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区块链+能源物联网(资料转译)

区块链+能源物联网(资料转译) 数组智控产业发展科技院
2021-09-03
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导读:2015年10月,联合国于巴黎举办了《联合国气候变化框架公约》第二十一次缔约方大会(COP 21)。在会上,



2015年10月,联合国于巴黎举办了《联合国气候变化框架公约》第二十一次缔约方大会(COP 21)。


在会上,印度总理纳伦德拉·莫迪(Narendra Modi)为其国家宣布了一个大胆的目标,即在2022年前,部署175GW(1750亿瓦特)的可再生能源生产能力。考虑到当时印度的电网装机容量为280GW,印度总理宣布的这个数值相当于6亿印度人的耗电量。


这个目标反映的是一个宏大的理想,即为当前无法使用可靠的电力服务的3亿人供电。人类如果要避免自身及世界的毁灭,就必须极大地降低碳排放量,并持续地提升世界上40亿低收入人群的发展状况和福祉。印度总理宣布的这个重要目标就是为此服务的。


研究机构有一个更大胆的方案,而这个方案目前还没得到印度新德里政府的认可。他们认为,如果政府不能实现电网的去中心化,并将能源的生产控制及所有权分布到村镇级,那么上述的能源供应跨越式发展的构想根本就无法实现。为实现这一目标,他们需要所谓的“能源民主”机制。


这个星球的气候变化问题并非仅在于电厂对煤炭这类污染大的、碳排放量高的燃料的依赖上,它还与完全中心化的电网模式有关。


传统模式从地理分布、安全风险到由政治力量驱动的长期、大规模融资模式,从根本上看都是非常低效的。


如果要以最低的成本、最高的效率使用可再生能源,并尽可能地提高能源的生产率,就必须让能源生产的源头尽可能地靠近能源的消费端。


光伏发电技术的快速改进,让这种想法开始走向现实。就如摩尔定律那样,光伏发电成本也在明显降低。


一家中日企业联盟于2016年赢得了在阿布扎比酋长国建造一个太阳能发电站的合约,其报价低至2·42美分/千瓦时。这与美国典型的发电成本相比降低了一半。这样的差距,使太阳能发电方案与化石燃料方案相比具有明显的优势。


阿布扎比酋长国的这个发电站有一个大型的太阳能电池板阵列,设计目的是为该酋长国的日常电力需求做出贡献。


虽然这个解决方案还是中心化的,但它让我们看到了本地化的太阳能微电网的前景。


去中心化能源为社区带来的好处是令人惊讶的。如果社区能够负责建造自己的能源生产设施,例如由每一个人的房屋上的太阳能电池板组成微电网并分享这些能源生产能力,那么他们就能明显降低由远距离输电所带来的能量损耗,而这些损耗有时可达30%之多。


去中心化的微电网也不容易遭受网络攻击的影响。因为与攻击某个地区的中心化电网单台服务器的成本相比,攻击分布在多地的生产中心的成本是非常高昂的。同时,去中心化的电网也创造了冗余性,从而降低了发生自然灾害时可能带来的影响。


在飓风“桑迪”席卷美国曼哈顿后,人们拍下了一些夜间的照片。在照片上可见,第34街下的市区因中心化电网停摆而漆黑一片,唯一例外的地方是华盛顿广场公园附近的区域。因为纽约大学及其附近的建筑物当时已接入了去中心化的微电网,所以那里还有一小处光亮。


另外,虽然这样的去中心化方案并不能完全消灭各种形式的问题,但小型的、本地化的生产设施能带来一定的经济利益。


在发展中国家,大型的发电厂项目长期存在管理问题。由于这样的去中心化能源生产模式不再需要国际投资银行长达30年的债券支持,也无须承担应对政治风险的保险费用,使其财务成本大大降低,从而能直接降低居民的用电成本。


更重要的是,去中心化的电网设计能够实现能源消费的微妙、精确管理。


如果能恰当利用计算机建模工具,这样的设计就能实现更高的能源效率。通过复杂的软件监测技术、自动化智能电表技术及由价格驱动的设备使用时间优化机制,家中的本地化微电网能够以高科技的方式实现高效的管理,使公共电力公司的大范围的负荷管理策略相形见绌。


这场由Nest及Ecobee nanogrids这类智能恒温控制器方案引领的变革,正有不断向前发展的趋势。


不过,这种低成本的、低碳排放的未来愿景有赖于两个方面:


一是去中心化的能源系统控制(包括电力生产、传输及消费)机制;


二是设计及运行一个由互联的智能电表及联网的家用电器设备所组成的智能系统,并让其能够响应价格信号。


换句话说,这是个大型的物联网战略。


这也意味着我们必须重新思考组织架构。谁来管理这些账单?


在传统的中心化能源供应模式下,大型的公共事业公司会扮演“可信第三方”的角色。它在某种程度上像银行那样,会管理自己的账本,并在上面记录每一个人的电表读数、发票和账户等信息。


但是,在由各家各户屋顶的太阳能电池板及各户接入了物联网的空调组成的本地化微电网中,难以引入传统的中心化角色去记录其中发生的交易。因为,那不仅会极大地降低管理效率,也会与社区整体的利益相冲突,毕竟社区里的人希望自己的电力消费越少越好。


不过,如果我们不能让公共事业公司去管理这些微电网,那么还是需要解决信任的问题。要知道,出售电力的人与购买电力的人的利益是不一致的,前者希望赢利,后者希望降低成本,所以即便他们是邻居,也无法简单地信任对方。社区的规模越大,这个问题就越明显。你怎么确保人们没有对自己的电表做手脚或者乱收费呢?


另外,如果要妥善实现这个方案,就需要将其中发生的交易以一种特殊的内部货币来结算,这种代币的浮动价格将与“千瓦时”挂钩,用户可以将它转换成美元,最终优化本地微电网的管理。


这样,我们就得到了一个市场定价机制,能够用于实现与传统的大范围电网负载管理策略相似的管理方式。具有浮动价值的“千瓦时代币”代表了电力的本地价格,就如所有的市场价格指标一样,它能够为微电网内的用户提供价格信号。


不过,由于它是一个数字信号,所有用户可以依此对自己的设备进行精细的调节,以最大限度地优化电力使用成本。


例如,用户可以选择在电力富余及便宜的时候给自己的特斯拉电动汽车充电,也可以为不同的设备创建一个优先级列表,这样其中的一些设备就可以自动关闭(如电视机),而另一些设备则可以通过编程让它持续开启(如电冰箱)。这些价格信号也会反映电力供应与需求之间的平衡关系,它可以引导微电网的控制软件将多余的电力存储到电池里,并在电力紧缺的时候从电池中取电。


但问题是,谁来负责这个内部的电力市场及支付系统?


就如我们前文所提到的那样,中心化的解决方案存在较高的中介费用、低效的交易后对账流程以及被公共事业公司(其利益与用户不一致)这类账本管理机构操纵的风险。


因此,去中心化的组织显然需要去中心化的信任方案。


去中心化能源方案供应商LO3 Energy在纽约布鲁克林开发的“互动电网”(Transactive Grid),正是上面提到的去中心化信任模式的写照。这是一个原型项目,目的是将各种房屋与商业机构连接在一起,以共享本地产出的太阳能电力。


这个社区希望让有环保意识的消费者及用户知道自己在购买本地生产的清洁能源,而不是像以前那样,仅仅是付款让公共事业公司购买可再生能源积分并用于资助美国其他地方的绿色能源生产活动


LO3的这个微电网方案是基于私有区块链的,因为这个社区是由固定的用户人群构成的,他们都同意相关的使用条款,这样,这种私有区块链的模式其实就能提供足够高的效率。


这意味着它能避免比特币及以太坊所面临的一些处理性能上的可扩展性挑战,可实现区块链上较高的交易性能,而无须整合当前还处于开发阶段的“链外”可扩展性解决方案。


在这个场景中,区块链能处理微型交易及运行智能合约,并判断用户是否已支付数字货币,从而实现预付费的电力使用授权功能,并鼓励用户进行高效的点对点能源交换活动,以换取“千瓦时代币”。


区块链在这个场景中提供了去中心化的市场及价格信号,从而优化了微电网的效率。这意味着系统不依赖于那些掌控了用电人群范围及价格的中心化公司或政府部门,也能正常运作。


这同时意味着,由于大家都知道这套系统能够让其中的设备高效地发挥作用,当有利可图时,社区的每一个成员都有动力去部署能产生收入的太阳能电池板及相关设备,这样微电网的容量就能够有机地增长。


不过,我们还需要面对另一个挑战,毕竟建设这些基于区块链的去中心化微电网需要前期的投入,而在缺乏可靠的信贷基础的地方,这是一个很大的问题。恰好,区块链技术或许能为此提供解决方案。


除了能源资源管理外,区块链及物联网方案在实体经济中还有其他的意义。


例如,用区块链来管理供应链的想法,也吸引了不少人的关注。供应链是有序组织起来的、相互关联的商业关系集合体。它决定了我们所消费的商品是如何从原材料到生产过程的中介环节,最终到达终端市场,并由我们所购买。如果能妥善地对此进行管理,那么在这些链条中所提升的透明性,有潜力提高小型生产者的竞争力,为融资及保险需求提供更高效的定价机制,减少资源的浪费,并提高顾客对产品生产过程的信心,即让顾客了解这个过程的安全性及其是否符合各种道德标准。



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