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区块链技术如何助力构建新能源系统

深度 2021-05-143458
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“区块链不是为了应用而应用,区块链只是工具,是去中心化的手段,解放生产力才是目的。”面对近几年被炒得如火如荼的区块链,清华大学电机系副教授张宁4月18日在接受《中国科学报》采访时说。

在当天举行的聚焦物联网领域的北京地区广受关注学术成果会上,张宁解释说,区块链也具有“适用范围”,它并不能解决线下物理系统的真实和信任问题,而只能解决链上的去中心化和信任问题。以能源互联网为例,他介绍了区块链技术在这一领域的典型应用,并就未来发展提出建议。

“思想一致性”

2019年10月24日,中共中央政治局第十八次集体学习时强调,把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口,加快推动区块链技术和产业创新发展。由此,“区块链”开始走入大众视野,成为社会关注焦点。

近两年来,国内市场对区块链技术的研究日渐深入。数据表明,中国区块链专利申请数量目前已位居全球第一。许多国企以及民企希望借此发力,寻找发展契机。能源领域尤其重视区块链技术。如国家电网公司提出泛在电力物联网建设的整体解决方案,并成立了国网区块链科技有限公司。同时,煤炭及其他各种能源行业都提出了区块链标准以及技术研发计划。

那么,能源互联网与区块链存在怎样的联系?在张宁看来,其关键之处在于,区块链和能源互联网具有“思想一致性”。

张宁介绍,区块链的技术发展主要经历了三个阶段。区块链1.0主要用于以比特币为代表的一系列数字化编程的货币(区块链技术不等同于比特币,而是支撑比特币的底层技术),主要是以去中心化的手段解决支付过程中的信任问题。区块链2.0超越了货币概念,以数字货币与智能合约相结合,主要用于各种金融市场的去中心化。区块链3.0除金融领域之外,还会涉及到各个生产领域,又被称为可编程社会,目前这一领域尚处于非常初级的阶段。

“大家在办很多事情的时候,都需要证明自己的学历、经历,如何减少这一繁琐工作量呢?依托密码学技术、树状存储技术、共识算法以及智能合约,区块链就可以发挥重要的作用,解决信任的问题。”张宁说。其核心思想是在没有中心机构或无法确定中心机构,抑或中心机构可能不可信、运行环节繁琐的情况下,建立各方信任,实现数据的共享可信和合作。这界定了区块链技术的适用范围。

能源互联网,这一能源系统,特别是电力系统正在经历转型,正在改变着整体能源系统的形态。发电侧不仅是传统的大型发电站,风电、光伏,特别是分布式光伏等并网,使能源系统由原来的统购统销的方式运营,无法采用常规的调控手段去消纳现有能源,如何管理这些成千上万可发电的资源或发电主体就成为一个棘手问题。

“这使得区块链与能源互联网的在思想上具有“吻合之处”——都体现了去中心化的思想,需要进行广域情况下不同主体的自主协同。”张宁说。在2016年发表于《电机工程学报》的一篇题为《能源互联网中的区块链技术》的研究中。张宁与合作者还指出,区块链和能源互联网还具有其他相似之处,如都能促进建立市场化和金融化平台,都具有智能化和合约化的特征。

典型应用

那么,区块链在能源互联网中有哪些潜在用处呢?张宁表示,目前已经有很多区块链平台都在用于解决不同的问题,现实作用已经凸显。主要包括能源市场交易、多能源系统的交易、能源的计量和认证以及电力的金融产品等应用方向。例如:

能源市场(包括发电侧和供电侧市场)的交易。以发电测为例,除了集中化的由电力调度中心组织的市场之外,还有分布式能源P2P交易等非中心化的市场,这些交易不能集中管理,可以采用区块链技术实现高效的分布式协同。

多能源系统的交易,电力系统、热力系统、燃气系统等是不同系统之间的交易,区块链技术可协同不同能源系统之间的优化。

能源的计量和认证。能源系统是最大的碳排放主体,在能源系统中进行碳减排,初始化的问题是碳排放如何认证,如每度电排放了多少碳,这将需要进行追踪并产生大量数据。面向未来的碳达峰,碳中和,区块链技术能够被用于碳排放权的认证,从侧面增强能源系统对于可再生能源消纳的责任。

未来发展

目前,我国风电和光伏发电量均位于世界第一,且遥遥领先领先第二名,但我国风电和光伏占整体用电量目前仅为10%的水平。“未来要实现碳达峰、碳中和,光伏和风电的比例还要上升,最终将要达到50%-70%,这对于电力系统带来的挑战非常大。”张宁说。

风电和光伏除了存在很大的不确定性,其通过电力电子装置并网也容易引起电网的安全稳定问题。对此,目前张宁正在研究高比例可再生能源并网下的电力系统规划。该规划包含两个层面,一是战略层面的规划,回答以新能源为主体的新型电力系统的结构形态问题;二面是战术层面的研究,面对大规模的可再生能源并网,电力系统如何进行规划。

“我们的电力系统目前已经站在了一个十字路口,构建以新能源为主体的新型电力系统,全世界没有任何一个独立的电力系统目前是完全由风电和光伏等新能源所供应的,没有任何经验可以借鉴。”张宁说,“未来电力系统它的结构形态应该怎样发展?怎样才能规避不稳定的运行方式,避免电力系统陷于不安全的状态?回答这些问题都需要创新性的研究。”

标签: 区块链技术 新能源系统
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