德国EENERGY计划.docx
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德国EENERGY计划
德国目前的能源占比情况：
2009年德国能源占比：
德国是能源消费大国，自身油气资源较为缺乏。
德国从20世纪90年代开始就将摆脱对进口能源的依赖作为其能源战略的重点任务，一方面积极推动降低能源需求与提高能源使用率，另一方面致力发展再生能源，以期达到能源供应脱碳的目标。
2010年德国联邦经济和技术部阐述了其中长期发展思路。
2011年福岛核事故后，德国政府做出了永久放弃核电的决定，并正式提出将能源转型作为其能源政策的主导方针。
德国能源转型的宗旨是：
2050年提供安全的、可支付的和环保的能源。
能源转型由两大部分构成：
发展可再生能源和提高能效。
按照计划，到2020年，德国35%电力要由可再生能源发出，一次能源消耗要比2008年减少20%，温室气体排放要比1990年减少40%，运输业的最终能源消耗要比2005年少10%。
目前，德国已取得很大成就，2016年已近三分之一的电能来自可再生能源（风能、太阳能、生物质能），可再生能源已成德国第一大电能来源；与此同时，能源利用的效率必须得到提高。
显然，能源转型的成功要求在第二大组成部分即能效上多下功夫。
美国学者杰里米·里夫金在其著作《第三次工业革命》中提出，如今互联网技术与可再生能源已开始融合，由此产生一种名为能源互联网的新型能源利用体系。
德国于2008年在智能电网的基础上选择了6个试点地区，进行为期4年的E能源（E－Energy）技术创新促进计划，在E-Energy计划实施以后，德国政府还推进了IRENE、PeerEnergyCloud、ZESMIT和FutureEnergyGrid等计划。
E-Energy计划旨在推动企业和地区积极参与创建基于ICT（信息通讯技术）的高效能源系统，主要包含以下目标：
1）通过数字网络的电力供应系统提供安全、高效、环保的电力能源。
2）利用现代信息通讯技术（ICT）优化供电系统。
3）提供可再生能源和通信领域的新跨学科工作岗位。
4）为高技术培育新型市场。
5）能源市场自由化和权力下放。
E-Energy计划将现代信息通讯技术与能源融合，使电网从一种分布式结构变为相互联系的互连结构。
基于ICT，E-Energy使智能电力系统的各部分更智慧的连接，形成智能发电、智能电网、智能用电、智能储电为一体的能源互联网系统。
E-Energy计划选拔了6个试点地区，分别开发测试能源互联网的核心技术，图为E-Energy计划的试点项目。
E-Telligence项目
项目简介：
E-Telligence项目选在库克斯港,该地区风能资源丰富，人口少，而大负荷种类单一。
项目测试以复杂的信息和通信技术为基础的系统来平衡风能，太阳能，冷库和热电联产厂等，将其智能化地集成到电力电网，而且让生产企业和地方用电大户积极参与项目。
典型平衡措施包括：
1）冷库作为电能消费者其负荷随风力发电出力和电价自动调节。
在风力发电过剩时，冷库大力冷却，以建造冷库。
在电价高的时候，冷却可以关闭，利用以前建成的冷库，冷库可以在最低限度内运行几天。
即使没有达到最大效率，冷库的能源成本也可以降低达6％。
2）引入分段电价和动态电价结合的政策，电价根据时段、负荷和新能源发电情况来制定。
3）引入虚拟电厂概念，通过先进信息通信技术和软件系统,实现分布式电源（DG）、储能系统（ESS）、可控负荷、电动汽车（EV）等的聚合和协调优化,作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行。
虚拟电厂作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行，是一种电源协调管理系统。
项目总结：
E-Telligence项目运用互联网技术构建一个复杂的能源调节系统，利用对负荷的调节来平抑新能源出力的间歇性和波动性，提高对新能源的消纳能力，构建一个区域性的一体化能源市场。
经过几年的运行，E-Telligence取得了较好的经济效益和社会效益，主要体现在：
1）虚拟电厂的运用减少了16%的由于风电出力不确定性造成的功率不平衡问题。
2）分段电价使家庭节约了13%的电能，动态电价使电价优惠期间负荷增长了30%，高峰电价时段负荷减少了20%，70%的受访参与者表示，他们会定期检测消费，20%的人每周会积极控制消费。
3）虚拟电厂作为电能的生产消费者，根据内部电量的供求关系与区域售电商进行交易，可以降低8%~10%的成本，以热为主动的热电联产作为电能的生产者实现电力的全量销售，在虚拟电厂的调节下，其利润也有所增加，2011年E-Telligence与区域电能系统的交易情况如图3所示。
4）基于E-Telligence项目设计的IEC61850通信规约标准已被德国业内所认可。
RegModHarz项目
项目简介：
RegModHarz项目选在多山地的哈茨地区，其风能、太阳能、生物质能等自然资源较为丰富。
项目包括多种可再生能源发电发电厂和一个抽水蓄能水电站，其目标是通过对分散的众多风能、太阳能、生物质能等发电设备和抽水蓄能水电站进行协调，令可再生能源联合循环利用达到最优。
其核心示范内容是在用电侧整合了储能设施、电动汽车、可再生能源和智能家用电器的虚拟电站，包含了诸多更贴近现实生活的能源需求元素。
RegModHarz项目的主要措施是：
1）建立家庭能源管理系统，家电能够“即插即用”到此系统上，系统根据电价决策家电的运行状态，根据用户的负荷也可以追踪可再生能源的发电量变化，实现负荷和新能源发电的双向互动。
2）配电网中安装了10个电源管理单元，用以监测关键节点的电压和频率等运行指标，定位电网的薄弱环节。
3）光伏、风机、生物质发电、电动汽车和储能装置共同构成了虚拟电厂，参与电力市场交易。
4）哈茨地区已经存在数以千计的分散发电机组，其数量在不断增加。
为了使所有这些小型发电机充分发挥智能电网的潜力，他们需要一个可互操作的接口。
RegModHarz联盟（西门子牵头）开发了所谓的PowerBridge。
产品基于上述IEC61850标准，包括DER互连。
它使权力下放单位的业主能够向智能电网提供能源服务和产品。
另一方面，PowerBridge使电网能够访问所提供的服务，并将单元的可变性最优化地集成到其网络操作中。
项目总结：
RegModHarz项目的典型成果也包含3个方面：
1）开发设计了基于Java的开源软件平台OGEMA，对外接的电气设备实行标准化的数据结构和设备服务，可独立于生厂商支持建筑自动化和能效管理，能够实现负荷设备在信息传输方面的“即插即用”。
2）虚拟电厂直接参与电力交易，丰富了配电网系统的调节控制手段，为分布式能源系统参与市场调节提供了参考。
根据2008年的EPEX数据计算，14天内虚拟电厂可以从分散单位出售3.3亿千瓦时，可能产生约250,000欧元的营业额。
新产生的聚合和分散发电资源的协调员作用重大。
3）基于哈慈地区的水电和储能设备调节，很好地平抑了风机、光伏等功率输出的波动性和不稳定性，有效论证了对于可再生能源较为丰富的特区，在区域电力市场范围内实现100%的清洁能源供能是完全可能实现的。
E-DeMa项目
项目简介：
E-DeMa项目选址于莱茵—鲁尔区的米尔海姆和克雷菲尔德2座城市，侧重于差异化电力负荷密度下的分布式能源社区建设。
基本手段是将用户、发电商、售电商、设备运营商等多个角色整合到一个系统中，并进行虚拟的电力交易，交易内容包括电量和备用容量。
E-DeMa项目共有700个用户参与，其中13个用户安装了微型热电联产装置。
E-DeMa项目的核心是通过“智能能源路由器”来实现电力管理，既可以实现用电智能监控和需求响应，也可以调度分布式电力给电网或社区其他电力用户。
“智能能源路由器”由光伏逆变器、家庭储能单元或智能电表组合而成，根据电厂发电和用户负荷情况，以最佳路径选择和分配电力传输路由，传输电力。
对于接收到的电能，能源路由器都会重新计算网络承载和用户负荷变化情况，分配新的物理地址，对其传输发送。
对于结构复杂的网络，使用能源路由器可以提高网络的整体效率，保障电网的安全稳定。
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E-DeMa项目是欧盟“超级智能电网”计划中的试验之一，目前只是一个虚拟电力市场试验，虽然其节能效果尚未对电价产生直接影响，但居民可通过智能电表了解各时段的用电量，从而相应调整用电习惯，达到节约电费的效果。
SmartWatts项目
项目简介：
共有250个家庭参与了位于亚琛的SmartWatts项目，其目标是运用高端成熟的ICT技术，来追踪电力从生产到消耗价值链中的每一步，进而向用户传达其所用的电力来源以及用户所用电器的电力消耗水平。
消费者通过智能电表来获知实时变化的电价，根据电价高低来调整家庭用电方案和电动车充电方案。
用户可以自由选择自己的电费套餐，套餐中的电价也是分时电价。
通过智能插座获知的数据，用户不仅可以在电子设备上查看每个用电设备用了多少电，还可以查看用了多少钱的电；也可以通过应用程序控制家电开关，通过设定参数让程序自动决定家电的运行。
项目总结：
实际试验的数据结果表明：
在价格最低的时段，负荷上升了10%；在价格最高的时段，负荷下降了5%。
SmartWatts项目的另外一个亮点是设计了EEBus。
针对智能家具中各个电气设备之间存在多种通信标准的问题，EEBus作为一个通信的翻译器应运而生，能够将现行的通信标准翻译给售电商、电网、发电商、用户、家用电器商等相关部门。
ModelcityofMannheim项目
项目简介：
Moma（ModelcityofMannheim）项目进行于德国南部的工业城市曼海姆，这里有着众多的卫星城市，且能源供给很大程度上来自于分布式能源。
Moma项目是典型的能源互联网示范项目，其主要目标是为能源生产者、消费者和网络运营者构建一个虚拟能源市场，进而研究消费者对能源利用效率的影响程度。
在这种能源市场中，消费者被置于核心地位，其有权获知如何降低能源消耗和支出。
Moma项目主要分为3个阶段，试验1为前期准备阶段，为后续试验测试技术的可实现性；试验2为实际试验阶段，对一种名为“能源管家”的新系统进行测试，这种新系统可实现自动开闭电器；在试验3中，智能电表、“能源管家”和门户网站三者协调配合，向参与客户提供更为自由多样的电价选项，鼓励其在非高峰时间用电。
Moma项目主要贡献是提出了细胞电网的概念，并将细胞电网分为了3个层级：
物体细胞、配电网细胞和系统细胞，细胞电网示意图如图6所示。
细胞电网中的每层细胞能够自行优化，尝试平衡和调整。
细胞与上级细胞之间通过PLC通讯，上级细胞通过网络协议（internetprotocol，IP）来识别下级细胞，系统细胞对电网具有调度和控制作用，进而完备电力市场交易。
对于系统细胞来说，只用关心配电网细胞提供的接口量，而不用关心每个家庭用户中的光伏板和家电。
在物体细胞和配电网细胞平衡过一轮之后留下的残余功率不平衡由系统细胞去调度和补足。
将电网进行细胞划分的优点总结如下：
1）尽量使得能源就近消纳，减小输送损耗。
2）保障电网的安全，当一个细胞电网崩溃时，不至于大电网崩溃，可以立即拉停细胞电网并快速重新启动。
3）降低了由于大量分布式设备引起的电网管理复杂度，分区分层适合未来能源发展的思路。
4）分布式数据处理与储存，提高了数据处理的实时性。
5）有些细胞有时可保证自给自足，形式上可以与上级网络脱离开来。
显然，每一层级的细胞电网电能质量、电压、频率、相角都要保证在一定的范围内，因此细胞电网的架构对电力生产比传统的电网有更高的要求。
Meregio项目
Meregio项目开展于德国南部格平根和弗莱阿姆特2个乡村小城，有较发达的工商业。
当地已有大量的分布式可再生能源接入了配电网中，由于配电网的网架结构比较薄弱，分布式电源的接入引起了电网一系列的问题。
故此项目旨在通过感知每一位用户的负荷，定位配电网中最薄弱的环节，更好地预测、配置资源，从而降低电网的拥堵，提高配电网的运行效率，共有1000个工商业和家庭用户参与了此项目。
Meregio项目主要措施有：
1）在电价方面，引入红绿灯电价制度，在这种制度中红色表示高电价，黄色代表中等电价，绿色表示低电价。
在最初的3个月内，用户看到电价由红色变为绿色了，会增加25%~35%的用电；由黄色变成绿色了，会增加10%~22%的用电。
当3个月后用户渐渐逐渐下降并达到一个稳态，由红色变为绿色时会增加7%~12%用电，黄色变为绿色时增加4%~7%的用电。
2）在用户负荷曲线的定制方面，智能电表将把用户的实时负荷数据上传到EnBW数据中心，一段时间后会根据统计方法，建立每个家庭的负荷特征曲线，使电网运营商能更准确地去预测每一个点每一个用户的负荷情况，进而计算出配电网的负荷情况，定位配电网薄弱环节，采用可视化技术进行展示。
当用户用电行为反常时，用户会在个人账户中里收到智能提醒。
3）在设备改造方面，Meregio项目在变电站中安装了可变变压器，根据低压网中馈入的可再生能源的电力情况来调整变压器，从而稳定中压网的电压水平，可变变压器的引入使分布式能源消纳能力提高了近一倍。
E-ENERGY计划的意义
未来的电力系统将以可再生能源作为主要的发电来源，如太阳能和风能，则传统的以消费决定电力生产的模式便很难在出现短暂电力供应高峰时及时供应足够，而电存储成本相对较高，转换效率又低。
这样，以电能生产决定消费的模式才是正确方向。
在基于ICT的能源互联网中，电能用户可以灵活选择用电时间，特别是冷库和电动汽车，其灵活性更大，可以在电价较低时选择用电，而电价较高时减少用电。
在以生产决定消费的未来智能用电系统中，合理的电价政策、市场交易、储能技术等将转移负荷到非峰值时间，减少峰值负荷，平峰填谷，节约能源，提高效率。
E-ENERGY计划正是测试验证这些具体技术，其核心内容可以概括为以多种可再生清洁能源的接入，分布式发电存储、和智能电能表等ICT融合电力能源技术的智能电力资源互联网。
由于大量可再生能源（风能、太阳能）和分布式发电的接入，必须要解决的是其对电网的稳定性及电力品质的影响，则必须在技术层面和法规层面进行调整，通过先进的控制、计量、通信等技术聚合分布式电源、可控负荷、储能系统、电动汽车等不同类型的分布式电源，并通过更高层面的软件构架实现多个分布式能源的协调优化运行，使其能够参与电力市场和辅助服务市场运营，实现实时电能交易，同时优化资源利用，大大提高供电可靠性。
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