德国综合能源服务模式与案例研究

杨 宇 宋天琦

1．上海飞奥燃气设备有限公司

2．上海航天智慧能源研究院

0 引言

目前，互联网、大数据、云计算等技术融合清洁能源与可再生能源的新型综合能源服务模式在不断发展。综合能源服务对提升能源利用效率和实现可再生能源规模化开发具有重要支撑作用，因此，世界各国根据自身需求制定了适合自身发展的综合能源发展战略。了解国外综合能源服务的发展及值得借鉴的商业模式对我们来说显得尤为重要。

1 德国综合能源服务发展概况

在推进能源消费革命、优化能源消费结构、提高能源利用效率的大背景下，综合能源服务能够促进多品类能源的融合、互补和协同，解决单一能源消费带来的问题。以综合能源服务为着力点推动能源行业实现高质量发展成为德国能源发展的重要一环。

自2011年开始，德国在环境部、经济与技术部等机构的统一领导下，每年追加3亿欧元，从能源全供应链和全产业链角度出发，实施对能源系统的优化协调。在此基础上，近期关注的重点上升为可再生能源、能源效率提升、能源储存、多能源有机协调等，重在提高能源供应安全等方面问题。

与同是欧洲国家的英国相比，德国的企业更侧重于能源系统和通信信息系统间的集成，如2008年启动的E-Energy项目就是一个标志性的项目。该项目总投资约1．4亿欧元，选择了6个试点地区进行了为期4年的技术创新促进活动。该活动包括智能发电、智能电网、智能消费和智能储能等4个方面，旨在推动其他企业和地区积极参与建立以新型信息通信技术（ICT）、通讯设备和通讯系统为基础的高效能源系统，以最先进的调控手段来应对日益增多的分布式能源与各种复杂的用户终端负荷的挑战。通过智能区域用能管理系统、智能家居、储能设备、售电网络平台等多种形式开展的试点分析，最终发现E-Energy的最大负荷和用电量均减少了10%～20%。此外，在E-Energy项目成功实施后，德国政府还推进了IRENE、Peer Energy Cloud、ZESMIT和 Future Energy Grid等项目。

2 德国能源市场化与储备容量计划

德国电能的定价是根据市场需求确定的，以确保德国电能供应的可靠性、优质性和价廉性，使其具有市场竞争能力，但对电力容量市场则可以说是摒弃的，因政府不对容量电厂进行直接补贴。德国电力市场具有两种功能——电力储存功能和电力调度功能。价格信号的参阅确保了市场可在正确的时间进行投资，期货市场就是其中的一种投资工具。

未来电力市场最大的问题莫过于可再生能源输出的波动性给电网和电力供给带来的不确定性，因此，电力市场的供给和需求都将向更富有弹性的方向发展。随着电力技术的进步，类似电动车、储能设备、燃气发电、P2X等均将被纳入弹性选项，而这些可能在未来作为储备电源的选项将会参与市场竞争。

此外，德国政府还计划在不久的将来建立一种储备容量。不同于电力市场中的容量市场，这种储备容量将仅包括那些不参与电力市场竞争、不会影响市场竞争机制和价格形成的电厂，且仅在电力交易充分进行，电力供应仍然不足的情况下才被启用。在全国输电网扩建工程完成之前，德国南部将启用储备容量解决电网堵塞问题。这种机制不仅对电力市场提供了安全保障，也缓解了可再生能源补贴紧张的问题。

德国正和欧盟其他国家一起促进欧洲统一电力市场的建立。通过与欧洲其他国家的电力网络互联可降低本国电力储备，以较低成本获得电能。欧洲未来的电力市场将越来越多的以欧洲电网和市场为中心，国与国之间承担相互调峰的功能。为此，电力销售商必须为平衡电力的供需负责。电力销售商通过与消费者长期供电的合约方式，在保证消费者电力使用的同时，也规避了在电力供不应求时的高额费用支出。

此外，德国还建立了电力批发市场价格机制和监管机制。电力批发市场中灵活价格机制为：监管框架允许峰值价格的出现，同时，建立一个全国性的数据平台以保证电力价格是按电力供需实际情况形成的。通过此平台，电力交易所有参与者均能得到实时电力交易信息。

3 基于互联网的区域性能源市场和虚拟电厂

随着可再生能源，特别是分布式能源比例的不断提高，德国完成了一些能源互联网的实验项目。德国有六大能源互联网示范地区，每个地区都有不同的“互联网+”智慧能源试验主题。

库克斯港区域内的能源项目eTelligence以风电等可再生能源为主，项目的核心是建立一个基于互联网的区域性能源市场。莱茵鲁尔地区E-DeMa项目旨在建立一个以“智能能源路由器”分布式能源为核心的社区，在这种类型的社区里不存在单纯的消费者，家庭在消费能源的同时，也在利用自家的微型分布式能源电站生产电力，并在社区内销售。哈慈地区RegMod项目是一个综合性能源互联网项目，其最引人注目的是综合储能设施、电动汽车、可再生能源和智能家用电器的“虚拟电厂”。随着民众对可再生能源认同感的增强、对当地能源发展的认同和支持，虚拟电厂作为协调方协调发电端、零售商及最终用户端之间的交易。

现在，德国越来越多的公司开始进入虚拟电厂领域，除大公司西门子、博世等联合传统电力巨头外，很多中小型企业也看到了虚拟电厂未来的发展前景，积极在能效管理、节能合约、充电设施服务等方面开展业务布局。

4 德国RegModHarz综合能源服务项目案例分析

1）RegModHarz项目概况

RegModHarz项目位于德国哈慈山区，项目基本物理结构为：2个光伏电站、2个风电场、1个生物质发电厂，共86MW发电能力。计划发电量由预测的日前市场和日内盘中市场的电价及备用市场来决定。RegModHarz项目目标是对分散风力、太阳能、生物质等可再生能源发电与抽水蓄能水电站进行协调，使可再生能源联合循环利用达到最优。其核心示范内容是在用电侧整合了储能设施、电动汽车、可再生能源和智能家用电器的虚拟电站，包含了更多、更贴近现实生活的能源需求元素。该项目主要措施有：

①建立家庭能源管理系统，使家电能够“即插即用”到此系统上，系统将根据电价情况决定家电的运行状态。此外，根据用户负荷也可追踪可再生能源发电量的变化，由此实现负荷和新能源发电的双向互动。

②配电网中安装电源管理单元以监测关键节点的电压和频率等运行指标、定位电网薄弱环节。此项目中配备了10个电源管理单元。

③光伏、风机、生物质发电、电动汽车和储能装置共同构成虚拟电厂参与电力市场的交易。

2）RegModHarz项目成果

RegModHarz项目典型成果包括以下3个方面：

①开发设计了基于Java的开源软件平台－OGEMA。通过OGEMA软件平台实现对外接的电气设备实行标准化数据结构和设备服务，可独立于生厂商支持建筑自动化和能效管理、实现负荷设备在信息传输方面的“即插即用”。

②虚拟电厂直接参与电力市场交易，丰富了配电网系统调节控制手段，为分布式能源参与市场调节提供了参考。

③哈慈地区的水电和储能设备调节较好地平抑了风机、光伏等功率输出的波动性和不稳定性，有效地论证了对可再生能源较为丰富的地区，在区域电力市场范围内实现100%的清洁能源供能是完全可以实现的。

5 结语

德国在能源发展创新方面一直走在世界前列，其综合能源服务发展迅速，市场机制与技术模式开发方面也有较强优势。本文通过对其能源市场和虚拟电厂概念贯彻实施的观察，结合RegModHarz项目，分析了其在综合能源服务领域值得借鉴的方面，希望对国内相关领域研究人员有所帮助。