在未來幾十年，數(shù)字技術將使世界各地的能源系統(tǒng)更加智能、高效、可靠和可持續(xù)。諸如智能家電，共享移動、3D打印等數(shù)據(jù)等分析和互聯(lián)技術的進步正在推動一系列新的數(shù)字應用。未來的數(shù)字化能源系統(tǒng)能夠確定誰需要能源并在正確的時間，正確的地點以最低的成本交付能源。但要讓一切實現(xiàn)并非易事。

在德國，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的速度也在加快。作為能源轉(zhuǎn)型的先行者，德國的能源轉(zhuǎn)型有賴于兩大基本支柱：發(fā)展可再生能源及提升能效。眾所周知，德國的能源市場在過去十年中經(jīng)歷了重大轉(zhuǎn)變。2020年可再生能源發(fā)電將占德國電力消費的46%以上，并且在明年全部淘汰核電，預計到 2038 年淘汰煤電，進一步推動了向可再生能源轉(zhuǎn)變的進程。對于分散的可再生能源整合是未來能源系統(tǒng)面臨的一大挑戰(zhàn)——尤其是對德國電網(wǎng)而言。

隨著新能源比例的不斷提升，復雜的IT系統(tǒng)將成為能源轉(zhuǎn)型下一階段的焦點。“沒有數(shù)字化轉(zhuǎn)型，能源轉(zhuǎn)型就無法成功，”公用事業(yè)協(xié)會 BDEW 負責人 Kerstin Andreae 說。

德國一直高度重視信息化、數(shù)字化建設。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)為基礎技術架構(gòu)，展望了以信息技術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)也提出利用先進信息通信技術對能源系統(tǒng)全環(huán)節(jié)進行數(shù)字化改造，能源領域信息化建設加快推進，為能源與信息深度融合奠定了基礎。數(shù)字化在提高能源系統(tǒng)的安全性、生產(chǎn)效率、可訪問性和可持續(xù)性等方面的作用不言而喻，但它也在改變市場、企業(yè)和就業(yè)，與此同時新的商業(yè)模式正在隨之興起。

全新的試驗

在德國，和其他行業(yè)一樣，能源領域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型也是新的嘗試。能夠?qū)崟r讀取和傳送數(shù)據(jù)的傳感器在德國被認為是能源部門數(shù)字化轉(zhuǎn)型的起點，其次是電力流量的遠程控制。這些能夠在電力生產(chǎn)者和消費者之間進行雙向通信的“智能電表”是“智能電網(wǎng)”的基礎，可以檢測并立即對當?shù)氐陌l(fā)電和需求變化做出反應，提高效率和靈活性。

為此，德國出臺了《能源轉(zhuǎn)型數(shù)字化法案》，主要是推廣智能電表（Smart Meters）的安裝與使用，提供安全通訊平臺，能夠使電力系統(tǒng)符合能源轉(zhuǎn)型的需要，廣大消費者和用戶安裝了智能電表后，需求側(cè)可控制的用電設備等各種靈活性資源就可以被市場價格等信號調(diào)動起來，參與市場供需平衡，構(gòu)成供給和需求雙向互動的電力系統(tǒng)，以應對高比例可再生能源發(fā)電前景下供給側(cè)的波動性。

這一法案也為智能計量系統(tǒng)這項新技術創(chuàng)造了法律保障。該技術連接了電網(wǎng)生產(chǎn)側(cè)和消費側(cè)，成為可靠的信息交換平臺，使電網(wǎng)系統(tǒng)符合能源轉(zhuǎn)型的要求，從而開發(fā)更多的能效潛力。只有被證明符合要求極高的隱私權(quán)保護標準和數(shù)據(jù)安全的系統(tǒng)才能獲得德國聯(lián)邦信息技術安全局的認證。

未來能源供應體系越來越多地依靠分布式、產(chǎn)量波動的能源生產(chǎn)主體，智能計量系統(tǒng)將降低體系轉(zhuǎn)型的難度。

除了法案，德國能源經(jīng)濟部也資助了一批能源數(shù)字化領域的數(shù)字化項目。2016年12月，德國“智慧能源——能源轉(zhuǎn)型數(shù)字化”展示計劃（簡稱SINTEG）正式啟動，該計劃在德國五個大型示范區(qū)域進行能源數(shù)字化研究及試點項目，核心在于發(fā)電側(cè)與用電側(cè)的智能互聯(lián)、以及創(chuàng)新電網(wǎng)技術、運營管理及商業(yè)概念的應用，以測試能源轉(zhuǎn)型數(shù)字化的新技術、服務、流程和商業(yè)模式。

德國聯(lián)邦經(jīng)濟和能源部（BMWi）為這個展示計劃共出資2億歐元，加上企業(yè)的投資，總額超過5億歐元，共有300多個項目合作伙伴參與其中。他們希望實現(xiàn)以下五個目標：可再生能源高比例上網(wǎng)的同時實現(xiàn)安全高效的電網(wǎng)運行；充分利用效率和靈活性潛力；在智慧能源網(wǎng)絡中為所有參與者建立有效和安全的互動；有效利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；在配電網(wǎng)層面減少新建網(wǎng)絡的需求；在能源領域開發(fā)新的商業(yè)模式。

聯(lián)邦經(jīng)濟事務和能源部 SINTEG 資助計劃的目標是推動能源行業(yè)的數(shù)字化并支持能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型。正在德國的五個示范地區(qū)進行實際測試，以研究如何設計未來的智能能源供應，以及如何建立智能能源系統(tǒng)。專家們正在利用示范區(qū)開發(fā)和測試新技術、流程和商業(yè)模式，并為能源部門數(shù)字化帶來的技術、經(jīng)濟和監(jiān)管挑戰(zhàn)設計解決方案。正在制定如何將能源行業(yè)數(shù)字化的藍圖，然后可以在德國和世界各地多次應用。

其中很重要的一個項目就是數(shù)字市場平臺的設計，該平臺將使能源和靈活性服務能夠有效交易（基于區(qū)塊鏈和基于云的使用）。這些市場平臺將使捆綁和使用分布在許多不同系統(tǒng)中的靈活性成為可能——不僅是風電場等大型發(fā)電系統(tǒng)，還有私人家庭小型儲能系統(tǒng)。在 SINTEG 中開發(fā)和測試的第一個用例將涉及網(wǎng)絡運營商在遇到瓶頸時使用這些靈活性來優(yōu)化網(wǎng)絡運營。這有助于穩(wěn)定電網(wǎng)并確保其以具有成本效益的方式運行。

SINTEG項目還正在開發(fā)和測試新的數(shù)字業(yè)務模型，這些模型由于能夠合并、處理和分析與能源相關的數(shù)據(jù)而出現(xiàn)。許多數(shù)字初創(chuàng)公司也參與了這項工作。此外，正在調(diào)整標準，以便它們也可以應用于智能能源系統(tǒng)內(nèi)的新技術和已更改的流程。現(xiàn)代信息和通信基礎設施也在開發(fā)中，其中包括部署 4萬 多個智能測量系統(tǒng)，并為網(wǎng)絡配備更多傳感器，以改善對網(wǎng)絡狀態(tài)的監(jiān)控。以SINTEG條例為監(jiān)管依據(jù)，SINTEG由此成為能源轉(zhuǎn)型數(shù)字化的監(jiān)管箱。

這些新的數(shù)字化嘗試正在逐漸融合到能源轉(zhuǎn)型的進程中，在未來也是加快這一進程。

數(shù)字化的方向

德國的電力系統(tǒng)正在向清潔的以分散的可再生能源為主體的系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，由于分布式可再生能源發(fā)電、電動汽車和熱泵等的更多使用，活躍市場參與者的數(shù)量正在大幅增加。這種發(fā)展和可再生能源發(fā)電的波動性迫使能源網(wǎng)絡進行重組和靈活化。

為了引領能源轉(zhuǎn)型取得成功，需要協(xié)調(diào)能源生產(chǎn)和消費，并以靈活和智能的方式管理能源流動。能源系統(tǒng)數(shù)字化有助于以經(jīng)濟高效的方式有效應對這一挑戰(zhàn)。

未來，數(shù)字市場平臺、智能測量系統(tǒng)和智能變壓器等數(shù)字技術將使發(fā)電廠、網(wǎng)絡、消費者和存儲設施都集成到智能能源網(wǎng)絡中。在能源基礎設施中以緊密間隔分布的大量傳感器將在一天中的每一刻監(jiān)控和記錄其狀態(tài)。然后可以通過數(shù)據(jù)平臺在能源系統(tǒng)的不同部分之間交換這些信息。

在能源網(wǎng)絡中捕獲的所有數(shù)據(jù)也將用于改進對發(fā)電和消費的預測，以便能源系統(tǒng)中的各個組件以最佳方式協(xié)同工作。

電力將以多種方式靈活使用，從為電動汽車充電到在工業(yè)中產(chǎn)生蒸汽。虛擬電廠將各種發(fā)電設施和存儲設施捆綁在一起，以便能夠更靈活地應對變化。自動化交易平臺將確保協(xié)調(diào)能源生產(chǎn)和消費的成本保持在較低水平。

德國公用事業(yè)公司將分散式能源生產(chǎn)、高效電力使用和電網(wǎng)靈活性的協(xié)調(diào)視為在德國能源部門應用數(shù)字技術的最重要領域。未來 10 年將是能源行業(yè)發(fā)生根本性變化的時代，因為越來越多的公司利用數(shù)字化，有可能將短期收益提高 3% 至 4%，將長期收益提高 25% 或更多。

為應對數(shù)字化、電氣化、能源轉(zhuǎn)型，德國能源部門正在經(jīng)歷一場大規(guī)模變革。在短期內(nèi)，公用事業(yè)公司將繼續(xù)專注于他們的主要優(yōu)先事項——財務績效、卓越運營和客戶滿意度。新進入者的商業(yè)模式圍繞技術創(chuàng)新和分布式發(fā)電，例如虛擬發(fā)電廠和能源存儲。少數(shù)傳統(tǒng)公用事業(yè)公司將盡早進入數(shù)字革命，整合和簡化其業(yè)務，以創(chuàng)造額外的客戶價值。從長遠來看，比如未來 5 到 10 年，能源部門將去中心化，提供更加個性化的解決方案，并將現(xiàn)有產(chǎn)品和服務與其他部門的產(chǎn)品和服務相結(jié)合。

能源轉(zhuǎn)型成功的關鍵因素是整個組織及其員工做好接觸和獲取數(shù)字價值的準備。“然而，德國在數(shù)字化的許多領域還有很多事情要做。這涉及缺乏熟練工人、行政數(shù)字化以及寬帶的擴展等問題。數(shù)字技術有助于降低能源轉(zhuǎn)型的成本；更好地利用稀缺資源，通過更快、更直接的溝通為客戶提供更好的服務。但游說團體表示，日益數(shù)字化也將導致更大的電力需求，這凸顯了加快可再生能源推廣的必要性。

業(yè)內(nèi)人士呼吁建立一個創(chuàng)新的監(jiān)管框架以實現(xiàn)可持續(xù)的數(shù)字化，一種通過數(shù)字和物理基礎設施連接不同部門的綜合規(guī)劃方法，使用人工智能的新規(guī)則，快速推出寬帶基礎設施、各級公共行政部門的數(shù)字化推動，以加快轉(zhuǎn)型。

隨著德國加速經(jīng)濟脫碳，持續(xù)數(shù)字化和開發(fā)更靈活、更高效的電力系統(tǒng)對于德國能源轉(zhuǎn)型的下一階段至關重要。