德國能源轉型示范項目發展情況及其對我國的啟示

摘 要：以德國能源低碳轉型中六個示范項目為例，分析了其發展背景、進程、特征及啟示，探討了德國能源低碳項目發展對我國的借鑒意義。通過研究發現，示范項目是否能得到推廣仿效，同項目本身、項目運營環境以及項目推廣主體都有著密切關系，因此，我國能源低碳轉型應通過政企合作，建立政府主導、多元化投資、市場化運作的建設模式。

關鍵詞：德國；能源轉型；示范項目

中圖分類號：F451.662 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2024）14-0039-04

引言

發達國家很早就開始實施能源低碳轉型戰略，歐洲是最早提出能源低碳發展概念并最早付諸實施的地區，其投入最大，發展也最為迅速。在歐盟第五、六、七框架下，歐洲各國開展能源協同優化、綜合能源系統等方面的研究工作，同時還根據自身需求開展了大量更為深入的有關能源低碳發展的研究。從歐盟成員國國內試點推廣來看，最具典型意義的是德國。德國是能源消費大國，但自身油氣資源較為缺乏。自20世紀90年代起，德國將減少對外界能源的依賴置于其能源政策的中心位置，是最早進行能源轉型實踐探索的國家之一。德國不僅努力降低能源消耗和提升能效，而且大力發展清潔能源，以實現能源供應的低碳化。其低碳轉型發展側重于通過對能源系統全環節的數字化改造，促進可再生能源開發利用，進而推動能源結構轉型和能效提升。

一、德國能源轉型典型示范項目

德國的能源轉型得到了兩個重要的“四年計劃”的支撐。第一個是從2008—2012年的“未來能源系統”計劃，隨后是2016—2020年推出的“智能能源—能源數字化轉型”（SINTEG）示范項目。在德國政府部門的支持下，法國在全國范圍內對示范區域進行招標。德國各地區的政府、電網公司、設備生產企業、技術開發企業和研究機構都可以獨立或聯合進行投標申請。最終的評定綜合了區域能源結構特征、經濟發展特征、能源消費模式和基礎支撐平臺等多維因素。

德國的試點能源研發項目得到了聯邦經濟與技術部以及聯邦環境、自然保護與核安全部的財政支持。除了政府資金，電力企業也對這些項目進行了額外的投資。成千上萬的家庭和數百家公司加入了這些實驗驗證項目，以研究和測試其主要產品的可行性。

（一）E-DeMA項目——分布式能源系統的數字化交易

該項目牽頭合作方是德國RWE能源服務公司，其他合作方有西門子、Prosyst軟件公司、德國米勒家電廠等。項目在萊茵—魯爾區的米爾海姆和克雷菲爾德兩個城市進行，研究重點在于探索分布式能源網絡中的系統運行平衡，尤其是如何通過能源交易應對電力負荷分布的不均勻性。項目核心是構建一個系統，將用戶、發電和售電企業以及設備運營商等多方角色納入其中，并在此平臺上實施模擬電力交易。在這個框架下，家庭單元不單是電能消費者，他們的家用分布式電站也能生產電能。其交易涉及電量及備用能力兩個方面。共有700名用戶參與了該項目，其中13名用戶安裝了微型熱電聯產設備。居民可借助智能電表監控各個時段的用電量，從而優化用電行為，實現電費節約。

（二）eTelligence項目——智慧的能源、市場與電網

項目牽頭方是德國EWE公司，其他合作方有OFFIS、energy & meteo systems、BTC等。項目選址庫克斯港，這里人口較少，風能資源豐富，負荷種類較為單一。項目旨在構建一個復雜的能源調節系統，引入虛擬電廠、動態電價等新元素，利用先進通信技術進行負載管理，通過調節用電負荷來抑制可再生能源產出的不穩定性，并增強新能源接入能力，同時構建一個區域性的綜合能源市場。項目涉及的關鍵實體包括一座風電場、一座太陽能光伏站、兩個冷藏庫、一家熱電廠以及650個安裝了智能計量設備的家庭。這些智能電表能夠將數據實時傳輸至用戶的移動應用程序中展示。項目創新地使用冷藏庫作為儲能工具來平衡風力發電輸出，根據電價和風力發電量的變化自動調節負載；同時，實行動態電價機制以促進發電與用電之間的匹配，極端天氣下電價可能上升至每千瓦時140歐分，而在風能豐富時段則可能降至幾乎為零。此外，還利用可再生能源和可調負荷構建的虛擬電廠來對分散的發、用電設備進行集中管理。

（三）Meregio項目——基于簡單電價信號的需求側響應

項目牽頭方是巴登—符騰堡EnBW能源公司，其他合作方有IBM、ABB、思愛普、卡爾斯魯厄大學等。試驗地點位于德國南部斯圖加特附近的兩個小鎮。該地區的用戶對電價非常敏感，他們愿意根據不同的電價調整自己的用電習慣。然而，當地的電網配網相對薄弱，長期以來一直面臨著分布式能源并網引發的系統擁堵問題。針對此狀況，該項目旨在通過監測用戶用電負荷識別電網中的薄弱環節，以便更有效地預測與分配資源、緩解網絡擁堵，并提升配電效率。項目吸引了1 000名工商業及住宅用戶參與。項目采用了基于“紅綠燈”價格信號的方法來引導電力消費，以緩解電網的擁塞情況。具體來說，當地電網公司結合實時負荷數據和預測系統分析即將到來的電網負荷狀況，并將可能的擁塞點轉化為不同顏色的信號，即紅色代表高電價、黃色代表中等電價、綠色代表低電價，并傳遞給用戶。在實施初期的三個月內，電價從紅變綠時，用電量增加25%—35%；黃變綠時，用電量增加10%—22%。三個月后變化率逐漸下降并穩定。通過電價的波動來調節經濟收益，鼓勵居民積極錯峰用電，減少傳統化石能源的溫室氣體排放。

（四）Moma（Model city of Mannheim）項目——城市級別的細胞電網

項目牽頭方是MVV能源公司，其他合作方有IBM、Power PLUS通信公司、Papendorf軟件工程、DREWAG公司、杜伊斯堡—埃森大學等。Moma項目在德國曼海姆這一南部工業中心及其周邊衛星城鎮實施，該地區的能源供應主要依賴于分布式能源解決方案。項目的核心理念是在能源互聯網中引入了細胞電網的概念。通過分層和分級的協調，實現了能源互聯網系統的運行控制和市場交易。Moma項目關于細胞電網的實踐具有以下特點：首先，細胞內部的平衡使得分布式可再生能源能夠就近消納，從而避免了傳輸損耗。其次，當一個細胞電網出現問題時，可以立即停止該細胞電網的操作，以避免影響到整個大電網。最后，分區和分層的結構降低了由于大量分布式設備接入而引起的電網管理復雜性。這種理念也非常適合未來多元素和復雜的能源互聯系統的發展。

（五）RegModHarz項目——100%可再生能源系統

項目牽頭方是哈茨RegenerativKraftwerk公司，其他合作方有Siemens、E.ON、in.power、ISET等。項目在德國的哈茨山區進行，該地區擁有豐富的風能、太陽能和生物質能等自然資源。項目的基礎設施由兩個太陽能光伏站、兩座風力發電場和一個生物質能發電廠組成，共計擁有86兆瓦的發電能力。項目的關鍵示范目標是創建一個虛擬電廠，融合儲能系統、電動車輛、可再生能源和智能家居設備，旨在實現區域內100％的可再生電力供應。項目的主要措施包括以下方面。首先，建立家庭能源管理系統，對家電進行信息收集和管理，結合動態電價控制家電運行狀態。其次，在電網中設置了十個電源管理單元，以監視網絡關鍵點的電壓和頻率等關鍵參數，并識別潛在的弱點。最終，通過將光伏設備、風力渦輪機、生物質能發電、電動車輛以及儲能設備整合為一個操作整體，形成了參與電網運營和市場交易的虛擬電廠。

（六）Smart Watts項目——面向用戶的智慧能量管理

項目牽頭方是Utilicount公司，其他合作方有亞琛Stadtwerke公司、FIR at RWTH公司、PSI Busing &Buchwald等。項目在德國西部城市亞琛進行，共有250個家庭參與。項目的核心是建立一個智能電力交易平臺，實現能源的完全自由市場零售。通過利用信息通信技術開發用戶友好的能源管理應用程序，可向用戶清晰展示其設備的能耗情況。消費者得以借助智能電表獲取實時電價，并據此調整用電計劃以增強電網運作效率。項目的關鍵措施與成效包括以下內容。首先，通過智能插座搜集的數據，用戶可以在電子設備上監控每臺設備的電力消耗以及消耗的金額，同時通過能源管理應用控制家電開關或設定自動優化運行參數。試驗結果表明，在電價最低時段，用電量增加了10%，而在電價高峰時段降低了5%，有效證明了削峰填谷的效果。此外，項目還開發了一個將不同家用電器、市場數據、電網數據和售電公司結算數據統一起來的信息通用接口和轉換裝置EEbus。面對智能家居中各式電氣設備間的通信標準不統一的問題，EEBus充當通信翻譯器的角色，將現有的通信協議轉譯為售電商、電網運營商、發電商、用戶及家電制造商等相關方都能理解的語言，從而消除能源系統內部之間的信息障礙，確保所有數據在一個集成平臺上得到最優處理。

二、德國能源轉型示范項目的特征

（一）廣泛、深度的市場參與者

德國能源轉型示范計劃中的每個項目都具有前瞻性和價值。這些項目與行業和用戶共同嘗試新的商業模式和產品，吸引了政府、科研機構、產業界和普通居民用戶的廣泛參與。研究工作組包括咨詢公司、大學、通信公司等眾多科研單位和企業。這些項目不僅展示了能源轉型的應用場景和技術，還通過實踐表明，未來的能源系統需要用戶的積極參與，市場需要靈活的交易，電網需要智能調度，政策制定者需要做好頂層設計，并將設計的主動權交給市場和參與者。

（二）因地制宜選址示范方案

項目選址經過精心規劃，充分考量了當地的分布式能源資源、電網配置及負荷特性。在深入分析了能源互聯網普遍面臨的問題之后，依據不同區域的獨有特點，采取了目標明確的選址方法。通過將社區（園區）、城鎮等用戶側作為示范平臺，因地制宜地開展工作，打造了一系列獨具特色的示范方案。

（三）采用“自下而上”的推進思路

項目在整體層面的頂層設計和規劃方面相對較少，更多地關注某一重點領域或關鍵元素進行實踐突破。

（四）市場驅動，注重商業模式的應用與探索

在“以用電為導向的發電”的基礎上，進一步提出了“以發電為導向的用電”理念，從而改變了以往根據需求進行發電的模式。通過將可轉移負荷轉移到非峰值時間，可以減少峰值負荷，并使用戶能夠根據發電情況來消費電力。這種新的商業模式已經得到了發展。

（五）基于用戶的利益需求設計用戶激勵手段

將用戶側作為能源轉型的核心，以改變傳統能源系統中用戶被動的地位。例如，利用類似交通信號燈的直觀指示器，項目實時向用戶清晰展示當前電價是處于高位、常規或低位。用戶通過安裝的能源管理應用程序，可以隨時跟蹤自己的能源消耗情況，并可設定家電在電力充足且價格低廉時自動啟動。另外，能源管家系統能夠自適應地調節智能家電的運行，響應電價的波動。項目還引入了基于事件的定價機制.當預測到特別不利或有利的氣象條件時，至少提前一天通知用戶未來某時段的電價波動，結合智能電表提供的即時數據反饋，讓消費者有機會重新考慮和調整他們的能源消費習慣。通過實行諸如對低峰時段使用電力提供獎勵等激勵措施，鼓勵消費者積極參與并優化用電行為。

（六）對技術標準化給予了極高的關注

就資金投入和試驗范圍而言，這些示范項目主要作為技術發展和綜合測試的平臺，參與試驗的用戶群體相對有限，單個項目的參與用戶最多不超過1 000個，某些項目中的小型發電設施僅包括20個微型熱電聯產單位。即便規模有限，通過這些項目的實施，德國也推進了本土技術的開發和平臺系統的實地驗證。

三、對我國的啟示

德國能源轉型示范項目旨在展示前沿技術，并加強政策、標準、商業模式創新和管理方法的實證。這些以創新為驅動的項目顯著提升了能源技術和設備性能，為實現清潔、低碳、安全和高效的能源轉型目標貢獻了力量。

我國的能源低碳轉型應以超多邊協作機制為紐帶，以技術應用創新、商業模式創新、體制機制創新為核心驅動，推動綠色發展和經濟高效協同升級，形成電力—能源—生產生活—經濟社會發展逐級帶動的綠色轉型體系，打造生態型“雙碳”綜合解決方案，形成“雙碳”產業孵化高地、技術創新應用先導區、政策機制創新試驗區、產業生態聚合示范區。

在我國能源低碳轉型的發展過程中，國家層面，由政府全面指導低碳創新發展；區域層面，由電網企業整合優質資源，全力統籌推進創新實踐項目建設。電網企業作為履行電力普遍服務義務的壟斷型公共事業企業，既是電力低碳示范項目的直接參與者，也是組織者、協調者和服務者，還是政府不可缺少的參謀和助手。通過政企合作，建立“政府主導、多元化投資、市場化運作”的能源低碳轉型建設模式。政府主導包括配套系列支持政策和保障機制，科學推動社會主體參與低碳項目，并將重點工作納入政府督辦，凝聚最大合力。政府和電力公司共同開展頂層設計，構建合作框架、政策框架和技術框架，并在土地、人才、數據等方面加大整合力度。廣泛吸納社會技術、資源和資本，構建政企產學研“雙碳”生態圈。多元化投資鼓勵社會資本投資“雙碳”相關產業鏈，推進投資主體多元化。市場化運作，通過多種融資渠道將各類社會主體的投資結合起來，建立健全靈活高效的市場化經營機制，持續激發企業創新活力。通過有效的市場競爭，提高企業經營效率和低碳貢獻度。

四、結束語

本文分析了德國能源低碳轉型示范項目的背景、進程、特征及其啟示，探討了德國能源低碳項目發展對我國的借鑒意義。通過德國低碳轉型的典型示范項目研究發現，示范項目是否能得到推廣仿效，同項目本身、項目運營環境以及項目推廣主體都有著密切關系。其中，政府是項目推廣的重要力量，社會力量的廣泛參與是項目推廣的必要條件，資源基礎是影響項目推廣的重要因素，市場驅動、商業模式創新是項目可持續發展的根本途徑，標準化是項目獲得競爭優勢的重要策略；企業是項目的主導。德國能源低碳發展的經驗對我國具有重要的參考價值，有助于推動我國能源結構的優化和低碳經濟的發展。

參考文獻：

[1] 李品，謝曉敏，黃震.德國能源轉型進程及對中國的啟示[J].氣候變化研究進展，2023，19（1）：116-126.

[2] 王寧.德國能源轉型的經濟分析及啟示[D].長春：吉林大學，2019.

[3] 孫一琳.德國能源轉型的思考[J].風能，2020（3）：52-53.

[4] 陳騰瀚.歐盟構建能源互聯網的實踐經驗及啟示[J].國際石油經濟，2022，30（2）：39-50.

[5] 顧科杰.從傳統能源到可再生能源：德國能源結構的轉型之路[J].常熟理工學院學報，2018，32（6）：104-110.

[6] 朱漢雄，王一，茹加，等.“雙碳”目標下推動能源技術區域綜合示范的路徑思考[J].中國科學院院刊，2022，37（4）：559-566.

[7] 李清文，陸小成，資武成.中國典型區域低碳創新的模式構建與實踐探索[J].科技管理研究，2018，38（22）：6-12.

Development of Energy Transformation Demonstration Projects in Germany and Its Inspiration for China

DING Chengdi1， TANG Qiyun2， QI Fengyu2， WU Jingkai3

（1.State Grid Tianjin Electric Power Company Development Research Center， Tianjin 300010， China;2.State Grid Tianjin Electric Power Company， Tianjin 300010， China;3.State Grid Tianjin Electric Power Company Chengnan Power Supply Branch， Tianjin 300201， China）

Abstract： Taking six demonstration projects in Germany’s low-carbon energy transformation as examples， this paper analyzes their development background， process， characteristics， and inspirations， and explores the reference significance of the development of low-carbon energy projects in Germany for China. Through research， it has been found that whether demonstration projects can be promoted and imitated is closely related to the project itself， project operation environment， and project promotion subjects. Therefore， China’s low-carbon energy transformation should be achieved through government enterprise cooperation， establishing a government led， diversified investment， and market-oriented operation construction model.

Key words： Germany; Energy transformation; Demonstration project

[責任編輯 妤 文]