分布式能源互联网化与区块链 助力能源转型
来源:能源杂志 作者:刘运辉 2018/1/19
关键词: 分布式能源能源互联网能源转型
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。