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1-1 德国智能电网现状中德能源与能效合作伙伴 2 2 版本说明德国智能电网现状报告概述德国智能电网目前适用的框架条件，探索可能对更多国家具有启发性的成功理念和项目。报告在中德能源与能效合作伙伴项目框架下发布。项目受德国联邦经济和气候保护部（ BMWK）委托和资助，中国国家发展和改革委员会、国家能源局作为中方政府合作伙伴提供支持和指导。项目旨在围绕能效提升和发展可再生能源，通过深入交流可持续能源系统发展相关的政策、最佳实践和技术知识，推动高级别政府对话，企业与政府交流以及技术和政策法规层面交流，从而促进和推动两国能源转型，助力实现气候目标。受德国联邦经济和能源部委托，德国国际合作机构（ GIZ）负责实施中德能源与能效合作伙伴项目。发行方中德能源与能效合作伙伴受德国联邦经济和气候保护部（ BMWK）委托北京市朝阳区亮马河南路 14 号塔园外交办公楼 1-15 邮编 100600 c/o 德国国际合作机构（ GIZ） Torsten Fritsche Köthener Str. 2 柏林 10963 项目主任尹玉霞德国国际合作机构报告管理和协调王昊德国国际合作机构作者卡捷琳娜 · 西莫（ Katerina Simou），德国能源署弗里德里克 · 泊杰（ Friederike Berger），德国能源署安娜斯塔西亚 · 科姆莎科娃（ Anastasiia Komshakova），德国能源署图片来源 BMWK/Cover Shutterstock/ 454323052 p.13 Shutterstock/ 1007325514 p.25 致谢莱亚 -瓦莱斯卡 · 吉贝尔（ Lea-Valeska Giebel），德国能源署西蒙 · 戈斯（ Simon Goess）版面设计 Edelman.ergo（受德国联邦经济和气候保护部的委托） © 2022 年 8 月本报告全文受版权保护。截至本研究报告发布前，德国国际合作机构和相关作者对出版物中所涉及的数据和信息进行了仔细研究与核对，但不对其中所涉及内容及评论的正确性和完整性做。本报告仅代表作者的观点，而不代表项目合作伙伴的观点，如有任何信息纰漏或错误，报告作者负全责。本出版物中涉及到的外部网站发行方将对其网站相关内容负责，德国国际合作机构不对其内容承担任何责任。本文件中的观点陈述代表委托方的意见。 3 3 版本说明 .2 引言 .5 执行摘要 .6 1 智能电网在德国的兴起 7 1.1 去中心化智能电网的驱动力 . 7 1.2 通过发展智能电网应对挑战 . 8 1.3 什么是智能电网 . 9 1.4 信息通信技术的影响 . 10 2 德国智能电网的发展 12 2.1 观念的转变智能电网的参与方 . 12 2.2 智能电网运营 . 14 2.3 配电网扩建与智能电网规划 . 17 2.4 电动车接入电网 . 18 2.5 数据的使用 . 19 3 德国智能电网的挑战与尝试 .20 3.1 技术挑战 . 20 3.2 监管挑战 . 20 3.3 运营挑战 . 21 3.4 相关研究和试点项目 . 21 4 德国的经验教训 - 智能电表的推广 .24 5 结论 .26 图片列表 .27 参考文献 .28 目录 5 5 近年来，随着大量分布式可再生能源接入电网，德国传统的电力系统在确保电力供给侧和需求侧平衡、电网稳定方面面临许多挑战。随着传统电厂运行时长的减少，和间歇性可再生能源发电比例的提高，德国电力系统的灵活性亟待提高，并通过调整电力需求来匹配发电量。这样的问题复杂而又棘手，而智能电网是潜在的解决方案。智能电网的概念涵盖了未来电力系统构成中的多个要素，包括灵活性、可靠性、安全性和兼容性。此外，智能电网的核心是能源供应的去中心化以及能源系统的数字化转型，这也是推动德国能源转型的两个主要趋势。同时，智能电网使得数据及电力的双向流动成为可能。最近十年间，德国智能电网发展取得了一定进展。新的数字化解决方案，以及通过试点项目获取的经验，是德国智能电网取得决定性突破以及发展的关键因素。德国新一届政府承诺，要确保能源转型朝着数字化、民主化和可持续方向发展。实现能源转型这一远大目标，需要智能电网保驾护航。智能电网可以为消费者参与能源转型、电网的高效运行以及可再生能源进一步并网和消纳创造新的机会。为此，智能电网已经成为德国能源领域的热门话题。智能电网不仅为德国在严峻挑战下实现能源转型这一宏伟目标推波助澜，也成为解决全球气候问题的有效方案。本报告旨在概述德国智能电网目前适用的框架条件，探索能够启发更多国家的成功理念和项目。报告在中德能源与能效合作伙伴的框架下，由德国国际合作机构（ GIZ）委托德国能源署（ dena）编制。包括智能电网在内的高比例可再生能源电力系统灵活性一直是德国联邦经济和气候保护部、国家能源局指导的中德能源工作组框架下中德能源合作的重要议题之一。过去几年， GIZ 联合其他中德合作伙伴，围绕德国电力系统灵活性的发展经验和最佳实践及其对中国发展高比例可再生能源电力系统的参考意义，不断拓宽和深化该议题下的中德合作，开展交流研讨、联合编制政策研究报告。在中德能源与能效合作伙伴，陆续发布了德国虚拟电厂的商业模式、山西电力系统灵活性与虚拟电厂、德国电力行业的供应安全挑战与措施简述等报告。在深化各项研究的同时， GIZ 未来还计划从实践层面出发，以区域为重点，进一步推动电力系统灵活性相关的中德合作示范，助力中国在双碳目标下向以可再生能源为主体的新型电力系统的快速、稳步转型。编者引言 6 6 随着可再生能源的进一步发展，德国电力系统发生了根本性的转变，为此，电网需要相应的扩建、电力系统灵活性需要进一步提升，且电力系统要实现双向流动等。这样的趋势促成了电网运营的转变，主要体现在对分布式发电资源的协调以及对包括电动车、热泵、产消者和分布式电池等诸多新的灵活性电力资源的整合。在智能电网的框架内，电厂、电网、供给侧和消费者都要发挥其灵活性，且需要先进的信息与通信技术来确保网络管理的智能化。本报告将智能电网定义为通过信息与通信技术，对其组成部分进行动态控制，能实现数据和电力双向流动的，数字化、去中心化的能源系统。研究表明，智能电网会形成额外的驱动力，并对不同的利益相关方产生影响。尤其是配电系统运营商（ DSO），未来必须加强与输电系统运营商（ TSO）之间以及消费者与能源生产商之间的协调，向符合智能电网发展的趋势转型，以面对越来越复杂的挑战。智能电表和数字化基础设施可以支撑并改善需求侧管理，以应对电动车需求的快速增长。且为了实现能源转型的全面数字化，需要高度重视智能电表的应用。通过智能电表实现的数字化，可以提供负荷侧及发电侧数据的访问权，为系统运营商指导及监督电网运行提供支持。电网扩建成本高昂，已经引发了德国公众的广泛讨论，而智能电网的发展可以减少电网扩建。智能电网可以智能化管理可控负荷，提升现有电力基础设施的效率，降低电网扩建的需求。为确保智能电网进一步发展，近期亟需解决的问题包括电力系统新型分布式资源的接入与电网可用容量、电压与电流间的相位差问题和电动汽车对电网的挑战。通过提升智能电网的使用效力，促进电力系统中比重与日俱增的可再生能源与分布式负荷的发展，能有效减少电网扩建需求。要通过智能电网统筹协调改进分布式能源发电与消纳的问题，须满足技术、监管及运营方面的众多先决条件。德国也并非尽善尽美，目前像电网运营数字化和电价信号的问题尚在解决中，电网费用改革需要进行评估，而人工智能在电网运营中的应用还待完善。过去几年，在配电系统运营商及相关部委的积极推动下，智能电网试点项目发展迅猛。报告介绍了 “智慧能源展示计划”项目以及 NETZlabor Sonderbuch 和 flexQgrid 项目，的相关成果。这些项目检验了新的理念，也为智能电网在更大范围内的应用奠定了基础。通过全面审视德国智能电网的最新发展，报告提出了在国家层面推广智能电网的可行性，为推动智能电网相关研究，改善智能电网的技术、监管和运营提供了进一步的思路。执行摘要 7 7 1.1 去中心化智能电网的驱动力过去几十年间，在能源系统去中心化需求的驱动下，德国发起了能源供应的根本性变革，引进了以风能和太阳能光伏为主的大量可变可再生能源。能源转型启动后，成为德国公众讨论及政治辩论的热点。尽管目前已经进入能源转型末期，要确保转型成功，仍需采取多种措施，付出巨大的努力。德国新一届政府提出了更具雄心的能源转型目标，其中最重要的两个趋势是可再生能源发展和提高电力使用效率，降低一次能源消费。由于其他部门（工业、供热和交通）的大规模电气化，电力需求在短时间内的急剧增长的情况屡见不鲜。为了满足电力需求的增长、取代基于化石燃料的发电，必须大规模发展可再生能源。 1未来几年，德国能源转型的目标包括到 2030 年可再生能源在电力需求中占比 80 o 到 2030 年海上风电达到 30 吉瓦（截至 2021 年的总装机容量为 8 吉瓦），陆上风电达到 115 吉瓦（截至 2021 年的总装机容量 56 吉瓦） o 到 2030 年光伏（ PV）装机容量达到 215 吉瓦（截至 2021年的光伏总装机容量为 59吉瓦） o 到 2030 年德国的电解槽装机容量达到 10 吉瓦到 2050 年一次能源消费比 2008 年下降 50 电力系统要始终维持供需平衡。随着可再生能源在发电结构中所占比重的不断提高，维持供需平衡遇到了新的挑战，且电力供需关系也发生了变化。以前，德国的供电系统是按需发电。不同的传统电厂不仅能有效地满足基础负荷，也能应对任何需求峰值，从而保障供需平衡，确保电网稳定。而可再生能源发电的高可变性和不确定性使电力系统的运行更为复杂，必须相应提高系统灵活性，并在一定程度上调整电力需求以适应发电量。此外，电力系统已不再只是单向流动私人家庭安装了屋顶光伏系统，有些公司甚至配备了热电联产机组或者燃料电池。 2截至 2020 年，德国已经有超过 170 万套分布式发电装置，将风能、太阳能或者生物质能提供的绿色电力接入电网。如图 1 所示， 90以上的分布式发电装置接入了配电网，这为网络运营商带来了新的挑战。 3这些小规模分布式发电商积极参与市场，并加入需求侧响应。在德国， 170 万千米的配电网络将发电厂、家庭和企业紧密联系起来。 4 1 德国联邦经济和气候保护部（ Ziele der Energiewende） 2 E.ON（ 2022） 3 Maaßen（ 2019） 4 德国联邦经济和气候保护部（ Das deutsche Strom-Verteilernetz） 1 智能电网在德国的兴起过去几年，可再生能源在德国的能源供应体系中稳步推进。在能源转型的同时要面对一系列新的挑战。可再生能源生产依赖天气，与此同时，与日俱增的分布式发电机组发挥着越来越重要的作用。大量新负荷接入电网，尤其是在低电压水平上接入电网。在此背景下，能源系统的各部分都需要智能化地连接与协调，发展智能电网成为一条必由之径。图 1太阳能发电装机容量，按电压水平列示（ 2019） 8 8 来源德国联邦网络局 5 综上所述，配电网目前正在发生前所未有的能源转型。且电动车、部门耦合、储能等对配电网产生直接且巨大影响的消费侧，尚未被考虑在内。 6 新型电力消费者（例如电动车、热泵、产消者、分布式电池系统）的崛起，需要更进一步的部门耦合，尤其是交通和供热与电力的耦合。以上这些都会对德国众多配电系统运营商（ DSO）产生影响，也可能导致相应的电网扩建。低电压水平的新负荷未来会越来越多，但配电系统运营商并不清楚消费者的行为将如何演变。未来，通过新的业务模型，消费者可以在有大量光伏发电或风电接入电网的超低电价时段用电。 7且在低价时段，消费者可以在用电的同时进行充电，导致负荷的同步增长，对电力系统产生影响。德国的目标是采取安全、快速且高效的方式，整合电网中新的灵活的消费者。德国正致力于打造气候中和的能源系统，而智能电网可以确保电力系统不会逆趋势发展，智能电网是解决供需两侧日益复杂情况的关键。 1.2 通过发展智能电网应对挑战 5 联邦网络局（配电网络状况和扩建情况报告） 6 Verband komunnaler Unernehmen e.V.（ 2022） 7在德国，生产者和消费者的角色越来越朝着产消者和灵活消费者的方向转变。消费者能够在可再生能源发电期间用能，也有购买或者提供能量的选择权。德国为什么必须推行智能电网哪些因素促成了智能电网的出现德国智能电网发展的驱动力总结如下 1. 电网中可再生能源比例的不断提高 2. 新（灵活）负荷接入电网 3. 产消者提供灵活性获得的利益 4. 为确保供应安全和电网稳定性的灵活性需求 5. 将电网扩建需求降至最低分布式机组数量不断增长，要把它们成功且高效地接入电网，同时又确保稳定的电力供应、减少电网的扩建，智能电网是必不可少的工具。电网扩建在德国引发了很多讨论即通过使用智能解决方案，采取创新的商业及技术解决方案，精简系统运营，优化市场设计可以最大限度地避免电网扩建。随着新的参与方和流程的出现，电网运营更为复杂。为了更进一步推动能源转型，迫切需要部署信息与通信技术（ ICT）。 EHV 0 EHV/HV 0 HV 5 HV/MV 2 MV 36 MV/LV 3 LV 54 *缩写 - 低压 LV; - 中压 MV; - 高压 HV; - 特高压 EHV 9 9 成熟的智能电网能提高电力系统中可再生能源的比重、供应安全与系统效率、以及较小规模参与方对能源转型的接纳和参与度以推动技术的发展。 1.3 什么是智能电网 2013 年，德国政府“ E-能源基于信息通信技术的未来能源系统”资助倡议框架下的活动是德国智能电网的起源。此资助倡议第一次将智能电网的理念与数字化能源系统的理念联系在一起。 8确定智能电网的定义不难，但要用几句话总结出智能电网的全部组成部分却并非易事。在智能电网理念发展的初期，德国联邦网络局（ BNetzA）提出了最初的定义 “ 采用通信、计量、控制、监管和自动化技术以及信息技术组件升级传统电网后，传统电网就会变成智能电网。” 9 从这一定义中可以看出，信息通信技术是应对能源转型造成的电网巨大变化的关键。但此后，随着新情况的出现，德国更新了智能电网的定义 “ 当电网内存在信息交流，并可藉此对电力的生产、消费和储存进行动态控制，电网就变得智能。” 10 此外，智能电网是一种实现电力和数据双向流动的电网网络 [ ]具有自我治愈能力，能够让消费者成为主动参与者。 11 从上述定义中可以得出智能电网指的是存在一个数字化、去中心化的能源系统，此系统可实现数据和电力的双向流动，通过信息与通信技术的使用对不同的组成部分进行动态控制。本报告援引此定义作为分析依据。 8 Schütz 和 Uslar（ 2022） 9 德国联邦网络局（“智能电网”和“智能市场”） 10 同上。 11 i-SCOOP（ 2022） 10 10 1.4 信息通信技术的影响去中心化的新情况给电网运营带来了新的挑战。电流的精确计量、控制和自动化是解决这些问题的关键。 12目前，迫切需要在配电网中应用创新的信息通信技术，将配电网打造为智能电网。数字化是分布式能源转型的重要组成部分。根据德国信息产业、电信和新媒体协会（ BITKOM）的一项研究，通过加速数字化，到 2030 年，能源部门的二氧化碳当量（ CO2e）排放可以减少 2300 万吨。 13数字化的核心是收集及处理数据，并在数据处理和交换的基础上改进现有解决方案。以此，将生产者、消费者、储能设施、产消者和灵活消费者联系在一起，并通过自动化流程，对参与方进行实时控制和协调。数字化及安全通过数字化，可在城市和社区等层面实现对市场参与者的监测和控制。新的参与方和角色的出现使情况变得更加复杂，但高效且全面的数字化能够以稳健的方式，持续改进能源系统的设计和控制。可用的智能及远程维护软件也越来越多，结合人工智能使用，电厂及设备维护的实时数据分析会变得更加简单、更加快速。 14 在能源转型的过程中要重视数据在确保供应安全方面的重要性。奠定高质量的数据基础是把握数字化发展机会和可能性的先决条件。同时，数字化安全属于基础设施问题，要由国家承担责任进行全面的监管，以避免由于数字化水平提高而招致的网络攻击。网络攻击德国通过“关键基础设施保护计划”（ KRITIS），监管重要的关键基础设施。这些基础设施的故障或者损坏会导致持续的供应瓶颈，严重扰乱公共安全或者造成其他严重后果。 15能源以及信息技术和电信部门存在关键基础设施，且它们遭遇的外部威胁也将越来越多。 12 Flore and Gómez（ 2020） 13 信息产业、电信和新媒体协会（未注明日期） 14 Franceschelli（ 2022） 15 Next Kraftwerke GmbH（ 2022）为此，在关键基础设施立法中应特别强调信息安全的高优先级。 16在能源部门 “ 关键基础设施保护计划 ” （ KRITIS）的背景下，有多项法律和规范与信息技术安全息息相关。尤其是网络与信息安全（ NIS）指令，这是加强欧洲网络安全的重要法律文书。 2015 年 7 月德国出台了信息技术安全法，努力加强信息技术安全。该法要求关键基础设施运营商根据技术发展最新水平加强信息技术安全，若发生重大信息技术安全事故，须向德国联邦信息安全局（ BSI）报告。智能合同智能合同是自动化的高效控制流程，适用于大量分布式、可变的发电和用电设备共存的能源系统。智能合同是“转化为程序代码的合同”，大量反复发生、以标准化形式运行的过程尤其适合使用此种合同。智能合同并非法律意义上的合同，而是可以自动执行合同条款的交易协议。随着可再生能源的发展，电网运营越来越复杂，智能合同及区块链技术的结合可以简化这些过程。智能合同可以提高分布式能源转型的速度和质量，降低交易成本，促成新的业务模型。原则上，在能源行业的整个价值链中都可以应用智能合同，例如来源保证书和证明、电动车辆的智能充电、灵活性交易或者本地的点对点能源交易。早在 2019 年，德国政府就宣布创设智能合同登记簿。 17智能合同登记簿的主要目标包括以下内容促成此主题方面的交流和网络化打造使用案例的开放度和透明度提供及讨论智能合同的描述以代码形式提供智能合同探索审计及认证选择检查与现有软件解决方案的整合人工智能算法以及人工智能的使用具有巨大的潜力。在能源行业中，其最重要的用途是识别数据模式，协调及优化 16 同上。 17 德国能源署也开发了智能合同登记簿的理念。通过以下链接可以获取更多信息 https//future-energy-lab.de/projects/smart- contract-register/ 11 11 能源系统以适应并管理可再生能源和分布式比重不断提升的能源系统。人工智能可以优化电网，将可再生能源高效地接入电网，为积极自主的配电系统提供支持，为需求侧灵活性开辟新的收入流。人工智能也有可能加速高性能材料的探索，从而为下一代的清洁能源和储能技术提供支持。人工智能在能源部门的应用依然非常有限，目前主要是部署在预见性资产维护的试点项目中。 18要了解关于此主题的更多信息，请参考本报告子章节 3.1。 18世界经济论坛（ 2021） 12 12 2.1 观念的转变智能电网的参与方配电系统运营商德国的能源系统更加去中心化，因此配电系统运营商必须承担起新的角色和责任。由于可再生能源发电的可变性，在一天内，配电网内的负荷流动方向会发生多次变化。为了确保电网的安全运行，满足电流及电压的运行参数，配电系统运营商必须越来越多地应用无功功率及电网堵塞管理。根据图 2，近些年，德国配电系统运营商必须承担的一项新责任是对配电网络进行系统化管理。之前“ 采取措施支持上游网络运营商”的角色意味着只有大型发电厂才能直接接入输电网，而配电系统运营商须“自上而下”地将电力传输给消费者。 19但是，随着传统电厂的逐步退役及小型分布式发电的崛起，这种历史角色的定义已经过时。 19 AHK Stockholm（ 2022）图 2 还展示了配电系统运营商的另一个重要角色，即“计量点运营商和网关管理者”。在智能电网内，各个参与方之间负荷及上网数据（即计量数据）的转移对精确预测至关重要，而精确预测的目的在于计费和系统平衡。智能电网的发展（同时参见第 4 章）是实现此目的的必要条件。配电系统运营商承担了计量点操作者以及智能电表门户管理员的角色，为大量市场及运营过程提供必要的计量数据。 20当然，随着产消者数量的增长，会对计量点的操作提出新的需求，因此配电系统运营商的角色也会不断演变。这意味着在未来，配电系统运营商不仅仅是其电力网络的运营商，也是信息通信技术基础设施的运营商。实现了配电网的智能化，才能披露电网内较低电压电流的实际流动。对很多配电系统运营商来说，特定时间点的实际电网特征仍然是未知的。 20 同上。 2 德国智能电网的发展智能电网的作用是提高电网运营的智能化和灵活性。智能电网发挥作用有几个前提条件，即其发展演变必须匹配新的市场角色、过程、挑战和创新理念。过去几年间，这些前提条件发生了重大变化，且未来会继续变化，以确保德国去中心化程度不断提高的能源转型取得成功。 13 13 图 2配电系统运营商角色的演变来源德国联邦能源和水资源协会（ BDEW）输电和配电系统运营商之间的协调随着配电系统运营商角色的转变，配电系统运营商和输电系统运营商（ TSOs）之间的协调将变得更加重要。配电系统运营商不再只是分配输电系统运营商提供的电力，而是更侧重在调节，及与输电系统运营商配合管理电力流向和灵活性。平衡是明确须由输电系统运营商承担的任务，但输电系统运营商和配电系统运营商都要负责避免其各自电网内的网络堵塞，保障整体的系统稳定性。为了让每一网络运营商都能确保其自身网络的稳定性，临近、上游或下游网络不得有任何未经协调的干预（梯级原则）。 21每一配电系统运营商都有义务积极维护整体系统稳定性，不论其网络的规模或者布局如何。与输电系统运营商类似，配电系统运营商也将演变成“系统管理者”，利用其电网中的可用智能和灵活性资源，确保运行安全。 21 德国联邦能源和水资源协会（ Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.）（ 2016）在高比例可再生能源接入的区域，越来越多的配电系统运营商正在履行这一职责。 22 去中心化的趋势还会继续，因此，必须改变输电系统运营商与配电系统运营商之间的交互方式。欧洲输电系统运营商网络（ ENTSO-E）制定了促进双方交互的理念，这些理念也已经成为德国讨论的主题。为了促进输配网络运营之间更紧密的融合，各种组织结构已落实到位。欧洲层面出台的 “欧洲输电系统运营商网络网络守则”，规定了输电系统运营商和配电系统运营商之间要交流的协议类型，并针对较低水平的网络及分布式能源设备，提出了可观察性和可控性的要求。智能电网中不同系统组件之间的信息交流，会产生大量的数据流动。该网络守则建立了系统运营必需数据的基本框架。输电系统运营商和配电系统运营商共同确定它们各自须得到的信息、信息的质量和所有权以及如何最终确保保密性和透明性。 23此外，德国正在逐步落实欧盟指令 2017/1485号“系统运营指导方针”。此指令针 22 Verband kommunaler Unternehmen e.V. （ 2018） 23 欧洲输电系统运营商网络（ 2015） 14 14 对输电系统运营商、配电系统运营商以及其他重大电网用户之间的信息和数据交流建立了一个协调的框架。总的来说，配电系统运营商与上游输电系统运营商之间的关系不断变化，配电系统运营商要承担起更多责任，对系统稳定性做出更大的贡献。为了确保整体系统的稳定性，配电系统运营商要为输电系统运营商提供越来越多的支持，即执行堵塞管理以及电压和频率控制。产消者产消者是电网中新的参与者。欧盟有意加强产消者的地位，尤其是家庭产消者，这种新的参与方将在智能电网中发挥至关重要的作用。但个体产消者也极具依赖性，只有通过智能解决方案，它们才能成为系统的一部分。当储能成为灵活、脱碳化智能电网的一个重要组成部分时，产消者就能为供应安全做出更大的贡献。家用储能设备或电动车也有助于电力不足时段的高用电需求。 24 德国拥有欧洲最大的户用小型电池市场。根据德国储能系统协会（ BVES）的数据，在 2022 年 4 月，德国户用电池系统的装机数量达到 50 万，装机容量超过 2.5 吉瓦，相当于两个核电厂的容量。 25自 2020年引进新的招投标细分市场以来，德国不断推动创新，鼓励安装配有电池储能设备的太阳能光伏项目，以帮助稳定电力系统。这些创新招投标已取得成效，获得补贴的个体光伏发电 -储能结合体已经投入运营。 26 此外，电池往往也可以配合屋顶光伏发电系统使用。家庭自身无法即时用掉的发电量可以进行短期储存，提高自给自足率，减少使用源自电网的电力。消费者储电的动力一方面是因为电价高，另一方面是因为电池及光伏系统的成本以及光伏发电接入公共电网的收入都在下降。因此，有了电池储电，就可以在没有光伏发电或者没有足够光伏发电的时段继续供电。但是，这需要有足够的单独、小型光伏系统的运营商参与上网，才能让系统平衡发生变化。这种方式对电池的所有者具有经济吸引，但它对电力系统却没有任何助益。当前激励措施的主要目的是让自我消费量最大化，并不是鼓励向供电网提供服务。电 24 同上。 25 Bundesverband Energiespeicher Systeme e. V.（ 2022）力的自我消纳不一定有利于电网运行，也可能对电力上网的可预测性产生负面影响。德国联邦网络局（ BNetzA）指出，将自发电量全部上网会有助于优化对接入电网电量的预测。如果产消者自行消纳自身生产的电力，其行为就变得无法预测，这会增加对平衡能源的需求。因此，从对系统最优的角度来看，还必须推动产消者生产的电力全部上网，并在智能电网的架构内，产消者对电价信号做出回应，聚合需求，实现利益的最大化。聚合商如前文所述，自给自足和需求聚合并行将成为消费者为提高电力系统灵活性做出贡献、参与市场的主要机制。但是，只有采用先进的技术通信、实现负荷计量的数字化，才可能实现聚合和市场参与。聚合商不仅与产消者有密切关联，也在供应侧发挥作用，它们将变得越来越重要。聚合商往往指的是虚拟电厂（ VPP），即整合了大量小型能源设备的分布式能源系统，例如太阳能和风能设备、热电联产以及燃料电池或者电泵和电动车等。虚拟电厂对各种不同的发耗电设备进行统一的能源监测。 27 组建所谓的商业虚拟电厂（ CVPP）是为了加入能源市场。本身配备了发电设备的家庭和企业可以通过商业虚拟电厂，主动参与电力交易。众多小型电力产销者接入商业虚拟电厂，可以动态抵消生产波动。近年来，这种商业模式在德国取得了长足的发展。 2.2 智能电网运营德国引进了能源信息网络以及网络信号灯理念促辅助电网运营。前者有利于电网和电厂运营商之间的数据交流。后者是采用智能技术监测并控制电网内所有电厂和状况的基础，信号的的意义为 “绿灯相位”意味着基于预测值，预计不会出现任何瓶颈不需采取限制措施，系统可以平稳运行。 “黄灯相位” 意味着，预测表明若不采取预防性措施，就会立即出现瓶颈。此情况下，要调整电网连 26 ZfK（ 2022） 27 Cambridge（ 2018） 15 15 接点上的电力流动，但须避免电网运营商直接干预直接干预则意味着交通灯变成“红色”。在“红灯相位”下，系统会实时做出自动反应，进行干预，快速且安全消除出现的任何瓶颈。此种反应是基于是实际计量。 28 在黄色相位下，自由电网容量也可以通过基于区块链的二级市场，进行自动交易。 29德国南部配电系统运营商 Netze BW 最近协调开展了一个名为 flexQgri 的项目，进一步发展了信号灯理念。 30 为了满足日益增长的信息需求，德国对再调度规则进行监管改革。根据德国联邦网络局（ BNetzA）的定义，再调度指的是干预发电厂的发电产量，以避免特定电力线路段发生过载。 31“再调度 2.0”改革囊括了所有发电设备（低至 100 千瓦），将其全部纳入到再调度计划中。这些较小型的机组接入配电网之后，配电系统运营商就必须监督并控制其最终发电量。 “再调度 2.0” 生效前，再调度措施只适用于基于输电系统运营商要求落实这些措施的传统电厂（最低装机功率 10 兆瓦）。目前，可再生能源和热电联产发电厂（最低装机功率 100 千瓦）也参与再调度，配电系统运营商也在再调度中发挥作用。智能电表基于天气、能源市场及人类行为相关数据对电力需求所做的精确预测，在智能电网中对其网络运营商很有帮助。在得知用电需求，尤其是峰值需求后，网络运营商可以采取相应的行动，确保稳定的能源供应。 2015 年，德国颁布了能源转型数字化法（ GDEW），提出智能电表的使用，并要求到 2017 年起开始强制使用智能电表，且到 2032 年，德国所有电表都必须是数字式电表。智能电表实时记录电量消费，并发送给负责的市场参与者。 32 德国能源署最新的试点研究提出了可靠数据基础设施的三个组成部分，即数据收集的基础设施、数据传输的基础设施以及数据储存的基础设施。 33每个组成部分都必须提供严格的数据保护，确保其单独使用或与其他部分交互时的数据和信息技术安全。 28 Netze BW GmbH（ 2022） 29 Greenhouse Media GmbH（ 2021） 30 AHK Stockholm（ 2022） 31 再调度（ Bundesnetzagentur）德国将智能计量系统（ iMSys）作为可靠的智能电网数据基础设施的核心组成部分给予大力发展。根据能源转型数字化法，智能计量系统中的 “现代计量装置”（ mMe）通过“智能电表网关”（ SMGW）与通信网络连接。智能电表网关的作用是将电表以及灵活发用电设备接入智能电网。 34 现代计量装置收集能源行业相关数据，而智能电表网关控制稳定的数据传输和数据储存。未来智能电表网关将用来控制发电设备与负荷。作为核心通信设备，智能电表网关能够让消费者和产消者自主选择、主动参与市场沟通。因此，参与者对可再生能源的消费或接入可能产生更大的影响，并能更好地控制此过程中产生的数据。智能电表提供了越来越多的可用数据，为接入及消费预测提供了可靠的依据。未来，基于这些数据以及分布式发电机组的接入量预测，可以实现自动电网控制。从数据驱动的角度来看，智能电表网关的发展考虑到能源转型的分散性，尽量将数据的处理在本地完成，只有在必要的情况下，才直接发送给相应的市场参与者。除了智能电表网关以外，能源转型的数字化要求采用快速、安全且具有成本效益的传输路径。但是，由于存在安全风险，不论是有线通信网络还是商业移动网络，都不适合连接智能电表网关。采用 450 兆赫的通信频段可以解决这一问题，在这一频段下可以在防止停电的情况下实现基础设施的数字化，满足能源网络的智