区块链应用研究系列（一）：区块链+能源行业.pdf

哈希研究院 区块链 +能源 行业 1 区块链应用研究系列（一） 区块链 + 能源行业 哈希研究院 2018 年 3 月 哈希研究院 区块链 +能源 行业 2 报告 摘要： 区块链作为一种 新型的数据存储机制 ，会有其历史地位，但却不是解决所有问题的万金油。能源领域的区块链项目 目前 来看并不具备太大可行性和必要性，比较 可能的 应用场景 是以联盟链的形式在国家电网和发电厂的交易过程 中进行 认证和确权。 原因如下： 1、 能源领域的大部分 能源形式受到规模效应的影响，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， 这些都是区块链点对点的方式无法提供的。 2、分布式发电还在探索阶段， 并且 强烈受 政府 政策监管的约束 ，相比于国外，国内的可行性更低 ； 3、 由于电力运输的损耗原因， 家庭 分布式发电的电力 不适合远距离传输 ，只有可能小范围内使用，然而小范围内的自然环境变化是一致的，所以用户的需求情况有着很高的同质性，并不能发挥很高的价值 ； 4、 将电力的储能共享，让消费者同时也是生产者的模式本质上是共享经济，除非和电动汽车、自动驾驶等技术相结合，否则现在来看并无太大必要性。 哈希研究院 区块链 +能源 行业 3 目录 一、能源行业现状 . 4 1.1 能源行业基本概念 . 4 1.2 部分国家电力能源现状对比 . 4 1.3 能源行业存在的问题 . 5 1.4 能源行业的发展趋势 . 5 二、区块链 +能源行业 . 6 2.1 区块链 +能源的可行性分析 . 6 2.2 国内外应用情况 . 8 2.3 区块链 +能源的优势 . 9 2.4 区块链 +能源的缺点和限制 . 10 三、应用案例 . 12 案例一： TransActiveGrid . 12 案例二： Filament . 13 四、总结与点评 . 15 哈希研究院 区块链 +能源 行业 4 一、能源 行业 现状 1.1能源 行业基本概念 能源 工业 主要由 生产和输送电能的工业 组成 ，可以分为 发电、输电、配电和供电 四个环节。电力工业产业链如下： 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。 可用于发电的一次能源分为不可再生能源和可再生能源， 不可再生能源主要有煤、石油、天然气等化石能源，可再生能源包括风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源，它们在自然界可以循环再生。 风能相对光能更加稳定 ，其他电网可利用发电机补偿。光能只存在于白天，由于云层覆盖，所有的太阳能供应都呈间歇性，瞬时生产的不稳定可能损坏电网基础设施，或者给电网补偿带来技术挑战。 能源 的未来一定是可再生能源。 可再生能源的现状是不稳定，阳光和风力不可能稳定供应。解决办法是建立储能系统，主要是电化学储能，即各种电池。抽水储能，在用电低谷期将水位提高，用电高峰利用水位降低的势能增加电力供给。 1.2 部分国家 电力能源 现状对比 中国：国网、南网、 5 大电厂形成垄断 ； 火电为主， 水电、风电、核电、 光电为辅 ； 澳洲：发电厂发电，国家电网传输，电力零售商销售 ； 美国：各州差别很大 ， 其中加利福利亚在利用可再生能源方面相当成功。 中国是偏重工业的国家，分布式可再生能源无法支撑用电。但是未来 50 年，可以预见，每哈希研究院 区块链 +能源 行业 5 家每户都拥有储能储能系统和产能系统， APP 自主管理，实现国网和个人的双向电力传输。 光伏发电成本低于火电。 目前 国内的 能源改革集中在电网策略，比如调频，储能以削峰填谷 。电力市场扭曲 以及 工业用电补贴民用用电，导致电力峰谷差价比较小。居民用电峰谷差价，国外大于 3 元，国内不超过 1 元。能源互用策略在居民用电没有利润，工业用电不能支撑，没有市场。全球的 新能源发展主要靠补贴 ，比如澳洲，发电成本是 0.08 澳元，政府补贴 0.2 澳元。 1.3 能源 行业存在的问题 电力传输损耗大 ，用户缴纳的电费中约有 38 是用来支付传输基础设施和电能损失的 ； 电力交易不透明 ，目前的电力交易中心绝大多数都被大型国企控股 ； 再生能源占比低 ，主要还是集中在火电上，新能源的占比太少 。 1.4 能源 行业的发展趋势 根据 2018 年 3 月 7 日国家能源局发布的 2018 年能源工作指导意见， 2018 年能源工作的主要指导方针为建立“ 清洁低碳、安全高效 ”的能源体系。其中，“更加注重依靠创新推动发展”，“ 推动互联网、大数据、人工智能与能源深度融合，培育新增长点、形成新动能 ”是政策取向之一。 现在都在提倡能源互联网，而能源互联网的背景是未来能源行业的发、输、用、储以及金融交易等环节都会发生巨大变化。 随着能源的需求和 能源 生产模式的转变， 能源生产的方向很可能逐步由 集中化生产模式 转变为 分布式生产模式 ，分布式能源是基于现阶段能源行业的发电，传输，用电，储能的数据及金融交易的大背景下，所提倡的一种新型能源系统。 发电 :未来会从现在 单一的集中式的大型电源过渡到集中式电源和分布式电源相互和谐存在 的模式 。 传输 :电网的变化是因为大量分布式可再生能源，使电网的拓扑结构会从现在远距离、高电压、大型甚至是跨国的超大型电力网络，变成 既有超大型的特高压网络又有区域级别的小哈希研究院 区块链 +能源 行业 6 型微型网络共存的 一种新的电网拓扑结构 。 用电 :能源消费将是在能源互联网当中最重要的板块 ， 消费者在能源互联网时代其角色将不仅仅是单纯的消费者，而是以另外一种新的形态出现，既是生产者又是消费者。 消费者可以通过需求侧响应计划，积极的参与社区需求侧响应项目，还可以作为虚拟电厂成员加入虚拟电厂项目，同时 还可以通过电动汽车、储能设施，返售电给电网。 储能 :以前储能主要指的是抽水蓄能电站， 随着现在电化学技术以及电动汽车快速发 展之后，电化学电池的产量快速上升，使得储能用电池成本也快速下降 ， 储能在很多区域已经有了经济使用价值。比如在一些可再生能源资源特别丰富，同时电力价格比较高的地区，布置电化学储能电池就可以电价套利，为投资者以及储能所有者带来经济收益。 总的来说，未来整个能源行业会跟现在有很大的不同， 发电端会从逐渐向分布式发展，电网的拓扑结构也会随着发电端的分布而发生改变 。 消费者在产业链中的价值会越来越大，成为产业链 价值推动者 。 储能端 会作为产业链中新的环节出现，未来会起到很重要的角色。 二、 区块链 +能源 行业 2.1 区块链 +能源 的可行性 分析 近年来，能源互联网这个概念非常的火，同时在政府层面也被写在“一带一路”国家战略之中。然而能源互联网听起来美好，实现起来还是有很多困难的，因此有人提出了用区块链技术协助能源互联网落地。从目前市场上的数据来看， 69%的区块链能源项目都是跟电力相关 ，这也是本报告聚焦于电力行业的一个重要原因。 这是目前区块链在能源行业的主要应用场景，区块链的去中心化恰恰契合了分布式能源的特点，能够大幅度降低分布式电力的交易成本，提升交易效率。 这种应用可能会反过来对分布式电力行业带来革命性的变化。原本无法动态交易的家庭分布式设备在未来 都有机会接入到一个大的网络中。 哈希研究院 区块链 +能源 行业 7 数据来源：中国产能网 电力产业 目前主要还是 中心化模式 ，从而 使得价值被少数寡头 所垄断，并且电力故障以及电力短缺的现象也屡见不鲜。 比如，中国的西部地区有很多风电站和光伏电厂经常把电力直接浪费，与此同时，在北京、上海这样的经济发达的地区，用电需求极高，电价常年居高不下，东西部呈现着完全不一样的局面。 区块链技术 的出现，使得现有的现象有了一些解决方案可寻。能源互联网与区块链有较强的内在一致性，两者都必须建立在智能设备物联网的基础上 ， 区块链和能源互联网都强调去中心化、自治性、市场化、智能化。 除此之外，区块链 旨在通过分散、自治和高效的系统记录设备所有权和运行状态，自动读取智能电表，结合人工智能技术预测能源需求等，可以使得未来的能源消耗变得更加智能，让消费者从能源供应中获利。 一方面 ， 区块链 可以实现能源的数字化精准管理 ，每一度电都知道它来自在什么地方，而数字世界的每度电都有数字映射，可以重新建模电力网络，实现精确管理和结算。 由于近年来售电行业在所有能源中发展较好，目前基于区块链的去中心化售电应用是区块链的能源应用中的一个热点。 另一方面， 区块链能够提供一个可靠、快速 且公开 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。鉴于分布式能源资源（如电池和太阳能电池板）的迅速崛起，能源行业的区块链应用市场 会得到快速发展 。 目前市面的大多数电力 应用，还是处于一个探索阶段， 区块链 +电力 更为重要的是 物联网哈希研究院 区块链 +能源 行业 8 的接入， 电力 是一种物理量 ，而物理量需要有相关物联网的数据采集、网关、数据接口、信息传递的网络，但这就目前来说还不够完备。比如，每家都有电表，但是绝大部分电表都是电网公司 所有，电网公司的电表数据所有权是电网公司的，它不会向 电力 的生产者和消费者来进行分享，这样就限制了在中国要去做 电力 +区块链的一些公司。所以， 区块链 +电力 必须紧密围绕市场软硬件的需求 、 政策法规 等问题来寻求未来的商业模式和可持续能源系统技术研究。区块链未来究竟如何，目前来看并不是有且仅用的技术来改变现阶段的能源问题，还需要时间来探索。 2.2 国内 外 应用情况 从交能网统计的数据来看，大部分的区块链项目都在欧美。 美国依然具备着区块链创业的最佳 机会，首先区块链目前还是一个技术驱动的项目，美国的技术人才的储备可以轻松招募到相关的优秀人才。其次，美国部分州的电力市场完全开放，这为创业者提供了天然的市场环境。除此之外，德国以及澳大利亚也有不少创业项目， 这些国家较为发达的分布式可再生能源，极大地推动了区块链在 能源 行业的应用。 图片来源： 交能网 除此之外，能源巨头公司对区块链技术的发展前景也是非常看好的： 1. 澳大利亚的 Origin Energy 与 Power Ledger 合作测试一个新的能源交易平台 ； 2. 英国的 BP 利用 BTL 与意大利能源巨头埃尼集团的基于区块链技术的嵌入式平台哈希研究院 区块链 +能源 行业 9 Interbit 进行天然气交易 ； 3. 日本的东京电力公司对区块链初创公司 Electron 进行了早期投资，希望开发基于区块链的共享电网设施 ； 4. 荷兰 的壳牌其 子公 司 Shell Trading International 对区 块链初创 公司 Applied Blockchain 进行了早期投资 ； 5. 德国传统能源企业 RWE 的子公司 Innogy 投资了位于德国的 Conjoule。 6. 2017 年，交易公司摩科瑞（ Mercuria）开始与荷兰 ING 银行和法国兴业银行合作，完成了第一次基于区 块链的大型石油交易。区块链与石油天然气行业的结合，为简化和改进跨境支付、记录管理、供应链管理和智能合约等潜在应用提供了许多机会。 随着区块链概念在社会中的不断渗透，国内能源相关的各界均有一些动作： 1. 2017 年 9 月 11 日， 国网浙江省电力公司积极组建研发团队，与国网信息通信产业集团共同开发拥有自主知识产权的区块链平台 ， 目前已在浙江电科院部署测试。 2. 2018 年 2 月， 招商局慈善基金会携手 TUV Nord、新能源交易所、熊猫绿色能源及华为共同发起基于区块链技术的社区公益项目。 当用户选择清洁能源时，区块链技术将生成智能合约，直接配对电站与用户之间的点对点虚拟交易，同时 TUV 将为用户出具权威电子证书 。 2.3 区块链 +能源 的优势 能源 在国内、国外的发展方向主要应是“清洁”与“高效”两方面，而区块链技 术应主要在“高效”方面对现行业能有所改善，有可能在去中心化、降低信任成本等 方面产生应用。 （ 1） 去中心化，降低 信任 成本 利用区块链技术 可以实现不借助中心化清 结算机构的点对点直接交易。这可以解决目前分布式发电就近销售的支付及清结算挑战，尤其适用于隔墙售电应用场景，在基于区块链的售电场景中，不再需要依托售电公司完成电力生产和消费的清结算工作，实现了交易的去中心化，哈希研究院 区块链 +能源 行业 10 降低交易 信任 成本。以前由第三方售电公司所构建的供需之间的中介信任转而由区块链分布式账本实现，也可以降低交易的信任成本。 （ 2） 线损的确定 不同 电力 之间转换的损耗、 电力 远距离传输和其他的运行带来的线损，目前都是由电网公司单方面决定，但是，未来这些都可以通过区块链进行公证。 （ 3） 碳排放认证 采用区块链 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 间 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。 （ 4） 去中心化的多 电力 系统协同 采用区块链记录不同 电力 系统的实时生产信息及其成本， 在跨 电力 类型 市场时，可记录多个 电力 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 电力 的边际价格。 （ 5） 电力金融 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，区块链还可以实现电站收益直接证券化，基于股权平台实现电站众筹。 2.4 区块链 +能源 的缺点和限制 新的 能源 产业链的出现就需要新的技术来实现，并且更需要新的体制以及商业模式来支撑，但目前来看，这些其实还是跟不上技术的变化。 区块链作为一种解决方案，其实是难以落地的，因为现在理想中的能源互联网的理念和概念其实有非常多的缺陷。 （ 1） 系统风险 电力不同于数据交易和金融交易，必须满足电力网络的物理约束条件，而区块链售电在机制设计的时候强调去中心化，强调用户间的自协调和自撮合，但是分布式发用电存在波峰波谷较大，不确定性较大、用户习惯趋同性、交易非理性、市场力过于集中等问题，因此，非常容易造成区块链上的点对点电力交易需求暴增或者暴减的问题，并且，如果没有精妙设计的电力价格行