为各国社会、政治、经济的发展提供重要驱动力

大家通常认为区块链可以解决世界上许多问题,但这项技术目前仍存在许多技术疑难和发展潜力。最近比特币爆炸式增长和猛然下跌的态势,迅速成为人们关注的焦点。区块链种类繁多,比特币就是其中一员。虽然比特币区块链的唯一作用是加密货币,但是最新技术表明区块链还可以应用于其他领域,比如能源。

1.1电力能源行业概述

简而言之,区块链就是管理并跟踪无限笔交易的一种安全、去中心化且高效的方式。点对点交易不是存储在中央服务器中,而是跨多个计算机进行复制,而且近乎实时地创建出一个记录交易的数据存储。而且为了确保交易安全,会通过加密技术以及数字签名来维护真实性及身份信息。

区块链技术是一种处理数据的方法,本质上是去中心化的数据库。以转账为例:如今大多数人都把钱存在银行里,认为银行能处理交易并记录账户余额。银行集中存储财务数据,且垄断该业务。每一笔交易都必须通过银行,且只有通过银行才能查看账户余额。区块链去掉了银行环节,允许人们直接进行交易。

电力是一种清洁高效、使用便捷安全、应用范围最为广泛的二次能源。它不仅可以方便地通过各种电器转化为声、光、热、力及电物理、电化学作用,还可以在导线中快速传输,在分配体系中无限划分。电力的这些优势,使它成为现代社会应用最为广泛的能源,是现代社会生产和生活的重要物质基础。随着各国工业化的发展,人类对电力的需求年年增长。能否提供大量廉价而优质、可靠的电力,直接关系国家经济发展的进程。

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和银行一样,区块链能确保有足够的资金进行转移并记录交易,确保数据安全可靠。然而与银行不同的是,区块链数据库没有所有者。相反,区块链网络是在个人电脑或维护交易数据库的“节点”上运行。相同的交易历史要么存储在大量去中心化的电脑上,要么像比特币一样存储在每台电脑上,这使得很难篡改系统。如果黑客想更改数据,就得同时攻击所有设备。

电力生产可以分为两大类:化石燃料生产电力和清洁能源生产电力。目前占主导地位的是化石燃料生产电力,特别是燃煤发电和燃气发电。可再生能源作为全球能源体系的重要组成部分,除降低温室气体排放外,为各国社会、政治、经济的发展提供重要驱动力,对保障世界各国能源安全、改善环境保护、增加各国就业发挥了重要作用。当前再生能源生产的电力比例不高,但明显呈现逐年增长态势。

比特币或许是最获认可的一种区块链应用了,而且已经开始挑战传统的货币交易。据剑桥大学的研究人员表示,近600万人正在使用加密货币来进行电子点对点交易,从而免去了中间机构的参与(例如银行)。也正是由于区块链技术的去中心化,以及可以从多地点访问的特性,比特币资金无法被冻结、扣押、没收或者扣留。

总之,区块链运行并不需要第三方,用户仍然可以获得安全性和信任感—不仅是账户金额,还有数据传输。

1.2产业链解析

电力新机遇

区块链真的会消耗能源吗?

电力工业产业链如下:

在电力方面,区块链能够提供一个可靠、快速又低成本的方式,去记录并验证金融及业务交易。这些交易可能包括出售与购买电力——亦无需通过中间人,而在这种情况下,现有的公用事业公司就会垄断市场。鉴于分布式(去中心化)能源资源(如电池和太阳能电池板)的迅速崛起,一些分析师甚至认为,能源行业的区块链应用市场会明显大于金融服务业。

区块链是否会消耗能源取决于区块链的“工作原理”,即确保交易的有效性。区块链的能源消耗与获取数据直接相关,即解决数学问题以验证交易并获得数据。

发电——输电——配电——售电——用电

区块链能够作为基于多个卖方与买方,或点对点交易的电力市场的主干技术。这类市场与传统市场就形成了鲜明的对比:“少数大型发电厂的老旧系统以及垂直整合的公用事业并不一定需要区块链,”彭博社新能源财经主席Michael Liebreich如是说。

在比特币数据获取系统中,网络运行中的所有设备都在处理数学问题。第一个解决出来的将得到比特币,同时交易区块也将得到验证。大量设备同时进行计算,导致巨大的能源消耗。2018年3月,比特币网络每年消耗57太时的用电量,约占捷克共和国用电量的86.5%。一笔比特币交易所消耗的能源是一笔签证交易所消耗能源总量的50多万倍,这也意味着大量的碳排放。

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但是,不断发展的新型能源系统可以让人们更多地选择并控制其用电和成本,进而可以利用这项颠覆性技术。

值得庆幸的是,这个系统还有其他替代方案,可以让比特币和其他区块链更加可持续发展。例如,目前确认交易的系统,即“工作证明”,可以由一种称为“权益证明”的系统所取代。这个系统由于不必在所有节点获取数据,因此消耗能源较少。相反,验证块是根据用户在网络中的风险来分配的,因此也更节能。

图片来源于百度图片

欧洲进展

总之,像比特币这样基于工作证明系统的区块链,消耗大量能源。然而,许多替代的“工作原理”可以避免能源浪费。

由发电、输电、配电、售电和用电等环节组成的电力生产与消费系统,将自然界的一次能源通过机械能装置转化成电力,再经输电、变电和配电将电力供应到各用户。发电是将一次能源通过生产设备转换为电能的过程;输电是将发电厂生产的电能经过升压,通过高压输电线路进行传输的过程;配电是将高压输电线上的电能降压后分配至不同电压等级用户的过程;供电又称售电,是最终将电能供应和出售给用户的过程。

在欧洲,区块链尤为受关注,公用事业公司对市场的控制较少,而且分布式发电(如家用太阳能和电动汽车)也正加速发展:

区块链如何影响能源行业?

1.3电力能源行业特点

德国电力公用事业公司RWE正在测试一种用来为电动汽车充电的区块链应用。

区块链允许点对点进行能源交易,尤其是鼓励去中心化,很可能极大地扰乱能源行业。

1.化石燃料发电为主,再生能源发电占比逐年上升

北欧最大的公用事业公司Vattenfall AB计划开发一款区块链应用程序,使客户能够独立于公用事业购买并出售电力。

小型可再生能源设备的使用日益增多,这可能会对电网造成压力,因此设计这些电网时便考虑到了大型集中式发电厂。通过允许点对点能源交易和生产时鼓励地方消费,区块链可以稳定电网,有助于去中心化。

根据2018年全球电力报告数据,化石燃料发电仍然占据主导地位,其中以燃煤发电为主,其次是燃气发电,而燃油发电份额很小。2010年化石燃料发电占全球发电总量的67.4%,到2017年仍然保持在64.7%,但有所回落;而清洁能源主要是再生能源发电逐年上升速度较快,截止2017年全球再生能源发电占电力总量的26.5%,比2016年增加2%,也是增幅最大的一年。其中光伏发电和风电场增幅最高。

奥地利的维也纳能源公司(Wien Energie)正在与另外两家公用事业公司一起参与一项专注于能源交易的测试项目。

然而,由于用户直接支付,许多传统的市场角色可能会遭遇质疑,包括分销系统运营商、零售商、供应商、测量点运营商和平衡集团等等。

数据来源于《2018年全球电力报告》

芬兰的Fortum旨在使消费者能够通过互联网控制连入互联网的家庭中的家用电器。

是否接受用区块链开展能源追踪?

  1. 电力传输损耗大,国际贸易份额占比较少

奥地利的一家初创企业Grid Singularity正在使用区块链技术来验证电力交易,并监控电网设备。

在适当校正及安装智能电表后,区块链可确保电力的实时追踪,以及避免重复计算。目前,在欧洲,只有在获得原产地担保证书的情况下,才能正式称电力为可再生能源。由普通可再生能源和EKOenergy认证的可再生能源,为所有MWh颁发了GOs证书,这对于无法生产大量电力的小生产商来说是禁止的。区块链可以为小型生产商,以及聚合商等新的市场参与者打开获得能源证书的大门。但是,如果接受区块链作为能量跟踪的解决方案,则必须仔细监视并制定严格标准。

能源生产在一定程度上决定能源传输的发展布局,而传输又是实现能源生产和消费的必要条件。电能的传导特性决定了它在传输过程中不可避免的伴随较大损耗。世界气体协会发布的《Natural Gas:The Energy for today and future 2017》的报告中,对比能源输送的损失,100份天然气到用户可以获得92份,而100份电力输送到用户只能获得32份。因此,相比于石油国际贸易来说,电力国际贸易量少得多。对比天然气国际贸易量可达产量30%,电力在国家之间的贸易只有1~2%之间,且其中大部分电力线仅与邻国相连。

而在美国,布鲁克林居民正在测试使用区块链技术来购买并出售太阳能。

如果区块链得到充分利用,它将在加速可再生能源转型方面发挥关键作用,我们期待该技术的发展。

3.以大型企业为主导的中心化发电运输

接下来是什么?

能源领域的大部分能源形式受到规模效应的影响,前期电力基础设施建设和后期持续供电运输均需要巨大的资金投入,因此当前电力系统是以大型企业为主导的中心化发电运输。中心化的发电和运输不仅可以保证电力供应的充足、减小运输损耗,还可以提供专业的运营管理服务,防范系统风险。我国目前的电力交易中心绝大多数被大型国企控股。

在电力市场中,究竟谁将从区块链中获益仍是一个悬而未决的问题。

4.受政策影响大

能够交易电力就可以大大增强客户的电力,以及整个电网的灵活性和效率。区块链还可以使客户能够轻松地以更优惠的价格切换到提供更优惠价格的电力供应商。例如,Electron and Data Communications公司就开发了一个平台使英国客户能够在一天之内与新的电力供应商签约。

电力供应属于国家基础设施建设的一部分,政策方面,电力是强监管、强政策的基础行业。电力项目需要得到政策允许或购得资质、牌照等才能推行,国家政策方针对能源结构的影响重大。发电支持政策主要包括上网电价、可再生能源配额制、净计量电价、财政税收支持政策以及绿色电力价格等,其中上网电价与配额制应用最为普遍。截至2013年初,全球已有127个国家制定或出台可再生能源政策,其中发展中国家和新兴经济体的比重就超过2/3。

企业也会从中受益。例如,生产太阳能电池板的工厂可以将其多余的电力出售给其他制造商。

1.4部分国家的电力价格和能源政策

因此,一方面,这项技术能够规避中心机构(也就是公用事业公司),这就表明了个人和公司将会安全快速地交易能源服务,消除了公用事业的业务和收入的关键部分。

电是世界上最重要的能源之一,是现代生活中不可或缺的必备要素。电价不仅反应了国家地区的电力发展水平,更关乎着国计民生,是一个拥有极重大影响的指数。而不同的国家地区,往往有着各异的电力市场制度与电价制度,电力行业垄断、半市场化还是完全市场化,都影响着该地区电价的发展与组成,也影响着当地的电价形成机制。

然而,其他人则认为区块链平台将会成为电力公用事业的关键资产,或者说:

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“是用分布式混合系统解决中心化传统系统升级及改进问题的一部分,而这种分布式混合系统是由诸如太阳能发电等分布式能源资源支持的大型发电厂以及微电网的混杂物组成的。”

图片来源于《世界各国电价百科》

这些分析师承认,区块链将实现去中心化供电,从而颠覆电力市场。但他们认为“已被接受的公用事业公司最适合评估区块链技术的潜在应用,并对其进行战略性押注。”

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区块链极有可能会面临市场地位已经稳固的公用事业公司的反对,而且监管机构也会希望确保平台安全可靠。电力市场的不同利益相关方也需要制定共同的行业标准。

从电价分布上来看,所统计的25个国家中,德国电价最高,阿根廷电价最低。

然而,随着越来越多的利益相关方开始思考电网的现代化以及新型电力业务模式,这种颠覆性技术就可以提供创新性的模式和方法来提供高效、可靠且经济实惠的清洁能源。

从电力政策上来看,所统计的9个国家中,大部分放开了售电侧竞争,允许配电公司零售。

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2.电力能源行业和区块链的契合点

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当前电力传输损耗率高,企业融资难。行业规模庞大且资金量巨大,交易主体非常复杂,导致各环节之间的交易成本、结算成本很高。且因缺失有效的信用机制,导致能源行业数据共享利用率很低。

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能源互联网逐步从概念走向落地,它和区块链有较强的内在一致性,两者都建立在智能设备物联网的基础上,都强调去中心化、自治性、市场化、智能化。电能互联网和区块链主要有以下7个契合点:

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3.区块链在电力能源行业中的主要应用场景

区块链技术将极大改变能源系统生产和交易模式,能源交易主体可以点对点实现能源产品生产、交易、能源基础设施共享,能源区块链可以实现能源的数字化精准管理,未来将能够延伸到分布式交易微电网、能源金融、碳证交易和绿证核发、电动汽车等能源互联场景。

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在点对点的电力交易中,尤其是对于分布式能源,通过区块链可以实现用户和发电者之间的点对点交易。在线损的确定中,不同能源之间转换的损耗、能源远距离传输和其他的运行带来的线损,未来都可以通过区块链进行公证,信息将更为透明。存在跨能源类型的市场时,可记录多个能源系统之问的交易及其价格信息,在此基础上实时生成各地区各类能源的边际价格。

在电力金融中,在去中心化的多能源系统协同中,采用区块链记录不同能源系统的实时生产信息及其成本,同时还可以实现电站收益直接证券化。

在碳排放认证中,采用区块链技术搭建碳排放权认证和交易平台,给予每一单位的碳排放权专有ID,加盖时问戳,并记录在区块链中,实时记录发电机组的碳排放、碳交易行为并对超标企业进行罚款。

在电动汽车充电中,利用区块链分布式总账实现强制信任,相关方点对点互动,智能合约自动执行电力交易,需求波动自动响应。

3.1分布式交易

我们已经习惯的集中供电方式,存在着突发情况下应变性差、能源存储难以协调、输电损耗导致电费高昂以及能源利用率低下等缺点。因此把能源产生和存储的权力下放,是对集中式供电的良好补充。虽然目前世界上大部分地区还是以电力公司集中供电为主,但是随着电池储能系统的完善,会有更多小型能源供应商进入市场。

利用光伏发电产生电能,存储在电池里供随时使用,富余电力出售给附近住户。现阶段单点的能源生产和存储问题其实已经攻克,但如何链接分散的节点,区块链的出现解决了去中心化能源供应至关重要的一环。区块链技术的本质之一就是分布式存储、分布式记账,所以区块链在能源行业最普遍的一个应用就是在分布式能源的点对点电力交易。

区块链可以降低分布式点对点电力交易的成本,智能合约允许供应商和消费者通过创建基于价格、时间、地点和允许的能源类型等参数实现销售自动化。如果该技术能够得到广泛的运用,它会极大地改变能源系统生产和交易的模式,即交易主体可以越过现在的这种庞大的电网系统,点对点实现能源产品生产交易和基础设施共享。

目前定位于微电网的项目众多,例如:

1.目前美国能源公司LO3和比特币开发公司Consensus Systems合作建立的分布式光伏售电区块链平台Transactive Grid开发了全球第一个能源区块链市场,通过将区块链技术与微网结合,使用户有权将过剩光伏发电回馈至电网。

2.Energo项目通过打造分布式能源自主社区的去中心化系统,建立基于Qtum量子链的自动能源交易平台,实现微网的清洁能源计量、登记、管理、交易与结算。

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