德国能源转型示范项目发展情况及其对我国的启示

摘 要：以德国能源低碳转型中六个示范项目为例，分析了其发展背景、进程、特征及启示，探讨了德国能源低碳项目发展对我国的借鉴意义。通过研究发现，示范项目是否能得到推广仿效，同项目本身、项目运营环境以及项目推广主体都有着密切关系，因此，我国能源低碳转型应通过政企合作，建立政府主导、多元化投资、市场化运作的建设模式。

关键词：德国；能源转型；示范项目

中图分类号：F451.662 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2024）14-0039-04

引言

发达国家很早就开始实施能源低碳转型战略，欧洲是最早提出能源低碳发展概念并最早付诸实施的地区，其投入最大，发展也最为迅速。在欧盟第五、六、七框架下，欧洲各国开展能源协同优化、综合能源系统等方面的研究工作，同时还根据自身需求开展了大量更为深入的有关能源低碳发展的研究。从欧盟成员国国内试点推广来看，最具典型意义的是德国。德国是能源消费大国，但自身油气资源较为缺乏。自20世纪90年代起，德国将减少对外界能源的依赖置于其能源政策的中心位置，是最早进行能源转型实践探索的国家之一。德国不仅努力降低能源消耗和提升能效，而且大力发展清洁能源，以实现能源供应的低碳化。其低碳转型发展侧重于通过对能源系统全环节的数字化改造，促进可再生能源开发利用，进而推动能源结构转型和能效提升。

一、德国能源转型典型示范项目

德国的能源转型得到了两个重要的“四年计划”的支撑。第一个是从2008—2012年的“未来能源系统”计划，随后是2016—2020年推出的“智能能源—能源数字化转型”（SINTEG）示范项目。在德国政府部门的支持下，法国在全国范围内对示范区域进行招标。德国各地区的政府、电网公司、设备生产企业、技术开发企业和研究机构都可以独立或联合进行投标申请。最终的评定综合了区域能源结构特征、经济发展特征、能源消费模式和基础支撑平台等多维因素。

德国的试点能源研发项目得到了联邦经济与技术部以及联邦环境、自然保护与核安全部的财政支持。除了政府资金，电力企业也对这些项目进行了额外的投资。成千上万的家庭和数百家公司加入了这些实验验证项目，以研究和测试其主要产品的可行性。

（一）E-DeMA项目——分布式能源系统的数字化交易

该项目牵头合作方是德国RWE能源服务公司，其他合作方有西门子、Prosyst软件公司、德国米勒家电厂等。项目在莱茵—鲁尔区的米尔海姆和克雷菲尔德两个城市进行，研究重点在于探索分布式能源网络中的系统运行平衡，尤其是如何通过能源交易应对电力负荷分布的不均匀性。项目核心是构建一个系统，将用户、发电和售电企业以及设备运营商等多方角色纳入其中，并在此平台上实施模拟电力交易。在这个框架下，家庭单元不单是电能消费者，他们的家用分布式电站也能生产电能。其交易涉及电量及备用能力两个方面。共有700名用户参与了该项目，其中13名用户安装了微型热电联产设备。居民可借助智能电表监控各个时段的用电量，从而优化用电行为，实现电费节约。

（二）eTelligence项目——智慧的能源、市场与电网

项目牵头方是德国EWE公司，其他合作方有OFFIS、energy & meteo systems、BTC等。项目选址库克斯港，这里人口较少，风能资源丰富，负荷种类较为单一。项目旨在构建一个复杂的能源调节系统，引入虚拟电厂、动态电价等新元素，利用先进通信技术进行负载管理，通过调节用电负荷来抑制可再生能源产出的不稳定性，并增强新能源接入能力，同时构建一个区域性的综合能源市场。项目涉及的关键实体包括一座风电场、一座太阳能光伏站、两个冷藏库、一家热电厂以及650个安装了智能计量设备的家庭。这些智能电表能够将数据实时传输至用户的移动应用程序中展示。项目创新地使用冷藏库作为储能工具来平衡风力发电输出，根据电价和风力发电量的变化自动调节负载；同时，实行动态电价机制以促进发电与用电之间的匹配，极端天气下电价可能上升至每千瓦时140欧分，而在风能丰富时段则可能降至几乎为零。此外，还利用可再生能源和可调负荷构建的虚拟电厂来对分散的发、用电设备进行集中管理。

（三）Meregio项目——基于简单电价信号的需求侧响应

项目牵头方是巴登—符腾堡EnBW能源公司，其他合作方有IBM、ABB、思爱普、卡尔斯鲁厄大学等。试验地点位于德国南部斯图加特附近的两个小镇。该地区的用户对电价非常敏感，他们愿意根据不同的电价调整自己的用电习惯。然而，当地的电网配网相对薄弱，长期以来一直面临着分布式能源并网引发的系统拥堵问题。针对此状况，该项目旨在通过监测用户用电负荷识别电网中的薄弱环节，以便更有效地预测与分配资源、缓解网络拥堵，并提升配电效率。项目吸引了1 000名工商业及住宅用户参与。项目采用了基于“红绿灯”价格信号的方法来引导电力消费，以缓解电网的拥塞情况。具体来说，当地电网公司结合实时负荷数据和预测系统分析即将到来的电网负荷状况，并将可能的拥塞点转化为不同颜色的信号，即红色代表高电价、黄色代表中等电价、绿色代表低电价，并传递给用户。在实施初期的三个月内，电价从红变绿时，用电量增加25%—35%；黄变绿时，用电量增加10%—22%。三个月后变化率逐渐下降并稳定。通过电价的波动来调节经济收益，鼓励居民积极错峰用电，减少传统化石能源的温室气体排放。

（四）Moma（Model city of Mannheim）项目——城市级别的细胞电网

项目牵头方是MVV能源公司，其他合作方有IBM、Power PLUS通信公司、Papendorf软件工程、DREWAG公司、杜伊斯堡—埃森大学等。Moma项目在德国曼海姆这一南部工业中心及其周边卫星城镇实施，该地区的能源供应主要依赖于分布式能源解决方案。项目的核心理念是在能源互联网中引入了细胞电网的概念。通过分层和分级的协调，实现了能源互联网系统的运行控制和市场交易。Moma项目关于细胞电网的实践具有以下特点：首先，细胞内部的平衡使得分布式可再生能源能够就近消纳，从而避免了传输损耗。其次，当一个细胞电网出现问题时，可以立即停止该细胞电网的操作，以避免影响到整个大电网。最后，分区和分层的结构降低了由于大量分布式设备接入而引起的电网管理复杂性。这种理念也非常适合未来多元素和复杂的能源互联系统的发展。

（五）RegModHarz项目——100%可再生能源系统

项目牵头方是哈茨RegenerativKraftwerk公司，其他合作方有Siemens、E.ON、in.power、ISET等。项目在德国的哈茨山区进行，该地区拥有丰富的风能、太阳能和生物质能等自然资源。项目的基础设施由两个太阳能光伏站、两座风力发电场和一个生物质能发电厂组成，共计拥有86兆瓦的发电能力。项目的关键示范目标是创建一个虚拟电厂，融合储能系统、电动车辆、可再生能源和智能家居设备，旨在实现区域内100％的可再生电力供应。项目的主要措施包括以下方面。首先，建立家庭能源管理系统，对家电进行信息收集和管理，结合动态电价控制家电运行状态。其次，在电网中设置了十个电源管理单元，以监视网络关键点的电压和频率等关键参数，并识别潜在的弱点。最终，通过将光伏设备、风力涡轮机、生物质能发电、电动车辆以及储能设备整合为一个操作整体，形成了参与电网运营和市场交易的虚拟电厂。

（六）Smart Watts项目——面向用户的智慧能量管理

项目牵头方是Utilicount公司，其他合作方有亚琛Stadtwerke公司、FIR at RWTH公司、PSI Busing &Buchwald等。项目在德国西部城市亚琛进行，共有250个家庭参与。项目的核心是建立一个智能电力交易平台，实现能源的完全自由市场零售。通过利用信息通信技术开发用户友好的能源管理应用程序，可向用户清晰展示其设备的能耗情况。消费者得以借助智能电表获取实时电价，并据此调整用电计划以增强电网运作效率。项目的关键措施与成效包括以下内容。首先，通过智能插座搜集的数据，用户可以在电子设备上监控每台设备的电力消耗以及消耗的金额，同时通过能源管理应用控制家电开关或设定自动优化运行参数。试验结果表明，在电价最低时段，用电量增加了10%，而在电价高峰时段降低了5%，有效证明了削峰填谷的效果。此外，项目还开发了一个将不同家用电器、市场数据、电网数据和售电公司结算数据统一起来的信息通用接口和转换装置EEbus。面对智能家居中各式电气设备间的通信标准不统一的问题，EEBus充当通信翻译器的角色，将现有的通信协议转译为售电商、电网运营商、发电商、用户及家电制造商等相关方都能理解的语言，从而消除能源系统内部之间的信息障碍，确保所有数据在一个集成平台上得到最优处理。

二、德国能源转型示范项目的特征

（一）广泛、深度的市场参与者

德国能源转型示范计划中的每个项目都具有前瞻性和价值。这些项目与行业和用户共同尝试新的商业模式和产品，吸引了政府、科研机构、产业界和普通居民用户的广泛参与。研究工作组包括咨询公司、大学、通信公司等众多科研单位和企业。这些项目不仅展示了能源转型的应用场景和技术，还通过实践表明，未来的能源系统需要用户的积极参与，市场需要灵活的交易，电网需要智能调度，政策制定者需要做好顶层设计，并将设计的主动权交给市场和参与者。

（二）因地制宜选址示范方案

项目选址经过精心规划，充分考量了当地的分布式能源资源、电网配置及负荷特性。在深入分析了能源互联网普遍面临的问题之后，依据不同区域的独有特点，采取了目标明确的选址方法。通过将社区（园区）、城镇等用户侧作为示范平台，因地制宜地开展工作，打造了一系列独具特色的示范方案。

（三）采用“自下而上”的推进思路

项目在整体层面的顶层设计和规划方面相对较少，更多地关注某一重点领域或关键元素进行实践突破。

（四）市场驱动，注重商业模式的应用与探索

在“以用电为导向的发电”的基础上，进一步提出了“以发电为导向的用电”理念，从而改变了以往根据需求进行发电的模式。通过将可转移负荷转移到非峰值时间，可以减少峰值负荷，并使用户能够根据发电情况来消费电力。这种新的商业模式已经得到了发展。

（五）基于用户的利益需求设计用户激励手段

将用户侧作为能源转型的核心，以改变传统能源系统中用户被动的地位。例如，利用类似交通信号灯的直观指示器，项目实时向用户清晰展示当前电价是处于高位、常规或低位。用户通过安装的能源管理应用程序，可以随时跟踪自己的能源消耗情况，并可设定家电在电力充足且价格低廉时自动启动。另外，能源管家系统能够自适应地调节智能家电的运行，响应电价的波动。项目还引入了基于事件的定价机制.当预测到特别不利或有利的气象条件时，至少提前一天通知用户未来某时段的电价波动，结合智能电表提供的即时数据反馈，让消费者有机会重新考虑和调整他们的能源消费习惯。通过实行诸如对低峰时段使用电力提供奖励等激励措施，鼓励消费者积极参与并优化用电行为。

（六）对技术标准化给予了极高的关注

就资金投入和试验范围而言，这些示范项目主要作为技术发展和综合测试的平台，参与试验的用户群体相对有限，单个项目的参与用户最多不超过1 000个，某些项目中的小型发电设施仅包括20个微型热电联产单位。即便规模有限，通过这些项目的实施，德国也推进了本土技术的开发和平台系统的实地验证。

三、对我国的启示

德国能源转型示范项目旨在展示前沿技术，并加强政策、标准、商业模式创新和管理方法的实证。这些以创新为驱动的项目显著提升了能源技术和设备性能，为实现清洁、低碳、安全和高效的能源转型目标贡献了力量。

我国的能源低碳转型应以超多边协作机制为纽带，以技术应用创新、商业模式创新、体制机制创新为核心驱动，推动绿色发展和经济高效协同升级，形成电力—能源—生产生活—经济社会发展逐级带动的绿色转型体系，打造生态型“双碳”综合解决方案，形成“双碳”产业孵化高地、技术创新应用先导区、政策机制创新试验区、产业生态聚合示范区。

在我国能源低碳转型的发展过程中，国家层面，由政府全面指导低碳创新发展；区域层面，由电网企业整合优质资源，全力统筹推进创新实践项目建设。电网企业作为履行电力普遍服务义务的垄断型公共事业企业，既是电力低碳示范项目的直接参与者，也是组织者、协调者和服务者，还是政府不可缺少的参谋和助手。通过政企合作，建立“政府主导、多元化投资、市场化运作”的能源低碳转型建设模式。政府主导包括配套系列支持政策和保障机制，科学推动社会主体参与低碳项目，并将重点工作纳入政府督办，凝聚最大合力。政府和电力公司共同开展顶层设计，构建合作框架、政策框架和技术框架，并在土地、人才、数据等方面加大整合力度。广泛吸纳社会技术、资源和资本，构建政企产学研“双碳”生态圈。多元化投资鼓励社会资本投资“双碳”相关产业链，推进投资主体多元化。市场化运作，通过多种融资渠道将各类社会主体的投资结合起来，建立健全灵活高效的市场化经营机制，持续激发企业创新活力。通过有效的市场竞争，提高企业经营效率和低碳贡献度。

四、结束语

本文分析了德国能源低碳转型示范项目的背景、进程、特征及其启示，探讨了德国能源低碳项目发展对我国的借鉴意义。通过德国低碳转型的典型示范项目研究发现，示范项目是否能得到推广仿效，同项目本身、项目运营环境以及项目推广主体都有着密切关系。其中，政府是项目推广的重要力量，社会力量的广泛参与是项目推广的必要条件，资源基础是影响项目推广的重要因素，市场驱动、商业模式创新是项目可持续发展的根本途径，标准化是项目获得竞争优势的重要策略；企业是项目的主导。德国能源低碳发展的经验对我国具有重要的参考价值，有助于推动我国能源结构的优化和低碳经济的发展。

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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

[责任编辑 妤 文]