高科技控制器和IT技术引领可再生能源发展
只有利用灵活的用电设备和电池补偿太阳能和风能供应波动，才能成功发展可再生能源。数字技术可以帮助解决该问题：智能系统可以将模拟电网转换为可通信智能电网，并保证连接供电和用电设备的虚拟电厂顺畅运行。
新型组合：阳光不总照射，风也时有时无。太阳能电池组和风力涡轮机并不总在需要时提供电能。因此，发电和耗电需要更好地同步。
因此，如何放开对能源转型的制约成为一大难题。原计划用新的电线将北海海岸的风能传输到南方，但是由于铺设地下电缆的时间超出了计划的时间，网络扩展中断。不仅如此，对受天气影响且不稳定的绿色能源生产进行有效控制也是一大挑战。
太阳能阵列和风力发电厂已经可以为德国提供三分之一的所需电力，到2050年，这个比例将升至100%。专家认为，对于可再生能源的市场营销来说，目前迫切需要技术调整和新的业务模式。
“我们依赖的这种发电类型十分不稳定，分布不均且涉及众多小型电力生产商。这为基础设施、电网以及之前通过可控制电厂获得的管理和灵活性带来了新的挑战，”来自Energy Brainpool的柏林能源营销专家Tobias Kurth解释说。
整个行业面临着艰巨的任务：
他们必须开发相关解决方案，以保持电网的稳定性。这样即使绿色能源的产量增加也能使频率保持在50 Hz。电池存储单元就是其中一项必备装置，因为该装置可以快速容纳多余的电流，然后在需要时再次放电。
举例来说，如果在大型风力发电厂的基地安装了该装置，那么存储的能源既可以用作平衡电力，补偿电网中的短期波动，又可以避免强制关闭风力涡轮机。电池与光伏电站的组合也同样合理。如果将太阳能电池与充电站耦合，那么电动汽车充电站就可以实现全天运营，从而为电动汽车提供太阳能。
电力供暖和电力天然气系统提供了更多的灵活性选项。它们可以将绿色能源转化为热能(使用电锅炉)，或是转化为氢，之后通过电解生成甲烷。热能可以供应到当地的集中供热网，天然气可以在现有的天然气网络中存储更长时间，然后供应到住宅区、电厂和燃料站。
项目包括：利用多余的风能生成天然气或热能，供应当地的热泵或电动汽车，使用架空线路建立电动卡车或巴士的测试路线。这也有助于风能领域的快速扩展，”柏林工程应用技术大学可再生能源技术教授Volker Quaschning解释道。
然而，对电池等潜在灵活性选项的开发并不是唯一挑战。电池还必须与分布式供电和用电设备联网。能源主要来自由太阳能电池组和风力涡轮机等成千上万生产设备组成的系统，并在多个方向以多种组合形式流动：类似互联网中的数据。
能源转型中的艰巨任务：Energy Brainpool公司的Tobias Kurth认为，能源市场正在面临一个转折点。
从供应商到“灵活设备”
未来不仅是分配能源，还必须对其进行管理。
万物互联 传统能源供应商的时代已经过去。除了分配能源之外，分布式供电和用电设备之间的相互作用也必须进行智能协调。这需要复杂的数字化战略和业务模式。
好消息是，pwc consulting执行的一项研究表明“德国的能源供应商正在向数字化转型”，有超过三分之二的能源生产企业认为寻找分布式能源解决方案十分重要，并将数字化看作提升其过程效率的杠杆。
数字化的潜力会随着整个能源增值链增加。吸引商业和工业消费者的方法之一是根据绿色能源的可用性为电力进行灵活的定价，即当太阳能阵列和风力涡轮机生成大量能源时，供应商以较低的价格供应电力。这可以鼓励消费者根据发电量的波动来调整自己的使用情况。
这仅仅是第一步：“越来越多的家庭使用小型CHP和太阳能模块自行发电。他们不再是消费者，而是产消者，因为他们既消耗电力又会将多余电力输送到电网中，”Kurth解释道。如果将这些家庭联网到一起，那么他们就可以平衡彼此之间的供应和需求。
虚拟电厂正是按这个方向发展的。将沼气、太阳能阵列、风力涡轮机、CHP、热泵、应急发电机和电池等分布式生产设备与智能控制技术组合在一起，形成一个灵活可控的组合。网络运营商可从注册供应商处获得平衡能量，用以补偿更高级别输电网络中的波动。
一些公司已经在使用虚拟电厂来提供此种服务。市政合作企业Trianel将发电和存储技术运用于平衡能量库中，总输出量达到700多兆瓦。事实上，Trianel电厂的沼气系统、存储设施等依然照常运行。如果供电网络运营商需要平衡电力，那么控制系统会计算并选择合适系统，然后在控制中心对其进行控制。Trianel电厂的优势在于它由400个独立的系统组成，灵活性水平更高。因此它可以很好地缓解短期波动。
2017
德国消耗的电力中，将有33%来自可再生能源；到2035年，这一数字将升至55到60%。
(来源：BMWi)
5200亿
代表截至2025年，发展可再生能源的总成本。
(来源：DICE)
76%
的能源供应商希望使用数字化技术来优化业务流程和网络经济。
(来源：pwc)
64%
的能源供应商已经注意到客户需求的变化，例如数字化联系渠道、更高的服务预期以及不断提升的价格敏感度。
(来源：pwc)
91%
的企业和高校认为，IT安全是数字化成功的重要话题。
(来源：VDE)
2025
由于数字化需求，四分之一的能源生产商将面临失败，进而从市场中消失。
(来源：pwc)
智能本地网络站(iLNS)也可以在数字化过程中发挥重要作用。早期的变压器是一种无源元件，可按固定比率将中压网络的电压降低至本地供应网络使用的低压。相比之下，iLNS可记录中压网络中的各种测量数据，并远程读取测量值。这样，网络运营商便可随时调整电压级别。
如果在天气晴朗的情况下供应了大量太阳能，导致电压升高，iLNS即可立即对此进行补偿。这将提高网络适应能力，避免出现瓶颈，以免最终限制可再生能源的扩展。
WAGO开发的产品有助于促进能源供应的数字化。为了将传统的本地网络站改造为智能网络站，必须以符合相关标准的可靠方式对主要和辅助组件进行同步。WAGO已经与项目合作伙伴携手打造出了相应系统，并采用全面的自动化技术。该网络站使用PFC200 XTR控制器应对中压，使用PFC200控制器应对低压，使用 e!DISPLAY 面板直接在LNS上实现测量和控制数据的可视化，并采用全自动连接技术。
基于CODESYS自由编程的WAGO控制器，通过数字量和模拟量信号(例如，通过Modbus RTU)采集分站不同系统的所有数据。随后将数据转化成供应商所需的通信协议(IEC 60870-5-101/-104或IEC61850)，再通过数据线路将数据传输到控制中心。
反过来，控制中心也可以通过WAGO控制器访问分站的系统(例如，不同制造商的中压配电柜、防护设备、测量系统)。WAGO控制器采用TLS1.2对数据进行加密，并通过受到特殊保护的连接(如符合BDEW白皮书的IPsec或OpenVPN)传输数据，从而保护数据流。
WAGO技术还可以为虚拟电厂提供安全通信和控制。连接到此类电厂的供电和用电设备使用不同的语言，因此几乎无法通信。而新型的开放式通信标准VHPready(Virtual Heat and Power Ready)可以改变这种现状。它的作用类似转换器，因此控制中心和分布式系统可以理解彼此的信息。VHPready借助使用统一数据点系统的预定义配置文件进行通信。
所有讨论已经达成一致：
能源转型需要新的网络。
然而，
应该如何以及在哪里进行目标扩展？
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在德国，电力总共会流经四个网络。如果是长距离传输，那么还要引入输电网络。电力要经过三个分配层级才能到达用电设备。为了确保不稳定的可再生能源能够长期进行传输，负责网络扩展的四家输电网络运营商Tennet、Amprion、50 Hertz和TransnetBW希望建造三条高压路线，总长度约3000 km。
计划的电力高速路中的高压、直流输电线路应该在不久后即可向德国南部输送高达八十亿瓦的电力，从而缓解德国北部风力发电区域的压力。
预计总成本：220到250亿欧元。在某些地区可能还会产生额外成本。德国能源署估算了配电网络(90%由可再生能源供应)的投资需求，截至2030年，总金额将达到250亿欧元。
文：HEIKO TAUTOR | WAGO
图：MANFRED H. VOGEL|vor-ort-foto.de，iStockphoto.com
图：ENERGY BRAINPOOL