德国能源产业：拥抱数字化

文 | 本刊记者 范珊珊

从长远来看，数字化对能源部门的业务结构和消费模式的改变仍然是未知的。

数字化的浪潮正在席卷全球，德国也不例外。从工业4.0的提出到能源转型2.0进一步实施，数字化转型成为了德国能源转型下一阶段的焦点，公用事业部门称之为“有史以来规模最大的国家IT项目”。太阳能和风能发电设施将取代传统发电厂成为电力系统的支柱，这需要更为灵活的供需匹配方式。如果德国要实现雄心勃勃的气候目标，就必须更有效地利用绿色电力。它还必须渗透到交通部门以取代汽油，并进入供暖部门以取代石油和天然气。

毫无疑问，数字技术使得德国上万个小型能源系统之间的连接更加智能、高效。能源智库Agora数字化专家斯蒂芬妮·罗佩努斯（Stephanie Ropenus）表示，“数字化现象是能源转型的一次巨大飞跃。”

在德国，能源部门在采用数字技术方面已经落后于其他行业。近几年，能源行业慢慢地开始兴起出现大数据、虚拟发电厂、智能电网、物联网、共享经济和区块链技术等流行语。

IT和通信部门将不得不与能源部门融合。这不仅是工业的范式转变，也是社会范式的转变。具有全新商业模式的公司凭借数字技术能够进入能源市场，他们将普通电力消费者转变为电力交易者。

尽管取得了进展，但从长远来看，数字化对能源部门的业务结构和消费模式的改变仍然是未知的。

“没有发电厂的发电商”

在过去，电力消费是线性过程。消费者打开电气设备，就是在使用电力，关闭就是停止消费。而智能电气设备的应用开始改变这一情景。这些智能设备通过网络接受和发送信息，诸如电力需求、用电情况、电力价格和环境变量等。基于这些信息，可以优化电力消费，以便更好地调节供需。

在德国，越来越多的家庭开始安装智能家居系统。2015年安装智能家居系统的家庭还不到100万，预计到2020年将有550万家庭安装。智能照明系统目前最为普遍，诸如BSH、LG、GE等制造商都将自己的产品接入到互联网平台上，比如Amazon Alexa，Google Home，IFTTT，Conrad Connect和nest.15等。

而工业用户也在利用创新的方式购买更为廉价的电力。德国一家铝厂对自己的电炉进行了升级改造，创建虚拟储存设施，容量为1.1GWh，这使得输出可以上下调整25%。

由于更多分散的电源和私人发电商的加入，数字平台系统将面临更多的复杂性，与此同时他们会建立新的合作形式和贸易关系。

很长一短时间内，德国公共事业公司一直和大工业用户合作。灵活的电力供应方案仅仅是提供给大客户。由于数字技术出现和交易成本的降低，小型公司甚至是私人用户都可以获得交易的机会。

德国初创公司Next Kraftwerke称自己是一家“没有任何发电厂的发电厂运营商”，它建立一个拥有4000多个可再生能源发电装置的网络平台，其总容量相当于几个核电站，用于电力交易以平衡供需。

由于越来越多的家庭安装光伏板和储能设备，在极端情况下，他们甚至可以脱离电网实现能源自给自足状态。

欧洲管理与技术学院（ESMT）高级讲师克里斯托·弗汉堡（Christoph Burger）表示，能源转型已经走到了分水岭，可再生能源的份额达到足够高的水平，灵活的供需将带来一个蓬勃发展的市场。“在大约十年前，像Tennet这样的大型电网运营商每年只需要几次干预电网，在2015年，Tennet实施了大约1400个网络干预措施。”

公共事业的挑战

更加分散且灵活的电力系统的出现，对拥有大型传统发电厂的公用事业公司的商业模式构成了巨大威胁。

市场领导者意昂集团E.ON和莱茵集团RWE为了应对挑战进行了拆分。就像他们的传统竞争对手EnBW和Vattenfall一样，希望开拓出新的商业模式，变身与IT巨头合作的新玩家。

当地公用事业协会（VKU）担心其成员处于劣势，因为智能电表数据首先被转移到输电网运营商。许多新能源商业模式依赖于智能电表大量数据集的自动分析，这意味着数据所有权是一个备受争议的问题。

在德国，公用事业的未来自2016年以来一直受到特别关注。公用事业必须改变其业务战略以在未来的分布式能源中生存。然而，更突出的是，可再生能源的份额越来越大。现在，数字化提供了许多小公司超越公用事业的传统发电，销售和运输业务以外的潜力。

意昂希望将智能家居做成一门大生意。它和美国巨头微软合作，为家庭中的所有电子设备生产数字仪表板，甚至包括从加热系统到太阳能电池板、电池存储系统再到电动汽车等产品。这个家庭能源管理系统将于明年推向市场，到时会成为大型德国公用事业公司提供一系列产品中的亮点。

数字风险

“我们面临着巨大的变化。这就是为什么这么多具有完全不同背景的公司对能源行业有着敏锐的洞察力。有些公司认为他们在互联网平台上的经验可能会让他们比现有的电力公司更有优势。”罗佩努斯说：“我们首先考虑的应该是谁将获得接收数据的授权？谁可以关闭，何时关闭？谁被允许做出哪些决定？这个过程是由市场还是电网安全推动的？”

此外，汇总和匿名的个人能源使用数据可以提高对能源系统的了解，例如负载配置文件，有助于降低消费者的能源成本。

数字技术在能源领域的快速发展引发了对数据隐私、网络攻击和停电风险的担忧。明斯特大学的科学家已经证明，智能电表提供的功耗详细数据可以罗列用户家庭所看的电视节目。

隐私和数据所有权也是消费者的主要关注点，尤其是随着越来越多的连接设备收集更详细的数据。例如，智能电表收集的家庭能源使用数据可用于判断某人何时在家，使用淋浴或泡茶。

罗佩努斯承认私人家庭的最终数字化形式仍然不确定。“人们在何种程度上允许外部远程访问他们的家。”

数字化的引入对供应安全的影响尚不清楚。在德国，停电非常罕见。德国能源署（Dena）认为，“数字基础设施作为未来能源系统的核心要素发挥越来越重要的作用，数字整合可能会增加多米诺骨牌效应的风险。”

但是，仍有很多专家坚持认为，数字能源转型可以加强对网络攻击和大规模停电的防御，因为有可能在没有外部传输网络的帮助下，重新启动分散的电源装置。

交通与电力部门的整合也带来了新的安全挑战。即使电力公司设计出高度安全的配电网，充电站网络也可能出现一个新的漏洞。同时关闭大量充电站可能会导致电网瘫痪。

罗佩努斯认为，在电源安全方面，能源转型的数字化是一个“游戏规则改变者”。但是，在网格运营商的交换机房中，我们是否可以信任算法而不是真人，这仍然是专家和公众的疑虑。

完善的监管

Dena认为，监管框架是挖掘数字能源转型创新潜力的关键。“监管机构必须建立一个可靠的框架，以便成熟的公司，初创企业等参与者能够实现这一潜力，并开发出新的解决方案。”

“数字化必须成为任何未来政策和监管框架的重点”，E.ON的政治事务主管维拉·布伦泽尔（Vera Brenzel）在柏林的一次专家活动中说。“数据的自由流动也是跨国界，对于为客户创造新服务并充分利用数字化潜力至关重要。”

Bitkom公司的一位专家还强调了监管对于制定正确激励措施的重要性。“如果不进行详细的改革，重新定义无数的市场关系，无论是在互联网还是电力市场，我们都不会取得太大进展。例如，创建可交易产品，为成套供热装置或储能装置提供灵活性，或在邻居之间实现电力交易。这需要对许多参数进行调整。”

德国新出台的《能源转型数字化法案》以智能电表的引入为中心，预示着德国推出智能电网，智能电表和智能家居。法律规定从大型电力消费者和发电设施开始逐步推出智能电表。像普通家庭这样的较小用户将在稍后受到关注。

基于分散和小规模电力交换的新商业理念的绊脚石是高交易成本。许多业内人士认为，“区块链”技术可能是解决这一问题的革命性解决方案。区块链也是在线货币比特币背后的系统，允许消费者之间的廉价和安全的交易处理，而不需要中央调解员。

新责任基金会（S t i f t u n g N e u e Verantwortung）一位专家则公开表示，《能源转型数字化法案》在“生效之前就已过时”，并没有考虑到区块链技术等最新的发展。“我们要考虑如何加快这一过程，或者以对所有技术开放的方式进行设计，并且避免通过实施过时或错误的技术来创建路径依赖。”

“但是，电力供应太重要了，不能急于求成。我们正在对极为重要的基础设施进行创新，必须极其谨慎。德国坚持非常严格的安全标准，这可能需要更长的时间。”罗佩努斯强调。