德國是最早進(jìn)行能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐探索的國家之一，其能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展側(cè)重于通過對(duì)能源系統(tǒng)全環(huán)節(jié)的數(shù)字化改造，促進(jìn)可再生能源開發(fā)利用，進(jìn)而推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和能效提升。

早在2008年，德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)及科技部即在《E-Energy以信息通信技術(shù)為基礎(chǔ)的未來能源系統(tǒng)》項(xiàng)目手冊(cè)中，將能源互聯(lián)網(wǎng)描述為“能夠使電力市場信息處理、交互、支付更加迅捷方便，通過端到端的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行能源基礎(chǔ)設(shè)施的智能監(jiān)測、控制和管理，連接能源基礎(chǔ)設(shè)施與電子化交易市場，推進(jìn)能源供應(yīng)的高效化、迅捷化與透明化”，并號(hào)召進(jìn)行“能源互聯(lián)網(wǎng)(Internet of Energy)”系統(tǒng)理念和整體思路研究。

在此理念支撐下，德國將建立含有高比例可再生能源的高效能源體系作為目標(biāo)，通過對(duì)可再生能源進(jìn)行扶持、技術(shù)創(chuàng)新以及法律保障，不斷推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

（一）發(fā)展基礎(chǔ)

能源系統(tǒng)清潔化轉(zhuǎn)型、能源信息加速融合以及健全的能源交易市場是能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)性因素，以下從此三方面介紹德國的相關(guān)發(fā)展基礎(chǔ)。

1）能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型

德國作為能源消費(fèi)大國，石油和天然氣資源匱乏，需求長期依賴進(jìn)口，對(duì)外依存度保持在90%左右，其能源安全壓力較大。煤炭資源雖較為豐富，但主要以低燃值、高污染的褐煤為主，當(dāng)前開采和使用量仍然較高。截至2018年，德國仍有37%的發(fā)電量來源于煤炭，環(huán)保減排壓力較大。為此，德國政府大力推動(dòng)以提升能效、充分利用可再生能源為要素的能源轉(zhuǎn)型，為能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

能源供應(yīng)方面，可再生能源占比持續(xù)提升。截至2018年，德國一次能源供應(yīng)中非水可再生能源占比達(dá)14.6%，較上年增長1.3個(gè)百分點(diǎn)，2013―2018五年間累計(jì)增長5.6個(gè)百分點(diǎn)。隨著碳排放限制和棄核戰(zhàn)略的穩(wěn)步實(shí)施，未來可再生能源占比將會(huì)進(jìn)一步提升，能源供應(yīng)體系日趨清潔低碳。

能源消費(fèi)方面，形成了以石油、天然氣、電能為主的多元消費(fèi)體系。截至2017年，德國石油、天然氣、電能占終端能源消費(fèi)的比例分別為41.5%、24.4%和19.7%。交通電氣化水平不斷提升，電動(dòng)汽車保有量快速增長。截至2018年，德國電動(dòng)汽車保有量達(dá)17.7萬輛，新增6.7萬輛，同比增長60.9%。

2）能源信息融合

德國高度重視信息化、數(shù)字化建設(shè)。2013年，德國提出“工業(yè)4.0”國家戰(zhàn)略，以信息物理系統(tǒng)(CyberPhsicalSystem，CPS)和物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings，IoT)為基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)，展望了以信息技術(shù)為核心的智能化生產(chǎn)與“智能工廠”愿景。在此背景下，德國能源系統(tǒng)也提出利用先進(jìn)信息通信技術(shù)對(duì)能源系統(tǒng)全環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)字化改造，能源領(lǐng)域信息化建設(shè)加快推進(jìn)，為能源與信息深度融合奠定了基礎(chǔ)。

德國在數(shù)字化領(lǐng)域投資規(guī)模歐洲領(lǐng)先，重點(diǎn)支持初創(chuàng)企業(yè)的各項(xiàng)技術(shù)探索。截至2017年，德國在數(shù)字化領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)/私募股權(quán)投資總量達(dá)到35億美元，孵化了大量能源數(shù)字化領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)初創(chuàng)企業(yè)。其中，德國能源行業(yè)典型初創(chuàng)企業(yè)主營業(yè)務(wù)和投資規(guī)模如表1所示。

表1：德國能源行業(yè)數(shù)字化應(yīng)用典型初創(chuàng)企業(yè)

德國傳統(tǒng)能源商也在能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面進(jìn)行了卓有成效的探索。意昂（E.on）通過創(chuàng)新能源服務(wù)，以數(shù)字化、信息化解決方案滿足客戶需求，其實(shí)踐涵蓋從能源生產(chǎn)、傳輸至消費(fèi)的完整鏈條。例如在可再生能源利用方面，通過Sun roof等線上工具，利用衛(wèi)星和氣象數(shù)據(jù)幫助客戶計(jì)算屋頂光伏發(fā)電潛力。

在能源網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面，旗下配網(wǎng)商Hanse Werk于2017年開發(fā)了基于人工智能的中壓配電線路故障預(yù)警技術(shù)，結(jié)合電力線路年限和類型、維護(hù)信息、天氣數(shù)據(jù)以及實(shí)時(shí)電網(wǎng)信息，通過全面的數(shù)據(jù)分析與自學(xué)習(xí)算法，能夠提前判斷出高風(fēng)險(xiǎn)故障點(diǎn)并告警。在客戶服務(wù)方面，以智能電網(wǎng)與智能電表為基礎(chǔ)，通過E.ONPlus與美國科技巨頭微軟合作，加強(qiáng)控制終端與光伏電板、儲(chǔ)能、充電樁、智能電燈、智能制冷/加熱等應(yīng)用的融合，向居民客戶提供智慧家居服務(wù)。

3）能源市場建設(shè)

德國能源市場體系較為完善，電力和天然氣市場交易機(jī)制、監(jiān)管體系比較成熟，交易量在歐盟國家中位居前列，為能源互聯(lián)網(wǎng)多能源市場交易建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

位于萊比錫的歐洲能源交易所（EuropeanEnergyExchange,EEX)是德國乃至中西歐影響最廣泛的電力交易市場，以公平、透明的定價(jià)為各類市場參與者提供服務(wù)。德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局（Bundesnetzagentur)作為電力市場監(jiān)管機(jī)構(gòu)，主要是保障輸配電網(wǎng)向所有市場主體無歧視公平開放和電力供應(yīng)方面的競爭，確保德國的電力供應(yīng)安全、可靠、高質(zhì)量。

德國天然氣市場結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。下游城市配氣公司大多數(shù)歸當(dāng)?shù)卣校⒂僧?dāng)?shù)卣M織運(yùn)營，約有700家公司負(fù)責(zé)為城市居民和部分中小型工業(yè)用戶供氣。中游區(qū)域輸氣公司管網(wǎng)一般分布于某個(gè)州內(nèi)或者幾個(gè)州的部分地區(qū)，可靈活地進(jìn)行天然氣貿(mào)易。位于上游的公司則負(fù)責(zé)進(jìn)口或生產(chǎn)天然氣，供給中下游公司或直接為大型城市和特大型工業(yè)用戶供氣。在監(jiān)管方面，德國聯(lián)邦卡特爾局（Bundeskartellamt），又稱企業(yè)聯(lián)合管理局，負(fù)責(zé)在聯(lián)邦政府頒布的競爭法令框架內(nèi)對(duì)天然氣公司之間的競爭進(jìn)行監(jiān)管，避免壟斷發(fā)生。

（二）政策支持

德國政府相繼出臺(tái)了大量政策法規(guī)引導(dǎo)社會(huì)各界聚焦可再生能源開發(fā)利用、能效提升等領(lǐng)域（如表2所示），這也為能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了政策支持。通過目標(biāo)導(dǎo)向類政策，德國為能源發(fā)展設(shè)定了階段目標(biāo)，規(guī)劃了技術(shù)路徑。例如2010年德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)與技術(shù)部公布的《能源戰(zhàn)略2050》，從總體上明確了德國未來40年能源轉(zhuǎn)型的行動(dòng)路徑，提出了可再生能源利用、能效提升等9個(gè)具體行動(dòng)領(lǐng)域。

同時(shí)，德國通過一系列財(cái)政激勵(lì)政策對(duì)相關(guān)領(lǐng)域給予了經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼、稅費(fèi)減免等支持。例如2000年制定的《可再生能源法》，明確提出了對(duì)可再生能源上網(wǎng)電價(jià)進(jìn)行補(bǔ)貼，以推動(dòng)可再生能源發(fā)電快速發(fā)展。此后，德國還結(jié)合其可再生能源利用現(xiàn)狀，多次修訂《可再生能源法》，在鼓勵(lì)可再生能源發(fā)展方面建立了一整套完善的法律法規(guī)體系。

表2：德國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展相關(guān)政策

（三）典型實(shí)踐

在政府部門引導(dǎo)下，德國分階段開展了兩個(gè)批次的系列示范項(xiàng)目，對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了初步探索和試驗(yàn)示范。其中，2008年啟動(dòng)的E-energy項(xiàng)目，從市場、技術(shù)、系統(tǒng)層面全方位探索了信息通信技術(shù)推動(dòng)不同能源系統(tǒng)之間耦合、互聯(lián)、交易的潛力和實(shí)現(xiàn)方式。2012年啟動(dòng)的C-sells項(xiàng)目隸屬于“智慧能源——能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型”展示計(jì)劃（SINTEG），致力于打造小型的數(shù)字化能源互聯(lián)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的能源產(chǎn)消微平衡和優(yōu)化。

1）E-Energy系列示范項(xiàng)目

E-Energy是德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部（BMWi）發(fā)起的能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新計(jì)劃，綜合地區(qū)能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)、能源消費(fèi)模式、基礎(chǔ)支撐平臺(tái)等多維因素，選取了6個(gè)具體試點(diǎn)項(xiàng)目，主要研究內(nèi)容如表3所示。

表3：德國E-Energy項(xiàng)目主要研究內(nèi)容

綜合考量上述6個(gè)子項(xiàng)目的基本特征，可以看出E-energy是德國在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下進(jìn)行的一次能源與信息技術(shù)融合發(fā)展的卓有成效的探索。通過先進(jìn)信息通信技術(shù)，構(gòu)建出需求側(cè)資源、能源市場等幾個(gè)關(guān)鍵元素協(xié)調(diào)互動(dòng)，促進(jìn)可再生能源可靠消納的關(guān)鍵應(yīng)用場景。

2）C-sells項(xiàng)目

C-sells項(xiàng)目選址在德國南部的巴伐利亞州、巴登—符騰堡州和黑森州，覆蓋了德國重要的工業(yè)負(fù)荷中心如斯圖加特、萊茵—內(nèi)卡區(qū)域、大慕尼黑地區(qū)，涵蓋2602個(gè)城鎮(zhèn)，3000萬人口，80萬個(gè)能源用戶。C-sells項(xiàng)目通過數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施連接大量智能樓宇、社區(qū)、城市，形成多能流耦合規(guī)劃和控制的“細(xì)胞”單元，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建區(qū)域優(yōu)化的蜂窩能源互聯(lián)系統(tǒng)。

C-sells項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了單個(gè)“細(xì)胞”的能源信息融合調(diào)度。一個(gè)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的基本功能是為位于其中的用戶供應(yīng)能源，該結(jié)構(gòu)可以通過分布式能源、生產(chǎn)者與消費(fèi)者之間的互動(dòng)，將能源網(wǎng)絡(luò)整體劃分為“細(xì)胞”進(jìn)行治理，有助于應(yīng)對(duì)電網(wǎng)日益增長的復(fù)雜性。

將來還需要進(jìn)一步開發(fā)供能系統(tǒng)的靈活性，例如通過能源和信息基礎(chǔ)設(shè)施將不同基礎(chǔ)元素連接起來，保證信息和能源的安全流動(dòng)互通，并通過電、熱、冷等多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞結(jié)構(gòu)內(nèi)的局部優(yōu)化。C-sells采用使能源系統(tǒng)更加靈活的蜂窩組網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)能量互濟(jì)和綜合優(yōu)化，提升整體運(yùn)行效率。

（四）總結(jié)與啟示

1）現(xiàn)狀總結(jié)

總體來看，德國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展具有以下特點(diǎn)：

一是發(fā)展動(dòng)因上，德國受化石能源匱乏、核能角色弱化、減排目標(biāo)壓力大等多重因素影響，對(duì)可再生能源利用、能效提升需求迫切，德國政府提出大力推動(dòng)以“能效優(yōu)先、可再生能源開發(fā)利用、跨領(lǐng)域耦合”為三大要素的能源轉(zhuǎn)型，建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)是其推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵著力點(diǎn)。

二是發(fā)展方向上，德國結(jié)合其“工業(yè)4.0”發(fā)展戰(zhàn)略和自身數(shù)字化產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢，在能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過程中側(cè)重于推動(dòng)能源數(shù)字化發(fā)展，利用先進(jìn)信息技術(shù)對(duì)能源系統(tǒng)進(jìn)行全環(huán)節(jié)改造，通過能源信息深度融合來推動(dòng)能源系統(tǒng)向著清潔化、智能化、高效化的方向發(fā)展。

三是實(shí)踐探索上，通過E-enegy、C-sells等一系列示范項(xiàng)目對(duì)能源信息融合應(yīng)用、新型能源市場機(jī)制等關(guān)鍵要素進(jìn)行了探索，并組成系列項(xiàng)目以形成規(guī)?；痉缎?yīng)，同時(shí)在項(xiàng)目實(shí)施中大膽創(chuàng)新，提出了細(xì)胞電網(wǎng)、區(qū)域蜂窩能源系統(tǒng)等創(chuàng)新理念。

2）經(jīng)驗(yàn)啟示

一是雖未形成明確的能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展模式，但基于自身國情和能源系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行了針對(duì)性的探索。德國油、氣等化石資源匱乏，發(fā)展可再生能源、提升能源效率需求迫切，其結(jié)合自身數(shù)字化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，以提升可再生能源消納、促進(jìn)能效提升等為目標(biāo)，推動(dòng)能源信息融合、數(shù)字化電網(wǎng)等能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵要素的針對(duì)性探索。

二是數(shù)字化技術(shù)成為德國推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型和未來賦能能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的主要驅(qū)動(dòng)力。德國充分把握本國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略契機(jī)，大力推進(jìn)數(shù)字化技術(shù)在能源領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用，相關(guān)投資規(guī)模位列歐洲前列，以E-energy為代表著重實(shí)踐了能源信息融合相關(guān)技術(shù)，取得了良好的成效。

三是打造出具有世界影響力的能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目，對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵元素和重點(diǎn)領(lǐng)域的進(jìn)行了良好的試點(diǎn)示范。德國對(duì)于能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)示范項(xiàng)目的推進(jìn)具有詳細(xì)的規(guī)劃，并注重對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的關(guān)鍵要素，以“分區(qū)遴選，各有側(cè)重”的方式進(jìn)行全面的試點(diǎn)，如其E-energy示范項(xiàng)目在全國篩選出六個(gè)地區(qū)，組成系列化示范，獲得了良好的示范效應(yīng)。