區塊鏈與新能源技術-奇思妙想還是PPT發電

大家新年好，新的一年心想事成！歷經兩個月，我終於又試圖更新一篇專欄文章，我哥們 @落寞飛揚 說的好，更新篇技術專欄的確是個辛苦活，趕上寫個小報告了，一下午看了六七十篇報道和論文，才敢下筆寫一點東西。

我現在研究方向主要是燃料電池，但我們的燃料電池主要目的是作為太陽能或者風能的儲能技術，因此對我這個上游能源有一些了解。加之我之前也做過幾年的太陽能電池研究，對整個新能源有很深的興趣。最近發現一個很有興趣的話題，區塊鏈技術和新能源的結合。大熱的比特幣和未來清潔能源相結合，讓很多初創公司發現了機會，例如LO3和西門子數字電網在紐約的實踐。Microgrid on a Blockchain Platform。我想結合我對新能源的理解，分析一下區塊鏈技術是否真正能對新能源技術大規模應用有幫助。歡迎大家討論指正。

首先我想討論一下通過區塊鏈技術可以交易的能源數額。區塊鏈技術可以不通過中間商，安全的訂立小額能源合同，去中心化的在電網中完成交易。目前初創公司描繪的願景，基本是在微電網中戶對戶交易。很明顯，這種能源應該多來自於分散式光伏發電技術。我們以分散式光伏發電技術最成熟最發達的德國為例，德國每年光伏發電在38.737GWh， 70%來自於分散式光伏發電，德國屋頂光伏設備大概在150萬台左右，算下來每戶平均可以發電17200KWh/year（以上數據來自：Solar power in Germany，http://www.cseindia.org/userfiles/Anil%20Misra_Rooftop%20solar%20PV%20in%20Germany.pdf，http://mnre.gov.in/file-manager/UserFiles/workshop-gcrt-0870616/german.pdf）.按照裝機容量和德國日照條件下計算，每戶發電大概在15500KWh/year,相差不大，取高者計算。而根據word energy council給出的德國家庭年消耗電量為3512 KWh/year. （Average household electricity use around the world）。從戶均發電量和家庭年耗電量來比較，可以推知，如果在德國大規模應用區塊鏈技術，應該是有大量的能源可以被交易。但是同樣的技術或許在美國就沒那麼樂觀了，因為EIA的數據顯示美國的家庭平均耗電量為10766KWh/year，可以用於交易的發電量就明顯小於德國（How much electricity does an American home use?）。

但是我得承認這是個很樂觀的估算，因為我按照公開的數據計算（裝機總量41.3GW，70%來自於分散式發電），德國分散式光伏發電每套設備平均為18KW，對於普通家庭用戶來說，這個功率明顯偏大。我個人感覺單戶裝機容量應該不會超過5KW，那這樣的話一個普通家庭年發電量可能僅僅在4320KWh，略大於家庭年耗電量，可以用於區塊鏈交易的能量就變得小很多。那同樣5kw的光伏發電裝置哪怕放在美國亞利桑那州的日照條件下，應該可以剛剛滿足美國家庭用電量，沒有任何富裕電量用來交易。基於這點考量，區塊鏈技術如果僅僅在普通社區微電網中，可以用於交易的能源額度是不高的，換句話說，市場不算大。

在考慮完可供交易的電量後，第二個問題就是，和誰交易，什麼時候交易。下圖顯示了居民用電的高峰期。我們發現太陽能發電的峰值和居民用電峰值恰恰是錯開的。換句話說，由於沒有成本合理的儲能措施，我們很難在同一個微電網內，向你的鄰居出售你多餘的電量，或者說不能全額出售，因為在你發電的高峰期，你的鄰居並不需要如此多的電量，他們需要電量的時候，你的光伏發電裝置恰恰不能提供足夠可供交易的電量。從load profile來看，商業用電峰值是和光伏發電峰值有重合部分，是否可以通過區塊鏈向商業用電單位售電？我認為這是個方向，但是投資就大大增加了。因為你需要所謂的發電迴流，用可調壓的變壓器把電向上傳到電網然後再降壓傳送到商業單位（國外住宅區和商業區一般是分開的，相距比較遠）。而且這個過程中似乎牽扯到第三方，輸配電單位，區塊鏈從交易上可否實現？這點我不明白，望專業人士教我。總之，小型微電網缺乏可供區塊鏈技術交易的對象，需要輸配電單位參與來實現更大區域內的區塊鏈交易。這點是現在區塊鏈新能源公司少有提及的，或許是限於更大規模的電網建設成本吧。

Figure 1. Load profile through one day（Daily load profiles for residential, commercial and industrial low voltage consumers）

第三，我想談一下區塊鏈技術是否能夠使電網更加安全，使太陽能或者風能對於電網的衝擊力小一些。在談論這個問題之前，我先回顧分析一下15年歐洲日食對於光伏發電以及電網的影響（日食為何沒「吃掉」德國電網--科技--人民網）。15年3月20日歐洲發生日全食，對德國而言，日食過程導致的太陽能下降速率和上升速率分別高達-273兆瓦/分鐘和361兆瓦/分鐘。這個變化速率對電網的影響非常大，但是德國電網安然通過考驗。德國電網是如何過關的呢？德國是通過數千個電力交易員，法國波蘭等所有臨近國家火力發電、核電站通過歐洲電網全力支持過了關。那麼區塊鏈技術可以在哪個方面幫助我們的電網更加安全呢？沒有合適的能源儲存措施，想讓電網安全過關，必須有足夠數量的備載機組來應付這種日食或者火山爆發烏雲蔽日的危機，沒有鄰近國家提供的充足常規電力，區塊鏈即便提供了完美的交易平台也是沒有任何意義的。假定區塊鏈技術已經跳出微電網的層次，能夠在歐洲電網這個層次發揮作用，區塊鏈的交易速度是否能夠應付這種層次的危機？我對區塊鏈技術沒有非常深入的了解，在網上看到區塊鏈技術每秒鐘僅僅可以處理7筆交易（這點也請專業人士指正）。如果區塊鏈技術不足以應付這種危機，我們是否還需要常備一支人工電力交易員隊伍準備應對危機？那樣似乎不足以發揮出區塊鏈對電網的保證作用，為了保證電網的絕對安全，我們既要預備足夠的常規能源備載機組，又要預備人工電力交易員隊伍。

最後，我想總結一下我的觀點。區塊鏈技術與新能源技術相結合，是個很有意思的方向，但是我認為在微電網層次，它缺乏落地空間，在更高層次上的運用上，它自身技術還需要完善，同時還有賴於很多其他領域的技術發展，例如儲能例如物聯網發展。一句話來說，有希望，但是希望去掉噱頭，腳踏實地發展，不要搞PPT發電。