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带你走进德国综合能源系统转型的背后

作者:周晋羽 来源:交能网 发布时间:2019-07-24 浏览:
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中国储能网讯:德国向来是新能源产业的领导者和推动者,作为能源的消费大国,本国化石资源匮乏,因而政府大力推动其能源结构的转型,设立转型目标,通过对可再生能源的扶持,技术的创新与研究,以及法律政策与市场经济的保驾护航,为其综合能源系统注入源源不断的生机与活力。

在综合能源系统的转型进程中,行业耦合 (Sektorkopplung) 扮演了十分重要的角色。从能源供应部分, 到运输部分,再到消耗部分,互相衔接,多能互补。但转型不仅仅是行业的耦合,由于其复杂性与广泛性,转型任务也从技术创新层面扩展到了基础设施与市场的建设,从客户行为的分析,监管框架的构建延申至了各种商业模式的开发,彼此之间相互作用,协调平衡,从而逐步实现德国2050能源计划的宏伟蓝图,转变为高效智能的综合能源系统。

转型中行业边界的模糊

在综合能源系统中,从专属技术,到基础建设,再到市场规划,其组成的每个部分都有特定的边界条件。近几十年来,法律条款不断被完善,专属商业模式和价值链也得到了不同程度的开发。由于在每个领域其客户的需求与期望并不相同,因而在传统的能源系统中,各个行业的界限往往清晰明了,运作方式也尽然不同。

但随着转型的加速,能源结构出现了全新的变化。可再生能源的快速发展与扩张,尤其是在电力领域,对系统的灵活性提出了更高的要求。能源的传递不再是单向的,传统的耗能端也可对生产端的波动做出相应的反应。无论是生产设备,储能设施还是电动汽车,均可以根据电网的状态调整需求,提供更灵活的服务。越来越多的能耗端通过分布式能源设备成为了产能端,尤其是在建筑领域,通过内部的小型综合能源系统,实现了能源的消耗,生产,储存以及输送的全面覆盖。

同时通过数字化实现对能源系统组件的协调与控制,在能源网络的协助下,固有的系统边界被突破,与外部系统的连接成为了可能,彼此相连下组成一个庞大的综合能源系统。而消费端的大数据,也为各种商业模式提供了扎实的基础与依据,通过各种算法实现对设备运行的智能化控制,使用过程更加的稳定和高效化。传统能源系统的价值链被改变,行业边界被模糊,跨领域的价值网络逐步形成扩大。

国内到国际的一体化进程

转型需要各个层级的协作配合。小到某个能耗端小型能源系统的生产,转换与存储,再到整个建筑单元甚至一片区域。从城乡间跨地区的平衡,到国家级别乃至对国际能源市场结构的融入,由低到高,环环相扣。这需要企业与社区,城市与农村,国家与国家之间的紧密合作与分工。由于欧洲各国家的能源系统各有特点,因而彼此之间的合作会更加复杂多变。能源市场之间的联合,可再生能源领域的互补,为能源供应提供更加安全的方式。放眼全球,工业与科技领域之间的竞争和创新,从横向到纵向,都为德国的能源转型提供源源不断的动力,为参与者制造更多的商业机会。

系统内部的相互协作

目前可再生能源的覆盖大都发生在电力系统,其中风能和太阳能首当其冲。通过工业生产中基于电解的工艺,建筑领域中的电气设备,以及交通领域的电动汽车等的扩大使用,可以大力提升对新能源发电的使用效率。此外,在系统电气化逐步饱和的趋势下,供热与制冷领域仍有很大的开发空间。近年来,对老旧建筑的翻修需求一直在上升,例如热泵往往需要低温和低温差的环境下工作,因此对建筑物的热学特性提出了更高的要求。在运输领域,货运及航运也面临着新的挑战,未来对电与环保燃料的需求会有大幅的提升,与此相关的基建会很庞大复杂,投入成本高,更需要系统内部紧密的协作。

社会的接纳度

除了有效环保地使用能源外,经济成本,供应安全以及社会接纳度也十分重要。例如在可再生能源的建设中,风能发电机的选址和输电网的线路常常有所争议。此外建筑节能与翻新的投资,工厂的现代化改造,虽然可以为公司,政府以及个人获得未来经济上的回报,但目前仍不是理想的投资选项。因而社会接纳度的提升在德国综合能源系统的转型中有着不容忽视的影响力。

跨学科的交流

由于综合能源系统的复杂性,需要从各个维度进行优化,因而跨学科、跨行业的讨论与沟通显得尤为重要。在这个动态过程中,各方灵活参与其中,提供不同视角的解决方案,互相学习借鉴。政府、社会与学术界保持紧密的对话,目前德国综合能源系统的转型项目由60多个来自各行业的研究机构和合作伙伴共同出力。

综合能源系统转型的目标与路径

为了实现对转型进程的有效评估,探索系统转型的可能途径,德国设立了四种基于不同发展角度的目标场景以及一个参考场景,总体上分为两大类:一类是电气化方案,另一类是技术组合方案。在每一类里又模拟了两种不同目标,分别为电气化80 (EL80)和技术组合景80(TM80) ,以及电气化95革新(EL95)以及技术组合95革新(TM95)。80与95是衡量温室气体排放量较1990年的减排百分比。这里的参考场景是基于目前耗能终端的历史数据和当前政策与技术发展水平延续的假设前提下设立的,其他四类目标场景会和参考场景(RF)进行比较。

以上所有模拟情景,均分别对耗能终端领域即建筑,工业和交通设立了不同的转型路径。这些由参与德国能源署(dena)旗下该项目研究的所有专家和学者特别制定的发展方案,奠定了德国综合能源系统的转型方向,提供了转型的路径以及边界的条件。

关键字:综合能源

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