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分布式能源与区块链

2018-2-8 8:56:54      点击:
      在信息文明阶段,不论是生产还是消费的组织形式,都具有明显的去中心化、扁平化、定制化的特点。分布式能源系统既可与这一新的经济社会组织形式相适应,又可作为集中能源系统的补充。
      能源的发展经历了从薪柴为代表的分散能源消费(可以认为是原始的分布式能源系统)到以电力系统为代表的集中式能源系统。随着技术进步,现代分布式能源系统又迎来了新的发展阶段。集中式能源系统围绕化石能源大规模开发利用而形成,在推动人类社会与经济的发展中,发挥了巨大的作用。但是,随着资源环境约束和气候变化的挑战不断加强,其负外部性也逐渐凸显。分布式能源系统具有近用户、高能效等特点,可以助推现代综合能源系统的转型。
      这一能源转型,既是随着能源技术的发展,比如,天然气分布式冷热电联供、分布式光伏、分散式风电、分布式储能、需求侧响应、分布式可再生能源供热等技术发展,带来的能源系统从分布到集中再到分布的螺旋式上升。同时,也是人类社会从农业文明进入工业文明,而后进入信息文明,能源系统服务于经济社会系统的内生需求。
      随着人类进入信息文明阶段,不论是生产还是消费的组织形式,都具有明显的去中心化、扁平化、定制化的特点。为适应大工业时代而产生的集中式能源系统难以完全适应这一要求。分布式能源系统的发展,既可以与这一新的经济社会组织形式相适应,又可以作为集中能源系统的有益补充。 
      分布式能源具备的互联网特征
      分布式能源具有多源、多点及与需求侧密切互动的特点,是一个开放式的能源系统。与传统发输配售及源网荷储的集中电力系统相比,各种不同节点的主次地位将不再是截然不同,能源生产者和消费者的定位也不再是泾渭分明,可以说分布式能源具有互联网的某些典型基本特征,为将来构建具有互联网经济特征的分布式能源商业模式,提供了无限的想象空间。
      1)点对点(Peer to peer):分布式能源多源、多点的特点具有和信息互联网类似的网络拓扑结构。点对点之间,形成了信息流与能源流的双向流动与交换需求,进而产生了双向资金流的交换需求,从而具备了互联网中去中心化交互的基本需求。
      2)产消者(Prosumer):分布式能源系统的建设,相对于集中式系统,投入少、建设周期短。而且,从一般的家庭级、到单体建筑级、社区级、工业园区级,系统的规模根据需要可大可小。与集中式能源向比,分布式能源形成了相对开放的能源系统。同时,这些系统的拥有者,既是能源的生产者、供应者,也是能源的消费者。能源生产者和消费者的界限逐渐淡化,呈现出人人都是能源生产者,人人都是能源消费者的局面。产消者的出现,改变了传统能源的消费模式和消费理念,实现了互联网经济中“开放对等”的基本特性。
      分布式能源中,由于风能、太阳能等能源间歇性及波动性的特点,决定了能源供给在时间轴上的变动,而用户需求波峰、波谷的存在,也决定了能源需求在时间轴上的变化。虽然分布式能源具有天然近需求侧(用户)的特点,但是,由于能源供给与需求在时间轴上的不一致,形成了不同区域能源供给与需求的不平衡。如何实现这一时间与空间轴的匹配,发挥其耦合效应,正是互联网经济要解决的核心问题。
          综上,分布式能源系统,既具备了互联网的基本特征,又具有互联网经济要解决的核心问题,通过借鉴互联网经济多源、对等、共享、定制化、注重用户体验、强调构建生态系统等经营理念和经营模式,由集中式能源系统与分布式能源系统耦合,将能源的生产、储存、运输和消费互联网化,实现能源和信息双向流动的交换与共享,满足用户多样化的能源需求。通过从纵向和横向两个方向开放合作,深化整个产业链的协同,实现资源共享、信息共享、利益共享、风险分担,逐步构建分布式能源的商业生态系统。
      能源业态互联网化面临的挑战
      分布式能源系统虽然具备了与信息互联网类似的业态基础,但是,由于能源与信息的区别,仍然面临着不少挑战。
      1)交互机理不同。在日常的经济、社会和生活中,人与人之间、机器与机器之间、人与机器之间、各种不同类型的系统之间,每天都产生着大量的双向信息交互需求。信息既是交互的起点、也是交互的结果,具有强大的互联互通的需求。互联网经济的旺盛生命力也正是来源于此。而能源的交互,植根于时空轴上能源生产与消费相匹配产生的需求。这种交互,与信息交互相比,规模和数量等相对有限。
      2)边际成本不同。信息一旦生成,可以无限复制,共享的边际成本可以认为是零,而收益则是由其自身的知识产权、信息价值等决定,理论上可以通过共享实现1+1+……等于无穷的效果。信息互联网天然具有共享经济的基因,这也是互联网经济蓬勃发展的强大内生动力。而能源的基本属性是守恒性,可以转化,但不能复制。能源的边际成本显然是远大于零的,这就为能源的共享提出了挑战。
      3)存储成本不同。随着计算机软硬件技术的不断进步,信息的存储成本大幅降低,其边际成本逐渐趋于零,从而推动了大数据与云计算等技术的发展。基于此,可以根据海量数据的分析,不断了解客户需求、提高客户体验,进行定制化的生产和服务等。在分布式能源系统中,电池是目前的主要能源储存形式,高成本仍是其大规模发展的主要制约因素,尚未达到突破的临界点。
      上述这些区别,既是能源业态互联网化中面临的挑战,同时也蕴含着无穷的机遇。比如,随着光伏产品、风机等成本的逐步下降、规模的不断上升,风电、光电的边际成本不断降低,尤其是弃风弃光部分的成本,从某种程度上,可以认为接近于零,将成为能源共享的一个主要突破口。德国电制气示范项目,正是这一业态的萌芽形态。电制气项目的竞争优势主要有三个方面。第一,实现了低成本清洁能源的存储。将边际成本很低的富余风电及太阳能等清洁能源,通过氢气或者天然气的形式存储起来,提高了清洁能源的利用效率。第二,提高了能源的可及性。与电力输配相比,天然气运输更为灵活多样,既可以通过管道运输,也可以通过LNG运输。从而,可以将能源送达电力输配网暂时无法连接的偏远地区,提高了能源的可及性。第三,为化工行业提供清洁原料,减少了碳排放。通过电制氢,可以将可再生能源的间歇性与化工行业的碳减排需求相结合,达到了整个系统的零碳排放,实现了两个不同行业的耦合双赢。从目前来看,电制气项目还是以服务大型风机等集中式系统为主。但是,随着制氢技术的不断升级、成本的逐渐下降,将电制氢与氢燃料电池汽车、住宅式的氢燃料电池系统、以及工业园区工业用氢相结合,将形成家庭式及工业园区式风能、太阳能与氢能耦合的新型分布式能源系统,拓展出新的商业模式创新。
      另如,从信息互联网经济开始,支付就是分散式交易面临的一个巨大挑战。随着分布式光伏、小型风机等分布式能源的装机容量不断增加,出现了越来越多的能源产消者,当生产的能源超过产消者自身需求时,在本地化能源用户之间进行能源交易的必要性不断增加。而且,这些交易具有额度小、频次高、参与者分散等特点。如何构建与分布式能源交易这些特点相适应的平台,允许以较低的交易成本、较高的安全性进行大批量小规模的交易,可以有效提高分布式清洁能源的利用效率,更好地实现区域的能源平衡。
      基于区块链的创新项目受追捧
      服务于这一目的,基于区块链的平台越来越受到关注。区块链的网状结构与分布式能源系统的物理结构吻合,同时其去中心、信息高度透明、难以篡改的特点,又能满足分布式能源实时、动态、分散交易的要求,实现自动化、点对点交易,无需依赖电力公司等第三方中介结构。基于区块链的创新项目在过去几年迅速增长,其中,包括美国Lo3 Energy的布鲁克林微电网项目、德国创业公司StromDao的自适应虚拟电厂项目、德国电力集团RWE子公司innogy SE的电动汽车充电管理系统等。这些项目也受到了传统电力公司越来越多的重视,比如创业公司Conjoule GmbH在A轮融资中,得到了日本东京电力公司和Innogy SE 450万欧元的联合投资,用于开发基于区块链的能源交易平台。
      区块链和可编程的智能合约实现了点对点、可信任、大批量、小规模、分散化、低成本、安全的自动化实时交易。随着技术的不断成熟、覆盖范围的逐步扩大、相关监管和交易政策的不断完善,可以促成更广泛的能源产品和服务竞争,对推动能源市场和碳市场的发展,具有积极意义。未来,可以将其推广到充电桩共享与分时租赁、电动汽车动态平衡存放电管理、绿色电力证书交易、碳排放权证交易等方面。从而,为不同类型能源产品和服务提供商之间的竞争提供一个新的平台,实现对能源的生产、配送和交易的数字化精准管理,充分体现不同类型能源在不同时空范围内的真实价值。
      再如,氢燃料电池具有零排放、无污染、高效率的特点。但是,由于氢气的生产、储存和运输等产业链还处于前期发展阶段,大面积推广氢燃料电池系统的各种终端应用仍面临着不少挑战。日本的住宅燃料电池系统ENEFARM基于现有的城市燃气系统,不用再增加新的储氢和输氢设施的投入,将城市燃气重整制氢设备与燃料电池相结合,在住宅等消费终端完成氢气的转化和利用,具有很强的现实意义。而且,其推广过程中,既有政府补贴的市场培育、又有城市燃气公司与设备制造商的紧密合作,实现了ENEFARM产品的导入、培育和成长。从而,城市燃气公司从单一的一次能源供应商,转型成为综合能源产品和服务的提供商,形成了与电力公司在电力市场的竞争格局,有利于提高能源效率、降低能源使用成本、增强了能源供应保障、减少污染物和碳排放,具有经济和社会双重效益。未来,随着氢燃料电池技术的不断成熟和成本逐步下降,其竞争优势将进一步加强。
      还有,储能的成本高是行业的共同挑战。反过来,如何降低储能系统的成本、提高储能系统的效率、做好储能系统的集成优化,将是分布式能源提供商的核心竞争力所在。在这一领域率先取得突破的生产者,将占领这一行业制高点。
      更为重要的是,信息互联网现在取得的种种技术和商业成就,比如云计算、大数据、各类商业生态系统的竞争模式,正好为能源业态的互联网化提供了强有力的支撑。如何更好地实现信息网、能源网和物联网的三网深度融合与集成,也将是商业创新的主要领域。这里,不再一一列举。相信在未来的商业实践中,将会通过应对这些挑战,形成各种不同类型的突破点和商业创新。
   
      (摘自中国储能网)