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能源区块链风口这次真的来了,国内外已有应用案例,中国应如何发展?

电气思享 2019-11-01 12:36

  

  曾经在能源电力领域燃起星星之火、却一度陷入沉寂的能源区块链,这次迎来了真正的风口。

  10月24日下午,在中共中央政治局召开的第十八次集体学习上,习近平强调,要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口,明确主攻方向,加大投入力度,着力攻克一批关键核心技术,加快推动区块链技术和产业创新发展。要推动区块链底层技术服务和新型智慧城市建设相结合,探索在信息基础设施、智慧交通、能源电力等领域的推广应用,提升城市管理的智能化、精准化水平。

  事实上,在全球范围内,区块链在能源电力领域已经拥有众多应用案例,并且我国近几年也已经展开了深入研究。

  区块链技术作为一种革命性的去中心化技术,可增加能源电力领域多利益主体的相互信任,正成为当今能源电力领域的一个重要的新方向。但是目前绝大部分项目都不太成熟。

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  美国纽约布鲁克林微网项目

  美国是全球能源区块链技术开发与应用实施最活跃的国家之一,其较为先进的科技水平、较好的融资环境等条件均为能源区块链的技术研发与商业应用提供了较好的条件。

  美国纽约布鲁克林社区的TansactiveGrid项目是世界上最早投入实践的能源区块链项目。该项目由美国新创能源公司LO3与区块链技术研发商ConsenSys共同开发。

  

  纽约布鲁克林 TansactiveGrid项目示意图

  在该项目中,共有10个家庭参与。其中,5家安装了屋顶光伏发电系统,为供电家庭;另外5家为购电家庭。整个项目采用 P2P的直接能源交易,无需经过第三方的电力运营商。智能电表底层应用集成了基于以太坊区块链智能合约功能,可对用户的发电、用电以及交易电量等信息进行采集,并将数据同步上传至公共区块链网络平台上。智能电表记录的发电量数据,可以为区块链技术平台创建代币,代表供电家庭屋顶光伏的剩余电量。这些代币就代表着屋顶光伏发出清洁电能的总量,虚拟代币可通过区块链智能钱包进行交易。

  通过该项目,社区内的居民可以节省购电费用,而且配置屋顶光伏的居民用户可以将剩余电量直接出售给用户,获得收益。布鲁克林微网项目对美国以及全球的能源区块链项目起到了示范作用,推动了相关 P2P分布式电力交易的发展。但是,布鲁克林微网项目的试验规模较小,总共只有10个参与用户,只是证明了小规模微电网进行分散电力交易的可实施性,但对于较大规模的微电网还需进行下一步验证。此外,由于纽约市不允许个人直接参与电

  力交易,布鲁克林微电网项目曾一度被叫停,能源区块链项目对政策的依赖性极高。

  欧盟Scanergy项目

  根据欧盟“2050 能源路线图”,欧盟将在 2050年减少80%的温室气体排放。能源区块链技术可支撑分布式能源的P2P直接交易,所发电能无需远距离及升降压传输,交易不必通过传统中心化、集中式的模式,可促使能源就地消纳,降低长距离输电造成的线路损耗,提高能源效率,Scanergy项目是受到欧盟第七框架计划资助项目之一。

  Scanergy项目同样基于以太坊的智能合约通用平台。电能生产者向配电网输入、售出绿色电能时,配网运营商会进行确认,确认成功后智能合约将会生成相应的虚拟代币(NRGcoin)并将代币提供给绿色电能生产方。当购电方期望购买绿色清洁能源时,需使用NRGcoin支付。可使用欧元、美元等货币在外部交易市场购买NRGcoin,1kW·h 的绿色电力被规定永久等价1个 NRGcoin。

  

  欧盟Scanergy项目整体示意图

  该项目具有的优势:①交易简单,可激励用户参与电力市场;②清洁电力价格被控制在合理的区间内,不会使得市场交易过于混乱;③电力交易采用虚拟代币,具有可信任性;④各方均可获益。

  不可更改的区块链智能合约消除了绿色能源生产者对市场政策变更的担心,为消费者提供更加优惠的绿色能源,无论外部电价如何上涨,原先低价购买的 NRGcoin仍然可以购买1kW·h的能源,降低政府对可再生能源的扶持补贴成本。对电网运营商而言,可降低电网峰值负荷,延缓电网升级改造费用。

  尽管欧盟Scanergy项目具备许多优势,但仍存在一些不足之处:目前,监管政策尚不明确,阻碍了大众对能源区块链项目的接纳。此外,该项目的经济模型、交易安全、数据隐私等方面亟需完善。

  德国电动汽车Share&Charge项目

  目前,德国正在大力推行能源转型,推广电动汽车的使用并考虑禁售燃油汽车。然而,充电设施数量不足、充电交易不透明、各家充电公司支付协议和支付方式不统一等因素制约着电动汽车的发展。

  共享充电桩被认为是区块链技术最适用能源方面的领域之一。德国 Share&Charge项目是将区块链技术应用在共享充电桩领域的项目之一。

  

  Share&Charge项目示意图

  私人和商业充电站可以在Share&Charge平台上将充电桩进行共享出租,并可以设置充电价格、费率等信息。当电动汽车需要充电时,车主通过手机软件搜索附近的共享充电桩并可查看相关电价信息。充电时,通过智能插座与共享充电桩进行连接并使用手机进行确认,同时,可查看充电数据、交易记录等信息。

  该项目基本工作原理是通过区块链技术的分布式记账实现交易双方的计费透明化,增进交易双方信任。该项目可激励私人充电桩进行共享,增加充电桩的使用率,解决电动汽车充电难的问题,促进电动汽车的发展,实现节能减排与能源转型。该技术已被推广至美国加利福尼亚州。但目前该项目的发展也受到一些现实条件的制约,例如:监管法规和手段不明确,如何在不影响用户体验的条件下对用户的区块链私人密钥进行安全维护等问题。

  浙江电力营销合同管理应用项目

  随着电力体制改革的深入,售电公司等新型利益主体日益增多,电力市场交易日益活跃。在传统电力交易中,电力交易数据的真实性一般由电网公司负责担保。电力数据一般被集中保存在电网公司营销数据库中,交易信息容易被恶意篡改,其数据真实性与可信度易受到质疑。为增加电力营销电子合同的真实性与可信度,国网浙江电力有限公司与国网信息通信产业集团有限公司共同开发了基于区块链的电力营销合同管理系统。

  该项目以区块链技术为基础,对电子合同的交易信息保全、积分兑换与累积等方面进行研究。当电子合同签署后,电子合同数据不仅会保存在电网公司,还会同步转发至公证处和司法鉴定机构。区块链技术可以用来确保各方存储的电子合同数据信息的一致性。此外,公证处和司法鉴定机构还可以为这些数据的真实性提供担保,提高电子合同数据信息的权威性和可信赖性。

  但是该项目对区块链的应用场景比较单一,只涉及电子营销合同管理,且目前处于理论研究阶段,未在国家电网电力营销系统内大范围推广。

  蛇口能源区块链项目

  招商局慈善基金会、北德认证(TÜV NORD)、熊猫绿色能源集团以及华为公司等机构公司联合发起建设了全球首个基于区块链技术、促进使用清洁电能为主的社区公益项目。项目以“推动绿色技术创新体系,推进能源生产和消费革命”为目标,主要研究通过基于区块链技术的智能合约对发电方和用电方进行关联,满足青睐绿色清洁电能的低碳环保家庭用电需求。

  在该项目中,分布式光伏电站可以将每日发出的绿色电能通过能源互联网平台提供给示范社区内的用户。在该项目初期,社区内的首批100名电力用户志愿参与绿色清洁电能虚拟交易。用户可直接在平台上选择使用可再生能源或传统能源,二者的电价相同。当用户选择可再生能源时,底层的区块链技术将自动生成智能合约,直接将分布式光伏电站与用户进行配对,实现P2P直接虚拟交易。同时,TÜV NORD将对选用可再生能源的用户进行认证并出具电子证书,证明其所使用的是绿色清洁电能,可以促进用户对清洁电能的使用与接纳程度。

  目前,该项目正处于落地建设阶段,属于一个规模较小的社区公益项目,可能会出现投资较大、收益困难的局面,且电网公司在该项目中的参与度较低,其有效性有待进一步观察。

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  虽然以上能源区块链工程取得了一定程度的进展,并实现了项目的初步落地实施,但仍然面临着一些挑战与关键技术问题。

  山东理工大学电气与电子工程学院赵曰浩团队和广州供电局副总经理刘育权在联合署名的一篇论文中指出,纵观全球能源区块链发展动态,通过上述国内外应用工程的对比分析,可以得出以下结论:

  一、在能源区块链的建设与发展上,国内外的应用工程均利用区块链技术所具有的独特优势,解决能源领域内的可再生能源消纳、电力分布式交易、多利益主体间的缺乏信任等问题。

  二、能源区块链最核心的优势是开放透明、去中心化,可以保证不同利益主体间的相互信任。因此,在各个应用工程的建设中,均强调信息透明公正、安全可靠的理念。

  三、全球大多数的能源区块链项目首选以太坊作为平台。以太坊是一个开源共享的具有智能合约功能的公共区块链平台,可以降低能源区块链平台的开发难度与成本,方便实现各类智能合约。

  很多国家已将区块链技术纳为一项革命性技术并大力推广其在能源领域使用。在政策上,鼓励支持发展能源区块链技术,在能源利用模式上,抢先占领制高点,在这方面,美国无疑已经处于领先地位。

  通过国内外应用工程对比,可发现中国在以下方面存在明显差距:

  一、能源政策方面。中国分布式发电市场化交易试点处于起步阶段,分布式电力交易活跃度与正规程度远不如发达国家。这方面主要是因为发达国家开展电力分布式交易较早,电力市场机制已经比较成熟。同时,许多项目得到了政府的科技项目资金支持与电网公司的支持与帮助。

  二、金融政策方面。中国在金融政策方面监管较为严格,禁止“比特币”等各类虚拟加密货币的发行与流通。国外的金融市场监管政策较松,国外一些能源区块链公司可以通过发行Solarcoin、NRGcoin等虚拟代币进行融资,以促进项目的实施开展。在国内,前期以发行代币进行融资建设的能源区块链项目落地存在困难。

  三、多学科新技术交叉融合方面。中国的能源区块链领域中能源技术与互联网新兴技术相对隔离,未能实现能源与互联网的深度融合。现有的能源区块链项目未能将人工智能、大数据分析等新兴信息技术完全考虑入内。

  四、项目落地建设方面。中国的能源区块链落地项目较少,建设与运营经验不足。能源区块链项目在多数发达国家已经落地起步,并积累了一定的项目经验与人才技术。

  未来中国要实现互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的“互联网 ”智慧能源,实现能源领域“设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放”,需要将最新的互联网理念、先进信息技术与能源产业进行融合。因此,有必要对区块链技术应用于能源领域进行研究探索。

  通过总结以上国内外相关应用工程的经验,山东理工大学电气与电子工程学院赵曰浩团队和广州供电局副总经理刘育权在联合署名的论文中,对中国发展能源区块链给出了如下建议和意见:

  一、完善能源政策体系。目前,能源区块链项目落地与发展需要比较完善的分布式电力交易市场,受电改政策以及其他各类能源政策的影响程度很大。电力体制改革的进一步深化可以使个人或者企业都有机会成为售电主体,为基于区块链的P2P电力交易创造可能。

  二、制定监管措施与健全监管体系。国家相关能源和金融监管部门应尽快制定监管政策,加快完善各项相关法律法规,将能源区块链技术纳入合理合规的监管框架内。同时,注意平衡好监管与创新发展的问题,尽量避免出现监管不当阻碍能源区块链技术发展的问题。

  三、注重核心关键技术研发,尤其加强底层技术的研发力度。加强共识机制、安全算法、智能合约、数据分布式存储等核心技术的研发。着重对构成区块链系统的数据层、网络层、共识层、激励层、合约层等底层技术进行研究,并致力打造具有自主知识产权的国产区块链技术平台。此外,还需对信息安全防护等级较高的电力等能源行业应用区块链技术可能存在的问题以及应对措施进行讨论研究。

  四、推进新型能源设备的研发。能源区块链项目的实现与运行需要新型能源设备作为支撑,需要诸如基于区块链底层技术的新型计量设施与通信设备,实现多种能源交易信息的采集与传输。

  五、积极参与制定能源区块链国际通用标准。目前,能源区块链领域尚缺乏统一的国际通用标准,国家相关能源部门或协会可以联合国内外相关产学研单位制定相关标准与体系,发挥积极作用,提高中国在相关领域内的国际话语权,建立能源区块链的国际基本体系标准。

  六、积极探索区块链在能源领域的应用,有计划地组织若干能源区块链项目落地应用。国家科技部门可以考虑设立相关科技创新计划,为能源区块链项目的理论研究与应用示范提供必要的科技经费支持。对能源区块链的典型应用场景,开展可行性研究。两大电网公司以及其他相关能源企业也可开展小范围试点,以探索能源区块链相关技术、经验,待条件成熟时向全国进行推广应用。

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  来源:能见Eknower

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