分布式和灵活性正在用数字化的方式驱动的能源转型

前言：2010年9月，德国政府颁布了未来能源规划，次年6月，联邦议会经过慎重讨论，以几乎全票通过的结果做出了一项重大的历史决定，跨度长达几十年的德国能源转型之路就此正式启航。转眼来到2020年，站在转型阶段性成果检测的第一个目标点，回首十载，这场由内而外的深度变革至今为止已硕果累累，虽然有部分目标尚未达成，但不可否认的是，德国通过持续的努力与改变，正在稳步走向安全、经济和环境友好型能源供应的未来。
　　上篇文章《数字化是能源转型的关键》中，我们阐述了数字化在德国能源转型中的关键地位，数字化实现了电力市场的自由化，完善地控制市场的复杂性和波动性;基于数字化的物联网也是能源转型的关键之一，例如通过物联网，建筑的智能能源管理可以做得更加科学与完善，建筑的用能方案得到了进一步的优化。今天我们来继续探讨在数字化驱动的能源转型中的分布式与灵活性两个特点。分布式指的是分散形式的能源产出，灵活性指的则是灵活的能源使用。
　　能源转型将传统能源的转变与风能和太阳能等可再生能源联系在了一起，根据可再生能源法(EEG)，德国于2000年决定推进可再生能源的扩张。同时，可再生能源在净电力消耗中所占的份额为33%(截至2015年)，预计到2035年将达到60%。这种能源占比的增加与两大挑战有关：能源的分散化以及太阳能和风力装置供电的波动。

　　图1德国能源转型目标情景(发布于2012年)
　　为了满足生产和消费的需求以及日益分散的供电，必须要对电网进行系统重组。一方面，是德国输电网络从北向南扩展即连接到海上风电场的网络扩展。另一方面，小型可再生能源发电厂必须纳入配电网地区的电力系统。2014年，新建成了61851个可再生能源发电厂，低于过去五年平均每年200724个发电厂。2014年新建成的系统有97.3%是太阳能系统。新的分析和评估数据技术必须扩展到旧网络，并直接纳入新线路的扩展过程，其目标是创建一个智能电网。

　　图2 智能电网
　　这种"智能电网"旨在满足更分散的供电以及可再生能源电力供应的波动和不可预测性。如果输入的电量过多，系统就会过载;如果输入的电量过少，则出现供应瓶颈。因此，需要有效的灵活的方法。如果电网容量增加，就必须找到储电的可能性。能源生产的可持续潜力可以允许可再生能源的进一步利用。技术概念“Power-to-X”应运而生，它规定了在风能和太阳能下将剩余电力转化为其他形式能源并保存。并且由风能和太阳能产生的能源不仅转化为了电，而且也能用于汽车和供热，电加气站和加热器如今已经投入使用，其未来使用范围在很大程度上取决于电到 X以及存储技术的成本的降低。
　　此外，供求协调也是有必要的。这应通过同时分析网络节点的数据来自动协调。在供应方面，对风能和太阳能的产能预测数据很重要。在功耗降低方面，需求侧管理(DSM)来支持预测负载使用数据。这意味着在电网面临过载或供应瓶颈时，需求侧减少或增加耗能来进行调节。例如，能源密集型公司可以调整其需求以适应电力供应，而不是高成本地调节能源供应，这样更有助于电力供需的平衡。这可以通过灵活改变现货市场的电价或者由公司与电网运营商协议调节收费来实现。另一种方法是供应方干预，例如通过调节风力涡轮机，但这样做并不经济，因为能源将处于接近于零的边际成本中。
　　"智能电网"的危险主要来源于数据误用、系统错误和网络攻击。因此，高安全标准和在黑客攻击后快速重建电源秩序的专业知识不可或缺。