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分布式能源與區塊鏈

2018-2-8 8:56:54??????點擊:
      在信息文明階段,不論是生產還是消費的組織形式,都具有明顯的去中心化、扁平化、定制化的特點。分布式能源系統既可與這一新的經濟社會組織形式相適應,又可作為集中能源系統的補充。
      能源的發展經歷了從薪柴為代表的分散能源消費(可以認為是原始的分布式能源系統)到以電力系統為代表的集中式能源系統。隨著技術進步,現代分布式能源系統又迎來了新的發展階段。集中式能源系統圍繞化石能源大規模開發利用而形成,在推動人類社會與經濟的發展中,發揮了巨大的作用。但是,隨著資源環境約束和氣候變化的挑戰不斷加強,其負外部性也逐漸凸顯。分布式能源系統具有近用戶、高能效等特點,可以助推現代綜合能源系統的轉型。
      這一能源轉型,既是隨著能源技術的發展,比如,天然氣分布式冷熱電聯供、分布式光伏、分散式風電、分布式儲能、需求側響應、分布式可再生能源供熱等技術發展,帶來的能源系統從分布到集中再到分布的螺旋式上升。同時,也是人類社會從農業文明進入工業文明,而后進入信息文明,能源系統服務于經濟社會系統的內生需求。
      隨著人類進入信息文明階段,不論是生產還是消費的組織形式,都具有明顯的去中心化、扁平化、定制化的特點。為適應大工業時代而產生的集中式能源系統難以完全適應這一要求。分布式能源系統的發展,既可以與這一新的經濟社會組織形式相適應,又可以作為集中能源系統的有益補充。 
      分布式能源具備的互聯網特征
      分布式能源具有多源、多點及與需求側密切互動的特點,是一個開放式的能源系統。與傳統發輸配售及源網荷儲的集中電力系統相比,各種不同節點的主次地位將不再是截然不同,能源生產者和消費者的定位也不再是涇渭分明,可以說分布式能源具有互聯網的某些典型基本特征,為將來構建具有互聯網經濟特征的分布式能源商業模式,提供了無限的想象空間。
      1)點對點(Peer to peer):分布式能源多源、多點的特點具有和信息互聯網類似的網絡拓撲結構。點對點之間,形成了信息流與能源流的雙向流動與交換需求,進而產生了雙向資金流的交換需求,從而具備了互聯網中去中心化交互的基本需求。
      2)產消者(Prosumer):分布式能源系統的建設,相對于集中式系統,投入少、建設周期短。而且,從一般的家庭級、到單體建筑級、社區級、工業園區級,系統的規模根據需要可大可小。與集中式能源向比,分布式能源形成了相對開放的能源系統。同時,這些系統的擁有者,既是能源的生產者、供應者,也是能源的消費者。能源生產者和消費者的界限逐漸淡化,呈現出人人都是能源生產者,人人都是能源消費者的局面。產消者的出現,改變了傳統能源的消費模式和消費理念,實現了互聯網經濟中“開放對等”的基本特性。
      分布式能源中,由于風能、太陽能等能源間歇性及波動性的特點,決定了能源供給在時間軸上的變動,而用戶需求波峰、波谷的存在,也決定了能源需求在時間軸上的變化。雖然分布式能源具有天然近需求側(用戶)的特點,但是,由于能源供給與需求在時間軸上的不一致,形成了不同區域能源供給與需求的不平衡。如何實現這一時間與空間軸的匹配,發揮其耦合效應,正是互聯網經濟要解決的核心問題。
          綜上,分布式能源系統,既具備了互聯網的基本特征,又具有互聯網經濟要解決的核心問題,通過借鑒互聯網經濟多源、對等、共享、定制化、注重用戶體驗、強調構建生態系統等經營理念和經營模式,由集中式能源系統與分布式能源系統耦合,將能源的生產、儲存、運輸和消費互聯網化,實現能源和信息雙向流動的交換與共享,滿足用戶多樣化的能源需求。通過從縱向和橫向兩個方向開放合作,深化整個產業鏈的協同,實現資源共享、信息共享、利益共享、風險分擔,逐步構建分布式能源的商業生態系統。
      能源業態互聯網化面臨的挑戰
      分布式能源系統雖然具備了與信息互聯網類似的業態基礎,但是,由于能源與信息的區別,仍然面臨著不少挑戰。
      1)交互機理不同。在日常的經濟、社會和生活中,人與人之間、機器與機器之間、人與機器之間、各種不同類型的系統之間,每天都產生著大量的雙向信息交互需求。信息既是交互的起點、也是交互的結果,具有強大的互聯互通的需求?;ヂ摼W經濟的旺盛生命力也正是來源于此。而能源的交互,植根于時空軸上能源生產與消費相匹配產生的需求。這種交互,與信息交互相比,規模和數量等相對有限。
      2)邊際成本不同。信息一旦生成,可以無限復制,共享的邊際成本可以認為是零,而收益則是由其自身的知識產權、信息價值等決定,理論上可以通過共享實現1+1+……等于無窮的效果。信息互聯網天然具有共享經濟的基因,這也是互聯網經濟蓬勃發展的強大內生動力。而能源的基本屬性是守恒性,可以轉化,但不能復制。能源的邊際成本顯然是遠大于零的,這就為能源的共享提出了挑戰。
      3)存儲成本不同。隨著計算機軟硬件技術的不斷進步,信息的存儲成本大幅降低,其邊際成本逐漸趨于零,從而推動了大數據與云計算等技術的發展?;诖?,可以根據海量數據的分析,不斷了解客戶需求、提高客戶體驗,進行定制化的生產和服務等。在分布式能源系統中,電池是目前的主要能源儲存形式,高成本仍是其大規模發展的主要制約因素,尚未達到突破的臨界點。
      上述這些區別,既是能源業態互聯網化中面臨的挑戰,同時也蘊含著無窮的機遇。比如,隨著光伏產品、風機等成本的逐步下降、規模的不斷上升,風電、光電的邊際成本不斷降低,尤其是棄風棄光部分的成本,從某種程度上,可以認為接近于零,將成為能源共享的一個主要突破口。德國電制氣示范項目,正是這一業態的萌芽形態。電制氣項目的競爭優勢主要有三個方面。第一,實現了低成本清潔能源的存儲。將邊際成本很低的富余風電及太陽能等清潔能源,通過氫氣或者天然氣的形式存儲起來,提高了清潔能源的利用效率。第二,提高了能源的可及性。與電力輸配相比,天然氣運輸更為靈活多樣,既可以通過管道運輸,也可以通過LNG運輸。從而,可以將能源送達電力輸配網暫時無法連接的偏遠地區,提高了能源的可及性。第三,為化工行業提供清潔原料,減少了碳排放。通過電制氫,可以將可再生能源的間歇性與化工行業的碳減排需求相結合,達到了整個系統的零碳排放,實現了兩個不同行業的耦合雙贏。從目前來看,電制氣項目還是以服務大型風機等集中式系統為主。但是,隨著制氫技術的不斷升級、成本的逐漸下降,將電制氫與氫燃料電池汽車、住宅式的氫燃料電池系統、以及工業園區工業用氫相結合,將形成家庭式及工業園區式風能、太陽能與氫能耦合的新型分布式能源系統,拓展出新的商業模式創新。
      另如,從信息互聯網經濟開始,支付就是分散式交易面臨的一個巨大挑戰。隨著分布式光伏、小型風機等分布式能源的裝機容量不斷增加,出現了越來越多的能源產消者,當生產的能源超過產消者自身需求時,在本地化能源用戶之間進行能源交易的必要性不斷增加。而且,這些交易具有額度小、頻次高、參與者分散等特點。如何構建與分布式能源交易這些特點相適應的平臺,允許以較低的交易成本、較高的安全性進行大批量小規模的交易,可以有效提高分布式清潔能源的利用效率,更好地實現區域的能源平衡。
      基于區塊鏈的創新項目受追捧
      服務于這一目的,基于區塊鏈的平臺越來越受到關注。區塊鏈的網狀結構與分布式能源系統的物理結構吻合,同時其去中心、信息高度透明、難以篡改的特點,又能滿足分布式能源實時、動態、分散交易的要求,實現自動化、點對點交易,無需依賴電力公司等第三方中介結構?;趨^塊鏈的創新項目在過去幾年迅速增長,其中,包括美國Lo3 Energy的布魯克林微電網項目、德國創業公司StromDao的自適應虛擬電廠項目、德國電力集團RWE子公司innogy SE的電動汽車充電管理系統等。這些項目也受到了傳統電力公司越來越多的重視,比如創業公司Conjoule GmbH在A輪融資中,得到了日本東京電力公司和Innogy SE 450萬歐元的聯合投資,用于開發基于區塊鏈的能源交易平臺。
      區塊鏈和可編程的智能合約實現了點對點、可信任、大批量、小規模、分散化、低成本、安全的自動化實時交易。隨著技術的不斷成熟、覆蓋范圍的逐步擴大、相關監管和交易政策的不斷完善,可以促成更廣泛的能源產品和服務競爭,對推動能源市場和碳市場的發展,具有積極意義。未來,可以將其推廣到充電樁共享與分時租賃、電動汽車動態平衡存放電管理、綠色電力證書交易、碳排放權證交易等方面。從而,為不同類型能源產品和服務提供商之間的競爭提供一個新的平臺,實現對能源的生產、配送和交易的數字化精準管理,充分體現不同類型能源在不同時空范圍內的真實價值。
      再如,氫燃料電池具有零排放、無污染、高效率的特點。但是,由于氫氣的生產、儲存和運輸等產業鏈還處于前期發展階段,大面積推廣氫燃料電池系統的各種終端應用仍面臨著不少挑戰。日本的住宅燃料電池系統ENEFARM基于現有的城市燃氣系統,不用再增加新的儲氫和輸氫設施的投入,將城市燃氣重整制氫設備與燃料電池相結合,在住宅等消費終端完成氫氣的轉化和利用,具有很強的現實意義。而且,其推廣過程中,既有政府補貼的市場培育、又有城市燃氣公司與設備制造商的緊密合作,實現了ENEFARM產品的導入、培育和成長。從而,城市燃氣公司從單一的一次能源供應商,轉型成為綜合能源產品和服務的提供商,形成了與電力公司在電力市場的競爭格局,有利于提高能源效率、降低能源使用成本、增強了能源供應保障、減少污染物和碳排放,具有經濟和社會雙重效益。未來,隨著氫燃料電池技術的不斷成熟和成本逐步下降,其競爭優勢將進一步加強。
      還有,儲能的成本高是行業的共同挑戰。反過來,如何降低儲能系統的成本、提高儲能系統的效率、做好儲能系統的集成優化,將是分布式能源提供商的核心競爭力所在。在這一領域率先取得突破的生產者,將占領這一行業制高點。
      更為重要的是,信息互聯網現在取得的種種技術和商業成就,比如云計算、大數據、各類商業生態系統的競爭模式,正好為能源業態的互聯網化提供了強有力的支撐。如何更好地實現信息網、能源網和物聯網的三網深度融合與集成,也將是商業創新的主要領域。這里,不再一一列舉。相信在未來的商業實踐中,將會通過應對這些挑戰,形成各種不同類型的突破點和商業創新。
   
      (摘自中國儲能網)
   
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