2024德國智能電網(wǎng)現(xiàn)狀

1-11-1德國智能電網(wǎng)現(xiàn)狀20243333目錄引言 5執(zhí)行摘要 6智能電網(wǎng)在德國的興起 7去中心化——智能電網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)力 7通過發(fā)展智能電網(wǎng)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn) 8什么是智能電網(wǎng)？ 9信息通信技術(shù)的影響 10德國智能電網(wǎng)的發(fā)展 12觀念的轉(zhuǎn)變——智能電網(wǎng)的參與方 12智能電網(wǎng)運(yùn)營 14配電網(wǎng)擴(kuò)建與智能電網(wǎng)規(guī)劃 17電動(dòng)車接入電網(wǎng) 18數(shù)據(jù)的使用 19德國智能電網(wǎng)的挑戰(zhàn)與嘗試 20技術(shù)挑戰(zhàn) 20監(jiān)管挑戰(zhàn) 20運(yùn)營挑戰(zhàn) 21相關(guān)研究和試點(diǎn)項(xiàng)目 21德國的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)-智能電表的推廣 245 結(jié)論 26圖片列表 27PAGEPAGE5PAGEPAGE5引言近年來，隨著大量分布式可再生能源接入電網(wǎng)，德國傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)在確保電力供給側(cè)和需求側(cè)平衡、電網(wǎng)穩(wěn)定方面面臨許多挑戰(zhàn)。隨著傳統(tǒng)電廠運(yùn)行時(shí)長的減少，和間歇性可再生能源發(fā)電比例的提高，德國電力系統(tǒng)的靈活性亟待提高，并通過調(diào)整電力需求來匹配發(fā)電量。這樣的問題復(fù)雜而又棘手，而智能電網(wǎng)是潛在的解決方案。智能電網(wǎng)的概念涵蓋了未來電力系統(tǒng)構(gòu)成中的多個(gè)要素，包括靈活性、可靠性、安全性和兼容性。此外，智能電網(wǎng)的核心是能源供應(yīng)的去中心化以及能源系統(tǒng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，這也是推動(dòng)德國能源轉(zhuǎn)型的兩個(gè)主要趨勢。同時(shí)，智能電網(wǎng)使得數(shù)據(jù)及電力的雙向流動(dòng)成為可能。最近十年間，德國智能電網(wǎng)發(fā)展取得了一定進(jìn)展。新的數(shù)字化解決方案，以及通過試點(diǎn)項(xiàng)目獲取的經(jīng)驗(yàn)，是德國智能電網(wǎng)取得決定性突破以及發(fā)展的關(guān)鍵因素。德國新一屆政府承諾，要確保能源轉(zhuǎn)型朝著數(shù)字化、民主化和可持續(xù)方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型這一遠(yuǎn)大目標(biāo)，需要智能電網(wǎng)保駕護(hù)航。智能電網(wǎng)可以為消費(fèi)者參與能源轉(zhuǎn)型、電網(wǎng)的高效運(yùn)行以及可再生能源進(jìn)一步并網(wǎng)和消納創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)。為此，智能電網(wǎng)已經(jīng)成為德國能源領(lǐng)域的熱門話題。智

能電網(wǎng)不僅為德國在嚴(yán)峻挑戰(zhàn)下實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型這一宏偉目標(biāo)推波助瀾，也成為解決全球氣候問題的有效方案。探索能夠啟發(fā)更多國家的成功理念和項(xiàng)目。報(bào)告在中德能源與能效合作伙伴的框架下，由德國國際合作機(jī)構(gòu)（GIZ）委托德國能源署（dena）編制。包括智能電網(wǎng)在內(nèi)的高比例可再生能源電力系統(tǒng)靈活性一直是德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和氣候保護(hù)部、國家能源局指導(dǎo)的中德能源工作組框架下中德能源合作的重要議題之一。過去幾年，GIZ聯(lián)合其他中德合作伙伴，圍繞德國電力系統(tǒng)靈活性的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)和最佳實(shí)踐及其對(duì)中國發(fā)展高比例可再生能源電力系統(tǒng)的參考意義，不斷拓寬和深化該議題下的中德合作，開展交流研討、聯(lián)合編制政策研究報(bào)告。在中德能源與能效合作伙伴，陸續(xù)發(fā)布了《德國虛擬電廠的商業(yè)模式》、《山西電力系統(tǒng)靈活性與虛擬電廠》、《德國電力行業(yè)的供應(yīng)安全：挑戰(zhàn)與措施簡述》等報(bào)告。在深化各項(xiàng)研究的同時(shí)，GIZ未來還計(jì)劃從實(shí)踐層面出發(fā)，以區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)，進(jìn)一步推動(dòng)電力系統(tǒng)靈活性相關(guān)的中德合作示范，助力中國在雙碳目標(biāo)下向以可再生能源為主體的新型電力系統(tǒng)的快速、穩(wěn)步轉(zhuǎn)型。PAGEPAGE6PAGEPAGE6執(zhí)行摘要隨著可再生能源的進(jìn)一步發(fā)展，德國電力系統(tǒng)發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，為此，電網(wǎng)需要相應(yīng)的擴(kuò)建、電力系統(tǒng)靈活性需要進(jìn)一步提升，且電力系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)等。這樣的趨勢促成了電網(wǎng)運(yùn)營的轉(zhuǎn)變，主要體現(xiàn)在對(duì)分布式發(fā)電資源的協(xié)調(diào)以及對(duì)包括電動(dòng)車、熱泵、產(chǎn)消者和分布式電池等諸多新的靈活性電力資源的整合。在智能電網(wǎng)的框架內(nèi)，電廠、電網(wǎng)、供給側(cè)和消費(fèi)者都要發(fā)揮其靈活性，且需要先進(jìn)的信息與通信技術(shù)來確保網(wǎng)絡(luò)管理的智能化。本報(bào)告將智能電網(wǎng)定義為：通過信息與通信技術(shù)，對(duì)其組成部分進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和電力雙向流動(dòng)的，數(shù)字化、去中心化的能源系統(tǒng)。研究表明，智能電網(wǎng)會(huì)形成額外的驅(qū)動(dòng)力，并對(duì)不同的利益相關(guān)方產(chǎn)生影響。尤其是配電系統(tǒng)運(yùn)營商（DSO），未來必須加強(qiáng)與輸電系統(tǒng)運(yùn)營商（TSO）之間以及消費(fèi)者與能源生產(chǎn)商之間的協(xié)調(diào)，向符合智能電網(wǎng)發(fā)展的趨勢轉(zhuǎn)型，以面對(duì)越來越復(fù)雜的挑戰(zhàn)。智能電表和數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施可以支撐并改善需求側(cè)管理，以應(yīng)對(duì)電動(dòng)車需求的快速增長。且為了實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的全面數(shù)字化，需要高度重視智能電表的應(yīng)用。通過智能電表實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化，可以提供負(fù)荷側(cè)及發(fā)電側(cè)數(shù)據(jù)的訪問權(quán)，為系統(tǒng)運(yùn)營商指導(dǎo)及監(jiān)督電網(wǎng)運(yùn)行提供支持。

電網(wǎng)擴(kuò)建成本高昂，已經(jīng)引發(fā)了德國公眾的廣泛討論，而智能電網(wǎng)的發(fā)展可以減少電網(wǎng)擴(kuò)建。智能電網(wǎng)可降低電網(wǎng)擴(kuò)建的需求。為確保智能電網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展，近期亟需解決的問題包括：電力系統(tǒng)新型分布式資源的接入與電網(wǎng)可用容量、電壓與電流間的相位差問題和電動(dòng)汽車對(duì)電網(wǎng)的挑戰(zhàn)。通過提升智能電網(wǎng)的使用效力，促進(jìn)電力系統(tǒng)中比重與日俱增的可再生能源與分布式負(fù)荷的發(fā)展，能有效減少電網(wǎng)擴(kuò)建需求。要通過智能電網(wǎng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)改進(jìn)分布式能源發(fā)電與消納的問題，須滿足技術(shù)、監(jiān)管及運(yùn)營方面的眾多先決條件。德國也并非盡善盡美，目前像電網(wǎng)運(yùn)營數(shù)字化和電而人工智能在電網(wǎng)運(yùn)營中的應(yīng)用還待完善。過去幾年，在配電系統(tǒng)運(yùn)營商及相關(guān)部委的積極推動(dòng)下，智能電網(wǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目發(fā)展迅猛。報(bào)告介紹了“智慧能源展示計(jì)劃”項(xiàng)目以及NETZlaborSonderbuch和flexQgrid念，也為智能電網(wǎng)在更大范圍內(nèi)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。通過全面審視德國智能電網(wǎng)的最新發(fā)展，報(bào)告提出了在國家層面推廣智能電網(wǎng)的可行性，為推動(dòng)智能電網(wǎng)相關(guān)研究，改善智能電網(wǎng)的技術(shù)、監(jiān)管和運(yùn)營提供了進(jìn)一步的思路。PAGEPAGE7PAGEPAGE7智能電網(wǎng)在德國的興起過去幾年，可再生能源在德國的能源供應(yīng)體系中穩(wěn)步推進(jìn)。在能源轉(zhuǎn)型的同時(shí)要面對(duì)一系列新的挑戰(zhàn)?？稍偕茉瓷a(chǎn)依賴天氣，與此同時(shí)，與日俱增的分布式發(fā)電機(jī)組發(fā)揮著越來越重要的作用。大量新負(fù)荷接入電網(wǎng)，尤其是在低電壓水平上接入電網(wǎng)。在此背景下，能源系統(tǒng)的各部分都需要智能化地連接與協(xié)調(diào)，發(fā)展智能電網(wǎng)成為一條必由之徑。去中心化——智能電網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)力德國發(fā)起了能源供應(yīng)的根本性變革，引進(jìn)了以風(fēng)能和太陽能光伏為主的大量可變可再生能源。能源轉(zhuǎn)型啟動(dòng)后，成為德國公眾討論及政治辯論的熱點(diǎn)。盡管目前已經(jīng)進(jìn)付出巨大的努力。德國新一屆政府提出了更具雄心的能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)，其中最重要的兩個(gè)趨勢是：可再生能源發(fā)展和提高電力使用效率，降低一次能源消費(fèi)。由于其他部門（工業(yè)、供熱和交通）的大規(guī)模電氣化，電力需求在短時(shí)間內(nèi)的急劇增長的情況屢見不鮮。為了滿足電力需求的增長、取代基于化石燃料的發(fā)電，必須大規(guī)模發(fā)展可再生能源。1未來幾年，德國能源轉(zhuǎn)型的目標(biāo)包括：203080%203030吉瓦（2021年的總裝機(jī)容量為8吉瓦），陸上風(fēng)電達(dá)到115吉瓦（2021年的總裝機(jī)容量：56瓦）2030年光伏（PV）裝機(jī)容量達(dá)到215吉瓦（截至2021年的光伏總裝機(jī)容量為59吉瓦）

203010瓦2050200850%電力系統(tǒng)要始終維持供需平衡。隨著可再生能源在發(fā)電結(jié)構(gòu)中所占比重的不斷提高，維持供需平衡遇到了新的挑戰(zhàn)，且電力供需關(guān)系也發(fā)生了變化。以前，德國的供電系統(tǒng)是按需發(fā)電。不同的傳統(tǒng)電廠不僅能有效地滿足基礎(chǔ)負(fù)荷，也能應(yīng)對(duì)任何需求峰值，從而保障供需平衡，確保電網(wǎng)穩(wěn)定。而可再生能源發(fā)電的高可變性和不確定性使電力系統(tǒng)的運(yùn)行更為復(fù)雜，必須相應(yīng)提高系統(tǒng)靈活性，并在一定程度上調(diào)整電力需求以適應(yīng)發(fā)電量。此外，電力系統(tǒng)已不再只是單向流動(dòng)：私人家庭安裝了屋頂光伏系統(tǒng)，有些公司甚至配備了熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組或者燃料電池。22020170萬套分布式發(fā)電裝置，將風(fēng)能、太陽能或者生物質(zhì)能提供1所示，90%以上的分布式發(fā)電裝置接入了配電網(wǎng)，這為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商帶來了新的挑戰(zhàn)。3這些小規(guī)模分布式發(fā)電商積極參與市場，并加入需求側(cè)響應(yīng)。在德國，170圖1：太陽能發(fā)電裝機(jī)容量，按電壓水平列示（2019）1德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和氣候保護(hù)部（ZielederEnergiewende）2E.ON（2022）

3Maa?en（2019）4德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和氣候保護(hù)部（DasdeutscheStrom-Verteilernetz）PAGEPAGE8PAGEPAGE8EHV/HV HV/MVHV0% 5% 2%EHV 0%

MV36%*縮寫低壓(LV);中壓(MV);高壓(HV);特高壓(EHV)

LV54%

MV/LV3%來源：德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局5綜上所述，配電網(wǎng)目前正在發(fā)生前所未有的能源轉(zhuǎn)型。且電動(dòng)車、部門耦合、儲(chǔ)能等對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生直接且巨大影響的消費(fèi)側(cè)，尚未被考慮在內(nèi)。6新型電力消費(fèi)者（例如電動(dòng)車、熱泵、產(chǎn)消者、分布式電池系統(tǒng)）的崛起，需要更進(jìn)一步的部門耦合，尤其是交通和供熱與電力的耦合。以上這些都會(huì)對(duì)德國眾多配電系統(tǒng)運(yùn)營商（DSO）產(chǎn)生影響，也可能導(dǎo)致相應(yīng)的電網(wǎng)擴(kuò)建。低電壓水平的新負(fù)荷未來會(huì)越來越多，但配電系統(tǒng)運(yùn)營商并不清楚消費(fèi)者的行為將如何演變。未來，通過新的業(yè)務(wù)模型，消費(fèi)者可以在有大量光伏發(fā)電或風(fēng)電接入電網(wǎng)的超低電價(jià)時(shí)段用電。7且在低價(jià)時(shí)段，消費(fèi)者可以在用電的同時(shí)進(jìn)行充電，導(dǎo)致負(fù)荷的同步增長，對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響。德國的目標(biāo)是采取安全、快速且高效的方式，整合電網(wǎng)中新的靈活的消費(fèi)者。德國正致力于打造氣候中和的能源系統(tǒng)，而智能電網(wǎng)可以確保電力系統(tǒng)不會(huì)逆趨勢發(fā)展，智能電網(wǎng)是解決供需兩側(cè)日益復(fù)雜情況的關(guān)鍵。通過發(fā)展智能電網(wǎng)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)

德國為什么必須推行智能電網(wǎng)？哪些因素促成了智能電網(wǎng)的出現(xiàn)？德國智能電網(wǎng)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力總結(jié)如下：電網(wǎng)中可再生能源比例的不斷提高新（靈活）負(fù)荷接入電網(wǎng)產(chǎn)消者提供靈活性獲得的利益為確保供應(yīng)安全和電網(wǎng)穩(wěn)定性的靈活性需求將電網(wǎng)擴(kuò)建需求降至最低分布式機(jī)組數(shù)量不斷增長，要把它們成功且高效地接入電網(wǎng)，同時(shí)又確保穩(wěn)定的電力供應(yīng)、減少電網(wǎng)的擴(kuò)建，智能電網(wǎng)是必不可少的工具。電網(wǎng)擴(kuò)建在德國引發(fā)了很多討論：即通過使用智能解決方案，采取創(chuàng)新的商業(yè)及技術(shù)解決方案，精簡系統(tǒng)運(yùn)營，優(yōu)化市場設(shè)計(jì)可以最大限度地避免電網(wǎng)擴(kuò)建。為了更進(jìn)一步推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型，迫切需要部署信息與通信技術(shù)（ICT）。5聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局（配電網(wǎng)絡(luò)狀況和擴(kuò)建情況報(bào)告）6VerbandkomunnalerUnernehmene.V.（2022）7在德國，生產(chǎn)者和消費(fèi)者的角色越來越朝著產(chǎn)消者和靈活消費(fèi)者的方向轉(zhuǎn)變。消費(fèi)者能夠在可再生能源發(fā)電期間用能，也有購買或者提供能量的選擇權(quán)。PAGEPAGE9PAGEPAGE9成熟的智能電網(wǎng)能提高電力系統(tǒng)中可再生能源的比重、供應(yīng)安全與系統(tǒng)效率、以及較小規(guī)模參與方對(duì)能源轉(zhuǎn)型的接納和參與度以推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。什么是智能電網(wǎng)？2013年，德國政府“E-能源——基于信息通信技術(shù)的未來能源系統(tǒng)”資助倡議框架下的活動(dòng)是德國智能電網(wǎng)的起源。此資助倡議第一次將智能電網(wǎng)的理念與數(shù)字化能源系統(tǒng)的理念聯(lián)系在一起。8確定智能電網(wǎng)的定義不難，但要用幾句話總結(jié)出智能電網(wǎng)的全部組成部分卻并非易事。在智能電網(wǎng)理念發(fā)展的初期，德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局（BNetzA）提出了最初的定義：“采用通信、計(jì)量、控制、監(jiān)管和自動(dòng)化技術(shù)以及信息技術(shù)組件升級(jí)傳統(tǒng)電網(wǎng)后，傳統(tǒng)電網(wǎng)就會(huì)變成智能電網(wǎng)?！?

從這一定義中可以看出，信息通信技術(shù)是應(yīng)對(duì)能源轉(zhuǎn)型造成的電網(wǎng)巨大變化的關(guān)鍵。但此后，隨著新情況的出現(xiàn)，德國更新了智能電網(wǎng)的定義：“當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)存在信息交流，并可藉此對(duì)電力的生產(chǎn)、消費(fèi)和儲(chǔ)存進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，電網(wǎng)就變得智能?！?0此外，智能電網(wǎng)是一種實(shí)現(xiàn)電力和數(shù)據(jù)雙向流動(dòng)的電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)[……]具有自我治愈能力，能夠讓消費(fèi)者成為主動(dòng)參與者。11從上述定義中可以得出：智能電網(wǎng)指的是存在一個(gè)數(shù)字化、去中心化的能源系統(tǒng)，此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和電力的雙向流動(dòng)，通過信息與通信技術(shù)的使用對(duì)不同的組成部分進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。本報(bào)告援引此定義作為分析依據(jù)。8Schütz和Uslar（2022）9德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局（“智能電網(wǎng)”和“智能市場”）

10同上。11i-SCOOP（2022）PAGEPAGE10PAGEPAGE10信息通信技術(shù)的影響去中心化的新情況給電網(wǎng)運(yùn)營帶來了新的挑戰(zhàn)。電流的精確計(jì)量、控制和自動(dòng)化是解決這些問題的關(guān)鍵。12目前，迫切需要在配電網(wǎng)中應(yīng)用創(chuàng)新的信息通信技術(shù)，將配電網(wǎng)打造為智能電網(wǎng)。數(shù)字化是分布式能源轉(zhuǎn)型的重要組成部分。根據(jù)德國信息產(chǎn)業(yè)、電信和新媒體協(xié)會(huì)（BITKOM）的一項(xiàng)研究，通過加速數(shù)字化，到2030年，能源部門的二氧化碳當(dāng)量（CO2e）排放可以減少2300萬噸。13數(shù)字化的核心是收集及處理數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)處理和交換的基礎(chǔ)上改進(jìn)現(xiàn)有解決方案。以此，將生產(chǎn)者、消費(fèi)者、儲(chǔ)能設(shè)施、產(chǎn)消者和靈活消費(fèi)者聯(lián)系在一起，并通過自動(dòng)化流程，對(duì)參與方進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和協(xié)調(diào)。數(shù)字化及安全通過數(shù)字化，可在城市和社區(qū)等層面實(shí)現(xiàn)對(duì)市場參與者的監(jiān)測和控制。新的參與方和角色的出現(xiàn)使情況變持續(xù)改進(jìn)能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制?？捎玫闹悄芗斑h(yuǎn)程維護(hù)軟件也越來越多，結(jié)合人工智能使用，電廠及設(shè)備維護(hù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析會(huì)變得更加簡單、更加快速。14在能源轉(zhuǎn)型的過程中要重視數(shù)據(jù)在確保供應(yīng)安全方面的重要性。奠定高質(zhì)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是把握數(shù)字化發(fā)展機(jī)會(huì)和可能性的先決條件。同時(shí)，數(shù)字化安全屬于基礎(chǔ)設(shè)施問題，要由國家承擔(dān)責(zé)任進(jìn)行全面的監(jiān)管，以避免由于數(shù)字化水平提高而招致的網(wǎng)絡(luò)攻擊。網(wǎng)絡(luò)攻擊德國通過“關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)計(jì)劃”（KRITIS），監(jiān)管重要的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。這些基礎(chǔ)設(shè)施的故障或者損壞會(huì)導(dǎo)致持續(xù)的供應(yīng)瓶頸，嚴(yán)重?cái)_亂公共安全或者造成其他嚴(yán)重后果。15能源以及信息技術(shù)和電信部門存在關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，且它們?cè)庥龅耐獠客{也將越來越多。12FloreandGómez（2020）13信息產(chǎn)業(yè)、電信和新媒體協(xié)會(huì)（未注明日期）14Franceschelli（2022）15NextKraftwerkeGmbH（2022）

為此，在關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施立法中應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)信息安全的高優(yōu)先級(jí)。16在能源部門“關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)計(jì)劃”（KRITIS）的背景下，有多項(xiàng)法律和規(guī)范與信息技術(shù)安全息息相關(guān)。尤其是網(wǎng)絡(luò)與信息安全（NIS）指令，這是加強(qiáng)歐洲網(wǎng)絡(luò)安全的重要法律文書。20157月德該法要求關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營商根據(jù)技術(shù)發(fā)展最新水平加強(qiáng)信息技術(shù)安全，若發(fā)生重大信息技術(shù)安全事故，須向德國聯(lián)邦信息安全局（BSI）報(bào)告。智能合同智能合同是自動(dòng)化的高效控制流程，適用于大量分布式、可變的發(fā)電和用電設(shè)備共存的能源系統(tǒng)。智能合同是“轉(zhuǎn)化為程序代碼的合同”，大量反復(fù)發(fā)生、以標(biāo)準(zhǔn)化形式運(yùn)行的過程尤其適合使用此種合同。智能合同并非法律意義上的合同，而是可以自動(dòng)執(zhí)行合同條款的交易協(xié)議。隨著可再生能源的發(fā)展，電網(wǎng)運(yùn)營越來越復(fù)雜，智能合同及區(qū)塊鏈技術(shù)的結(jié)合可以簡化這些過程。智能合同可以提高分布式能源轉(zhuǎn)型的速度和質(zhì)量，降低交易成本，促成新的業(yè)務(wù)模型。原則上，在能源行業(yè)的整個(gè)價(jià)值鏈中都可以應(yīng)用智能合同，例如來源保證書和證明、電動(dòng)車輛的智能充電、靈活性交易或者本地的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)能源交易。早在2019年，德國政府就宣布創(chuàng)設(shè)智能合同登記簿。17智能合同登記簿的主要目標(biāo)包括以下內(nèi)容：促成此主題方面的交流和網(wǎng)絡(luò)化打造使用案例的開放度和透明度提供及討論智能合同的描述以代碼形式提供智能合同探索審計(jì)及認(rèn)證選擇人工智能算法以及人工智能的使用具有巨大的潛力。在能源行業(yè)中，其最重要的用途是識(shí)別數(shù)據(jù)模式，協(xié)調(diào)及優(yōu)化16同上。17德國能源署也開發(fā)了智能合同登記簿的理念。通過以下鏈接可以獲取更多信息：\hhttps://future-energy-lab.de/projects/smart-\hcontract-register/PAGEPAGE11PAGEPAGE11能源系統(tǒng)以適應(yīng)并管理可再生能源和分布式比重不斷提升的能源系統(tǒng)。人工智能可以優(yōu)化電網(wǎng)，將可再生能源高效地接入電網(wǎng)，為積極自主的配電系統(tǒng)提供支持，為需求側(cè)靈活

性開辟新的收入流。人工智能也有可能加速高性能材料的探索，從而為下一代的清潔能源和儲(chǔ)能技術(shù)提供支持。人工智能在能源部門的應(yīng)用依然非常有限，目前主要是部署在預(yù)見性資產(chǎn)維護(hù)的試點(diǎn)項(xiàng)目中。18要了解關(guān)于此主題的更多信息，請(qǐng)參考本報(bào)告子章節(jié)3.1。18世界經(jīng)濟(jì)論壇（2021）PAGEPAGE12PAGEPAGE12德國智能電網(wǎng)的發(fā)展智能電網(wǎng)的作用是提高電網(wǎng)運(yùn)營的智能化和靈活性。智能電網(wǎng)發(fā)揮作用有幾個(gè)前提條件，即其發(fā)展演變必須匹配新的市場角色、過程、挑戰(zhàn)和創(chuàng)新理念。過去幾年間，這些前提條件發(fā)生了重大變化，且未來會(huì)繼續(xù)變化，以確保德國去中心化程度不斷提高的能源轉(zhuǎn)型取得成功。觀念的轉(zhuǎn)變——智能電網(wǎng)的參與方配電系統(tǒng)運(yùn)營商商必須承擔(dān)起新的角色和責(zé)任。由于可再生能源發(fā)電的可變性，在一天內(nèi)，配電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷流動(dòng)方向會(huì)發(fā)生多次變化。為了確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行，滿足電流及電壓的運(yùn)行參數(shù)，配電系統(tǒng)運(yùn)營商必須越來越多地應(yīng)用無功功率及電網(wǎng)堵塞管理。根據(jù)圖2，近些年，德國配電系統(tǒng)運(yùn)營商必須承擔(dān)的一項(xiàng)新責(zé)任是對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)化管理。之前“采取措施支持上游網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商”的角色意味著只有大型發(fā)電廠才能直接接入輸電網(wǎng)，而配電系統(tǒng)運(yùn)營商須“自上而下”地將電力傳輸給消費(fèi)者。19但是，隨著傳統(tǒng)電廠的逐步退役及小型分布式發(fā)電的崛起，這種歷史角色的定義已經(jīng)過時(shí)。19AHKStockholm（2022）

2還展示了配電系統(tǒng)運(yùn)營商的另一個(gè)重要角色，即“計(jì)量點(diǎn)運(yùn)營商和網(wǎng)關(guān)管理者”。在智能電網(wǎng)內(nèi)，各個(gè)參與方之間負(fù)荷及上網(wǎng)數(shù)據(jù)（即計(jì)量數(shù)據(jù)）的轉(zhuǎn)移對(duì)精確預(yù)測至關(guān)重要，而精確預(yù)測的目的在于計(jì)費(fèi)和系統(tǒng)平衡。智能電網(wǎng)的發(fā)展（同時(shí)參見4章）是實(shí)現(xiàn)此目的的必要條件。配電系統(tǒng)運(yùn)營商承擔(dān)了計(jì)量點(diǎn)操作者以及智能電表門戶管理員的角色，為大量市場及運(yùn)營過程提供必要的計(jì)量數(shù)據(jù)。20當(dāng)然，隨著產(chǎn)消者數(shù)量的增長，會(huì)對(duì)計(jì)量點(diǎn)的操作提出新的需求，因此配電系統(tǒng)運(yùn)營商的角色也會(huì)不斷演變。這意味著在未來，配電系統(tǒng)運(yùn)營商不僅僅是其電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商，也是信息通信技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營商。實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)的智能化，才能披露電網(wǎng)內(nèi)較低電壓電流的實(shí)際流動(dòng)。對(duì)很多配電系統(tǒng)運(yùn)營商來說，特定時(shí)間點(diǎn)的實(shí)際電網(wǎng)特征仍然是未知的。20同上。PAGEPAGE13PAGEPAGE13圖2：配電系統(tǒng)運(yùn)營商角色的演變來源：德國聯(lián)邦能源和水資源協(xié)會(huì)（BDEW）輸電和配電系統(tǒng)運(yùn)營商之間的協(xié)調(diào)隨著配電系統(tǒng)運(yùn)營商角色的轉(zhuǎn)變，配電系統(tǒng)運(yùn)營商和輸電系統(tǒng)運(yùn)營商（TSOs）之間的協(xié)調(diào)將變得更加重要。\h配電系統(tǒng)運(yùn)營商不再只是分配輸電系統(tǒng)運(yùn)營商提供\h的電力，而是更側(cè)重在調(diào)節(jié)，及與輸電系統(tǒng)運(yùn)營商配合管理電力流向和靈活性。電系統(tǒng)運(yùn)營商和配電系統(tǒng)運(yùn)營商都要負(fù)責(zé)避免其各自電網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)堵塞，保障整體的系統(tǒng)穩(wěn)定性。為了讓每一網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商都能確保其自身網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，臨近、上游或下游網(wǎng)絡(luò)不得有任何未經(jīng)協(xié)調(diào)的干預(yù)（梯級(jí)原則）。21每一配電系統(tǒng)運(yùn)營商都有義務(wù)積極維護(hù)整體系統(tǒng)穩(wěn)定性，不論其網(wǎng)絡(luò)的規(guī)?；蛘卟季秩绾巍Ｅc輸電系統(tǒng)運(yùn)營商類似，配電系統(tǒng)運(yùn)營商也將演變成“系統(tǒng)管理者”，利用其電網(wǎng)中的可用智能和靈活性資源，確保運(yùn)行安全。21德國聯(lián)邦能源和水資源協(xié)會(huì)（BundesverbandderEnergieundWasserwirtschafte.V.）（2016）

在高比例可再生能源接入的區(qū)域，越來越多的配電系統(tǒng)運(yùn)營商正在履行這一職責(zé)。22去中心化的趨勢還會(huì)繼續(xù)，因此，必須改變輸電系統(tǒng)運(yùn)營商與配電系統(tǒng)運(yùn)營商之間的交互方式。歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)（ENTSO-E）制定了促進(jìn)雙方交互的理念，這些理念也已經(jīng)成為德國討論的主題。為了促進(jìn)輸配網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營之間更緊密的融合，各種組織結(jié)構(gòu)已落實(shí)到位。歐洲層面出臺(tái)的“歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)守則”，規(guī)定了輸電系統(tǒng)運(yùn)營商和配電系統(tǒng)運(yùn)營商之間要交流的協(xié)議類型，并針對(duì)較低水平的網(wǎng)智能電網(wǎng)中不同系統(tǒng)組件之間的信息交流，會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)流動(dòng)。該網(wǎng)絡(luò)守則建立了系統(tǒng)運(yùn)營必需數(shù)據(jù)的基本框架。輸電系統(tǒng)運(yùn)營商和配電系統(tǒng)運(yùn)營商共同確定它們各自須得到的信息、信息的質(zhì)量和所有權(quán)以及如何最終確保保密性和透明性。23此外，德國正在逐步落實(shí)歐盟指令2017/1485號(hào)“系統(tǒng)運(yùn)營指導(dǎo)方針”。此指令針22VerbandkommunalerUnternehmene.V.（2018）23歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)（2015）PAGEPAGE14PAGE14PAGE14對(duì)輸電系統(tǒng)運(yùn)營商、配電系統(tǒng)運(yùn)營商以及其他重大電網(wǎng)用戶之間的信息和數(shù)據(jù)交流建立了一個(gè)協(xié)調(diào)的框架。總的來說，配電系統(tǒng)運(yùn)營商與上游輸電系統(tǒng)運(yùn)營商之間的關(guān)系不斷變化，配電系統(tǒng)運(yùn)營商要承擔(dān)起更多責(zé)任，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性做出更大的貢獻(xiàn)。為了確保整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性，配電系統(tǒng)運(yùn)營商要為輸電系統(tǒng)運(yùn)營商提供越來越多的支持，即執(zhí)行堵塞管理以及電壓和頻率控制。產(chǎn)消者產(chǎn)消者是電網(wǎng)中新的參與者。歐盟有意加強(qiáng)產(chǎn)消者的地位，尤其是家庭產(chǎn)消者，這種新的參與方將在智能電網(wǎng)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。但個(gè)體產(chǎn)消者也極具依賴性，只有通過智能解決方案，它們才能成為系統(tǒng)的一部分。當(dāng)儲(chǔ)能成為靈活、脫碳化智能電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分時(shí)，產(chǎn)消者就能為供應(yīng)安全做出更大的貢獻(xiàn)。家用24德國擁有歐洲最大的戶用小型電池市場。根據(jù)德國儲(chǔ)能系統(tǒng)協(xié)會(huì)（BVES）20224502.5吉瓦，相當(dāng)于兩個(gè)核電廠的容量。25自2020年引進(jìn)新的招投標(biāo)細(xì)分市場以來，德國不斷推動(dòng)創(chuàng)新，鼓勵(lì)安裝配有電池儲(chǔ)能設(shè)備的太陽能光伏項(xiàng)目，以幫助穩(wěn)定電力系統(tǒng)。這些創(chuàng)新招投標(biāo)已取得成效，獲得補(bǔ)貼的個(gè)體光伏發(fā)電-儲(chǔ)能結(jié)合體已經(jīng)投入運(yùn)營。26家庭自身無法即時(shí)用掉的發(fā)電量可以進(jìn)行短期儲(chǔ)存，提高自給自足率，減少使用源自電網(wǎng)的電力。消費(fèi)者儲(chǔ)電的動(dòng)力一方面是因?yàn)殡妰r(jià)高，另一方面是因?yàn)殡姵丶肮夥到y(tǒng)的成本以及光伏發(fā)電接入公共電網(wǎng)的收入都在下降。因此，有了電池儲(chǔ)電，就可以在沒有光伏發(fā)電或者沒有足夠光伏發(fā)電的時(shí)段繼續(xù)供電。但是，這需要有足夠的單獨(dú)、小型光伏系統(tǒng)的運(yùn)營商參與上網(wǎng)，才能讓系統(tǒng)平衡發(fā)生變化。這種方式對(duì)電池的所有者具有經(jīng)濟(jì)吸引，但它對(duì)電力系統(tǒng)卻沒有任何助益。當(dāng)前激勵(lì)措施的主要目的是讓自我消費(fèi)量最大化，并不是鼓勵(lì)向供電網(wǎng)提供服務(wù)。電24同上。25BundesverbandEnergiespeicherSystemee.V.（2022）

力的自我消納不一定有利于電網(wǎng)運(yùn)行，也可能對(duì)電力上網(wǎng)的可預(yù)測性產(chǎn)生負(fù)面影響。德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局（BNetzA）指出，將自發(fā)電量全部上網(wǎng)會(huì)有助于優(yōu)化對(duì)接入電網(wǎng)電量的預(yù)測。如果產(chǎn)消者自行消納自身生產(chǎn)的電力，其行為就變得無法預(yù)測，這會(huì)增加對(duì)平衡能源的需求。因此，從對(duì)系統(tǒng)最優(yōu)的角度來看，還必須推動(dòng)產(chǎn)消者生產(chǎn)的電力全部上網(wǎng)，并在智能電網(wǎng)的架構(gòu)內(nèi)，產(chǎn)消聚合商者為提高電力系統(tǒng)靈活性做出貢獻(xiàn)、參與市場的主要機(jī)制。但是，只有采用先進(jìn)的技術(shù)通信、實(shí)現(xiàn)負(fù)荷計(jì)量的數(shù)字化，才可能實(shí)現(xiàn)聚合和市場參與。聚合商不僅與產(chǎn)消者有密切關(guān)聯(lián)，也在供應(yīng)側(cè)發(fā)揮作用，它們將變得越來越重要。聚合商往往指的是虛擬電廠（VPP），即整合了大量小型能源設(shè)備的分布式能源系統(tǒng)，例如太陽能和風(fēng)能設(shè)備、熱電聯(lián)產(chǎn)以及燃料電池或者電泵和電動(dòng)車等。虛擬電廠對(duì)各種不同的發(fā)耗電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的能源監(jiān)測。27組建所謂的商業(yè)虛擬電廠（CVPP）是為了加入能源市場。本身配備了發(fā)電設(shè)備的家庭和企業(yè)可以通過商業(yè)虛擬電廠，主動(dòng)參與電力交易。眾多小型電力產(chǎn)銷者接入商業(yè)虛擬電廠，可以動(dòng)態(tài)抵消生產(chǎn)波動(dòng)。近年來，這種商業(yè)模式在德國取得了長足的發(fā)展。智能電網(wǎng)運(yùn)營德國引進(jìn)了能源信息網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)信號(hào)燈理念促輔助電網(wǎng)運(yùn)營。前者有利于電網(wǎng)和電廠運(yùn)營商之間的數(shù)據(jù)交流。后者是采用智能技術(shù)監(jiān)測并控制電網(wǎng)內(nèi)所有電廠和狀況的基礎(chǔ)，信號(hào)的的意義為：“綠燈相位”意味著基于預(yù)測值，預(yù)計(jì)不會(huì)出現(xiàn)任何瓶頸——不需采取限制措施，系統(tǒng)可以平穩(wěn)運(yùn)行?！包S燈相位”意味著，預(yù)測表明若不采取預(yù)防性措施，就會(huì)立即出現(xiàn)瓶頸。此情況下，要調(diào)整電網(wǎng)連26ZfK（2022）27Cambridge（2018）PAGEPAGE15PAGEPAGE15接點(diǎn)上的電力流動(dòng)，但須避免電網(wǎng)運(yùn)營商直接干預(yù)——直接干預(yù)則意味著交通燈變成“紅色”。在“紅燈相位”下，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)做出自動(dòng)反應(yīng)，進(jìn)行干預(yù)，快速且安全消除出現(xiàn)的任何瓶頸。此種反應(yīng)是基于是實(shí)際計(jì)量。28在黃色相位下，自由電網(wǎng)容量也可以通過基于區(qū)塊鏈的二級(jí)市場，進(jìn)行自動(dòng)交易。29德國南部配電系統(tǒng)運(yùn)NetzeBWflexQgri的項(xiàng)目，進(jìn)一步發(fā)展了信號(hào)燈理念。30為了滿足日益增長的信息需求，德國對(duì)再調(diào)度規(guī)則進(jìn)行監(jiān)管改革。根據(jù)德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局（BNetzA）的定義，再調(diào)度指的是干預(yù)發(fā)電廠的發(fā)電產(chǎn)量，以避免特定電力線路段發(fā)生過載。312.0”改革囊括了所有發(fā)電設(shè)備（100千瓦），將其全部納入到再調(diào)度計(jì)劃中。這些較小型的機(jī)組接入配電網(wǎng)之后，配電系統(tǒng)運(yùn)營商就必須監(jiān)督并控制其最終發(fā)電量?！霸僬{(diào)度2.0”生效前，再調(diào)度措施只適用于基于輸電系統(tǒng)運(yùn)營商要求落實(shí)這些措施的傳統(tǒng)電廠（最低裝機(jī)功率10兆瓦）。目前，可再生能源和熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠（最低裝機(jī)功率100千瓦）中發(fā)揮作用。智能電表基于天氣、能源市場及人類行為相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)電力需求所做的精確預(yù)測，在智能電網(wǎng)中對(duì)其網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商很有幫助。在得知用電需求，尤其是峰值需求后，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商可以采取相應(yīng)的行動(dòng)，確保穩(wěn)定的能源供應(yīng)。2015年，德國頒布了《能源轉(zhuǎn)型數(shù)字化法》（GDEW），2017年起開始強(qiáng)制使用智能電表，且到2032年，德國所有電表都必須是數(shù)字式電表。智能電表實(shí)時(shí)記錄電量消費(fèi)，并發(fā)送給負(fù)責(zé)的市場參與者。32德國能源署最新的試點(diǎn)研究提出了可靠數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的三個(gè)組成部分，即數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施以及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的基礎(chǔ)設(shè)施。33每個(gè)組成部分都必須提供嚴(yán)格的數(shù)據(jù)保護(hù)，確保其單獨(dú)使用或與其他部分交互時(shí)的數(shù)據(jù)和信息技術(shù)安全。28NetzeBWGmbH（2022）29GreenhouseMediaGmbH（2021）30AHKStockholm（2022）31再調(diào)度（Bundesnetzagentur）

德國將智能計(jì)量系統(tǒng)（iMSys）作為可靠的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的核心組成部分給予大力發(fā)展。根據(jù)《能源轉(zhuǎn)型數(shù)字化法》，智能計(jì)量系統(tǒng)中的“現(xiàn)代計(jì)量裝置”（mMe）通過“智能電表網(wǎng)關(guān)”（SMGW）與通信網(wǎng)絡(luò)連接。智能電表網(wǎng)關(guān)的作用是將電表以及靈活發(fā)用電設(shè)備接入智能電網(wǎng)。34現(xiàn)代計(jì)量裝置收集能源行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)，而智能電表網(wǎng)關(guān)控制穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。未來智能電表網(wǎng)關(guān)將用來控制發(fā)電設(shè)備與負(fù)荷。作為核心通信設(shè)備，智能電表網(wǎng)關(guān)能夠讓消費(fèi)者和產(chǎn)消者自主選擇、主動(dòng)參與市場溝通。因此，參與者對(duì)可再生能源的消費(fèi)或接入可能產(chǎn)生更大的影響，并能更好地控制此過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。智能電表提供了越來越多的可用數(shù)據(jù)，為接入及消費(fèi)預(yù)測提供了可靠的依據(jù)。未來，基于這些數(shù)據(jù)以及分布式發(fā)電機(jī)組的接入量預(yù)測，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電網(wǎng)控制。從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的角度來看，智能電表網(wǎng)關(guān)的發(fā)展考慮到能源轉(zhuǎn)型的分散性，盡量將數(shù)據(jù)的處理在本地完成，除了智能電表網(wǎng)關(guān)以外，能源轉(zhuǎn)型的數(shù)字化要求采用快速、安全且具有成本效益的傳輸路徑。但是，由于存在安全風(fēng)險(xiǎn)，不論是有線通信網(wǎng)絡(luò)還是商業(yè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，450兆赫的通信頻段可以解決這一問題，在這一頻段下可以在防止停電的情況下實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化，滿足能源網(wǎng)絡(luò)的智能計(jì)量應(yīng)用需求36。為了確保控制及監(jiān)測功能，在發(fā)生斷電故障的情況下無線電網(wǎng)絡(luò)依然能保障正常通信，德國能源行業(yè)正在打造自給自足的無線電網(wǎng)絡(luò)37。2023年，第一批網(wǎng)絡(luò)將在德國啟用，2025年，覆蓋整個(gè)德國。除了智能電表網(wǎng)關(guān)及其所需的網(wǎng)絡(luò)之外，未來的數(shù)據(jù)傳輸也將越來越多地使用低功率遠(yuǎn)程廣域網(wǎng)（LoRaWAN）。事實(shí)證明，低功率遠(yuǎn)程廣域網(wǎng)在城市職能項(xiàng)目以及具有成本效益的環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器技術(shù)中，可以發(fā)揮特別的作用。32同上。33德國能源署(dena-LeitstudieAufbruchKlimaneutralit?t)34德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和氣候保護(hù)部（WasgenauisteigentlicheinSmart-Meter-Gateway?）PAGEPAGE16PAGEPAGE16需求側(cè)管理電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷流的大幅度波動(dòng)是新趨勢（圖3），且波動(dòng)性負(fù)荷的增長趨勢仍將延續(xù)，這需要大幅提高電網(wǎng)運(yùn)營的靈活性。需求側(cè)管理在德國已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，

但配電系統(tǒng)運(yùn)營商需要采用更加精密的控制和計(jì)量技術(shù)，以應(yīng)對(duì)分布式可再生能源和電動(dòng)車的發(fā)展，熱泵以及新的本地消費(fèi)模式。為此，智能化的負(fù)荷管理須在穩(wěn)定電網(wǎng)的過程中發(fā)揮更大的作用。圖3：十五年內(nèi)向不斷增大的負(fù)荷波動(dòng)性逐漸過渡20072007年3月-5月20222022年3月-5月來源：TenneTHoldingB.V.20223535TenneTHoldingB.V.（2022）PAGEPAGE17PAGEPAGE17配電系統(tǒng)運(yùn)營商可以使用負(fù)荷控制協(xié)議工具。簽訂負(fù)荷控制協(xié)議后，配電系統(tǒng)運(yùn)營商有權(quán)管理小型電力消費(fèi)者電氣設(shè)備的電力消費(fèi)，而消費(fèi)者可以享受到電費(fèi)折扣。負(fù)荷控制協(xié)議主要針對(duì)配有儲(chǔ)能設(shè)備的熱泵及蓄熱式加熱器等電熱裝置。負(fù)荷控制協(xié)議的目的是幫助配電系統(tǒng)運(yùn)營商預(yù)防本地電網(wǎng)堵塞。當(dāng)太多加熱設(shè)備同時(shí)用電時(shí)，配電網(wǎng)會(huì)發(fā)生電網(wǎng)堵塞。簽訂了負(fù)荷控制協(xié)議后，配電系統(tǒng)運(yùn)營商可行使其權(quán)利，要求某些設(shè)備在一定時(shí)期內(nèi)停止用電，以此限制用電總負(fù)荷的峰值，從配電系統(tǒng)運(yùn)營商的角度實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移。另一個(gè)需求側(cè)管理工具是提供使系統(tǒng)平衡的平衡控制能源。提供控制能源往往是發(fā)電側(cè)的任務(wù)，但電力消費(fèi)者也可以參與控制能源市場。如果滿足了資格預(yù)審標(biāo)準(zhǔn)（目前的最低競標(biāo)規(guī)模為1兆瓦）36，就可以參與招投標(biāo)，通過減少或增加其電網(wǎng)負(fù)荷，在不同級(jí)別（二級(jí)和三級(jí)）市場上貢獻(xiàn)或正或負(fù)的控制能源。再有就是鼓勵(lì)小型設(shè)施獲取反映實(shí)際批發(fā)價(jià)格的動(dòng)態(tài)價(jià)格。通過動(dòng)態(tài)價(jià)格激勵(lì)它們將高電價(jià)時(shí)段的消費(fèi)轉(zhuǎn)到低電價(jià)時(shí)段。但是，這可能最終讓私人家庭等小型活動(dòng)者不受保護(hù)地暴露在競爭市場的風(fēng)險(xiǎn)之下。到目前為止，大型工業(yè)是需求側(cè)管理的主要參與者，需求側(cè)管理并未按預(yù)計(jì)的情況納入足夠多的小型設(shè)施，這主要由于激勵(lì)的匱乏（見3.2章節(jié)）。人們普遍認(rèn)為，能源密集度最高的產(chǎn)業(yè)部門有最大的需求側(cè)管理潛力，預(yù)計(jì)可達(dá)3到5吉瓦。但多項(xiàng)研究指出，工業(yè)需求側(cè)管理潛力低于居民家庭細(xì)分市場。多項(xiàng)研究認(rèn)定，居民家庭細(xì)分市場的潛力可達(dá)到10吉瓦或以上。37而未來，德國工業(yè)需求側(cè)管理潛力仍會(huì)增長，2018年的一項(xiàng)研究估算，到2050年德國工業(yè)的需求側(cè)管理潛力為6.6吉瓦，且預(yù)計(jì)5吉瓦的潛力可以被使用。38在需求側(cè)管理的法規(guī)方面，德國修正了《能源經(jīng)濟(jì)法》（EnWG）14a該法的主旨是推進(jìn)變革，讓電網(wǎng)運(yùn)營商能夠更加靈活地控制電動(dòng)車或熱泵與電網(wǎng)連接，遠(yuǎn)程控制這些設(shè)備的啟停，減少配電網(wǎng)擴(kuò)建。但在多次研究、研討和公共咨詢2021117日被撤銷。德國36R（未注明日期）37G?rnerandLindenberger（2015）38同上。39Schaal（2022）

聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局（BNetzA）會(huì)依據(jù)新的發(fā)展趨勢，修訂國家層面的立法和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，約束網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)向型管理協(xié)議讓配電系統(tǒng)運(yùn)營商對(duì)消費(fèi)者進(jìn)行控制。39配電網(wǎng)擴(kuò)建與智能電網(wǎng)規(guī)劃如前文所述，大多數(shù)可再生能源設(shè)備和智能電網(wǎng)系統(tǒng)都與配電網(wǎng)連接，以維持系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。為了確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，配電系統(tǒng)運(yùn)營商正在有規(guī)律的擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)，不斷加大對(duì)新電網(wǎng)技術(shù)的投資。德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局編制的2021年配電網(wǎng)狀態(tài)報(bào)告預(yù)計(jì)，在未來五年，隨著電動(dòng)車、熱泵和新型儲(chǔ)能設(shè)施的興起，大多數(shù)配電系統(tǒng)運(yùn)營商都將面對(duì)負(fù)荷增長。40這種情況下，由于電網(wǎng)與可再生能源發(fā)展的不同步，電網(wǎng)堵塞，尤其是在中低壓電網(wǎng)水平上的堵塞，將會(huì)成為配電系統(tǒng)運(yùn)營商面臨的挑戰(zhàn)。在中電壓水平，造成堵塞的原因主要是電網(wǎng)擴(kuò)建問題，而在低電壓水平，是由于現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施有待優(yōu)化和加強(qiáng)。41因此，德國不僅要優(yōu)化其輸電系統(tǒng)運(yùn)營商并擴(kuò)建輸電網(wǎng)絡(luò)，也要配電系統(tǒng)運(yùn)營商改善功能。整合分布式發(fā)電是其中一大挑戰(zhàn)，為此，德國的配電網(wǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)建不可避免。2012年德國能源署的“配電網(wǎng)”研究指出，在整個(gè)德國范圍內(nèi)，需要重建及擴(kuò)建超過15萬公里高、中、低電壓網(wǎng)絡(luò)。42現(xiàn)有電網(wǎng)的可用配電容量是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要參數(shù)及限制性因素。配電系統(tǒng)運(yùn)營商的可用容量決定了在優(yōu)化、加強(qiáng)或者擴(kuò)建電網(wǎng)前，消費(fèi)者或者發(fā)電商是否仍能接入或有多少消費(fèi)者或者發(fā)電商可以接入電網(wǎng)。電流和電壓是電網(wǎng)優(yōu)化的決定性參數(shù)。電流過高（容量瓶頸）會(huì)致使電纜溫度過高，損壞設(shè)備。電網(wǎng)中過高或者過低的電壓水平也可能導(dǎo)致故障，甚至?xí)?duì)消費(fèi)者和發(fā)電商造成損壞。43以上內(nèi)容須在電網(wǎng)中電力雙向流動(dòng)的背景下考慮。雙向流動(dòng)意味著電流不再是只從超高電壓水平，通過高、中電壓水平，流動(dòng)到低電壓水平，而是也能夠反向流動(dòng)。這也是造成低電壓和中電壓水平上瓶頸及電壓質(zhì)量問題的主要原因之一。使用可調(diào)整的局域網(wǎng)變壓器等新型變40德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局（BerichtzumZustandundAusbauderVerteilernetze）41同上。42德國能源署（德國能源署的配電網(wǎng)研究）43同上。PAGEPAGE18PAGEPAGE18壓器或者功率電子裝置（STATCOMs）可以處理雙向電力流動(dòng)問題。通過智能控制機(jī)制（電壓和無功功率控制）與設(shè)備，智能電網(wǎng)可以對(duì)相差和電流變化做出補(bǔ)償。44但是，要實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，仍需進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)。電網(wǎng)擴(kuò)建需要聽取公眾意見。而德國公眾對(duì)擴(kuò)建電網(wǎng)的2022年6月，德國的電網(wǎng)擴(kuò)建仍落后于計(jì)劃。這主要是因?yàn)殡娋W(wǎng)擴(kuò)建的過程復(fù)雜，政治家、行業(yè)和民眾之間存在著不同的利益，會(huì)針對(duì)電網(wǎng)擴(kuò)建提出各種異議（例如噪音污染或者景觀損害）。45此外，盡管電網(wǎng)擴(kuò)建可能是整合新電網(wǎng)資產(chǎn)最簡單、最直截的方式，但其成本高昂。德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局預(yù)計(jì)，在2035需要花費(fèi)大約700億歐元，到2040年，還需再花費(fèi)5002030450元的資金，打造能源轉(zhuǎn)型所需的配電網(wǎng)絡(luò)。46通過智能電網(wǎng)智能化地引導(dǎo)接入電網(wǎng)的新的可控負(fù)荷（例如電動(dòng)車或者儲(chǔ)能系統(tǒng)），增加配電系統(tǒng)運(yùn)營商的

靈活性，在一定程度上，可以避免為滿足系統(tǒng)平衡所需的電網(wǎng)擴(kuò)建。德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局的智能電網(wǎng)報(bào)告指出，智能電網(wǎng)能更加充分地利用傳統(tǒng)電力基礎(chǔ)設(shè)施，抑制電網(wǎng)擴(kuò)建需求，甚至能在維持同等容量使用水平的同時(shí)，改進(jìn)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。47在電動(dòng)車的范例中，充電管理是網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)建的重要替代方案。但當(dāng)充電管理實(shí)施到一定程度該優(yōu)先通過智能電網(wǎng)的智能控制和靈活性手段改善現(xiàn)有電網(wǎng)，再考慮電網(wǎng)擴(kuò)建。電動(dòng)車接入電網(wǎng)隨著電動(dòng)車的興起，未來的配電網(wǎng)規(guī)劃也必須考慮同時(shí)系數(shù)。個(gè)體電池電動(dòng)車（BEV）對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響取決于充電功率、充電時(shí)間及持續(xù)時(shí)長。規(guī)?；碾姵仉妱?dòng)車對(duì)電網(wǎng)的影響取決于特定網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)同時(shí)充電的電池電動(dòng)車數(shù)量，即稱同時(shí)系數(shù)。在負(fù)荷峰值時(shí)段為電動(dòng)車充電的影響最大。新建電網(wǎng)時(shí)，配電系統(tǒng)運(yùn)營商要使用同時(shí)系數(shù)，為電動(dòng)車的充電預(yù)留充分的容量。圖4：德國低功率電動(dòng)車輛充電的同時(shí)性來源：EnergynauticsandRE-xpertise4844TrattnigandSovec（2016）45Schopen（2022）46Krapp（2022）

47德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局（“智能電網(wǎng)”和“智能市場”）48德國能源署（電動(dòng)車輛基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃及運(yùn)營指南）PAGEPAGE19PAGEPAGE19如圖4所示，在較小規(guī)模的電網(wǎng)中，電池電動(dòng)車的充電行為具有高度的相似性，即電動(dòng)車主同時(shí)充電的可能性高。有效降低同時(shí)充電可能性的方式包括：更多的（公共）充電樁；通過提高充電樁容量縮短充電時(shí)間；在同一配電網(wǎng)內(nèi)采取多樣化的充電模式，如快充，慢充同時(shí)進(jìn)行等。20214700萬輛汽車，其中只有一小部分是電動(dòng)車（BEVs）。未來，電動(dòng)車的市場份額將會(huì)提高，德國新政府提出，2030年前德國電動(dòng)車15002050年電動(dòng)車保有量會(huì)達(dá)到2200萬輛。據(jù)估計(jì)，在2030年，如果德國的電動(dòng)車同時(shí)充電，會(huì)形成16吉瓦的峰值負(fù)荷以及59/年的用電量。在未來，如果為適應(yīng)配電系統(tǒng)運(yùn)營商穩(wěn)定電網(wǎng)的需求，調(diào)整部分車輛的充電時(shí)間，電動(dòng)車在需求側(cè)方面的潛力將會(huì)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有其他儲(chǔ)能技術(shù)。管理電動(dòng)車的充電負(fù)荷，規(guī)避電動(dòng)車同時(shí)充電，可以避免配電網(wǎng)過載，具有重要的意義。在做基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃時(shí)，有充電裝置或熱泵的獨(dú)棟房屋與沒有充電裝置和熱泵的獨(dú)棟房屋相比，接入負(fù)荷會(huì)有巨大差異。隨著德國電動(dòng)車強(qiáng)勁的增長勢頭，只有高效的電網(wǎng)控制機(jī)制才能為其提供可靠的規(guī)劃依據(jù)，有效地抑制短期內(nèi)電網(wǎng)擴(kuò)建規(guī)模，并確保充電設(shè)施的及時(shí)連接。充電管理是將電動(dòng)車充電整合到配電網(wǎng)絡(luò)中最具成本效益的解決方案。在德國，與未加管理的充電相比，受到管理的充電可能在不損失終端消費(fèi)者舒適度的前提下，降低峰值容量，減少30%到50%的投資。49此外，

隨著電動(dòng)車數(shù)量的迅速增加，推行充電管理刻不容緩。電動(dòng)車的電池可以發(fā)揮儲(chǔ)能的基本功能，甚至可以在智能電網(wǎng)中提供雙向充電服務(wù)，起到穩(wěn)定電網(wǎng)的作用?？梢酝ㄟ^臨時(shí)中斷充電過程，或者在電網(wǎng)存在過剩電力的時(shí)候?qū)囕v進(jìn)行精準(zhǔn)充電，來平衡過剩的供電量。德國充電管理的應(yīng)用仍處于早期，但未來幾年間將會(huì)加速發(fā)展。數(shù)據(jù)的使用德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局（BNetzA）2021營商的研究表明，配電系統(tǒng)運(yùn)營商遠(yuǎn)程控制設(shè)備的能力會(huì)隨著時(shí)間的變化而加強(qiáng)。2017年，受訪的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營86%聲稱他們至少能夠集中地部分控制中等電2021年的最新研究中，95%網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商可以做到這一點(diǎn)。50數(shù)字化實(shí)際上解鎖了各種數(shù)據(jù)的訪問權(quán)，讓配電系統(tǒng)運(yùn)營商和輸電系統(tǒng)運(yùn)營商都能夠更加容易地完成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測任務(wù)。尤其是在較低網(wǎng)絡(luò)水平上，智能電表的發(fā)展是成功監(jiān)測和引導(dǎo)用電的必要條件。數(shù)據(jù)分析是數(shù)字化的關(guān)鍵。德國一直討論打造開放或閉合的數(shù)字信息系統(tǒng)，或者強(qiáng)制披露能源數(shù)據(jù)（開放數(shù)據(jù)）。關(guān)于數(shù)據(jù)的討論受到巨大的利益驅(qū)使，一方面自由的使用能源數(shù)據(jù)，可以挖掘基于數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生的新服務(wù)、新商業(yè)模式的經(jīng)濟(jì)潛力。另一方面，人們也意識(shí)到，數(shù)據(jù)收集的參與方也要能從其自身數(shù)據(jù)收集所創(chuàng)造的價(jià)值中獲利。為此，要確定數(shù)據(jù)收集的價(jià)值，并保證數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量。對(duì)于數(shù)據(jù)的完整性、真實(shí)性、可用性、保密性以及匿名性等性質(zhì)，提出相應(yīng)的要求，評(píng)估數(shù)據(jù)以及技術(shù)和應(yīng)用。系統(tǒng)性的評(píng)估，有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保護(hù)，維護(hù)數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)主權(quán)，為能源行業(yè)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化奠定基礎(chǔ)。另外，缺少高質(zhì)量的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)數(shù)量不足也會(huì)影響數(shù)據(jù)分析。49德國能源署（電動(dòng)車輛基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃及運(yùn)營指南）50德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局（BerichtzumZustandundAusbauderVerteilernetze）PAGEPAGE20PAGEPAGE20德國智能電網(wǎng)的挑戰(zhàn)與嘗試在能源轉(zhuǎn)型階段，幾乎所有相關(guān)方，尤其是系統(tǒng)運(yùn)營方，都在推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以便將人為干預(yù)降至最低。實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的過程，就是向智能電網(wǎng)推進(jìn)的過程。本章介紹了智能電網(wǎng)未來發(fā)展亟需解決的技術(shù)、監(jiān)管和運(yùn)營挑戰(zhàn)相關(guān)的范例及研究，并分析了未來可能出現(xiàn)的情況。技術(shù)挑戰(zhàn)人工智能（AI）、云技術(shù)和數(shù)字技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)電網(wǎng)到智能電網(wǎng)的轉(zhuǎn)變至關(guān)重要。尤其是人工智能的自我學(xué)習(xí)能力、適應(yīng)能力和計(jì)算能力，具有巨大潛力來解決智能電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)：包括提高安全性，加強(qiáng)需求側(cè)管理的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的預(yù)測以及提升電網(wǎng)的敏捷性和恢復(fù)力。51但是，要改進(jìn)智能電網(wǎng)的運(yùn)營，仍需其他技術(shù)的支撐。德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局（BNetzA）調(diào)研了多家配電系統(tǒng)運(yùn)營商，以了解配電系統(tǒng)運(yùn)營商是否在日常工作中使用人工智能，例如預(yù)見性維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)安全措施。52根據(jù)2021年的最新調(diào)查，大部分配電系統(tǒng)運(yùn)營商表示，他們并沒有使用或者計(jì)劃使用人工智能，目前只有極少數(shù)配電系統(tǒng)運(yùn)營商正在使用或者準(zhǔn)備使用人工智能。53594關(guān)的人工智能項(xiàng)目，例如基于衛(wèi)星的架空線路監(jiān)測、變電站的智能（自我學(xué)習(xí)）視頻監(jiān)測、通過無人機(jī)俯瞰檢查高壓線鐵塔、通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測負(fù)荷以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化算法項(xiàng)目。54這表明，人工智能在配電網(wǎng)中的應(yīng)用和推廣相對(duì)緩慢。受訪的配電系統(tǒng)運(yùn)營商認(rèn)為缺乏可機(jī)讀的數(shù)據(jù)是最大的障礙之一。較為普遍的是，德國公眾通常把人工智能和負(fù)面事物聯(lián)系起來。且相比其他國家，這一顧慮在德國公眾中尤為普遍。5551SAP（2022）52德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局（關(guān)于配電網(wǎng)現(xiàn)狀和擴(kuò)建的報(bào)告BerichtzumZustandundAusbauderVerteilernetze）53同上。

展現(xiàn)人工智能在能源轉(zhuǎn)型中的成功應(yīng)用是抵消這一顧慮的方法。上文提到，智能電網(wǎng)可使用越來越智能的算法，進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測。人工智能也能夠支持帶有儲(chǔ)能的光伏系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化，通過有針對(duì)性的峰值負(fù)荷上限，提高供應(yīng)的安全性。目前暫不確定這些方法接入低壓電網(wǎng)的應(yīng)用程度。配電系統(tǒng)運(yùn)營商應(yīng)該進(jìn)一步推廣研究和試點(diǎn)項(xiàng)目，采用分布式、自動(dòng)化的解決方案控制電網(wǎng)組件。監(jiān)管挑戰(zhàn)監(jiān)管框架的改變是電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)。德國電網(wǎng)監(jiān)管存在的一項(xiàng)實(shí)際挑戰(zhàn)是，如何制定收取、管理電網(wǎng)費(fèi)用并將其分配給電網(wǎng)運(yùn)營商的統(tǒng)一規(guī)則。目前，德國不同地區(qū)的電網(wǎng)成本存在巨大的差異。用戶須支付的電網(wǎng)費(fèi)用在很大程度上取決于其所屬的用戶類別、地理位置以及所在區(qū)域必要的電網(wǎng)擴(kuò)建。私人終端用戶支付的電網(wǎng)費(fèi)用比例往往最大。56在集中發(fā)電時(shí)代，這樣的電網(wǎng)費(fèi)用分配方式被認(rèn)為是合理的，但隨著可再生能源的不斷發(fā)展、分布式和數(shù)字化的推進(jìn)，電網(wǎng)費(fèi)用改革勢在必行。因?yàn)榉植际桨l(fā)電設(shè)備的大規(guī)模發(fā)展會(huì)導(dǎo)致巨大的電網(wǎng)連接以及電網(wǎng)擴(kuò)建成本，特別是在農(nóng)村地區(qū)。54同上。55E.ONSE（2019）56Germanwatche.V.（2022）PAGEPAGE21PAGEPAGE21Germanwatch最近的一篇論文57強(qiáng)調(diào)了電網(wǎng)費(fèi)用改革必須包含的部分。其中包括：配電網(wǎng)層面，全國統(tǒng)一的電網(wǎng)費(fèi)用分配給電力生產(chǎn)商的電網(wǎng)費(fèi)用雙向成本轉(zhuǎn)移針對(duì)工業(yè)：改革非系統(tǒng)性電網(wǎng)費(fèi)用針對(duì)所有用戶：峰谷電價(jià)該論文的主要觀點(diǎn)是：目前迫切需要重新評(píng)估成本的分?jǐn)偱c分配。雖然很難建立一個(gè)對(duì)于各方都公平的電網(wǎng)費(fèi)用系統(tǒng)，但論文最終提出：為了讓該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)盡量可持續(xù)，先要組織不同的利益相關(guān)方（輸電系統(tǒng)運(yùn)營商、配電系統(tǒng)運(yùn)營商、工業(yè)、消費(fèi)者保護(hù)群體、非政府組織、研究機(jī)構(gòu)、發(fā)電商和監(jiān)管部門）公開對(duì)話，相互學(xué)習(xí)，共同探索解決可能出現(xiàn)的任何沖突目標(biāo)的折中方案。理想情況下，在對(duì)話結(jié)束時(shí)，會(huì)達(dá)成各方滿意的設(shè)計(jì)方案。58同理，關(guān)于電價(jià)的辯論也具有價(jià)值。電價(jià)信號(hào)可以激勵(lì)消費(fèi)者在能源市場中發(fā)揮積極的作用，促使利益相關(guān)方動(dòng)態(tài)調(diào)整其入網(wǎng)電量或者電力消費(fèi)，以順應(yīng)電網(wǎng)的2.1部分所述，通過對(duì)電價(jià)信號(hào)的反應(yīng)，家庭和行業(yè)消費(fèi)者可以進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移，將自身的電力消費(fèi)從一個(gè)時(shí)間段轉(zhuǎn)移到另一個(gè)時(shí)間段，即從峰值時(shí)段轉(zhuǎn)移到非峰值時(shí)段。智能電表應(yīng)該讓消費(fèi)者能夠接收價(jià)格信號(hào)并采取電網(wǎng)服務(wù)措施?？紤]到能源轉(zhuǎn)型仍在推進(jìn)、可再生能源仍在發(fā)展，靈活性和對(duì)電價(jià)信號(hào)的反應(yīng)能力至關(guān)重要。隨時(shí)間變化的電網(wǎng)費(fèi)用可能通過電價(jià)信號(hào)，以激勵(lì)能源需求轉(zhuǎn)移到高電量接入電網(wǎng)時(shí)段或者其他低消費(fèi)量時(shí)段，從而帶來巨大的靈活性潛力，并能夠限制未來的電網(wǎng)擴(kuò)建。59但是，這也可能會(huì)增加系統(tǒng)監(jiān)管及運(yùn)營的復(fù)雜性。因此，導(dǎo)致價(jià)格扭曲的市場參與者的戰(zhàn)略行為也應(yīng)該被考慮在內(nèi)。60為了使消費(fèi)者能夠?qū)r(jià)格作出反應(yīng)，他們的負(fù)荷必須能夠（借助智能電表和控制設(shè)備）自動(dòng)作出反應(yīng)，或者由聚合商控制。此外，支持提高電力稅和可再生能源附加稅（EEG）征收的靈活性（向終端消費(fèi)者電費(fèi)征收的可再生能源附20227月起全面廢除）也是調(diào)整電價(jià)的一種手段。如果終端消費(fèi)者在電網(wǎng)服務(wù)時(shí)段購買電力，將會(huì)享受到稅收優(yōu)惠。這一舉措更簡單有效地發(fā)揮了電價(jià)57同上。58同上。5950HertzTransmissionGmbH（2021）

信號(hào)對(duì)消費(fèi)者的激勵(lì)作用。61最終的項(xiàng)目構(gòu)想是建立一個(gè)完備的靈活性市場。運(yùn)營挑戰(zhàn)數(shù)字化目前面臨的挑戰(zhàn)是缺乏運(yùn)營能力。數(shù)字化進(jìn)程推進(jìn)緩慢的限制性因素之一是缺少足夠的人力資源來配合和實(shí)施創(chuàng)新過程。目前，德國的配電系統(tǒng)運(yùn)營商和輸電系統(tǒng)運(yùn)營商迫切需要實(shí)現(xiàn)運(yùn)營及工作流的數(shù)字化。一些運(yùn)營商已經(jīng)通過改進(jìn)現(xiàn)有流程或嘗試和實(shí)施新的方法來表明他們能夠勝任這一任務(wù)。但同時(shí)，他們還需要面對(duì)其日常運(yùn)營的重重挑戰(zhàn)。以目前的控制中心系統(tǒng)為例：某些運(yùn)營商依舊采取成本高昂的手動(dòng)方法同步數(shù)據(jù)。此外，這樣做還會(huì)對(duì)同一供應(yīng)商過分依賴，不僅妨礙落實(shí)當(dāng)前的業(yè)務(wù)要求，還無法匹配未來的業(yè)務(wù)需求。將數(shù)字化與新理念的大規(guī)模測試相結(jié)合，才是未來電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型可能采用的方式。電網(wǎng)的關(guān)鍵。改進(jìn)數(shù)據(jù)收集與處理、執(zhí)行資格預(yù)審，提高可再生能源預(yù)測的精確性、與其他市場活動(dòng)方進(jìn)行數(shù)據(jù)交流、開發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)監(jiān)測及堵塞管理工具都是需要優(yōu)先處理的事項(xiàng)。為了改進(jìn)上述流程，50Hertz等德國輸電系統(tǒng)運(yùn)營商已經(jīng)開發(fā)出了內(nèi)部專用解決方案。一些德國配電系統(tǒng)運(yùn)營商也在繼續(xù)落實(shí)試點(diǎn)項(xiàng)目（見章節(jié)3.4）——即在社區(qū)內(nèi)測試不同的智能電網(wǎng)理念。能源轉(zhuǎn)型的進(jìn)一步發(fā)展要求電網(wǎng)運(yùn)營商的思維模式和工作流程必須跟上發(fā)展的步伐，在德國，這甚至可能比以往任何時(shí)候都更加迫切。精簡現(xiàn)有運(yùn)營并使其能夠應(yīng)對(duì)未來考驗(yàn)的數(shù)字化解決方案已經(jīng)開始。一定要持續(xù)推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，在政策及科技層面大力支持德國電網(wǎng)運(yùn)營商，提高其電網(wǎng)的智能性和可靠性。相關(guān)研究和試點(diǎn)項(xiàng)目“智慧能源展示計(jì)劃”項(xiàng)目成果2016年到2020年，德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和氣候部資助了“智慧能源展示計(jì)劃”項(xiàng)目（SINTEG“智慧能源展示計(jì)劃——能源轉(zhuǎn)型的數(shù)字議程”）框架下的五個(gè)示范區(qū)。該項(xiàng)目旨在以可再生能源為主的德國能源系統(tǒng)內(nèi)，找出平衡環(huán)境、能源安全和經(jīng)濟(jì)效率的解決方案。這些項(xiàng)目60GermanwatcheffectiveStromnetzentgelte61EcologicInstitut（2021）PAGEPAGE22PAGEPAGE22300焦利用創(chuàng)新的電網(wǎng)技術(shù)和運(yùn)營戰(zhàn)略，建立起連通供電側(cè)和需求側(cè)的智能網(wǎng)絡(luò)，解決相關(guān)的技術(shù)、業(yè)務(wù)及法律挑戰(zhàn)?！爸腔勰茉凑故居?jì)劃”發(fā)揮著監(jiān)管試驗(yàn)臺(tái)的作用，可以為未來項(xiàng)目的落實(shí)制定藍(lán)圖。通過踐行“生活實(shí)驗(yàn)室”理念，打造測試新技術(shù)、新程序及新業(yè)務(wù)模式的環(huán)境，加速從實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新到實(shí)際測試階段再到投放市場的整個(gè)流程。在對(duì)所有案例展示的結(jié)果進(jìn)行編輯和評(píng)估之后，相關(guān)方形成了五份全面且具有特定主題的報(bào)告：部門耦合靈活性機(jī)制監(jiān)管數(shù)字化參與部門耦合可以大幅提高電網(wǎng)的靈活性，其運(yùn)營方式基于電價(jià)信號(hào)，以協(xié)調(diào)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行。數(shù)字市場平臺(tái)可以通過交易聚合在一起的零散能源穩(wěn)定電網(wǎng)，并將被聚合的零散能源在現(xiàn)貨市場出售，或者作為備用電力，還能讓其在同一電網(wǎng)級(jí)別或跨電網(wǎng)級(jí)別提供無功功率?！爸腔勰茉凑故居?jì)劃”項(xiàng)目還旨在全面提高消費(fèi)者對(duì)德國能源轉(zhuǎn)型的接受度，以易懂的方式宣傳能源轉(zhuǎn)型，為感興趣的德國民眾創(chuàng)造參與的機(jī)會(huì)。這種方式為公眾提供了參與能源轉(zhuǎn)型的機(jī)會(huì)，尤其是在風(fēng)電及電網(wǎng)擴(kuò)建方面。項(xiàng)目結(jié)束后，還有后續(xù)項(xiàng)目陸續(xù)開展，以進(jìn)一步擴(kuò)大項(xiàng)目成果。62德國的能源社區(qū)發(fā)展得到強(qiáng)化。能源社區(qū)是小規(guī)模智能電網(wǎng)的測試案例，屬于鄰里解決方案，可以檢測監(jiān)管措施的效果。在數(shù)字化和信息技術(shù)安全方面，研究指出分布式智能電力系統(tǒng)韌性更強(qiáng)，這是因?yàn)檫@種情況下，系統(tǒng)中多NETZlaborSonderbuch試點(diǎn)項(xiàng)目自2011年起，巴登-符騰堡州最大的配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商N(yùn)etzeBW采用自動(dòng)控制手段，對(duì)入網(wǎng)的高比例可變62\hhttps://www.sinteg.de/en/63Baden-Württemberge.V.（2020）

可再生能源和可變負(fù)荷的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域進(jìn)行管理，對(duì)配電網(wǎng)的智能規(guī)劃和運(yùn)行理念開展研究和測試。他們的第一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目名為NETZlaborSonderbuchNetzeBW與斯圖加特大學(xué)能量傳輸及高壓技術(shù)研究所（IEH）合作打造，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)將太陽能光伏發(fā)電整合到低壓網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)智能解決方案，以進(jìn)一步改進(jìn)分布式能源發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)整合，提高可再生能源的比例。63該項(xiàng)目設(shè)在在只有190戶居民的巴登符騰堡州Zwiefalten-Sonderbuch60套光伏系統(tǒng)。在峰值時(shí)段，小鎮(zhèn)輸入電網(wǎng)的電力是消費(fèi)電力的六到七倍，超過了輸電線的傳輸容量，達(dá)到了配電網(wǎng)的極限。此項(xiàng)目利用智能系統(tǒng)和現(xiàn)代測量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了連接更多光2011120201月的九年時(shí)間內(nèi)，項(xiàng)目分為四個(gè)階段推進(jìn)64：在第一階段的工作是為變電站配備了現(xiàn)代測量技術(shù)，為家庭提供智能電表，可提供關(guān)于電網(wǎng)內(nèi)電流及電壓的數(shù)據(jù)。并基于測量數(shù)據(jù)，先確定導(dǎo)致系統(tǒng)達(dá)到負(fù)荷極限并阻礙進(jìn)一步整合可再生能源的重大波動(dòng)產(chǎn)生的原因。第二階段，項(xiàng)目設(shè)置了可控的本地網(wǎng)絡(luò)變壓器，以優(yōu)化電力入網(wǎng)管理，為波動(dòng)做出補(bǔ)償，并安裝了電池儲(chǔ)能設(shè)備以降低電壓峰值。第三階段，項(xiàng)目通過安裝自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)“iNES”，自動(dòng)登記本地網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀以及即將發(fā)生的強(qiáng)烈波動(dòng)，提高現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的使用效率。在不用經(jīng)過數(shù)據(jù)中心的前提下，系統(tǒng)可以使用數(shù)據(jù)識(shí)別出不理想的發(fā)展態(tài)勢，并進(jìn)行自動(dòng)糾正。第四階段，以改進(jìn)現(xiàn)有組件使用方式和擴(kuò)大自動(dòng)控20176月啟動(dòng)，Sonderbuch鎮(zhèn)的參與家庭以及對(duì)項(xiàng)目感興趣的人，有機(jī)會(huì)在線觀看關(guān)于系統(tǒng)發(fā)電狀況和對(duì)下一天情況預(yù)測的“直播”。在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，通過可控的本地電網(wǎng)變壓器，入網(wǎng)電量提高了，確保不會(huì)突破電壓限制，而光伏系統(tǒng)及高靈活度電池儲(chǔ)能的組合控制也緩解了線路負(fù)荷?？尚薪鉀Q方案的基礎(chǔ)是各相關(guān)組件通過移動(dòng)通信和輸電線進(jìn)行的可靠通信及數(shù)據(jù)交換。NETZlabor項(xiàng)目的成果可以被其他項(xiàng)目借鑒。flexQgrid試點(diǎn)項(xiàng)目64KlimaundEnergiewirtschaftBaden-Württemberg（2022）PAGEPAGE23PAGEPAGE23flexQgrid項(xiàng)目不僅連接了光伏系統(tǒng)，也連接了各種不同類型的系統(tǒng)（更多儲(chǔ)能及消費(fèi)者，例如熱泵和電動(dòng)車輛），實(shí)現(xiàn)了更加靈活的系統(tǒng)性能。65黑森林小鎮(zhèn)弗賴阿姆特一個(gè)由九個(gè)商業(yè)及科學(xué)合作伙伴組成的研究團(tuán)隊(duì)參與了項(xiàng)目，并研究了如何以最優(yōu)

的方式將屋頂光伏系統(tǒng)發(fā)電整合到包含內(nèi)置測試電池、了整個(gè)電網(wǎng)的信號(hào)燈系統(tǒng)。66以證明智能電網(wǎng)調(diào)控信號(hào)燈理念的切實(shí)應(yīng)用，并為進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。65NetzeBWGmbH（2022） 66同上。PAGEPAGE24PAGEPAGE24如上文所述，智能電網(wǎng)要進(jìn)一步發(fā)展，智能計(jì)量是重要的先決條件之一。智能電表的順利推廣需要法律和行政基礎(chǔ)本章著重介紹德國智能電表推廣的成功經(jīng)驗(yàn)與失敗的教訓(xùn)。與其他歐盟國家相比，德國的智能電表推廣相對(duì)落后，但未來幾年，計(jì)量數(shù)字化仍是德國急迫面臨的問題。歐洲內(nèi)部電力市場的共同規(guī)則——?dú)W盟指令2009/72/EC是德國推廣智能電表的依據(jù)。根據(jù)成本效2020年之前，實(shí)現(xiàn)智能電表80%2024年之前，歐77%的家庭都將配備智