隨著全球?qū)δ茉纯沙掷m(xù)發(fā)展的需求不斷增加和低碳環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，中國(guó)在“碳達(dá)峰碳中和”國(guó)家重大戰(zhàn)略指引下，正在加速發(fā)展新能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，特別是可再生能源、新型儲(chǔ)能、電力數(shù)字化等創(chuàng)新技術(shù)，推進(jìn)分布式能源資源的建立和融合。這一能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型過(guò)程中，區(qū)塊鏈技術(shù)的興起可以為能源行業(yè)帶來(lái)新的革命性變化，通過(guò)賦能新能源生產(chǎn)活動(dòng)、優(yōu)化分布式能源交易機(jī)制、促進(jìn)能源資產(chǎn)梯次利用，解決新能源快速推廣帶來(lái)的時(shí)空維度的供需錯(cuò)配和能源波動(dòng)等問(wèn)題，并減少能源資產(chǎn)廢棄帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。

1、能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

新能源是指可再生能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力能等，它們具有低碳排放、可持續(xù)性和環(huán)保等特點(diǎn)，逐漸替代傳統(tǒng)化石能源成為全球能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。根據(jù)國(guó)際能源署《可再生能源2023》的數(shù)據(jù)，新能源在全球電力生產(chǎn)中的占比逐年上升，預(yù)計(jì)未來(lái)幾十年將持續(xù)增長(zhǎng)?！?023年可再生能源容量統(tǒng)計(jì)》數(shù)據(jù)表明，全球可再生能源發(fā)電容量從2017年的2186 GW持續(xù)上升至2022年的3381GW；同時(shí)期全球可再生能源發(fā)電容量占比從24.3%增長(zhǎng)至29.5%，新能源在電力行業(yè)的重要性持續(xù)提升。

在全球超過(guò)130個(gè)國(guó)家持續(xù)的政策支持下，預(yù)計(jì)2023年可再生能源發(fā)電新增裝機(jī)容量將達(dá)到507GW，比2022年增長(zhǎng)近50%?！犊稍偕茉?023》指出，2023年全球范圍內(nèi)的加速增長(zhǎng)主要是由中國(guó)大力發(fā)展的光伏發(fā)電（+116%）和風(fēng)力發(fā)電（+66%）市場(chǎng)的共同擴(kuò)張推動(dòng)的。預(yù)計(jì)未來(lái)五年可再生能源新增裝機(jī)容量將繼續(xù)增加，其中太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能占創(chuàng)紀(jì)錄的96%。從上述數(shù)據(jù)與報(bào)告中可以發(fā)現(xiàn)，可再生能源將在未來(lái)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)位置。

1.1 空間維度上的能源供需錯(cuò)配問(wèn)題

中國(guó)在發(fā)展新能源電力產(chǎn)業(yè)時(shí)不可避免的面臨資源分布不均勻、資源分布供需錯(cuò)配等問(wèn)題。根據(jù)中國(guó)國(guó)家能源局的數(shù)據(jù)，中國(guó)的新能源并網(wǎng)電量不斷增加。根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布的《中國(guó)電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告2023》，截至2022年底，中國(guó)全口徑發(fā)電裝機(jī)容量256733萬(wàn)千瓦，比上年增長(zhǎng)8.0%，其中，并網(wǎng)風(fēng)電36564萬(wàn)千瓦，比上年增長(zhǎng)11.2%；并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電39268萬(wàn)千瓦，比上年增長(zhǎng)28.1%。

然而，新能源電力供需錯(cuò)配帶來(lái)了能源分配效率的問(wèn)題也日益突出。中國(guó)西部地區(qū)風(fēng)光資源較為豐富，新能源發(fā)電占比較高，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)有限公司西北分部數(shù)據(jù)顯示，國(guó)家西北電網(wǎng)新能源裝機(jī)規(guī)模達(dá)1.57億千瓦，占全國(guó)新能源裝機(jī)容量的22%，但由于西北地區(qū)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)較少、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)欠發(fā)達(dá)等原因，新能源本地消納難度較大，反觀華東和東南沿海地區(qū)新能源資源不夠豐富，但經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)所需的能源消納需求較大，綜合形成了新能源資源在空間上的供需錯(cuò)配問(wèn)題。

1.2 時(shí)間維度上的能源穩(wěn)定性挑戰(zhàn)

新能源在時(shí)間維度的不穩(wěn)定性是新能源應(yīng)用的另一重要挑戰(zhàn)。太陽(yáng)能和風(fēng)能等新能源發(fā)電設(shè)施高度依賴(lài)天氣和季節(jié)等自然條件，這將導(dǎo)致電力供應(yīng)的波動(dòng)并對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生挑戰(zhàn)。從電力平衡的角度來(lái)看，新能源的產(chǎn)能與電力負(fù)荷曲線的匹配度相對(duì)較低，甚至在某些時(shí)間段可能出現(xiàn)完全相反的情況，電力波動(dòng)幅度將導(dǎo)致新能源日內(nèi)調(diào)峰需求持續(xù)提升。在電量平衡方面，新能源的發(fā)電效率受天氣和季節(jié)影響較大，因此不穩(wěn)定的新能源發(fā)電量難以滿(mǎn)足穩(wěn)定增長(zhǎng)的用電需求。

2. 區(qū)塊鏈技術(shù)賦能能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展

2.1 區(qū)塊鏈技術(shù)為能源生產(chǎn)活動(dòng)提供溯源記錄

新能源生產(chǎn)活動(dòng)通常涉及多個(gè)參與方，包括項(xiàng)目投資方、能源生產(chǎn)商、技術(shù)服務(wù)商等。區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種安全、透明、不可篡改的分布式賬本技術(shù)，提供了一種創(chuàng)新性的方式來(lái)記錄和管理新能源的生產(chǎn)和調(diào)度數(shù)據(jù)，使各方能夠?qū)崟r(shí)查看和共享數(shù)據(jù)，并自動(dòng)化執(zhí)行收益分配，增強(qiáng)了協(xié)作和合作的可能性，這有助于解決新能源生產(chǎn)活動(dòng)中的信息不對(duì)稱(chēng)和利益沖突問(wèn)題。

舉例來(lái)看，將區(qū)塊鏈用于工商業(yè)儲(chǔ)能領(lǐng)域，建設(shè)基于區(qū)塊鏈的工商業(yè)儲(chǔ)能能源調(diào)度策略可信存證系統(tǒng)，用于記錄和驗(yàn)證儲(chǔ)能系統(tǒng)的能源調(diào)度策略過(guò)程，有助于解決項(xiàng)目投資方、運(yùn)營(yíng)方、技術(shù)服務(wù)商關(guān)心的“運(yùn)維手段是否規(guī)范”“策略執(zhí)行是否正確”“系統(tǒng)狀態(tài)是否正?！钡葐?wèn)題。此類(lèi)策略包括應(yīng)對(duì)風(fēng)光發(fā)電設(shè)施瞬時(shí)功率波動(dòng)的安全調(diào)度策略、控制基礎(chǔ)電費(fèi)的需量控制策略和提升綠電自發(fā)自用比例的綠電消納策略等。

當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)執(zhí)行能源調(diào)度策略時(shí)，人工介入決策通常是無(wú)法滿(mǎn)足能源響應(yīng)的高時(shí)效性的，系統(tǒng)需要自動(dòng)化的完成調(diào)度策略發(fā)現(xiàn)和執(zhí)行，因此系統(tǒng)將觸發(fā)策略的情景和策略執(zhí)行過(guò)程記錄在區(qū)塊鏈上，包括環(huán)境數(shù)、智能分析結(jié)果、策略參數(shù)和執(zhí)行情況。這些記錄為用戶(hù)提供隨時(shí)回溯策略的觸發(fā)和執(zhí)行歷史的能力，滿(mǎn)足各方對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況查詢(xún)和審計(jì)需求。

北京電力交易中心、國(guó)網(wǎng)數(shù)科控股公司基于“國(guó)網(wǎng)鏈”打造了可再生能源電力消納憑證交易系統(tǒng)，該項(xiàng)目運(yùn)用了相似的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)發(fā)揮區(qū)塊鏈分布式記賬、可追溯等技術(shù)特性，就可再生能源電力消納生成數(shù)字化消納憑證，通過(guò)消納量分配、記賬、交易全過(guò)程鏈上運(yùn)行，以區(qū)塊鏈技術(shù)保障可再生能源超額消納量的精準(zhǔn)核算及可信溯源，最終借助智能合約技術(shù)開(kāi)展消納憑證“掛牌”交易。

2.3 區(qū)塊鏈促進(jìn)多類(lèi)型能源資源交易活動(dòng)

在能源交易領(lǐng)域，去中心化和自動(dòng)化的交易機(jī)制是至關(guān)重要的。區(qū)塊鏈技術(shù)為多元能源資源交易提供了創(chuàng)新的解決方案。能源市場(chǎng)的可交易資源不僅有電能量，還包括了彈性負(fù)荷容量、儲(chǔ)能容量等多種資源。區(qū)塊鏈技術(shù)通過(guò)提供去中心化和自動(dòng)化的交易平臺(tái)，將不同類(lèi)型的能源資源納入交易范圍，使用智能合約自動(dòng)化完成交易掛牌、摘牌、監(jiān)測(cè)、執(zhí)行的全過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)多種能源資源自動(dòng)化交易，有助于提升電力系統(tǒng)靈活性。

舉例來(lái)看，將區(qū)塊鏈應(yīng)用于實(shí)時(shí)需求響應(yīng)交易活動(dòng)，具有多重優(yōu)勢(shì)，包括降低交易成本、自動(dòng)化公開(kāi)撮合需求響應(yīng)訂單、上鏈存證響應(yīng)執(zhí)行情況和信用評(píng)價(jià)記錄。這一解決方案包含一套去中心化需求響應(yīng)交易平臺(tái)，支持供需雙方的智能化掛牌、摘牌、監(jiān)測(cè)和執(zhí)行活動(dòng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，各方參與者，如負(fù)荷聚合商、售電公司和電網(wǎng)公司，可以根據(jù)用戶(hù)側(cè)預(yù)填報(bào)的響應(yīng)時(shí)點(diǎn)和容量，通過(guò)區(qū)塊鏈智能合約進(jìn)行需求響應(yīng)任務(wù)的下達(dá)，同時(shí)可以公開(kāi)掛牌實(shí)時(shí)需求響應(yīng)訂單，以滿(mǎn)足臨時(shí)電力調(diào)度需求。

這種需求響應(yīng)模式具有高時(shí)效性，因此無(wú)法依賴(lài)人工操作來(lái)確認(rèn)每一次需求掛牌后的交易。相反，系統(tǒng)采用智能分析技術(shù)，根據(jù)辦公用能、生產(chǎn)用能和儲(chǔ)能狀態(tài)等因素，尋找最優(yōu)化策略，以確定是否滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償與電力調(diào)度成本之間的關(guān)系。如果經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償大于成本，智能合約將執(zhí)行摘牌操作，并觸發(fā)物聯(lián)網(wǎng)控制設(shè)備進(jìn)行調(diào)度執(zhí)行。

由于每一次需求響應(yīng)都具有高度時(shí)效性，系統(tǒng)會(huì)定期輪詢(xún)確認(rèn)需求響應(yīng)的執(zhí)行情況。未能及時(shí)執(zhí)行的交易將被撤銷(xiāo)，并可能面臨一定程度的信用懲罰。這種方式確保了交易的公平性和透明性，同時(shí)提高了整個(gè)需求響應(yīng)過(guò)程的效率和交易的透明度。

2022年第10期《工程雜志》（The Journal of Engineering）刊文介紹了一個(gè)位于迪拜的虛擬電廠（VPP）試點(diǎn)項(xiàng)目應(yīng)用了類(lèi)似的方案。該項(xiàng)目匯聚了總?cè)萘繛?.8MW的分布式能源資源（DERs）。VPP運(yùn)營(yíng)商自動(dòng)為每個(gè)分布式能源資源生成設(shè)定點(diǎn)作為每個(gè)DER在需求響應(yīng)事件中的調(diào)度策略。在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期間，系統(tǒng)參與了兩次控制事件。在某一需求響應(yīng)事件期間，VPP為DER分配了放電800kW的調(diào)度策略，DER將自動(dòng)完成這一調(diào)度策略，并將電能量注入電網(wǎng)。隨后，通過(guò)智能合約監(jiān)測(cè)DER的響應(yīng)結(jié)果并將其同需求響應(yīng)預(yù)期進(jìn)行對(duì)比，若需求響應(yīng)得到滿(mǎn)足，則在需求響應(yīng)事件結(jié)束時(shí)由智能合約自動(dòng)支付需求響應(yīng)的報(bào)酬。

2.3 區(qū)塊鏈助力能源資產(chǎn)可信評(píng)估和梯次利用

區(qū)塊鏈技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用不僅僅限于新能源產(chǎn)業(yè)和電力交易領(lǐng)域，它還在能源資產(chǎn)可信評(píng)估和梯次利用方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。通過(guò)區(qū)塊鏈，能源資產(chǎn)的全生命周期數(shù)據(jù)可以被長(zhǎng)期存儲(chǔ)，并且保持著高度可信性，這將有助于能源資產(chǎn)的價(jià)值評(píng)估更為準(zhǔn)確和評(píng)估成本更為低廉，最終可促進(jìn)梯次利用模式的發(fā)展。

基于區(qū)塊鏈的技術(shù)特性，能源資產(chǎn)，如太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)、鋰離子電池等，在其整個(gè)生命周期內(nèi)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，包括出廠檢測(cè)、日常運(yùn)行、維護(hù)保養(yǎng)和故障告警等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被記錄在區(qū)塊鏈上，保證了其長(zhǎng)期的可信性和完整性。

擁有可信的全生命周期數(shù)據(jù)意味著任何關(guān)聯(lián)方可以隨時(shí)利用大數(shù)據(jù)評(píng)估模型對(duì)能源資產(chǎn)的價(jià)值進(jìn)行評(píng)估。這些模型可以基于歷史性能數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、能源產(chǎn)出等多個(gè)因素來(lái)進(jìn)行評(píng)估。由于區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)是可信的，因此基于科學(xué)評(píng)估模型的評(píng)估結(jié)果也具備高度的可信性，這對(duì)于能源資產(chǎn)的所有權(quán)者、維保人員和潛在買(mǎi)家來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，因?yàn)樗麄兛梢砸揽窟@些評(píng)估結(jié)果做出相應(yīng)的決策，例如是否購(gòu)買(mǎi)或出售以及確定維保策略等。

基于可信的評(píng)估結(jié)果，可延伸出的一項(xiàng)關(guān)鍵的能源資產(chǎn)管理策略是梯次利用，即將資產(chǎn)在其生命周期內(nèi)多次應(yīng)用于不同使用場(chǎng)景，以最大程度地發(fā)揮其全生命周期的價(jià)值和性能。在傳統(tǒng)模式下，許多設(shè)備在達(dá)到其最初設(shè)計(jì)壽命后被廢棄，這導(dǎo)致了大量的廢棄物和資源浪費(fèi)?？尚诺臍v史數(shù)據(jù)和低廉的評(píng)估成本使得梯次利用模式更加容易推廣，因?yàn)橥顿Y者和運(yùn)營(yíng)商可以準(zhǔn)確評(píng)估資產(chǎn)的狀態(tài)和剩余價(jià)值，這降低了資產(chǎn)篩選的成本，鼓勵(lì)更多的能源資產(chǎn)被重新投入使用，延長(zhǎng)了其服務(wù)壽命，不僅有助于提高資產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，還有助于提升綠色環(huán)保程度，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。

在全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)（GSMA）物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃下，中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院聯(lián)合萬(wàn)向研究院、上海萬(wàn)向區(qū)塊鏈公司、GSMA，共同發(fā)起了一個(gè)概念驗(yàn)證項(xiàng)目（PoC項(xiàng)目），以評(píng)估分布式賬本在物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中的應(yīng)用。該P(yáng)oC具體應(yīng)用的場(chǎng)景是分布式賬本應(yīng)用于新能源電池價(jià)值評(píng)估。動(dòng)力電池回收的主要成本是對(duì)電池模組性能測(cè)試。電池回收企業(yè)需要大量的人力、物力、財(cái)力對(duì)電池模組的剩余價(jià)值進(jìn)行評(píng)估。由于沒(méi)有權(quán)威和自動(dòng)化的系統(tǒng)來(lái)記錄電池充電/放電數(shù)據(jù)，電池回收公司對(duì)電池健康狀態(tài)的相關(guān)記錄都缺乏信任。分布式賬本技術(shù)被選中來(lái)增加相關(guān)記錄的可信性，以利用電池充電/放電的記錄來(lái)評(píng)估電池的剩余價(jià)值，而不需要通過(guò)復(fù)雜的電池模組性能測(cè)試，從而降低電池回收的成本。

4、未來(lái)展望

隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷成熟以及中國(guó)電力市場(chǎng)化改革的不斷推進(jìn)，未來(lái)區(qū)塊鏈與能源行業(yè)的結(jié)合將不斷朝著多元化發(fā)展，區(qū)塊鏈去中心化與不可篡改的技術(shù)特性也將持續(xù)助力能源行業(yè)挖掘應(yīng)用創(chuàng)新機(jī)會(huì)和維持可持續(xù)發(fā)展動(dòng)能。

4.1 去中心化的能源交易市場(chǎng)

區(qū)塊鏈技術(shù)有望推動(dòng)能源市場(chǎng)向更去中心化方向發(fā)展，通過(guò)建立分布式的能源交易平臺(tái)，提升可再生能源的源網(wǎng)荷儲(chǔ)各參與方直接進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)能源交易的便利性，進(jìn)一步提升可再生能源系統(tǒng)的靈活性，這不僅有助于提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性、透明度和降低交易成本，同時(shí)也提升可再生能源系統(tǒng)的安全性、靈活性和穩(wěn)定性。

4.2 能源數(shù)據(jù)的安全性

隨著能源數(shù)字化的普及，能源行業(yè)源網(wǎng)荷儲(chǔ)各節(jié)點(diǎn)將產(chǎn)生大量能源數(shù)據(jù)，這些能源數(shù)據(jù)可以用于行業(yè)分析和規(guī)劃指導(dǎo)，進(jìn)一步促進(jìn)能源行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。然而，能源數(shù)據(jù)是一把雙刃劍，其數(shù)據(jù)的安全性和隱私性關(guān)乎國(guó)家能源系統(tǒng)安全，當(dāng)前有限維度的能源數(shù)據(jù)也難以授權(quán)商用，因此如何平衡大規(guī)模能源數(shù)據(jù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值和安全管理需求是無(wú)法避免的關(guān)鍵問(wèn)題。區(qū)塊鏈的不可篡改性和分布式存儲(chǔ)特性同隱私計(jì)算的分布式加密計(jì)算能力相結(jié)合有助于達(dá)成上述目標(biāo)，這對(duì)于確保數(shù)據(jù)流向的準(zhǔn)確性、可追溯性和數(shù)據(jù)的安全使用具有明顯價(jià)值。

4.3 綠色能源溯源和認(rèn)證

區(qū)塊鏈可以用于跟蹤能源的產(chǎn)生、運(yùn)輸和使用，引導(dǎo)負(fù)荷方科學(xué)規(guī)劃用能安排，提升可再生能源的消納比例。由于可再生能源，特別是光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，具有隨機(jī)波動(dòng)性，引導(dǎo)負(fù)荷方配合電源側(cè)綠色電力并網(wǎng)情況進(jìn)行電力消納，有助于降低電力系統(tǒng)碳排放水平。區(qū)塊鏈結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)根據(jù)電力潮流數(shù)據(jù)完成分時(shí)級(jí)碳排放因子計(jì)算和追溯，可為綠色能源創(chuàng)建可再生能源證書(shū)，實(shí)現(xiàn)綠色能源溯源和電力碳排放追溯，賦能源網(wǎng)荷儲(chǔ)碳排放責(zé)任主體認(rèn)證和引導(dǎo)策略制定。

區(qū)塊鏈助力能源行業(yè)發(fā)展的方向不止于上述這些，總體而言，區(qū)塊鏈技術(shù)與新能源產(chǎn)業(yè)的結(jié)合將推動(dòng)能源行業(yè)向更加智能、可持續(xù)和分布式的方向發(fā)展。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)這些展望還需要持續(xù)進(jìn)行技術(shù)、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)化等方面的升級(jí)和完善。