合能源服務(wù)模式與案例研究

楊 宇 宋天琦

1．上海飛奧燃?xì)庠O(shè)備有限公司

2．上海航天智慧能源研究院

0 引言

目前，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)融合清潔能源與可再生能源的新型綜合能源服務(wù)模式在不斷發(fā)展。綜合能源服務(wù)對提升能源利用效率和實(shí)現(xiàn)可再生能源規(guī)模化開發(fā)具有重要支撐作用，因此，世界各國根據(jù)自身需求制定了適合自身發(fā)展的綜合能源發(fā)展戰(zhàn)略。了解國外綜合能源服務(wù)的發(fā)展及值得借鑒的商業(yè)模式對我們來說顯得尤為重要。

1 德國綜合能源服務(wù)發(fā)展概況

在推進(jìn)能源消費(fèi)革命、優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、提高能源利用效率的大背景下，綜合能源服務(wù)能夠促進(jìn)多品類能源的融合、互補(bǔ)和協(xié)同，解決單一能源消費(fèi)帶來的問題。以綜合能源服務(wù)為著力點(diǎn)推動能源行業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展成為德國能源發(fā)展的重要一環(huán)。

自2011年開始，德國在環(huán)境部、經(jīng)濟(jì)與技術(shù)部等機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，每年追加3億歐元，從能源全供應(yīng)鏈和全產(chǎn)業(yè)鏈角度出發(fā)，實(shí)施對能源系統(tǒng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)。在此基礎(chǔ)上，近期關(guān)注的重點(diǎn)上升為可再生能源、能源效率提升、能源儲存、多能源有機(jī)協(xié)調(diào)等，重在提高能源供應(yīng)安全等方面問題。

與同是歐洲國家的英國相比，德國的企業(yè)更側(cè)重于能源系統(tǒng)和通信信息系統(tǒng)間的集成，如2008年啟動的E-Energy項(xiàng)目就是一個(gè)標(biāo)志性的項(xiàng)目。該項(xiàng)目總投資約1．4億歐元，選擇了6個(gè)試點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行了為期4年的技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)活動。該活動包括智能發(fā)電、智能電網(wǎng)、智能消費(fèi)和智能儲能等4個(gè)方面，旨在推動其他企業(yè)和地區(qū)積極參與建立以新型信息通信技術(shù)（ICT）、通訊設(shè)備和通訊系統(tǒng)為基礎(chǔ)的高效能源系統(tǒng)，以最先進(jìn)的調(diào)控手段來應(yīng)對日益增多的分布式能源與各種復(fù)雜的用戶終端負(fù)荷的挑戰(zhàn)。通過智能區(qū)域用能管理系統(tǒng)、智能家居、儲能設(shè)備、售電網(wǎng)絡(luò)平臺等多種形式開展的試點(diǎn)分析，最終發(fā)現(xiàn)E-Energy的最大負(fù)荷和用電量均減少了10%～20%。此外，在E-Energy項(xiàng)目成功實(shí)施后，德國政府還推進(jìn)了IRENE、Peer Energy Cloud、ZESMIT和 Future Energy Grid等項(xiàng)目。

2 德國能源市場化與儲備容量計(jì)劃

德國電能的定價(jià)是根據(jù)市場需求確定的，以確保德國電能供應(yīng)的可靠性、優(yōu)質(zhì)性和價(jià)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(jìn)行直接補(bǔ)貼。德國電力市場具有兩種功能——電力儲存功能和電力調(diào)度功能。價(jià)格信號的參閱確保了市場可在正確的時(shí)間進(jìn)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(wǎng)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(fā)展。隨著電力技術(shù)的進(jìn)步，類似電動車、儲能設(shè)備、燃?xì)獍l(fā)電、P2X等均將被納入彈性選項(xiàng)，而這些可能在未來作為儲備電源的選項(xiàng)將會參與市場競爭。

此外，德國政府還計(jì)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(jī)制和價(jià)格形成的電廠，且僅在電力交易充分進(jìn)行，電力供應(yīng)仍然不足的情況下才被啟用。在全國輸電網(wǎng)擴(kuò)建工程完成之前，德國南部將啟用儲備容量解決電網(wǎng)堵塞問題。這種機(jī)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(bǔ)貼緊張的問題。

德國正和歐盟其他國家一起促進(jìn)歐洲統(tǒng)一電力市場的建立。通過與歐洲其他國家的電力網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)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(wǎng)和市場為中心，國與國之間承擔(dān)相互調(diào)峰的功能。為此，電力銷售商必須為平衡電力的供需負(fù)責(zé)。電力銷售商通過與消費(fèi)者長期供電的合約方式，在保證消費(fèi)者電力使用的同時(shí)，也規(guī)避了在電力供不應(yīng)求時(shí)的高額費(fèi)用支出。

此外，德國還建立了電力批發(fā)市場價(jià)格機(jī)制和監(jiān)管機(jī)制。電力批發(fā)市場中靈活價(jià)格機(jī)制為：監(jiān)管框架允許峰值價(jià)格的出現(xiàn)，同時(shí)，建立一個(gè)全國性的數(shù)據(jù)平臺以保證電力價(jià)格是按電力供需實(shí)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(shí)時(shí)電力交易信息。

3 基于互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)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(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。德國有六大能源互聯(lián)網(wǎng)示范地區(qū)，每個(gè)地區(qū)都有不同的“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源試驗(yàn)主題。

庫克斯港區(qū)域內(nèi)的能源項(xiàng)目eTelligence以風(fēng)電等可再生能源為主，項(xiàng)目的核心是建立一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域性能源市場。萊茵魯爾地區(qū)E-DeMa項(xiàng)目旨在建立一個(gè)以“智能能源路由器”分布式能源為核心的社區(qū)，在這種類型的社區(qū)里不存在單純的消費(fèi)者，家庭在消費(fèi)能源的同時(shí)，也在利用自家的微型分布式能源電站生產(chǎn)電力，并在社區(qū)內(nèi)銷售。哈慈地區(qū)RegMod項(xiàng)目是一個(gè)綜合性能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，其最引人注目的是綜合儲能設(shè)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(rèn)同感的增強(qiáng)、對當(dāng)?shù)啬茉窗l(fā)展的認(rèn)同和支持，虛擬電廠作為協(xié)調(diào)方協(xié)調(diào)發(fā)電端、零售商及最終用戶端之間的交易。

現(xiàn)在，德國越來越多的公司開始進(jìn)入虛擬電廠領(lǐng)域，除大公司西門子、博世等聯(lián)合傳統(tǒng)電力巨頭外，很多中小型企業(yè)也看到了虛擬電廠未來的發(fā)展前景，積極在能效管理、節(jié)能合約、充電設(shè)施服務(wù)等方面開展業(yè)務(wù)布局。

4 德國RegModHarz綜合能源服務(wù)項(xiàng)目案例分析

1）RegModHarz項(xiàng)目概況

RegModHarz項(xiàng)目位于德國哈慈山區(qū)，項(xiàng)目基本物理結(jié)構(gòu)為：2個(gè)光伏電站、2個(gè)風(fēng)電場、1個(gè)生物質(zhì)發(fā)電廠，共86MW發(fā)電能力。計(jì)劃發(fā)電量由預(yù)測的日前市場和日內(nèi)盤中市場的電價(jià)及備用市場來決定。RegModHarz項(xiàng)目目標(biāo)是對分散風(fēng)力、太陽能、生物質(zhì)等可再生能源發(fā)電與抽水蓄能水電站進(jìn)行協(xié)調(diào)，使可再生能源聯(lián)合循環(huán)利用達(dá)到最優(yōu)。其核心示范內(nèi)容是在用電側(cè)整合了儲能設(shè)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(xiàn)實(shí)生活的能源需求元素。該項(xiàng)目主要措施有：

①建立家庭能源管理系統(tǒng)，使家電能夠“即插即用”到此系統(tǒng)上，系統(tǒng)將根據(jù)電價(jià)情況決定家電的運(yùn)行狀態(tài)。此外，根據(jù)用戶負(fù)荷也可追蹤可再生能源發(fā)電量的變化，由此實(shí)現(xiàn)負(fù)荷和新能源發(fā)電的雙向互動。

②配電網(wǎng)中安裝電源管理單元以監(jiān)測關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓和頻率等運(yùn)行指標(biāo)、定位電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)。此項(xiàng)目中配備了10個(gè)電源管理單元。

③光伏、風(fēng)機(jī)、生物質(zhì)發(fā)電、電動汽車和儲能裝置共同構(gòu)成虛擬電廠參與電力市場的交易。

2）RegModHarz項(xiàng)目成果

RegModHarz項(xiàng)目典型成果包括以下3個(gè)方面：

①開發(fā)設(shè)計(jì)了基于Java的開源軟件平臺－OGEMA。通過OGEMA軟件平臺實(shí)現(xiàn)對外接的電氣設(shè)備實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和設(shè)備服務(wù)，可獨(dú)立于生廠商支持建筑自動化和能效管理、實(shí)現(xiàn)負(fù)荷設(shè)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(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制手段，為分布式能源參與市場調(diào)節(jié)提供了參考。

③哈慈地區(qū)的水電和儲能設(shè)備調(diào)節(jié)較好地平抑了風(fēng)機(jī)、光伏等功率輸出的波動性和不穩(wěn)定性，有效地論證了對可再生能源較為豐富的地區(qū)，在區(qū)域電力市場范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)100%的清潔能源供能是完全可以實(shí)現(xiàn)的。

5 結(jié)語

德國在能源發(fā)展創(chuàng)新方面一直走在世界前列，其綜合能源服務(wù)發(fā)展迅速，市場機(jī)制與技術(shù)模式開發(fā)方面也有較強(qiáng)優(yōu)勢。本文通過對其能源市場和虛擬電廠概念貫徹實(shí)施的觀察，結(jié)合RegModHarz項(xiàng)目，分析了其在綜合能源服務(wù)領(lǐng)域值得借鑒的方面，希望對國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域研究人員有所幫助。