【钛坦白】能源区块链实验室曹寅:能源+区块链,是美好未来还是题材炒作?

摘要: 能源行业的发展趋势;能源行业为什么需要区块链;海外的能源区块链应用介绍;能源区块链实验室正在设计和考虑的能源行业区块链应用场景。

钛坦白第22期,我们邀请了六位钛客围绕“区块链的应用”进行了非常精彩的分享。

本文根据能源区块链实验室创始合伙人、信达证券首席区块链专家、首席能源互联网研究员曹寅题为《能源+区块链,美好未来还是题材炒作》的分享整理。

曹寅是能源互联网概念在中国的早期提出者之一,参与了能源互联网中国定义的定义过程,作为支撑课题组核心成员参与了中国能源互联网行动计划的制定。曹寅和马化腾合著有《互联网+:国家战略行动路线图》,并作为创始合伙人共同发起了全球第一家能源区块链实验室,并且推动了能源区块链实验室作为全球第一家产业区块链应用企业加入Hyperledger Project和Linux Foundation。

以下是曹寅在钛坦白分享的干货,由钛媒体整理:

大家好,我是能源区块链实验室创始合伙人、信达证券首席区块链专家、首席能源互联网研究员曹寅。能源区块链实验室是全世界唯一的能源区块链应用研究实验室,也是Hyperledger Project唯一的能源行业成员。很高兴今天在钛坦白跟大家交流。

能源行业的发展趋势

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。

  • 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,在部分可再生能源资源禀赋比较好的地区,分布式可再生能源甚至可能成为主电源。那时候就会带来问题,因为分布式的可再生能源的管理比较困难,比如风电、光电等大规模随机性自然能源,比现在的大型火电、大型核电管理的难度更高。
  • 输电。因为电源在发生变化,电网自然也会发生变化。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型微型网络共存的一种新的电网拓扑结构。
  • 消费。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,称之为prosumer。就是既是生产者(Producer)又是消费者(Consumer),拼在一起就是产销者(Prosumer)。未来,消费者既可以通过自有的分布式可再生能源来发电,更重要的是还可以通过智慧能源解决方案,提供用户侧的负荷资源参与需求侧响应。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这种大型储能,但是随着现在电化学技术的快速发展,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。

未来整个能源价值链会和以前不同。总结一下:发电端随机性增加,同时也会分布化;电网的拓扑结构也会随着电源的分布化和随机化而发生变化;消费者角色将前所未有的在整个能源行业的价值链当中被突出,成为真正的价值链推动者和价值链龙头,通过各种各样的智慧能源方案成为prosumer,与电源和电网进行良性的有效互动;储能作为电力价值链上的新环节,会成为很重要的缓存和硬盘的角色。

能源行业为什么需要区块链?

刚才我讲的这些看起来很美好,但是具体操作起来,电力从业者比如电网公司、专门的调度机构,以及包括能源局、发改委、地方的监管部门,就会觉得很头疼。因为新的电力价值链需要新的技术,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。这就导致了在中国,虽然有大量优质的可再生能源,但是现在西部和北部的风电站和光伏电站经常弃风、弃光、限电,把优质资源浪费。同时,消费侧这方面,在东部地区,比如北京、上海、深圳这些中国的核心经济地区,电价又一直居高不下。像上海,平均的工业电价基本上是一块钱,一块钱一度电看起来好像不是特别的高,但是如果说同美国甚至说同其他的一些发展中国家比起来,工业电价是倒挂的,其实是违反常态的。所以说在未来新的能源行业形态中,技术很重要,但是相应的市场机制也非常重要,这就是目前能源互联网所缺乏的。

我作为“中国能源互联网行动计划”的参与者之一,参与过相关研究,当时写该计划的时候其实就考虑了很多机制设计的问题,也提到过“绿币”,相当于是区块链技术在能源互联网里面的应用,但是因为当时区块链技术并不成熟,就没有把区块链作为能源互联网的一种技术解决方案放到行动计划里面。但是我个人一直认为,区块链和能源互联网是天作之合。

能源互联网作为一种解决方案,其实是难以落地的,因为现在所推行的能源互联网的理念和概念其实有非常多的缺陷。就拿能源互联网提倡的五大特点来分析:

  1. 精确计量。计量室对于现在各种能源系统运行状态的广泛数字化感知是控制的基础,是能源信息化的源头。但是,精确计量可以做到,如何保证不同参与主体对于计量数据的共识信任?
  2. 泛在交互。在能源互联网系统中,能源信息要做到无阻的流动,传感器设备和主体之间要形成充分的交互,实现主体和主体之间的交互,人和系统,人和设备之间的交互。但泛在交互的前提是信任,在信任薄弱的前提下,如何实现不同法人主体的设备和系统之间的数据调用以及互操作?
  3. 自律控制。设备和系统要做到基于本地指令的动态响应,其目的就是要提高系统的运行效率和可靠性,这是为了应对在能源互联网当中大量的分布式本地能源。利用本地信息实现快速的系统控制以及调度指令的下达称为自律控制。但是问题就来了,在自动化系统中,谁对外部数据和指令签发信任?如果采信外部数据,执行指令之后发生事故或造成损失,谁来承担责任。
  4. 优化决策。未来的能源互联网的时代中,谁是决策主体?如果还是以目前中心化的信息采集-分析判断-指令传达的流程进行决策,那如何杜绝中心主体从自身利益出发,滥用决策权限,损害其他主体利益?毕竟这样的事情一直在发生。如果采用分布式决策,大量能源互联网设备之间直接点对点交互,需要多次复杂迭代,取得共识的效率极低,甚至还可能会导致死循环无共识。
  5. 广域协调。广域协调指的是能源系统的参与者之间通过广域协调形成有效的机制,提供合理的信号,激励在系统内和系统外的参与者,然后基于自身利益以及整个系统的利益最大化,协调互动和博奕的行为称为广域协调。问题又来了,协调的前提是取得相关主体之间的共识,在信任脆弱、主体间关系错综复杂的条件下,如何低成本高效率的取得共识?更何况是在不同价值域之间取得共识,协调利益。

那么,区块链如何解决能源互联网1.0时代的这些不能落地的问题?

  1. 从精确计量升华到保护隐私、可信计量:数据布置在区块链上,确保不可篡改,公私钥结合的非对称加密保护隐私。
  2. 从泛在交互升华到强制信任,泛在交互:以可信计量为基础,通过区块链构建能源互联网交互主体之间的低成本的信任传递链条,实现基于信任的能源互联网主体间互操作性。
  3. 从自律控制升华到虚实一体、智能自律控制:通过链上代码,实现以智能合约为表现形式的逻辑功能,并结合区块链技术+大数据技术+人工智能技术,设计可信任的预言机制对外部数据签发信任,然后输入智能合约,执行逻辑过程,产生可信任的本地指令,在本地完成应对随机外部环境变化的控制过程。
  4. 从优化决策升华到间接民主、分布决策:基于区块链部署的能源互联网设备间点对点交互,形成分区局部共识,再实现分区间共识,避免大量分布式设备之间为了产生直接共识而导致的复杂迭代和死循环无共识,从而可以在实现分布式决策的同时又可以兼顾效率。
  5. 从广域协调升华到集群智能、广域融合:以区块链为工具,以低成本信任传递为手段,实现在能源互联网中不同能源主体,以及不同能源系统之间的能量流、信息流、资金流的强耦合,进而将不同主体和不同系统化零为整,融合为一个能源互联网超级主体,在广域内形成集群智能。

通过区块链完全可以把目前能源互联网概念升华到能源互联网2.0时代新形态。而且,区块链技术其实和能源互联网有非常强的内在一致性:第一,都强调去中心化,比如能源互联网中电源的分布式,以及消费者及生产者之间的新关系,其实都是去中心化在能源行业的着重体现;第二,都有自治性或者说自律性,在能源互联网里面也特别强调系统和设备以及主体的生态化自治运行,和区块链的自治性是完美的结合;第三,都重视市场化,区块链本身是一种金融科技,它和未来能源互联网的市场化和金融化是天作之合;第四,智能化、合约化,未来基于自律控制的智慧能源系统里面大量的调度行为、交易行为以及交互行为和其他决策行为都是基于环境数据的自动出发的。而其逻辑代码早在设计的时候就已经嵌入进去了,这和区块链的智能合约完全是一脉相承。

海外的能源区块链应用

相信很多研究区块链或能源的朋友,都研究过美国的布鲁克林区块链微网售电项目,这是在比微网还小的纳网里面做的,才10户人家的区块链的点对点售电的光伏项目。10户人家的屋顶上都装了几块光伏组件,形成了十个节点的小型区块链。这个项目是基于以太坊开发的,再通过用户节点和节点之间的交互,形成了基于区块链的售电应用。该项目目前还没有看到运行测试的结果和报告,但我觉得这代表了一种方向。

不过这种应用会有约束性:

第一是政策约束性。举个最简单的例子,在这个售电项目当中,如何开发票?这是很典型的中国问题,美国人根本不考虑发票这种问题的,最多搞个invoice给你,但是在中国,售电公司不开发票,别人得跟你急;其次是电力销售的牌照,你就算是卖一度电也是售电,而现在的《电力法》非常明确地规定,只有电网公司才可以售电。所以说如果你把屋顶上的电通过区块链卖给你邻居,在中国就是非法售电。

第二是技术约束。在十户人家组成的超小型的纳网里面,可以实现这样分布式光伏的点对点售电,但微网会大很多,如何来实现可扩展性?同时,要实现的不仅仅是光伏售电,还有储能售电、电动汽车售电,甚至还有售气、售水、售热等不同能源品种之间互相的销售。此外,这样的成百上千户的微网用户如何布置节点?其实是很难的,因为在区块链里节点数量的增加带来的布置难度是指数级别上升的。

第三是安全问题。电力、能源不像其他的行业,最主要的属性不一定是TPS,反而是安全性、可靠性、鲁棒性。目前的信息安全解决方案,我相信肯定不适用于未来基于区块链的电力信息网络。

所以,包括布鲁克林区块链微网售电项目、德国RWE的基于区块链做电动汽车小额支付的应用,都属于实验阶段。目前全世界对于能源和区块链的结合实践,屈指可数,少之又少,而且大部分其实都是停留在小规模实验,甚至就连POC都没有,而且最后的实验报告也没出来。

能源区块链实验室正在考虑的应用场景

区块链是一种应用级别技术。把区块链的应用场景分成不同的环节,有发、输、储、用这样四个环节进行设计。

在发电领域,就是区块链售电。这是很重要的应用场景,尤其是分布式能源基于微网的区块链售电,为什么呢?因为电力不像金融产品,上海的上市公司可以把股票卖给北京,但是在上海的微网发的光伏电是不可能把它卖到南京,或者说也不可能卖到杭州的,因为电是有损耗的,一般来说分布式光伏在比较低的电压等级,所以你一升压一降压,一远距离传输就没了,所以分布式能源的电必须本地销纳,所以我们实验室就在设计,基于本地的能源微网通过区块链实现这样点对点的用户和发电者之间的电力交易。

还有一点,现在全国已经有好几个电力交易所,最大的是广东电力交易所,今天广东省的最高负荷已经超过一亿千瓦,这是中国首个超过一亿千瓦的省。像广东这样的电力交易所,主要是基于交易所内竞价交易和挂牌交易实现电力交易,但是接下来随着电力市场继续的开放,电力行业、电力金融的继续发展,未来会出现很多OTC交易就是在场外的售电公司和购售电交易,到时候就需要通过区块链来实现售电者和购电者之间电力交易合同的场外注册了,这也是发电的应用场景。

电力的传输其实也可以设计成金融产品,称为金融输电权,输电权的交易就会像发电权的或者说发电上网权的交易一样,是可以进行场内交易和场外交易的,是可以形成资源在交易所内的撮合交易和挂牌交易的,所以基于输电行业环节的区块链应用场景就出现了。

在输电行业还有另外一种应用,就是线损。目前是电网公司说了算,包括不同能源之间转换的损耗,比如说Power to Gas,就是多余的电变成氢气进行传送,以及热电联供、热电互换其实都是不同品种的能源之间的转换,然后进行传输。此外,能源远距离传输和其他的运行带来的线损,如何来进行公证?如何来进行确认?其实也是可以通过区块链来做。

此外,未来的电力调度被调度的客体是大量的分布式的能源,以及大量的智慧用电负荷,比如说智能的电动汽车、智能家居,未来的整个电网的调度决策以及指令和信号的本地的生成和执行的过程,也是可以通过区块链来生成的。

最重要的就是消费,消费端的应用场景是最多的。现在大家都在推广需求侧响应,都在推广虚拟电厂,那么用户侧参与的过程中,其贡献如何计量?如何让用户得到公正评价,让资源的贡献者心服口服?基于贡献如何分配利益?其实目前这些都没有好的方案。

还有目前的需求侧响应方案是封闭式的方案,就是需求侧响应的负荷集成商跟别人签好了协议,有了需求侧响应的符合相应的指令之后,他再分配到下面的负荷让大家参与响应,但是未来在能源互联网时代,应该是即插即用、即插即发、即插即响应的可扩展的情景。在这样情景里面,非响应计划内的负荷如何及时的参与,动态的来参与符合需求侧的响应将是非常大的挑战。如何确定计划、如何分配收益、如何来考核,都是很困难的,而恰恰是区块链可以做到的。目前正在开发的应用是基于需求侧响应的KPI的考核,以及自动化的基于智能合约的需求侧响应的收益的分配的应用。

未来的储能,更可能是称为是基于分享经济的储能。储能的利用率单体就是单个企业购买储能的利用率其实是非常低的,不可能一天24小时都把储能电池用起来,所以说在区块链技术之下,就可以把储能当做是滴滴和Uber的出租车一样,周边的用户都可以通过使用权的分享,去调用在某用户名下的储能设施,然后付钱基于储能的收益,付使用费给储能的所有者。

所以,在能源互联网里面,发、输、变、配、售、用等各个领域都可以和区块链结合起来。所以说我一直呼吁能源行业的人,看到任何场景都要有敏感性,要知道如何把能源行业这些业务搬到区块链上,同时还得不能人云亦云的去考虑这些区块链应用。

区块链目前来说,其状态就是非常不成熟。从它的性能,包括它的信息安全方案,都不足以支撑在能源行业目前的落地。所以说大家在看能源区块链应用的同时,脑子中得打惊叹号!以区块链目前的发展阶段,还需要很长的路才能在能源行业落地,才能在能源行业应用。

另外不成熟的地方在于什么呢?在于政策,能源是强监管、强政策的基础行业,技术再牛逼,政策跟不上,监管层不认是没有任何用处的。比如刚才提到售电主体的问题,区块链可以做售电,而且可以做得很好,但是监管层不给你售电牌照你就不能做售电,你就不能把你屋顶上的分布式光伏电卖给你隔壁邻居。所以说政策是否能跟上,也决定了区块链和能源的结合在中国是否可以落地。

第三个就是人才问题,目前来说,能源行业特别缺乏能够把区块链技术以及其他的比如说机器学习、大数据、人工智能、物联网等先进信息技术,同能源行业本身以及同金融三者结合的人才。同时还具备创新导向思维的人才,就更少了。所

这是阻碍中国未来区块链技术和能源应用结合在中国落地的三座大山。

最后介绍一下能源区块链实验室。这是全世界唯一的能源行业区块链应用实验室,正在能源行业发、输、配、售、用的全环节设计区块链的应用,同时也在考虑基于不同主链技术开发,比如基于比特币的,基于以太坊的,基于Hyperledger的,而能源区块链实验室也是Hyperledger Project第一个能源行业的成员。(本文首发钛媒体,根据能源区块链实验室创始合伙人、信达证券首席区块链专家、首席能源互联网研究员曹寅在钛坦白上的分享整理)

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佳音
佳音

钛媒体资深运营编辑、微信社群运营总监、“钛坦白”微信公开课负责人,邮箱jiayinge@tmtpost.com

评论(4

  • 佳音 佳音 2016-08-11 08:46 via iphone

    当时曹总喝了点酒,微醺状态下讲得非常打动人!😄

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  • 天远 天远 2016-08-19 06:46 via android

    美好的事物经常是从炒作开始

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  • 匿名用户 匿名用户 2016-08-11 09:07 via h5

    区块链技术科普了。

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  • 宁宇 宁宇 2016-08-11 08:57 via h5

    讲得很好,娓娓道来,深入浅出

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Oh! no

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