德国工业联合会

项目小组负责人：奥雷斯蒂斯 泰尔齐德斯

     现在我们知道，有三个主要因素影响着能源产业的发展，促使我们重构整个能源产业，建立智能和高效的供应系统。在新的整体系统解决方案中，信息与通信技术（ICT）将在建立必要的信息网络和智能系统方面发挥关键作用。

第一个因素是全球化石燃料资源的消耗。化石燃料的供给是有限的，现在化石燃料的价格正在飙升。另外，大气现在已经不能吸收更多的二氧化碳了，这必然导致气候灾难，所以必须采取积极措施保护气候。鉴于全球能源供应日趋紧张，而能源需求又日渐增加，所以我们必须刻不容缓地大幅度提高能源利用效率。

第二个因素是法规环境的变化。这些变化要求我们建立能源系统的数据网络。在发电、输电和配电放权之后，价值链上的各个角色现在都要通过共享界面来通信和交流。另外，标准化、计量和对消费者透明方面的新法规也会产生大量数据，需要用智能的和自动的方法进行处理。

第三个因素是，随着技术的进步和能源价格的上涨，将来会有更多的可再生能源向电网供电，越来越多的分散供电机构将与中心供电机构并存，这就需要有比现在灵活的多的电压维持手段和电流负荷控制方法。

在德国和欧洲的能源供应系统迫切需要投资的时候，这三个主要的因素显现了出来。在德国，未来几年大约有一半的电厂需要重建或升级，电网也要大大扩张。同时，还有大量的居民住户需要更新供电系统。鉴于能源价格上涨，在例行检修时，将会更多地使用新的节能技术和通信终端设备。

为发挥投资的效益，我们要抓住机遇把现有的能源体系转变为能联网，通过从发电到用电的智能协调优化稀有能源的效率。今天，使能源系统智能和高效更新的大多数技术已经成熟了。

但是，要把各种现成的技术组合起来，优化能源体系，使之充分发挥潜力，还有很长的路要走。所以，对相关产业部门和政府来说，重要的是明确方向，共同努力实现这一目标。大家要采取一致的行动，使用统一的技术标准，积极主动地，系统地设计出必须的转变程序。

信息与通信技术在未来的能源开发中将发挥重要的作用。ICT是建立未来能联网的基础。ICT可以使一个能源系统的所有元件智能网络化。网络化程度的提高将使发电厂、网络元件、应用设备和能源系统用户能相互交换信息，规整和优化程序。这样，目前被动的，由无感知元件组成的，只能单向通信的电网就能变成市场导向的，以服务为基础的分散整合系统，就能发挥交互式优化的优势，提供新的能源服务。通过家庭自动化和智能计量优化的供电系统使用的越多，居民用户、政府机构和中小企业就越有机会降低自己的能耗，避免峰值时段用电，防止出现用电瓶颈。改善输配电管理系统可以优化利用大规模的分布式发电和可再生能源，不影响系统的稳定性和质量。不过，最大的挑战是把管理应用与物理电网整合在一起，让复杂的IT元件适应于不同的电网，让各公司之间能相互通信。

从目前的能源体系转变为能联网将为多种新商业模式的建立带来新的机遇。将来，电网运营商会演变为信息服务供应商；新的服务，如客户需求能源管理将会出现。市场中还会出现新的角色，如平衡电能的虚拟电厂运营商。电动汽车（包括混合动力汽车）与能源供给网络的结合将使交通行业积极参与到优化能源网络的事业中来。

至于开发新的商业领域的具体建议以及建立未来的智能能源系统，我们建议在几个层面采取措施。在技术层面，必须着力协调信息、通信与能源技术方面的标准。这些标准是专门用于电厂和终端用户之间的双向通信的。除发展技术与商务管理方面的教育与培训，促进基础研究之外，还特别有必要推进基础研究和能联网示范，以验证概念，把研究结果应用于正在进行的能源管理改革。如果要确保智能与高效的能源供给创新概念得到应用，就必须建立针对网络供应商的长期创新激励机制。在这方面，必须有适宜的法规。最后，还要做适当的公关工作，让相关各方都知道如何将能联网的概念应用于现实。

采用我们提出的建议，可以把目前的能源体系改造为更有效的，未来导向的能源供给基础。这样做还能巩固和扩大德国公司和研究机构在智能与整合能源技术方面的全球市场领先地位。

1 介绍

最近，联合国世界气候报告及相关应对措施文件出版之后，社会各界就能源效率、可持续发展和气候变化等问题进行了广泛讨论。大家认为，长期保证能源供给并减少温室气体排放是我们这个时代的重要议题。

我们应迅速采取行动，因为我们不仅面临气候方面的问题，而且还面临资源价格波动剧烈和化石燃料资源有限的问题。在德国，2007年12月通过了欧盟的20/20/20能源目标，2007年12月，德国政府又批准了14点能源与气候计划，这两项举措是特别重要的。

但是，到目前为止，政府和企业采取的降低能耗的措施并不给力。化石燃料依然是稀缺资源，对化石燃料的需求没有减少的迹象。2005年，全世界的电能消耗大约是18235TWh。《经济学家》杂志2008年预测，到2050年，上述能耗量会加倍，而2007年欧盟预测，能耗到2050年会增加三倍。粗略计算表明，目前一个电厂的标准产量是850MW，那么，到2050年，全世界就要增加3500个这样的电厂。另外，在此期间还会有电厂结束技术使用寿命，需要用新的电厂来取代。

这些数字表明，我们需要开发更高效的发电技术，并让新的替代电热发生系统迅速地进入市场。另外，我们还要更经济地、更聪明地使用已有的能源，因为归根结底，节能才是最大的能源。

德国现在有一个历史性的独特机遇，可以快速地、彻底地进行转变，迎接面临的这些重大挑战。德国目前的能源基础设施很快将被新的发电、输电和用电设备所取代。未来10年内，德国50%左右的电厂都会达到技术使用寿命终点，同时，大约有三分之一的德国家庭在此期间将大规模更新设备。

未来电网面临的重大挑战之一是如何把不稳定的可再生能源发电整合进来。另外，现在的电表、燃气表和水表在未来十年内会几乎完全被新一代的计量表所取代。按月收取居民电费将以更经济的方式进行，机械表将被遥控表所取代。

我们的目标是发挥投资的最大潜力，在政治、技术和经济层面进行协调，制定和执行一个全面的计划。一方面，建立未来导向的能源系统是繁荣德国经济的先决条件；另一方面，巩固和扩大德国公司和研究机构在智能能源技术方面的全球市场领导地位也是非常重要的。

未来导向的能源系统取得成功的重要条件是建立一个基于因特网的综合信息与通信基础设施模型。中心的和分布式的能源供应商任何时候都需要最新的、精确的未来能源需求信息，保证优化运行，采用这个模型，可以让他们方便地、标准化地、成本低廉地和近乎实时地获取能源信息。消费者也可以获益，由于这种基础设施模型适用于智能终端设备，所以客户可以实时看到自己实际的能耗，让自己的设备在能耗最小的状态下运行，从而降低成本。只有把智能用户，供应商和中介机构在能联网上结合在一起，才能使未来的能源措施取得最大的效益，同时保护大气环境。

德国工业联合会能联网工作小组的任务是提出德国的能联网概念，通过企业界和科学界的密切合作，制定从现在的能源体系向能联网过渡的路线图。另外，还要针对德国政府、政策制定者、企业领导者提出一些建议，推动社会、经济、生态和技术方面的迅速变革。

从2008年底开始，德国在六个地区建立了叫做“电子能源：未来以ICT为基础的能源体系”的示范模型，能联网看起来就是这个样子。电子能源是德国联邦政府经济与技术部的技术支持项目。在与环境、自然保护和核安全部的合作中，经济与技术部提供6000万欧元资助技术研发。环境部将投入8000万欧元，所以对电子能源模型项目的总投入大约达到14,000万欧元。另外，经济技术部和环境部还将共同建立一个与电子能源密切相关的“电子移动ICT项目”。

关于电子能源和六个模型试验区的更多信息，可参阅“电子能源：德国构建能联网”一文的第34页。

2 能源供给的根本变革

气候变化、全球化石燃料枯竭、依赖进口、法规环境变化、经济与技术压力和缺少投资，所有这些因素将对我们的能源供给造成重大影响，带来巨大变化。但只要我们团结一致，迅速采取措施，就能把这些因素转化为独特的历史性机遇。

2.1气候变化，能源消耗与自然保护

我们这个时代，人们感到压力最大，讨论最多的问题和挑战是能源的长期供给。国际能源署（IEA）的《世界能源展望》和政府间气候变化专门委员会（IPCC）最近的《气候报告》明确指出，未来的能源和气候政策面临诸多挑战。到2030年，预计世界人口会增长30%，超过80亿。如果世界经济按照预期的那样继续发展，那么全世界的初级能源消耗到2030年将增加50%以上，而根据欧盟的估计，到2050年全球电能消耗将翻四番。自工业革命开始以来，大气中的二氧化碳浓度已增加了40%，到2100年，温度可能会增加3-6 o C。如果我们要避免更大的气候变化，就要尽可能迅速和全面地限制人为的二氧化碳排放。

减少二氧化碳的一个办法是碳封存（碳捕获与存储-CCS）。在燃烧化石燃料的电厂和工业流程中，采用这种技术可以把二氧化碳从气流中分离出来，然后长期储存在适当的存储库中。目前CCS技术及所需的基础设施尚在试验阶段，但实际上有些地方已经有了存储二氧化碳的个别示范设施。欧盟的CCS技术平台拥有10-12个大型示范工厂，为2020年的商业化应用铺平了道路。目前正在进行的研究项目主要是让分离和深层注入的能效损失最小化。同时，二氧化碳永久存储的输送和运输问题尚有待彻底解决。德国的核电将逐步减少，到2021年完全取消，其余电厂的发电能力不足以满足所有必须的基础荷载需求，但是，CCS技术在此期间还不能成熟到弥补这个供给差距的程度。

不过，为达到德国和欧洲的气候保护目标，目前主要的任务应该是减少能耗，提高能效。经济与技术部的研究表明，近期仅居民家庭照明电的能耗每年就能减少9.5TWh。欧洲委员会估计，通过实施能效行动计划，全欧洲在工业、商业和贸易方面的节能可达20%，远远高于居民家庭和交通方面的节能。全球电子可持续发展计划的研究表明，到2020年，仅采用智能网格和智能建筑等ICT技术，全世界就能减少37.1亿吨二氧化碳排放，或者说是减少总排放量的15%。

但是，不仅化石燃料燃烧造成的二氧化碳排放会造成气候变化，未来自然资源的可用性和自然资源价格的制定也起着很大的作用。近些年来，原油价格急剧上涨，原因不仅在于高消耗和从未有过的需求增长（特别是在亚洲），而且在于储量保护、美元疲软、低产（例如尼日利亚、委内瑞拉、挪威、伊拉克和德克萨斯州的供给中断），以及自然资源市场中的投机资本。

由于政治限制和缺少投资，目前和未来项目的目标还是进一步开采石油，而增加的产量却跟不上每年1%的需求增长。所以，未来几年内，石油产量必将达到峰值。此外，影响能源的政治冲突通常都在所谓“战略椭圆”的传统原油储备和天然气储备集中的地方，这个战略椭圆从中东到里海，并延伸到俄罗斯极北部地区。

总的来说，未来几十年那里的化石燃料储备可以满足世界能源需求的增长。但是，相关的开采、运输和提炼成本会增加，这必然会导致终端用户能源价格的上涨。这个发展趋势将促使人们去研发发电和供热的替代手段，寻找把生产者和消费者有效整合在一起的途径。

2.2目前的法规环境

欧洲和我国能源供给的未来发展在很大程度上将取决于法规环境。例如，供电供气产业的宽松化就是根据欧盟的欧洲家用供电供气市场指南实现的；宽松化带来了结构方面，组织方面的和契约方面的重大变化；价值链上的各类企业必须分类；要以法律、指南、规定的形式制定新的市场规则保证市场中新老角色的相互交流。

德国政府早在2005年7月就通过了能源产业法修正案，确定了新的计量技术。另外，2008年7月，德国议会上院修订了能源产业法，决定完全放开供电供气产业的计量控制。2008年9月改革付诸实施时，除计量点的运营之外，计量业本身也已开放。从2010年1月起，仪表供应商必须在所有的新建筑中安装计量仪表，而且要完全更新老楼里的仪表，实时显示能耗及使用时间。另外，现有的计量设备也必须应客户要求重新配置。

终端用户将有权从供应商那里按需获得月度、季度和半年的电费账单。让消费更透明，可以使终端用户增强能量意识，最终降低能耗。同时，能源供给公司有责任向用户提供更为灵活的电价，鼓励节能，控制能耗。

放宽仪表控制可以让客户自由地进行选择，不仅可以使用能源供应商的产品，而且可以使用现场计量供应商和计量服务供应商的产品。

但是这种多渠道供应将使市场结构非常复杂。为保证各新老公司和用户在开放的能源和仪表市场中顺畅地沟通，就必须有ICT技术的自动支持。这就需要有最低技术标准，通信程序和数据格式的明确定义。目前只有部分定义。

例如，过去手工处理客户转账，费时费钱，管理缺少统一规范，使新的竞争者很难进入这个市场。联邦网络署试图通过放松市场通信的统一规定和标准来解决这一问题。这些规定和标准是供应商和涉及客户转账的网络运营商之间通信的基础。

但是，目前在客户转账，网络应用管理和计量方面的全自动通信体系还没有建立起来。

定义上的漏洞和标准的不完善致使市场各方都要承受很高的成本。这些成本主要来自手工数据再处理和额外的协调通信。要想降低成本，不仅要有自动的市场通信，而且要对核心应用进行中期自动处理，特别是要对电子账单进行中期处理。

2.3改革面临的经济与技术压力

发电与配电结构的放松使传统的发电与输电综合规划过时了。具有发电能力的新的供应商会不断进入市场，使竞争更激烈。由于新电厂位置不定，不会都在已有电厂的同样地方，所以电网的布局会发生变化。另外，据德国能源与水资源产业协会的估计，到2020年，较小的、分散的、利用可再生能源的电厂（发电量在20MW以下）总发电能力将会达到12000MW。而发电能力在15000MW左右的大型电厂项目中的大约一半，将由市场决定，现在的电厂建设不是或很少是市场决定的。

因为不能做彻底的改变，所以维持电网的功能就非常重要。例如，输电网络在电压和有效荷载控制方面要比现在更灵活。需求越来越复杂意味着我们必须进行整合，还要进行整个供电系统的创新，这似乎有点矛盾，但事实如此。由于需要考虑系统各部分之间的相互影响，所以系统研发工作必须进行协调。仅考虑单一组成部分的经济与技术创新潜力并进行优化已不再能产生效益。但是，目前德国在能源领域中的市场规定（激励政策）并不能推动投资，所以在这方面要做进一步的探讨。

健全的电网在开放的能源经济发展中具有重要作用。今天，由于增加了电力交易，使用了可再生能源，人们对能源的需求，特别是与超高压电网相关的需求发生了相当大的改变。过去的远距离相互连接运行，主要靠的是系统的稳定，现在则主要是远距离传输负荷。如果风电继续在较远的德国北部发展，如果新建的传统电厂远离消费者，那么这种发展趋势的优点就会彰显出来。所以说主要的改造措施和新的运行理念是不可分的。鉴于建一条新的高压线从规划，批准到完工平均需要12年时间，所以现在就需要采取行动。

对较低电压网络的新需求也已显现出来。中低压网络还远没有实现自动化，不能适应分布式发电设施整合的需求。另外，不断增长的电力需求将使电网达到荷载能力的极限。虽然从整体来说网络是可以吸收增加的负荷的，但一天中的峰值时段还是会给发电厂带来问题。因为高峰期每天只有几小时，所以优化每天的负荷流量可以节省大量的投资。将来我们应采取更多的措施，尽可能地按经济电网运行标准转移需求。将来高效的负荷管理还必须考虑输电网络的需求以及市场各方包括个人用户的需求。

这些措施也可用于分布式发电。今天的中低压输电网络尚能吸纳分布式发电，不会产生什么问题。可再生能源法将大规模地推动分布式发电的强劲增长。但是，要想有进一步的增长，电网运营商就必须有大量投资保证将来供电的可靠性和供电质量。几年之内，输电网络将不会再有吸收波动能源（特别是太阳能和风能）的能力。

如果热电系统被非热发电设备大规模地取代，这个局面会更加复杂。现在市场上已经有了采用各种技术如汽柴油发动机、扰动发动机或燃料电池的供热发电双发设备。同时发电供热的设备从节能的角度看特别有吸引力，所以应进一步推动这种应用的发展。但是，对输电网络运营商来说，这是从纯供电向主动控能网络的转移。只有采用主动控制的所谓智能网格才能应对这些设备带给供气供电网络的变化。

基于不同时段不同收费的智能负荷管理是优化发电用电，实行更经济能源管理的重要手段。将来，客户能收到价格信号报警，然后转而到低负荷时段用电，支付较低的电价。

2.4增加投资

近些年来，德国的能源行业经历了重大变革，各种原因致使能源方面的投资急剧下降。能源企业努力集中财力增加产出。这样做的结果是现有的设备被过度使用。由于环境条件的部分缺失或完全不具备，政府也没能推动对能源产业的必要投资，致使情况更加恶化。结果是，现有的设备有时会被使用到寿命的极限。所以未来几年要有投资来促进供电基础设施的发展。

到2020年，仅在德国就有大约50GW的电厂产能必须替换，这个数字占到了总发电量的大约一半。更换的主要原因是设备老化，大气保护和核电退出后排放交易额增长预期。在这方面，CO2排放较低的能源使用和发电技术具有决定性的竞争优势。

居民家庭中也会发生类似的变化，自能效成为一个重要议题以来，居民家庭设备更新的条件已经具备。将来在这方面会有大量投资。例如旧锅炉更换的规定和大楼能源性能证书的颁发将会带动对能效更高的新的解决方案的投资。再比如，未来几年内大约三分之一的德国家庭需要更新设备。鉴于能源价格急剧上涨，我们可以预计，生产者和消费者都会把节能技术应用在这些既定的工作中。

例如，就电能来说，能够自动反映价格信号的智能能量终端用户器件和设备将会变得越来越普遍。仅按能效级别强制性地给耐用设备贴标签并不能使设备在成本和耗电上优化。只有当能耗的所有要素都能通过标准界面通信，并在消费者一端的技术中心被整合、包装和显示之后，才能在自觉节能方面取得巨大进展。在这种能耗信息实时精确显示的基础上，能源生产者和消费者的新的控制方案才能制定出来，最终优化负荷，使能耗和成本最低。

2.5历史性的机遇

本章分析了推动目前能源基础设施现代化的多种因素。气候保护，空气污染控制和资源保护是促进能源市场改变的主要生态驱动力。欧洲能源市场的发展，发电与输电的法律分离，资源与能源价格的上涨，来自其他行业的竞争者增多以及新的法规要求都给能源供应商带来了越来越大的经济压力。这些是促进能源市场改变的主要经济驱动力。从技术观点看，分散式发电企业增加导致的整体供电不稳定，大量能量的传输，跨国整合网络，配电网络中的双向能流，都需要电网现代化。

在德国，未来几年大约50%的电厂要被替代或现代化，大约三分之一的家庭要更新设备，所以上述因素都会在一定时间起作用。这些因素综合在一起，就为推进深思熟虑的改革带来了一个独特的历史性机遇。信息与通信技术在建设智能化高能效供应系统的全面规划过程中将发挥关键作用。只有把所有的经济、法规和IT技术创新要素很好地协调在一起，才能最大化地发挥综合效益。我们要从战略上抓住这个前所未有的机遇。

3 网络化的组件与整合的ICT

未来能联网的许多积木式模块现在已经开发出来可以使用了，但是目前这些组件尚不能相互联网。只有把信息与通信技术同能源系统智能化地整合在一起，才能获得最大能效。

未来的技术能源网络初看起来与今天的基础设施没有什么太大差别，也有通过输电网络和配电网络向客户送电的大型电厂。为更多地利用可再生能源，未来的能源网络将会比今天更多地安装分布式的发电机组，这些机组像大型电厂一样，也将承担满足能源需求的任务。由于能源供给日趋分散化，客户反应更加灵活和智能化，负载流量会发生变化，甚至向分网络倒流。要使这种动态系统有效地协调运行，就要把所有的组件整合为一个统一的通信基础设施，即能联网。能联网将把能源网络的所有生产者和消费者在虚拟层面上整合在一起。尽管动态消费者和分散式波动发电机组的数量不断增加，但能联网可以提供接近实时的通信，从而保证电网的有效协调。

能联网的部分基础设施现在业已存在，但一些大体成熟的技术却并没有被广泛使用，例如：家庭自动化与分布式发电技术、输配电智能电网管理系统、已安装的智能电表、连接能联网和技术基础设施的ICT、在经济层面协调电网的应用与服务。

这些问题将在以下几节中详细讨论，每一类都将举出最实用的技术。另外，还要讨论未来能联网建设各相关方面要采取的进一步行动。

3.1建设自动化的智能家庭

与商业大楼不同，居民家庭的自动化现在大体还处于起步阶段。一般来说，居民家庭里既没有网络化器件，也没有控制设备。除耗能家电如冰箱、洗衣机、烘干机、家庭娱乐装置和照明外，居民家庭通常还有一套供热系统，用于房间供暖和热水供给。大多数设备和装置都是手动控制的或半自动的。有些设备有内置的自动控制器，如洗衣机和供热系统，但这些控制器仅仅按照制造厂商的具体参数要求优化设备本身的性能。

总的来说，现在已经可以用网络化的建筑公用设施和建筑自动化设备来装备居民家庭了。但是，这些技术主要用在新建的住宅中，目的主要是显示高档，提供方便不是为了降低成本和节能。对单一设备的控制，现在已做得很好了，如供热、通风、空调、分电器、照明、遮光、电话和安全系统。但是目前还没有对这些设备进行整合控制，特别是还没有从能源优化的角度进行控制。

未来的居民住宅考虑的重点将不再是最大程度地提供方便，而是安装分布式能源管理系统（DEMS），降低能耗。当然同时也要能提供其他服务如“周边环境辅助生活”（AAL）。所以引进这些技术不仅是为了舒适和方便，还要根据能源价格的上涨降低能耗。例如在德国，居民用户供热能耗占终端用户总能耗的22%。

如何以最节能的方式运行自动化系统同时让成本降低，对居民住宅来说是挑战，因为将来的居民住宅也供应能源。除提供建筑物内部的控制系统之外，DEMS还是能源供应商中心电网控制系统的一个整合点。目前，能源行业的通信基础设施主要是按分层方式建立的，这种分层必须废弃，取而代之的新的系统要能与大量分布式的发电机组，存储单元和负载通信。这就需要有与电网控制系统数据双向交流的整体概念，有基于发电机、存储器和负载的电网管理。但现在大量不同的标准和协议致使建立这样的系统十分困难。仅在电网方面，就有360多个不同的技术标准。住宅建筑物方面的系统和通信协议就更多，如紫峰联盟低功率无线标准（ZigBee）、本地运营网络标准（LON）、KNX协会标准（EIB/KNX）或建筑物自动化与控制网络标准（BACnet），所以情况更复杂。但是，为了优化管理建筑物内部用电，就要把所有的传感器和激发器整合到一个统一的建筑物信息链中，这些传感器和激发器可以安装在空调和通风控制器上，照明与遮光设施上，住宅安全系统中，用电测量设备上以及发电和耗电设备上。2012年可以建立这种整合系统的示范项目，10年之内这些技术会大量推向市场。

目前现成的一些家庭自动化解决方案不能满足这些要求，因为这些方案都是基于私有财产协议制定的，不适用由不同厂家生产的设备和元件构成的复杂环境，要花费相当大的财力物力才能整合起来。第3.4节介绍了一个技术整合平台，它可以通过个人终端设备和厂家的整合手段来弥补通信差距。

这种家庭自动化的效益和分布式发电机组无缝整合的优点是显而易见的。因为终端用户第一次可以几乎实时地观察到（通过家庭显示器或在任何地方通过因特网）哪些设备和用电习惯在影响着自己的能耗和电费。前面说过，联邦经济与技术部估计，每年的节能潜力会超过9.5TWh。现在消费者购买节能技术产品，只有在年底收到账单时才知道省了多少钱。如果客户能够看到自己的能耗，并能近乎实时地知道费用，那么了解购买花钱与节能省钱之间的时间就会减少。由于成本效益关系透明，所以客户就更愿意购买诸如LED或OLED之类的产品，因为他们知道多花的钱比每天节能省下的钱要少。

3.2中心与分布式能源和电网管理

未来供电基础设施智能化的特点是大量采用电子技术以及通信和控制元件与系统。今天的静态基础设施将会变成动态的活的基础设施。

3.2.1传输层的能源管理系统（高压与最高压）

跨国供电贸易的增长和风电的发展—特别是在低能耗地区的风能发展—造成了德国和欧洲输电电网的堵塞。另外，把风能集中起来向电网边缘供电还会增加电压不稳和振荡的风险。由于输电线路的基础负荷高，所以需要快速调节控制主动和随动电流。

不可预测的负载电流变动，如风电并网和电力交易会导致电网紧张，采用柔性替代电流传输系统（FACTS）或高压直流输电（HVDC）可以控制变动。把基于供电电子元件的智能逆变器技术和FACTS与HVDC结合在一起使用，就能形成比传统三相技术更具优势的系统技术。

在很多情况下，让直流输电与柔性替代电流传输系统相互补充会产生很好的效益。HVDC远距离输电，通过紧耦合异步接入电网，而FACTS调节电网电压和负荷电流。

将来，现代网络控制技术可以让运营商获取更多的信息并快速处理，不像以往的系统那样是自上而下设计的。目标是让相关的数据实时显现，避免临界运行。这些信息必须在全系统范围内都能获取，即便是在有几个系统运营商的系统中也能获取。所以，保证电网安全有效运行和管理的所谓广域监测系统（保护与控制技术）就变得越来越重要了。

广域监测系统是一个早期预警系统，通过在线信息动态监测电网的不稳定性。一旦电网系统发生问题，预警系统就能快速精确地提供信息，从而保证电网的稳定运行，即便发生故障和瓶颈堵塞也能保证正常运行。对电压和频率偏移或热过载造成的电网不稳定的早期监测，有助于避免大范围供电事故造成的恶性二次损害。

今天，电网运行的地区责任结构和大范围电网事故后续成本分摊仍然是对这种创新解决方案投资的阻碍。证明这些解决方案行之有效的最好办法是建立一个综合的德国或欧洲的模型项目。

3.2.2配电网络中的分布式能源管理（中低压）

对配电运营商来说，必须切实保证可靠的供电，坚持重要的电压质量标准（电压范围，波动，调谐）。条件的改变要求配电网络程序自动化。实现了自动化，有问题的设备就可以快速自动关闭，中压环路可以远程重新配置。这样在电缆故障或线路过热造成停电事故之后，几分钟内就能恢复供电，维修工作可以放在以后去做。

欧盟委员会制定了“能效行动计划”，估计在欧洲仅不停电每年就可以节约1000亿欧元。为发掘这一潜力，欧盟行动计划中的优先措施之一是大力发展20MW以下的三重分布式发电。今天，总电耗中只有13%来自双重发电。推动本地发电，特别是采用这些技术，可以全面提高能效，降低电网中的传输损失。

在“虚拟平衡组”结构中，分布式能源管理不仅包括典型的分布式发电厂，如双重发电厂（利用可再生资源和传统资源），也利用了波动发电技术（风力，光伏）。电力的生产和传送超出了平衡组的范围。把所有的参数都进行评估，包括可能受影响的负荷和不会受影响的负荷，就可以看出向周边电网输电的全貌。分布式能源管理系统的“智能”表现在根据影响发电厂的各种因素和用电的优化采用复杂的技术。

目标是避开无效负荷和发电高峰。这就是说必须在供电系统中通过虚拟平衡组中的内部平衡保持适当的负荷量。初始试验如乌纳虚拟电厂主要是通过峰值负荷时间的额外供电“平滑”需求曲线。实际上在一天之中采用动态价格就无需平滑客户需求曲线。

联邦经济与技术部同联邦环境、自然保护与核安全部共同设立和资助了一个名为“电子能源：未来的ICT能源体系的项目”，这是一个示范项目，为期4年，要运行到2012年。6个示范区每天都在实验能联网的各种要素。电子能源的目标是发挥通信技术的潜力优化电网，为电厂、网络运营商、居民和商业用户都带来巨大的经济效益。电子能源联盟中的所有成员都在努力完善价值链的各个环节，包括市场创新层面和技术运营层面与能源相关的各种行为。电子能源是新的，未来导向的、跨行业能源发展战略的巨大动力，能更大程度地实现能源供应体系的自由化和分散化，另外还能促进电子移动产业的发展。

电子能源计划是一个综合创新规划，包含的内容并不限于技术进步。这个规划的主要目标是促进知识转化，建立新的电子能源技术诀窍快速交换的网络，为解决重大跨行业问题奠定有效的、完整的合作基础。为此，联邦经济与技术部委托建立了一个“辅助研究项目”。一个协会在不断地评价各示范区的进展，保证各解决方案可互通，知识可交换。

将来要尽快建立更大的示范项目验证虚拟平衡组的潜力和可靠性，并于2021年核电退出的时候大规模推广这种技术。正如第5节中间接提到的行动建议一样，这样做需要有系统的资助和支持。必须要进行这方面的研究，同时还必须在项目的初始阶段就进行辅助研究。

3.3智能计量

今天德国采用的计量技术可以分为两类。居民用户主要使用的是机械式或电子机械式计量仪表。商业用户和工业用户使用的是具有通信功能元件的电子仪表。下面详细讨论这两种记录系统。

3.3.1居民用户的用电计量

德国现在有大约4400万个电表，1300万个燃气表，1800万个水表，30万个热量表用来记录3600万德国居民的水电气用量。测量的不是某段时间的某种需求，而是收费期的总需求。由于现在的仪表不具备通信功能，所以每年都要读一次表，读表的可以是仪表管理员，测量服务供应商（供电和供气），公用公司（供水和供热），甚至可以是客户自己。

3.3.2商业与工业客户用电计量

大的商业与工业用户年电耗会超出负荷曲线极限，适合于以时间为基础的测量。根据德国电子网络接入条例和燃气网络接入条例，这类客户组必须以“登记负荷测量”的方式进行计量。这就是说，耗电量每15分钟记录一次，而燃气用量每小时记录一次。仪表数据通过远程仪表阅读系统阅读，而且必须按天向供应者报告。供水供热的测量仪表一般没有通信功能。消费数据按月读取，完全没有实时功能。

3.3.3测量必须改变

目前商业与工业用户的各种实时测量的需求已经得到了满足，但居民客户的情况与此不同，尚有许多工作要做。机械式仪表已经过时，在未来的数字时代不会再使用。两年之内，测量基础设施的全面更新将会启动。直接把工业测量技术转移到居民用户测量方面，投资太大，不太可能实行，所以将来要专门为居民用户设计和开发仪表。现在有几个欧洲国家已经开始大规模地试验这些仪表。除远程仪表阅读之外，其他一些功能如客户远程连接和断开，功率限制，收费登记和故障检测，也在试验中。

测量运营商和连接的居民电子仪表之间的双向通信将会变得特别重要。采用智能测量技术，可以获得配电网络中有价值的信息，监测和保持允许的电压。另外，智能仪表还可以成为直接影响分布式发电机和分布式负载的通道。这种通信在分布式电网中是主动管理发电和用电的基础。

数据传输可以采用不同的通信方式。电子能源架构采用的是无线模式，蜂窝电话网络或通过电力线自身的信息传输。在这方面有一些重要议题需要解决，包括如何设计智能仪表使之满足私人需求的问题。另外，还要制定清晰的法规，明确电网运营商、测量运营商和其他服务供应商使用智能仪表阅读和控制的权利。

目前可用的阅读系统都是专用的，在市场上的寿命很短。只有采用可以适用于各个方面的标准化技术，智能仪表才在经济上可行。换句话说，用于商业、工业客户和居民客户的远程阅读与控制技术原则上说已经有了。但是，保证仪表互通的基础统一标准还没有。

目前有两个德国仪表制造业的工作小组在共同制定德国的智能计量标准，2009年初可以完成。但此后还要有后续行动，制定欧洲的智能计量系统标准。

在欧洲，德国标准制定机构与欧洲仪表制造业协会在共同努力制定欧洲的计量标准。不经过各方面协调的行动是无效的。所以，标准制定的各类活动应尽可能地集中在一起，建立统一的欧洲标准，详见5.1节。欧盟委员会计划向一个由欧洲电子技术委员会，西欧合法计量委员会和欧洲通信标准研究所组成的任务小组授权，在欧洲电子技术委员会的领导下制定欧洲智能仪表标准。德国联邦政府应对这种标准化予以支持。

译者简介：

张进京，国家信息中心，高级工程师。

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