分散式灵活性和可再生能源的整合——德国的经验和对中国的展望（中文版）-GIZ.pdf-solarbe文库

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1 中德能源转型研究项目分散式灵活性和可再生能源的整合德国的经验和对中国的展望 2 法律信息出版方德国能源署（dena ） German Energy Agency Chausseestraße 128 a 10115 Berlin, Germany 电话49 030 66 777-0 传真49 030 66 777-699 电子邮件 infodena.de 网站www.dena.de 作者蒂姆·门内尔（Tim Mennel ），德国能源署赫尔沃耶 ·布尔列西奇 ·蕾尔（Hrvoje Brlecic Layer ），德国能源署丽莎·施特里普根（Lisa Strippchen ），德国能源署侯安德（Anders Hove ），德国国际合作机构钱文昀，德国国际合作机构日期 2022 年8 月版权所有。此出版物的任何使用都须得到德国能源署的同意。引用格式德国能源署（出版商）（dena ，2022 ）“分散式灵活性和可再生能源的整合” 本报告分散式灵活性和可再生能源的整合由德国能源署（dena ）发布，属于中德能源转型项目的一部分。本项目支持中国政府智囊团和德国研究机构之间的交流，以加强中德两国在能源转型方面的科学交流，并与中国受众分享德国能源转型的经验。本项目旨在推广以低碳为导向的能源政策，通过国际合作以及互惠互利的政策研究和建模，帮助中国打造更高效的低碳能源系统。本项目得到了德国联邦经济和气候保护部（BMWK ）的支持，构成中德能源与能效合作伙伴（Sino-German Energy Partnership ）的一部分，后者为德国和中国在国家层面开展能源政策对话提供了一个中心平台。中国国家能源局（NEA）作为中方牵头单位，为项目提供总体的指导支持。德国国际合作机构（GIZ ）联合德国能源署（dena ）和德国Agora 能源转型论坛（Agora Energiewende ），负责项目的实施。 3 目录 1 德国的分布式发电和分散式灵活性 . 5 1.2 储能和需求侧管理目前在德国的部署 .6 1.3 德国和欧盟在分布式可再生能源和灵活性方面的政策目标 .7 2 高比例波动性可再生能源电力系统的技术挑战 .8 2.1 对配电网的挑战 8 3 电网整合分布式可再生能源的灵活性 11 3.1 以灵活性作为配电和系统层面所出现问题的补救办法 . 11 3.2 配电网的灵活性 . 11 3.3 分散式灵活性的聚合 . 12 4 分散式灵活性在德国配电网中的应用 14 4.1 用户侧的电池储电 . 14 4.2 需求侧管理 . 17 5 在中国的应用 21 5.1 中国的分布式发电 . 21 5.2 分布式储能 . 24 5.3 集中式储能 24 5.4 需求侧管理 25 5.5 燃煤电厂灵活性 25 5.6 辅助服务市场 26 5.7 德国经验的相关性 26 5.8 对中国分散式灵活性的建议 27 图目录 . 28 表目录 . 29 参考文献 . 30 4 分布式发电在能源转型中发挥着越来越重要的作用。德国的目标是到2030 年将可再生能源在净电力消费中的占比从 2021 年的45 提高到80 ，因此，与配电网相连接的小规模可再生能源必须与陆上风电和海上风电等大规模能源一起，在在国家能源产出中贡献更大的份额。到目前为止，德国的大部分分布式发电是由太阳能光伏设施构成的，包括屋顶设施和小规模地面安装设施。其他小规模技术包括生物质、生物气和小规模水力发电。到2021 年，德国有200万套屋顶太阳能光伏设施，约占全国光伏总容量的 15。尽管使用太阳能取代化石燃料发电，有助于减少碳排放，但太阳能发电的波动性给配电网带来了技术挑战，其中最突出的是网络设备的热过载、电压越限、反向馈电问题以及相位不平衡。波动的可再生能源馈入可能在系统层面上导致总体的发电充裕度和稳定性的问题，尤其是随着德国逐步淘汰更多能够提供稳定容量和辅助服务的传统发电技术。为解决这些配电网问题并使分布式能源能够充分发挥取代系统中传统电厂的作用，灵活性措施是其中关键。对于配电网，灵活性指的是增加电力储存（主要是电池）和需求侧管理（DSM）的使用。储电在配电网层面上，电池是最相关的技术。电池可以提供负荷转移以及各种电网服务，包括平衡电力、空转备用以及黑启动容量。在电表背后，电池可以帮助增加用户的自用消费，并改进用电质量。需求侧管理在配电网层面上，提供需求侧管理的典型技术是空调或热泵等家用电器，或者冷冻仓库等商用设备或化学工艺。电表计量的用户可以对市售电器进行需求侧管理，从而优化自身的购电策略，减少电费开支。此外，配电网运营商可以和去分散式需求侧管理提供者签订负荷控制合同，以管理电网阻塞，降低所有用户的成本。要激活灵活性，就需要改变电力部门的监管。在自由化的欧盟电力系统中，网络运营已从发电和电力交易中拆分出来，须接受管理监督，尤其是在电网投资方面。为发挥储能和需求侧管理的潜力，欧盟及成员国须做出进一步的监管变化首先，电网监管必须有利于智能电网投资，例如电网公司的通讯和控制技术，这是激活灵活性的先决条件。其中应该包括现代智能电表技术，以及为所有用户和产消者提供入口，让他们能够参与实时负荷控制计划让网络运营商能够利用灵活性、可能由第三方聚合商公司管理的计划。其次，灵活性资产所有人需要一个为灵活性提供报酬的适当框架。理想情况下，为分散式灵活性支付的报酬应该充分反映其对系统的价值，避免电网或发电投资。其中应该包括引进灵活性市场或创新性辅助服务，将负荷控制和电池交由配电网运营商（DNO ）支配。动态电网费用会激励将灵活性用于阻塞管理。第三，监管机构必须通过市场数据透明性和市场准入，进一步鼓励分散式灵活性的聚合。通过独立的聚合商，可以使产消者和小公司为批发和平衡市场提供分散式灵活性。因此，分散式灵活性可以帮助负荷转移和系统稳定性。即便德中两国的监管制度不同，但德国也能为中国提供有用的经验教训。过去十年间，中国的分布式发电容量激增，到 2021 年，中国的分布式光伏发电容量已超过100 吉瓦，其中工业设施占主导地位。工业用户是分散式灵活性的理想选择，因为他们比居民用户更加复杂，并且更可以接触到能源服务公司。我们建议同时加速储能和需求侧管理的发展当各地实现太阳能光伏的高渗透率时，网络设备的热限值越限、电压以及反向馈电等电网问题就可能给中国的配电网带来挑战。激活灵活性提供了应对这些挑战的机会。配电网运营商应该使用储电和需求侧管理来管理阻塞问题。这要求通过适当的报酬激励分布式灵活性。摘要灵活性的使用可以克服波动性可再生能源给电网带来的挑战 5 可再生能源在德国一次能源消费中所占比重越来越高，在 2020年达到了17 。过去二十年间，可再生能源在电力供应中占据了举足轻重的地位。2021 年，可再生能源在净发电量中所占比重达到大约45，而在2000 年时，此数值尚不足4。相反，可再生能源目前在消费部门中所起到的作用不大。例如，在交通部门，石油及石油制品提供了90 的能源。 1 在工业和供热部门的能源使用中，化石燃料也占到巨大比重。随着热泵、电动汽车和制氢的应用，电气化程度将不断提高，再加上能效的提升，这些部门的化石燃料消费量将会下降。因此，未来二十年间，即便波动性可再生能源所占比重将提高，电力消费量也会提高。图1 可再生能源在一次能源总消费量和发电量中所占比重来源能源平衡工作组（AGEB ），2022年3 月德国当前的年电力消费总量大约为500太瓦时。根据2021 年政府的联合协议，由于电气化的原因，到2030 年，德国的用电负荷可能增长到750太瓦时。 2 要通过可再生能源满足此种电力消费量的大部分增长，就必须大幅增加可再生能源的装机容量。截至2021 年，德国可再生能源装机容量为138吉瓦64吉瓦的陆上和海上风电以及59 吉瓦的太阳能光伏。最常见的光伏发电技术是屋顶太阳能系统和空地太阳能。风能和太阳能都是波动性能源，其馈入量的波动性会给电网带来挑战，例如过载或者电压问题。相反，水力发电或生物质等可调度可再生能源波动性较低，在没有储能作为补充的情况下，更容易调度。但是，德国水力和生物质资源的增长潜力有限。2021 年，生物质和水力发电在德国发电量中所占比重约为11，数值为65太瓦时。生物质和水力发电无法填补传统资源退出和替代留下的空缺。未来，大多数可再生能源增长将来自于波动的风能和太阳能，因此必须更加注重灵活性措施。 3 4 1.1 2000-2022 年分布式发电的发展之前的可再生能源扩张在很大程度上是源于接入配电网的大规模设施，德国对此的定义是电压在220 伏特以上的长距离输电。在未来的低碳电力供应系统中，发电将更加分散，直接在电力生产地使用。居民和小企业已经在使用与配电网和中低压电网相连的可再生能源发电机组。产消者是一类分布式能源的所有者，他们既消费分布式能源生产的能量，又能将一部分发电量馈入到电网中。能源社区是一个类似的概念，即附近的邻居直接消费发电量。小 546 562 44 40 17 480 500 520 540 560 580 600 620 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2016 2018 2020 电力消费总量可再生能源在全国发电总量中占比可再生能源在一次能源消费中占比 TWh 1 德国的分布式发电和分散式灵活性 2021 年，基于风能和太阳能光伏的可再生能源发电在德国发电量中所占比重达到 45 ，到 2030 年，即便届时德国实现了交通、工业和供热领域的电气化，此比重也可能会超过 80 。分布式发电将做出巨大贡献。随着风电和太阳能光伏装机容量的增长，系统需要采用灵活性措施来平衡波动性可再生能源的输出。在配电网层面上，小规模储能和需求侧管理会有助于提高电网的稳定性。因其与日俱增的重要性和价值，当前的德国和欧盟立法都聚焦于推动分布式发电和分散式灵活性。 6 规模光伏没有通用的定义。在本报告中，容量不到1 兆瓦的设施被视作小规模设施。分布式发电已经是德国可再生能源总容量中的主要组成部分，其中大多数为太阳能光伏。2021 年，德国的太阳能光伏容量约为59 吉瓦，分布于大约200 万个系统中，其中60 容量不到10 千瓦。 5 2019 年，德国10 千瓦以下光伏系统的总容量为7.1 吉瓦，在总光伏装机容量占到约15 。10 千瓦到20 千瓦之间的小规模光伏系统的容量总和约为4.7 吉瓦，在总容量中占到10 。空地光伏系统仅在小规模光伏的装机容量中占到一小部分。 6 未来，为了充分发挥光伏发电的潜力，浮动光伏或者建筑一体化光伏（BIPV ）等创新和整合技术将发挥更大的作用。除了太阳能光伏以外，各种其他小规模可再生能源也接入了低电压水平的电网。其中包括小规模水力、生物质和生物气。 7 生物质和生物气的角色有别于分布式光伏发电。生物质主要用于灵活性。生物气不仅可生产电力，也可以馈入普通供气网络用于供热。还有基于化石燃料的分布式发电系统，例如热电联产（CHP）系统，通常会使用沼气。图 2 德国光伏系统的装机容量，按规模列示来源德国联邦网络局（Bundesnetzagentur），2020 1.2 储能和需求侧管理目前在德国的部署从高电压水平的可控发电向输配电网层面的波动性发电的能源系统转型，给电网带来了新的挑战，尤其是在配电网层面上。可再生能源发电馈入量的短期变化可能导致网络问题，例如过载、电压问题、相位不平衡和反向馈电问题。这些可能损害电网的热限值。此外，不断提高的电气化所产生的新负荷模式，可能会引起新的需求峰值，从而引发电网阻塞。至关重要的是，产消者要发挥建设性的作用，为电力供应的效率和稳定性做出贡献，降低阻塞成本，或避免不必要的电网或发电资产投资。要发挥此种作用的关键在于激活和提供灵活性，这也是本报告研究的内容。两个技术灵活性选择分别是需求侧管理（DSM）和储能。需求侧管理（DSM ）可以通过接通或关闭需求负荷或调节负荷的增减来帮助平衡生产和需求的波动性。配电网运营商（DNO ）使用的需求侧管理可以通过个体电力用户或第三方聚合商管理的大量用户帮助稳定电网。取决于设备或负荷的类型，需求侧管理可以缓解峰值需求，补偿可再生能源电力的大量馈入，并通过负荷转移或可中断负荷，在计划停电和减少配电网的技术损耗方面开辟新的途径，来降低运营成本。但在德国，需求侧管理解决方案目前的应用范围依然有限。小型和普通规模的用户电价还没有充分反映电网的阻塞和平衡成本。聚合商服务在市场准入方面面临着诸多障碍。此外，很多需求侧管理技术才刚开始进入市场。章节4.2 提供了几个例子和试点项目作为例证。分布式储能可以作为一种技术灵活性工具，为输电和配电网提供平衡能量。储能可以直接推动可再生能源的整合。尽管很多参与者都在探索创新的储能技术，但在德国，传统电池储能是最受欢迎的选择。随着成本的下降和产品选择的增加，德国的分布式储能系统在过去两年间取得了指数级增长。截至2022 年，德国安装了超过500,000 个光伏储能系统，总储存容量约为4.4 吉瓦时、储能输出容量约为2.5 吉瓦。 8 这些储能系统可以通过提高自用消费比例、降低峰值负荷和峰值太阳能发电馈入量，为分布式电力的整合做出巨大贡献。电动汽车（EV ）电池是一个可以帮助整合分布式能源的新兴领域。2021 年，新增电动汽车注册量增加到了680,000 辆，总容量约为22.45 吉瓦时，总输出量31 吉瓦。 9 德国政府宣布了在2030 年之前实现1500 万辆电动汽车的目标。未来，电动汽车将用作一种灵活性选择。目前仅在少数车型上提供的双 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 10 MW 建筑物空地 GW 7 向充电技术可以使电动汽车作为一种电力储存设备。私人电动汽车平均每天停放大约23 个小时，因此它们有提供电网服务或者储存分布式可再生能源发电量的巨大潜力。随着交通领域的电气化，电动汽车将在提供灵活性、整合可再生能源方面发挥更加重要的作用。使用电动汽车作为灵活性工具，也给电网运营商带来了挑战。目前，电动汽车充电、储电和放电时间缺乏可预测性，尤其是在最小规模的居民或社区层面上。要确保车辆充电及其向电网的馈电在整体系统功能中发挥有益的作用，则一定要协调车辆的充电。 1.3 德国和欧盟在分布式可再生能源和灵活性方面的政策目标欧盟设定了在2050 年之前达成气候中和的目标。德国甚至提出了更高目标，力争在2045 年之前实现气候中和。要实现这些目标，必须扩大可再生能源的应用，包括分布式的波动性可再生能源。在政府层面上，欧盟和德国认可分布式发电的作用，以及需要灵活性选择来顺利实现能源转型。即便欧盟没有就分布式发电或灵活性选项设定明确的目标，但当前的法规中包含安装分布式能源系统的激励措施和义务。在欧盟层面上，可再生能源指令（RED II ）引进了相关措施，作为全欧洲人共享清洁能源倡议的一部分。在屋顶太阳能的推广方面，可再生能源指令针对成员国设定了一项义务，即使用公共建筑以及公私混合建筑安装可再生能源发电设施。此外，可再生能源指令禁止针对能源社区的歧视性措施或条件 “成员国应确保终端用户尤其是居民用户有权参与可再生能源社区，同时也要维持他们作为终端用户的权利或义务，不得施加不公平或歧视性的条件或程序，阻碍他们参与可再生能源社区，前提是对于私营企业而言，参与可再生能源社区不能构成它们的主要商业或专业活动。” 10 一揽子立法计划也包括关于欧盟内部电力市场共同规则的指令中关于灵活性服务的规定，以及对电力指令的修正 “成员国应提供必要的监管框架允许提供灵活性，并通过激励措施鼓励配电系统运营商获取灵活性服务，包括其区域内的阻塞管理，以改进配电系统运营和发展的效率。尤其是，监管框架应确保配电系统运营商能够从分布式发电商提供处获得这些服务、需求侧响应或者储能，并应推广能效措施的应用，因为这些服务可以经济有效的减少升级或更换电力容量的需求，支持配电系统的高效和安全运行。” 11 尽管德国还没有全面落实欧盟的措施，但新政府已经发布了发电部门的新目标，即在2030年之前实现可再生能源占比80，并在2038 年全面淘汰燃煤电容量之后或者理想情况下在2030 年实现碳中和。分布式发电和灵活性将这种碳中和电力系统中发挥重要作用。新政府的联合协议中宣布了改进对能源社区和分布式发电的规章，引进新的指令。其中包括在新建筑物上安装屋顶太阳能系统的义务。可再生能源法律的修正设定了扩大太阳能光伏的新目标，其中包含能源共享法规的改进。联合协议也提到了旨在改进储能和负荷管理的工具，但其中并未描述具体的措施 “为了激励发电容量的快速扩张，我们将评估现有工具，调查具有竞争力的技术中和的容量机制和灵活性。这包括可再生能源、配有热电联产的高效燃气电厂（作为相应的法律进一步发展的一部分）、一个创新项目、储能、能效措施和负荷管理。” 12 因此，德国目前正在扩大分布式可再生能源、储能和电动汽车的规模，同时政策制定者也处于探索监管选择以确保分布式能源在能源系统中发挥更大作用的早期阶段。正如下一章中所讨论的，这给电网带来了挑战，要求额外的政策来支持灵活性。 8 现有电力系统的设计是为了满足20 世纪电力系统的需求，它基于从传统、集中式、大规模的发电设施到终端用户的单向电力流动。输电网运营商专注于预防大型发电厂或输电线路的故障，而配电网运营商则专注于本地电网的规划和运行，以满足峰值负荷。在21 世纪，电网面临着新的挑战，尤其是需要整合高比例的集中式和分散式波动性可再生能源以及供热、交通和工业部门的电气化。要确保电力系统的可靠性、稳定性和安全运行，必须采用新的思维方式，以适应及克服这些挑战。图 3 高比例可再生能源的灵活性要求德国冬季两周的负荷曲线实例负荷剩余负荷40可再生能源来源博众能源转型论坛，2022年6 月 2.1 对配电网的挑战波动性可再生能源（VRE ）比重的不断提高可能给电网带来挑战，尤其是在配电网层面上。剩余负荷即电力消费量减去波动性可再生能源发电量的差值可能如上图所示，一下减少到趋近于零，之后又在几天或几个小时的短时间内大幅增长。 13 对于太阳能光伏发电，其在配电层面上的输出量可能在数秒钟之内激增。在用户侧，终端使用设备的进一步电气化可能导致电网电力需求的临时激增，从而造成电网的压力。 14 配电网可能面临多种技术问题，会给供应安全性、稳定性和安全运行造成威胁。当意外的电力流动超过了电力系统设备的运营限值或者违反电压门槛值时，可能发生严重的损坏或停电。 15 第一个问题与供热造成的热过载相关，因为电网中的电力超过了系统组件的额定功率。 16 此问题可能影响电网电缆或者变压器，这些也是电力系统中最昂贵的组件之一。如果电网运营商没有或者无法立即做出响应，那么任何严重过载都可能导致损坏或者停电。第二个问题与电压的变化相关，此问题可能导致电压扰动的情况，甚至是电压越限。电压扰动可能以长期及短期电压变化、电压闪变及谐波失真的形式发生。在电压越限期间，系统会遇到超出监管机构规定的标准范围之外的电压。扰动可能导致用户电气装置和电网设备的磨损。第三个问题是反向馈电问题。反向馈电的定义是与系统设计相反的电力流动。分布式发电商产生的双向电力流动可能导致局部电压问题。在并非针对双向电力流动而设计的配电网中，用户拥有的分布式光伏系统可能导致反向馈电，从而引起配电系统的损坏。 17 随着时间的推移，不断提高的分布式能源馈入量将加剧配电网的阻塞，并需要积极的管理、昂贵的再调度以及新的电网投资。 18 目前，在运营侧，配电网运营商（DNO ）可能通过切负荷和波动性可再生能源限电来解决网络阻塞问题，但须以提高发电量为成本，以取代被缩减的可再生能源发电量。延展和扩大传统配电网也可以容纳越来越多的波动性可再生能源馈入量。 2 高比例波动性可再生能源电力系统的技术挑战波动性可再生能源在能源结构中的高比重给电力系统带来了巨大的挑战，尤其是接入配电网的分布式可再生能源。挑战包括在高馈入量时期可能发生的电网设备热限值的越限以及电压问题和反向馈电问题。德国及其他国家的配电网运营商承担起了解决这些问题的新责任。在系统层面上，可再生能源馈入量的高比重也加剧了电网扩张的需求。随着传统发电设施的逐步淘汰，系统也需要新的辅助服务来源。 9 分散式灵活性可以帮助减少或避免与上文所述挑战相关的主要成本。未来的电力市场将要求调整传统的配电网规划和运营，因此，也要求配电网运营商扮演新的角色。配电网运营商有效地成为配电系统运营商（DSOs ）。切负荷和波动性可再生能源限电都应该属于例外情况，如果有成本更低的替代选择，就应该避免在扩张传统电网方面的投资。配电系统运营商除了担任网络运营商的角色之外，也可以深化其作为积极系统运营商的角色。 19 例如，他们可以从其网络用户处获得灵活性服务，通过对本地阻塞和电压控制等非频率辅助服务进行管理，为输电系统运营商（TSO ）提供无功功率支持，而输电系统运营商仅对调频辅助服务负责。 20 此外，配电系统运营商仍然可以参与切负荷和波动性可再生能源的限电。但是，配电系统运营商应该将这些措施作为最后的手段，因为它不可避免地会导致可预见的批发市场中交付量的扭曲。任何情况下，适当的监管框架都是一项先决条件。下图比较了配电网运营商在传统电力系统中的角色以及配电系统运营商在以分布式可再生能源为主导的系统内的角色。图 4 配电系统运营商的新角色来源国际可再生能源署（IRENA），2019 系统层面上的挑战地方层面上的高比例分布式波动性可再生能源不仅会对配电网产生影响，也会在系统层面上产生影响。因分布式可再生能源的输出与接入高压输电网的集中式风力和太阳能的输出同时发生，所以分布式风电和光伏发电量会加剧输电网现有的阻塞问题。这意味包括跨境电力交易在内的输电网的运营面临新的成本。在德国，政策制定者和输电系统运营商一直致力于扩大电网规模，以减少电网阻塞，但电网扩张已经滞后于风电和太阳能发电容量的扩张。德国的输电计划旨在更好地将可再生能源集中的地区（尤其是北方的风电）与负荷中心（例如德国中部和南部地区的产业集群）地区连接在一起。2015 年，德国修正了电力线路扩建法，其中设定了规划从德国南部到北部的高压输电线路的监管框架，即SuedLink 和 SuedOstLink。 21 即便在新线路开始运行之时，德国的输电网扩建也跟不上未来风电及太阳能发电量增加的脚步。因此，在风电和太阳能发电占高比重的系统中，输电扩容无法作为确保系统稳定的主要解决方案。在解决系统层面上的网络阻塞方面，基通过分布式能源进行峰值负荷管理网络堵塞管理为输电系统运营商提供无功功率支持获得电压支持电力市场的技术认定传统电力系统的结构输电系统运营商配电系统运营商终端消费者配电系统运营商的传统角色分布式能源的连接和断开网络的规划、维护和管理供应中断的管理能源计费（仅在垂直整合的情况下）部署分布式能源的电力系统结构双向电力流动其他分布式能源使用分布式能源的终端消费者配电系统运营商的新兴附加角色输电系统运营商配电系统运营商 10 于灵活容量（主要是燃气电厂）的再调度将发挥越来越重要的作用。这里的再调度指德国及欧盟国共有的以下实践如果输电系统运营商预计由市场交易导致的调度计划（或调度）即将出现瓶颈，或存在短期过载，则输电系统运营商可向发电商发出指令要求其更改调度计划（或调度）以减缓网络阻塞，发电商基于行政指令提供服务，将获得相应报酬。德国联邦政府发起的最新电力市场改革扩大了允许提供辅助服务（包括平衡服务）的资产范围。德国联邦议院颁行了“电力市场2.0 ”的改革，包括推动电力部门能源转型的措施。政府的目标是在改进灵活性激励措施的同时，加强发电、需求和储存之间的竞争。德国也制定了保障机制，包括网络备用和容量备用，这里的备用指的是当批发或控制能量市场不能供应充分电力以满足全部需求时，可向输电系统运营商提供市场外附加容量。 2022年之前，大多数观察者都预计德国不会激活容量备用。但是，目前欧洲的供气危机使得德国必须激活容量备用，以替代燃气发电，节省供热部门稀缺的燃料供应。尽管目前德国电力系统的可用灵活性足以确保系统稳定性，但从中长期来看，随着核电和燃煤发电按计划逐步淘汰，灵活性传统发电资产的容量将不断降低，维护系统稳定性将面临跟多挑战。因此，德国政府宣布了进一步推行电力市场改革以提高灵活性资源可用性的计划，改革可能更加强调需求侧管理和电池等分散式灵活性资产的作用。 11 3.1 以灵活性作为配电和系统层面所出现问题的补救办法传统和智能电网组合的方案有助于解决分布式和集中式可再生能源（例如风能和太阳能）整合所面临的挑战。传统解决方案包括建造输电线路和变压器等新基础设施，通过铺设更多电缆和更换变压器扩大现有基础设施的规模，以及基于可用网络容量优化波动性可再生能源扩建部分的地理分配。智能电网解决方案依赖于系统灵活性的应用。通过这些解决方案，可以改进电网的运行效率、波动性可再生能源馈入量的管理以及负荷控制。基于信息和控制软件，电网运营商可以预测和监控网络阻塞问题，包括热限值超限、反向馈电和电压问题，然后电网运营商可以激活系统内的技术补救措施。如前文所述，储能和需求侧管理是两大灵活性技术措施。目前可以通过抽水储能和电池提供电力储存，未来可以利用氢能。需求侧管理（DSM ）是通过工业设备提供的，未来预期将通过小企业和居民提供。网络运营商使用灵活性的先决条件是智能电网技术的可用性，促成及执行该技术的投资是德国和欧洲能源转型的关键挑战。目前，欧盟委员会和德国电网监管机构（BNetzA ）正在制定法规，目的是加强欧盟和德国电力网络中的智能电网容量。要使用储能和需求响应提供的灵活性，必须在电网中向电网运营商提供信息、通信和控制技术，这统称为智能电网技术。智能电网技术包括以下基本要素  通信，例如移动通信网络  促成双向通信的智能电表  监管设备和系统之间数据交流的通信软件  所有需求侧管理设备中的控制要素只有在所有层面采用整合到电力系统中的智能电网技术，分散式灵活性才能在整合分散式可再生能源中发挥充分的作用。此外，智能电网技术有利于发展更实用、更透明的电力市场，让用户能够监督及减少自用消费量，将消费转移到有更多清洁能源生产量的时间段。 3.2 配电网的灵活性欧洲电力行业在分散式、自由的市场模式下运行，受到多项欧盟指令和法规的监管。这种模式强制执行具有竞争性的发电和电力交易市场，而输配电依然受到输配电价格的行政监管。在法律上，发电、电力交易与输电、配电彼此分离，这种分离被称为分拆。分拆对灵活性产生影响网络运营商在储电所有权和运行以及需求响应方面面临着严格的限制。因为电网运营商（包括输电系统运营商和配电系统运营商）无法买卖电力，这意味着他们无法在系统中充分运行电池，例如用于负荷转移或者储存在指定时间点上超出负荷的太阳能光伏发电量。相反，网络运营商从市场参与者处获得辅助服务和备用电量，确保网络稳定性，这是输电系统运营商和配电系统运营商的法律义务。此外，在紧急情况下，当没有其他选择的时候，允许电网运营商在技术上干预和控制电网的馈入和输出。德国有发展完善的辅助服务市场。对于电网可能遇到的多重标准，输电系统运营商拥有一套完善的竞争性采购程序，最重要的手段是平衡服务，包括一级、二级和三级控制备用储量，控制备用按照其激活时间和可用性区分。在接入电网的市场参与者违背其电网使用计划、危及电网稳定性时，必须采用控制备用储量来确保频率稳定性。系统层面上的其他辅助服务包括运转备用、电压支持和黑启动容量。根据传统供电模式的需要，输电系统运营商有多种监督和管理自身网络的方法，即发电资产通过输电网彼此连接，再通过配电网将电力分配给在较低电压水平上的用户。目前，成千上万的小规模分布式发电设施已接入德国的配电网，这改变了电网运营商的角色。如前文所述，未来配电网运营商应该被称为配电系统运营商（DSO ），这个术语似乎更适合当前配电网所需要的角色。配电系统运营商必须加大力度来管理负荷和馈入量，以稳定电网。现如今，德国强制要求采用智能电网技术，例如可再生能源设施的控制设施，在产销者家庭引进智能电表将增大这种可能性。除了智能电网运营所需的技术升级以外，系统需要一种新的监管框架，确保配电系统运营商能够合法获得及使用配电网的灵活性。目前有多种不同模式正在进行讨论和试点运行中，这些模式之间存在多方面的差别，例如在不同模式中，配电系统运营商在分布式发电或储电资产的控制方面，采用了不同的覆盖范围和时间安排，也有不同的报酬机制。 3 电网整合分布式可再生能源的灵活性二十年来，德国及其他国家的电网运营商学会了如何应对能源结构中比重不断提高的波动性可再生能源。尽管自由化市场系统中监管和电网管理的基本设置在可再生能源扩张的早期阶段提供了可行的框架，但可再生能源的比重提高后，就必须推行根本性的监管变革，涉及智能电网技术和灵活性的激活采用智能电网技术，配电网运营商可以使用储存和负荷控制来解决阻塞问题，避免高成本的投资，这有利于所有用户的利益。 12 图 5 灵活性使用的替代管理模式来源德国能源署（Dena），2022 在行政报酬方面，法规规定了灵活性的范围，监管机构设置了适用于灵活性提供者的税费表。使用灵活性的范围可能变化，一种极端情况是当发生紧急情况时，网络运营商可以对储能和需求侧管理等可用灵活性施加完全的控制；另一项管理方案涉及一个配额系统，限制配电系统运营商对特定时间段和容量的控制权，例如参与者电池储存容量的20。灵活性的竞争性采购是一种替代方案，由配电系统运营商设定所需的灵活性的具体范围（如辅助服务），并开展要求技术资格预审的招标。之后，储能和需求侧管理运营商可以投标，出售其技术能力。在采购频率和持续期方面有不同的方式配电系统运营商通过签订中长期合同，购买数周或数月时间内灵活性资产的控制权，这种控制权有明确的范围界定。相反，在短期灵活性市场上，通过每日竞价在平台上交易灵活性。当前的德国立法允许采用之前模式的某些版本根据能源市场法，配电网运营商和能源用户之间的具体合同允许个体、灵活的电网费用，为灵活性的提供给与补偿。德国联邦政府的SINTEG 研究平台深入研究了后一种模式，兼顾了理论研究和试点项目，旨在调查不同形式的灵活性市场。但截至目前，德国立法机关还没有针对这种灵活性交易的匿名平台引进法律框架，因为关于这些平台中无赖玩家潜在的市场滥用行为的争论仍在继续。 3.3 分散式灵活性的聚合因为将户用光伏发电量馈入电网获得的报酬低，所以越来越多的配备了光伏系统的德国家庭安装了家用蓄电池，以提高自用消费的比例。尽管从电网的角度来看，这么做有一定的好处，但并不是理想的做法。单纯出于自用消费而部署的现场电池可能导致无规律和无法预测的馈入电网量，例如当居民在某些天或者某些时段没有任何电力负荷时。此外，分布式能源所有者几乎都没有开始参与需求响应计划，部分原因是配电系统运营商缺乏标准付款框架。此外，即便与法国和比利时等邻国相比，德国的聚合商市场依然处于发展初期。术语聚合商指的是与小规模灵活性提供者签订合同，在电力系统次级市场上利用其潜力、分享交易所得的市场角色。对小规模用户而言，直接参与批发市场和辅助服务市场是不切实际的。到目前为止，交易成本包括了解及管理小规模系统能源流所花费的时间远远超出了潜在的收益。聚合商将成百上千的产消者的潜力，与电池和具有需求响应潜力的小企业