大云網(wǎng) 新技術(shù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng) 正文

分布式能源互聯(lián)網(wǎng)化與區(qū)塊鏈

2018-01-19 16:25:58 能源雜志　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

在信息文明階段，不論是生產(chǎn)還是消費(fèi)的組織形式，都具有明顯的去中心化、扁平化、定制化的特點(diǎn)。分布式能源系統(tǒng)既可與這一新的經(jīng)濟(jì)社會(huì)組織

在信息文明階段，不論是生產(chǎn)還是消費(fèi)的組織形式，都具有明顯的去中心化、扁平化、定制化的特點(diǎn)。分布式能源系統(tǒng)既可與這一新的經(jīng)濟(jì)社會(huì)組織形式相適應(yīng)，又可作為集中能源系統(tǒng)的補(bǔ)充。

能源的發(fā)展經(jīng)歷了從薪柴為代表的分散能源消費(fèi)(可以認(rèn)為是原始的分布式能源系統(tǒng))到以電力系統(tǒng)為代表的集中式能源系統(tǒng)。隨著技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)代分布式能源系統(tǒng)又迎來了新的發(fā)展階段。集中式能源系統(tǒng)圍繞化石能源大規(guī)模開發(fā)利用而形成，在推動(dòng)人類社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，發(fā)揮了巨大的作用。但是，隨著資源環(huán)境約束和氣候變化的挑戰(zhàn)不斷加強(qiáng)，其負(fù)外部性也逐漸凸顯。分布式能源系統(tǒng)具有近用戶、高能效等特點(diǎn)，可以助推現(xiàn)代綜合能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型。

這一能源轉(zhuǎn)型，既是隨著能源技術(shù)的發(fā)展，比如，天然氣分布式冷熱電聯(lián)供、分布式光伏、分散式風(fēng)電、分布式儲(chǔ)能、需求側(cè)響應(yīng)、分布式可再生能源供熱等技術(shù)發(fā)展，帶來的能源系統(tǒng)從分布到集中再到分布的螺旋式上升。同時(shí)，也是人類社會(huì)從農(nóng)業(yè)文明進(jìn)入工業(yè)文明，而后進(jìn)入信息文明，能源系統(tǒng)服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)的內(nèi)生需求。

隨著人類進(jìn)入信息文明階段，不論是生產(chǎn)還是消費(fèi)的組織形式，都具有明顯的去中心化、扁平化、定制化的特點(diǎn)。為適應(yīng)大工業(yè)時(shí)代而產(chǎn)生的集中式能源系統(tǒng)難以完全適應(yīng)這一要求。分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展，既可以與這一新的經(jīng)濟(jì)社會(huì)組織形式相適應(yīng)，又可以作為集中能源系統(tǒng)的有益補(bǔ)充。

分布式能源具備的互聯(lián)網(wǎng)特征

分布式能源具有多源、多點(diǎn)及與需求側(cè)密切互動(dòng)的特點(diǎn)，是一個(gè)開放式的能源系統(tǒng)。與傳統(tǒng)發(fā)輸配售及源網(wǎng)荷儲(chǔ)的集中電力系統(tǒng)相比，各種不同節(jié)點(diǎn)的主次地位將不再是截然不同，能源生產(chǎn)者和消費(fèi)者的定位也不再是涇渭分明，可以說分布式能源具有互聯(lián)網(wǎng)的某些典型基本特征，為將來構(gòu)建具有互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)特征的分布式能源商業(yè)模式，提供了無限的想象空間。

1)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(Peer to peer)：分布式能源多源、多點(diǎn)的特點(diǎn)具有和信息互聯(lián)網(wǎng)類似的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間，形成了信息流與能源流的雙向流動(dòng)與交換需求，進(jìn)而產(chǎn)生了雙向資金流的交換需求，從而具備了互聯(lián)網(wǎng)中去中心化交互的基本需求。

2)產(chǎn)消者(Prosumer)：分布式能源系統(tǒng)的建設(shè)，相對(duì)于集中式系統(tǒng)，投入少、建設(shè)周期短。而且，從一般的家庭級(jí)、到單體建筑級(jí)、社區(qū)級(jí)、工業(yè)園區(qū)級(jí)，系統(tǒng)的規(guī)模根據(jù)需要可大可小。與集中式能源向比，分布式能源形成了相對(duì)開放的能源系統(tǒng)。同時(shí)，這些系統(tǒng)的擁有者，既是能源的生產(chǎn)者、供應(yīng)者，也是能源的消費(fèi)者。能源生產(chǎn)者和消費(fèi)者的界限逐漸淡化，呈現(xiàn)出人人都是能源生產(chǎn)者，人人都是能源消費(fèi)者的局面。產(chǎn)消者的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)能源的消費(fèi)模式和消費(fèi)理念，實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)中“開放對(duì)等”的基本特性。

分布式能源中，由于風(fēng)能、太陽(yáng)能等能源間歇性及波動(dòng)性的特點(diǎn)，決定了能源供給在時(shí)間軸上的變動(dòng)，而用戶需求波峰、波谷的存在，也決定了能源需求在時(shí)間軸上的變化。雖然分布式能源具有天然近需求側(cè)(用戶)的特點(diǎn)，但是，由于能源供給與需求在時(shí)間軸上的不一致，形成了不同區(qū)域能源供給與需求的不平衡。如何實(shí)現(xiàn)這一時(shí)間與空間軸的匹配，發(fā)揮其耦合效應(yīng)，正是互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)要解決的核心問題。

綜上，分布式能源系統(tǒng)，既具備了互聯(lián)網(wǎng)的基本特征，又具有互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)要解決的核心問題，通過借鑒互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)多源、對(duì)等、共享、定制化、注重用戶體驗(yàn)、強(qiáng)調(diào)構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)等經(jīng)營(yíng)理念和經(jīng)營(yíng)模式，由集中式能源系統(tǒng)與分布式能源系統(tǒng)耦合，將能源的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)化，實(shí)現(xiàn)能源和信息雙向流動(dòng)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(gè)方向開放合作，深化整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)資源共享、信息共享、利益共享、風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)，逐步構(gòu)建分布式能源的商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

能源業(yè)態(tài)互聯(lián)網(wǎng)化面臨的挑戰(zhàn)

分布式能源系統(tǒng)雖然具備了與信息互聯(lián)網(wǎng)類似的業(yè)態(tài)基礎(chǔ)，但是，由于能源與信息的區(qū)別，仍然面臨著不少挑戰(zhàn)。

1)交互機(jī)理不同。在日常的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生活中，人與人之間、機(jī)器與機(jī)器之間、人與機(jī)器之間、各種不同類型的系統(tǒng)之間，每天都產(chǎn)生著大量的雙向信息交互需求。信息既是交互的起點(diǎn)、也是交互的結(jié)果，具有強(qiáng)大的互聯(lián)互通的需求。互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的旺盛生命力也正是來源于此。而能源的交互，植根于時(shí)空軸上能源生產(chǎn)與消費(fèi)相匹配產(chǎn)生的需求。這種交互，與信息交互相比，規(guī)模和數(shù)量等相對(duì)有限。

2)邊際成本不同。信息一旦生成，可以無限復(fù)制，共享的邊際成本可以認(rèn)為是零，而收益則是由其自身的知識(shí)產(chǎn)權(quán)、信息價(jià)值等決定，理論上可以通過共享實(shí)現(xiàn)1+1+……等于無窮的效果。信息互聯(lián)網(wǎng)天然具有共享經(jīng)濟(jì)的基因，這也是互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的強(qiáng)大內(nèi)生動(dòng)力。而能源的基本屬性是守恒性，可以轉(zhuǎn)化，但不能復(fù)制。能源的邊際成本顯然是遠(yuǎn)大于零的，這就為能源的共享提出了挑戰(zhàn)。

3)存儲(chǔ)成本不同。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的不斷進(jìn)步，信息的存儲(chǔ)成本大幅降低，其邊際成本逐漸趨于零，從而推動(dòng)了大數(shù)據(jù)與云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展。基于此，可以根據(jù)海量數(shù)據(jù)的分析，不斷了解客戶需求、提高客戶體驗(yàn)，進(jìn)行定制化的生產(chǎn)和服務(wù)等。在分布式能源系統(tǒng)中，電池是目前的主要能源儲(chǔ)存形式，高成本仍是其大規(guī)模發(fā)展的主要制約因素，尚未達(dá)到突破的臨界點(diǎn)。

上述這些區(qū)別，既是能源業(yè)態(tài)互聯(lián)網(wǎng)化中面臨的挑戰(zhàn)，同時(shí)也蘊(yùn)含著無窮的機(jī)遇。比如，隨著光伏產(chǎn)品、風(fēng)機(jī)等成本的逐步下降、規(guī)模的不斷上升，風(fēng)電、光電的邊際成本不斷降低，尤其是棄風(fēng)棄光部分的成本，從某種程度上，可以認(rèn)為接近于零，將成為能源共享的一個(gè)主要突破口。德國(guó)電制氣示范項(xiàng)目，正是這一業(yè)態(tài)的萌芽形態(tài)。電制氣項(xiàng)目的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)主要有三個(gè)方面。第一，實(shí)現(xiàn)了低成本清潔能源的存儲(chǔ)。將邊際成本很低的富余風(fēng)電及太陽(yáng)能等清潔能源，通過氫氣或者天然氣的形式存儲(chǔ)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(yùn)輸更為靈活多樣，既可以通過管道運(yùn)輸，也可以通過LNG運(yùn)輸。從而，可以將能源送達(dá)電力輸配網(wǎng)暫時(shí)無法連接的偏遠(yuǎn)地區(qū)，提高了能源的可及性。第三，為化工行業(yè)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(yè)的碳減排需求相結(jié)合，達(dá)到了整個(gè)系統(tǒng)的零碳排放，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)不同行業(yè)的耦合雙贏。從目前來看，電制氣項(xiàng)目還是以服務(wù)大型風(fēng)機(jī)等集中式系統(tǒng)為主。但是，隨著制氫技術(shù)的不斷升級(jí)、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(tǒng)、以及工業(yè)園區(qū)工業(yè)用氫相結(jié)合，將形成家庭式及工業(yè)園區(qū)式風(fēng)能、太陽(yáng)能與氫能耦合的新型分布式能源系統(tǒng)，拓展出新的商業(yè)模式創(chuàng)新。

另如，從信息互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)開始，支付就是分散式交易面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。隨著分布式光伏、小型風(fēng)機(jī)等分布式能源的裝機(jī)容量不斷增加，出現(xiàn)了越來越多的能源產(chǎn)消者，當(dāng)生產(chǎn)的能源超過產(chǎn)消者自身需求時(shí)，在本地化能源用戶之間進(jìn)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(diǎn)。如何構(gòu)建與分布式能源交易這些特點(diǎn)相適應(yīng)的平臺(tái)，允許以較低的交易成本、較高的安全性進(jìn)行大批量小規(guī)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(shí)現(xiàn)區(qū)域的能源平衡。

基于區(qū)塊鏈的創(chuàng)新項(xiàng)目受追捧

服務(wù)于這一目的，基于區(qū)塊鏈的平臺(tái)越來越受到關(guān)注。區(qū)塊鏈的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與分布式能源系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)吻合，同時(shí)其去中心、信息高度透明、難以篡改的特點(diǎn)，又能滿足分布式能源實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、分散交易的要求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易，無需依賴電力公司等第三方中介結(jié)構(gòu)。基于區(qū)塊鏈的創(chuàng)新項(xiàng)目在過去幾年迅速增長(zhǎng)，其中，包括美國(guó)Lo3 Energy的布魯克林微電網(wǎng)項(xiàng)目、德國(guó)創(chuàng)業(yè)公司StromDao的自適應(yīng)虛擬電廠項(xiàng)目、德國(guó)電力集團(tuán)RWE子公司innogy SE的電動(dòng)汽車充電管理系統(tǒng)等。這些項(xiàng)目也受到了傳統(tǒng)電力公司越來越多的重視，比如創(chuàng)業(yè)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(lián)合投資，用于開發(fā)基于區(qū)塊鏈的能源交易平臺(tái)。

區(qū)塊鏈和可編程的智能合約實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、可信任、大批量、小規(guī)模、分散化、低成本、安全的自動(dòng)化實(shí)時(shí)交易。隨著技術(shù)的不斷成熟、覆蓋范圍的逐步擴(kuò)大、相關(guān)監(jiān)管和交易政策的不斷完善，可以促成更廣泛的能源產(chǎn)品和服務(wù)競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)推動(dòng)能源市場(chǎng)和碳市場(chǎng)的發(fā)展，具有積極意義。未來，可以將其推廣到充電樁共享與分時(shí)租賃、電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)平衡存放電管理、綠色電力證書交易、碳排放權(quán)證交易等方面。從而，為不同類型能源產(chǎn)品和服務(wù)提供商之間的競(jìng)爭(zhēng)提供一個(gè)新的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的生產(chǎn)、配送和交易的數(shù)字化精準(zhǔn)管理，充分體現(xiàn)不同類型能源在不同時(shí)空范圍內(nèi)的真實(shí)價(jià)值。

再如，氫燃料電池具有零排放、無污染、高效率的特點(diǎn)。但是，由于氫氣的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)鏈還處于前期發(fā)展階段，大面積推廣氫燃料電池系統(tǒng)的各種終端應(yīng)用仍面臨著不少挑戰(zhàn)。日本的住宅燃料電池系統(tǒng)ENEFARM基于現(xiàn)有的城市燃?xì)庀到y(tǒng)，不用再增加新的儲(chǔ)氫和輸氫設(shè)施的投入，將城市燃?xì)庵卣茪湓O(shè)備與燃料電池相結(jié)合，在住宅等消費(fèi)終端完成氫氣的轉(zhuǎn)化和利用，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。而且，其推廣過程中，既有政府補(bǔ)貼的市場(chǎng)培育、又有城市燃?xì)夤九c設(shè)備制造商的緊密合作，實(shí)現(xiàn)了ENEFARM產(chǎn)品的導(dǎo)入、培育和成長(zhǎng)。從而，城市燃?xì)夤緩膯我坏囊淮文茉垂?yīng)商，轉(zhuǎn)型成為綜合能源產(chǎn)品和服務(wù)的提供商，形成了與電力公司在電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)格局，有利于提高能源效率、降低能源使用成本、增強(qiáng)了能源供應(yīng)保障、減少污染物和碳排放，具有經(jīng)濟(jì)和社會(huì)雙重效益。未來，隨著氫燃料電池技術(shù)的不斷成熟和成本逐步下降，其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步加強(qiáng)。

還有，儲(chǔ)能的成本高是行業(yè)的共同挑戰(zhàn)。反過來，如何降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本、提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率、做好儲(chǔ)能系統(tǒng)的集成優(yōu)化，將是分布式能源提供商的核心競(jìng)爭(zhēng)力所在。在這一領(lǐng)域率先取得突破的生產(chǎn)者，將占領(lǐng)這一行業(yè)制高點(diǎn)。

更為重要的是，信息互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在取得的種種技術(shù)和商業(yè)成就，比如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、各類商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)模式，正好為能源業(yè)態(tài)的互聯(lián)網(wǎng)化提供了強(qiáng)有力的支撐。如何更好地實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)、能源網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的三網(wǎng)深度融合與集成，也將是商業(yè)創(chuàng)新的主要領(lǐng)域。這里，不再一一列舉。相信在未來的商業(yè)實(shí)踐中，將會(huì)通過應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，形成各種不同類型的突破點(diǎn)和商業(yè)創(chuàng)新。

(作者供職于神華科學(xué)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司)

責(zé)任編輯：lixin

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