去中心化能源交易？公司發幣？一文盤點區塊鏈...

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專家專欄
去中心化能源交易？公司發幣？一文盤點區塊鏈在可再生能源領域的應用

去中心化能源交易？公司發幣？一文盤點區塊鏈在可再生能源領域的應用

發表於 2022-06-09 15:36 作者：白澤研究院

在到 2050 年實現碳淨零排放的壓力下，能源系統正在持續轉型去中心化和數字化。可再生能源（生物質能、水電、地熱能、風能和太陽能）爲能源安全、社會和經濟發展、能源獲取、減緩氣候變化以及減少環境和健康影響提供了機會。

然而，能源系統中的信息正變得越來越復雜和分散，集中式結構效率低下，所以將可再生能源添加到現有的能源系統需要新的工具來保持運行穩定性和安全性。在此背景下，在可再生能源中集成區塊鏈技術是實現能源可持續性的關鍵。

集成了區塊鏈的能源系統（分布式能源系統）是一種旨在使能源更接近用戶的新方法：區塊鏈技術可以爲分散的可再生能源系統提供一種主導電力市場的新方法。區塊鏈可以促進分布式點對點交易，降低交易成本，通過密碼學提高安全性，以及提高消費者的可選擇選項。

區塊鏈的特點

區塊鏈技術的出現和 2008 年比特幣的誕生讓研究人員能夠探索區塊鏈在金融、醫療保健、農業、能源等各個領域的好處。區塊鏈作爲一種分布式和數字交易技術，可以安全地存儲數據，以及在 P2P 系統中執行智能合約。

區塊鏈具有以下特點：去中心化、永久性和匿名性。用戶對數字系統的信任不是由中央機構建立的，而是由協議、密碼學和計算機代碼建立的。所以，區塊鏈極大地提高了組織和個人在這些網絡內進行協作和交互的可能性。

區塊鏈因其獨特的特性而具有徹底改變能源領域的潛力。區塊鏈在能源領域的應用非常廣泛，並且在流程和平台方面都可以產生巨大的影響。僅僅在電力供應鏈流程中就有很多用例：網絡、交易和營銷平台；批發和 P2P 貿易。

能源行業的區塊鏈：優勢與局限

區塊鏈技術爲能源行業提供了機遇，可以帶來深遠的變化，但同時也爲能源行業的現有模式帶來風險。

支持在能源市場使用區塊鏈技術的最重要論據包括流程的簡化和自動化、更高的透明度以及通過消除中介來降低交易成本。然而，也有一些反對在能源市場使用區塊鏈技術的論據，其中特別包括交易速度慢、非法活動以及能源和資源的消耗。此外，還有一些基本的法律問題，例如數據保護。

在能源市場中集成區塊鏈的潛在優勢：

降低天然氣或電力市場的交易成本，從而減少對營運資金的需求。降低成本還與爲公用事業和電網運營商提供更多信息有關，以將可再生能源整合到電網中。區塊鏈不需要中介，交易可以直接進行，從而降低了流程的復雜性和與之相關的成本。
熱水器、電動汽車、電池、太陽能光伏裝置等能源設備與電網運營商（智能電網）之間通信的新機會。
通過分散的可再生能源電網爲服務不足的社區提供負擔得起的能源。
節能加密：加密可以將任何數據或任何信息轉換爲代碼以防止未經授權的訪問。對節能數據進行加密並通過區塊鏈共享可以使市場更安全。
節能交換：區塊鏈技術似乎有一定的潛力（如果將節能換成可以購买的新節能產品），因爲加密的節能數據可以存儲在區塊鏈平台上，以抵消電費或購买額外的能源服務。
正確評估節能：能源效率的評估非常困難，因爲在許多情況下，能源效率的好處無法從技術上衡量或評估。將區塊鏈與信息通信技術以及流程自動化相結合，可以在一定程度上幫助評估節能和相關收益。
增加透明度：由於區塊鏈是一種分布式账本技術，數據可以在安全、防篡改、透明地傳輸。篡改區塊鏈平台上共享的數據是一個非常昂貴且技術上不可行的過程。
提高可靠性：如果數據存儲在一個傳統能源系統中，由於收集信息需要時間，因此很難對其進行跟蹤和驗證。由於區塊鏈是一種去信任的分布式账本技術，數據存儲在不同的區塊中，這可以大大提高整個系統的可靠性。
提高安全性和客戶信任度：集成區塊鏈，意味着客戶的節能數據、來自金融機構的信息或與能源市場中任何利益相關者有關的數據都將被加密。借助智能合約功能，區塊鏈還可以使流程自動化而不是手動，這有助於增加客戶對系統的信任。

區塊鏈對能源公司運營的潛在積極影響：

計費：區塊鏈、智能合約和智能電表可以爲消費者和分散的小型發電機實現自動計費。公用事業可以從能源小額支付、預付費電表支付平台的潛力中受益。
銷售和營銷：銷售實踐可能會根據消費者的能源使用狀況、個人偏好和環境問題而改變。區塊鏈與機器學習等人工智能技術相結合，可以確定能源消耗模式，從而提供增值能源產品。
智能電網應用和數據通信：區塊鏈可以用於連接智能設備、傳輸或存儲數據。智能電網上的智能設備包括智能電表、先進傳感器、網絡監控設備、能源監控和管理系統，以及智能家居能源控制器和樓宇監控系統。除了確保安全的數據傳輸，智能電網應用還可以進一步受益於區塊鏈技術支持的數據標准化。

（智能電網是一種自動化的電力網絡，可實現電網與其客戶之間的雙向通信交易。）

網格治理：區塊鏈可以提供集成的交易平台並優化靈活的資源，否則會導致昂貴的網絡升級。
安全和身份管理：交易的安全性可以從區塊鏈技術中受益。區塊鏈可以保護隱私、數據機密性和身份管理。
資源共享：區塊鏈可以爲多個用戶之間共享資源提供充電解決方案，例如共享電動汽車充電基礎設施、數據或共享的集中式社區存儲。
競爭：智能合約有可能讓更換能源供應商變得更容易、更快捷。增加市場流動性可能會增加競爭並可能降低能源關稅。
透明度：不可變的記錄和透明的流程可以大大提高審計和合規性。

大規模採區塊鏈的限制/挑战：

可擴展性和功耗：由於其設計，公共區塊鏈上的每筆交易通常需要高功耗，並且在確認交易之前可能會有很長時間的延遲。
缺乏明確和一致的監管：雖然日本和歐洲等不同國家/地區已經开始制定有關區塊鏈的法規，但缺乏全球統一的法規是區塊鏈在能源領域採用的主要障礙。需要制定明確和一致的法規來管理未來的分布式能源系統，規範電價並解決可能的糾紛。
有限的電網基礎設施：優化區塊鏈在能源領域的使用需要更加互聯的智能電網。
數據保護：控制大部分網絡的攻擊者可以中斷新區塊的記錄並阻止交易完成。這種類型的攻擊對較小的網絡構成了更高的風險，因爲接管 51% 以上的網絡在大型區塊鏈中所需的處理能力將是巨大的。

因此，區塊鏈有可能改變能源效率市場，並有可能破壞現有能源公司已建立的商業模式和傳統角色。

能源領域的區塊鏈用例

就能源領域而言，區塊鏈技術已被證明是近期的重大技術突破之一。區塊鏈用例可以根據其目的和活動領域分爲八組：

計量/計費和安全；
加密貨幣、代幣和投資；
去中心化能源交易；
綠色證書和碳交易；
網格管理；
物聯網、智能設備、自動化和資產管理；
電動汽車；
通用舉措。

最近發表在 ScienceDirect 的一項研究表明，大約三分之一的用例與去中心化能源交易相關，其中包括批發、零售和 P2P 能源交易計劃。第二個最受歡迎的類別是加密貨幣、代幣和投資，佔五分之一的用例。其次是物聯網、智能設備、自動化和資產管理，以及會計、計費和安全，分別佔總用例的 11% 和 9%。其他項目佔總數的 6-7%：

區塊鏈活動也可以根據使用的平台和共識算法進行分類。60% 正在开發基於以太坊的解決方案作爲起點，而 55% 使用過 PoW 算法。

此外，大多數开發人員都面向對企業最具吸引力的私有區塊鏈平台。Energy Web（專爲能源行業設計的基於以太坊的區塊鏈）吸引了 10% 的已公开披露的項目，也是能源公用事業公司的首選解決方案。其他流行的平台包括 Hyperledger 和 Tendermint。未來的新項目可能會轉向更可擴展、更快、更節能的區塊鏈，探索 PoS 或 BFT 等區塊鏈解決方案。

計量/計費和安全：

一些开發人員正在探索在計量和計費過程中使用區塊鏈技術。當與計量基礎設施集成時，區塊鏈可以爲消費者使用的能源服務自動計費，並有可能降低管理成本。區塊鏈可以提供能源生產和消耗跟蹤，告知消費者能源供應的來源和成本，使能源支付更加透明。此外，區塊鏈安全功能可用於保護數據隱私、身份管理。

能源領域的首批區塊鏈應用之一是接受加密貨幣來支付能源和電力。事實上，越來越多的公司正在接受加密支付，包括能源行業的幾家公司。例如，BAS Nederland 成爲第一家接受比特幣作爲電費支付新形式的能源公司。其他公用事業公司如 Enercity和 Elegant 也緊隨其後。借助 Enercity，住宅客戶可以通過互聯網進行支付，並使比特幣自動兌換歐元。Elegant 引入了加密支付，用於提供能源服務，包括天然氣和電力。

區塊鏈技術可以以一種更加分散的方式管理智能電表數據，避免對單一數據權限的需求，從而避免單點故障。但新的挑战也出現了，將區塊鏈技術應用於智能電表的一個關鍵先決條件是擁有一個有效的智能電表基礎設施，智能電表和區塊鏈的集成將產生巨大的开發成本，特別是因爲智能電表基礎設施已經在幾個沒有區塊鏈功能的國家部署。此外，還需要制定新的標准以確保互操作性。

加密貨幣、代幣和投資

加密貨幣是迄今爲止最受歡迎和理解最廣泛的區塊鏈應用之一，市場上出現了越來越多的新加密貨幣和能源代幣。

專門爲能源應用發行加密貨幣可能具有一些優勢，因爲這種加密貨幣的分配和使用可以留給那些在系統中擁有最大利益或提供最多公共利益服務的人（例如，在可再生能源應用中，如果發電機產生碳密集度最低的能源，他們可以獲得更多的加密貨幣獎勵）。

越來越多的企業正在使用加密貨幣作爲吸引投資和資金的工具（也稱爲初始代幣發行）。新的加密貨幣也可用於獎勵期望的行爲並促進對可再生能源的投資。

爲鼓勵使用可再生能源而發行的加密貨幣包括：

SolarCoins： SolarCoin 向人們支付用於生態太陽能的替代數字貨幣。它爲 1 兆瓦的太陽能支付一枚 SolarCoin。
M-PAYG：M-PAYG 旨在通過將能源獲取數字化，顯著改善發展中國家底層人民獲得可再生能源的機會。M-PAYG 基礎設施包括一個預付費太陽能解決方案，該解決方案爲個人和家庭提供通過小型移動支付獲得太陽能的機會。
Coinfy：Coinfy 提供基於區塊鏈的支付處理和交易平台，促進跨國交易。由於區塊鏈跨國支付的交易費用最低，所以離網太陽能公司和無法獲得能源的人們之間的能源交易在發展中國家成爲可能。

具體例子包括一家英國初創公司 4New，它提供一種名爲 KWATT 的能源代幣。1 KWATT 代幣代表與加密貨幣採礦場位於同一地點的垃圾發電廠中每年 1 千瓦時的電力。代幣持有者可以決定出售英國國家電網的能源，也可以用它來开採其他加密貨幣，例如比特幣和以太坊。與 4New 類似，總部位於美國的初創公司 PRTI 打算建造一個垃圾發電工廠，用於开採加密貨幣。

一般來說，在推出新的加密貨幣時，需要解決一些關鍵問題。主要問題之一是實施加密貨幣系統的开銷，以及用戶對其長期價值的信任問題。例如，如果可再生能源生產商認爲加密貨幣的價值不足以支付他們在實踐中的投資，他們可能更喜歡法定貨幣。

去中心化能源交易

迄今爲止，去中心化能源交易在能源領域產生了最多的區塊鏈交易。

一些應用正在开發中，例如：

（1）批發能源交易

區塊鏈可以降低交易成本，同時提供透明的數據供多方訪問。區塊鏈可以消除中介，降低交易成本和可能的交易量，從而允許小型消費者參與能源市場。這方面的限制與區塊鏈系統可以支持的可擴展性和交易速度有關。此外，一個關鍵問題是商業敏感數據能否對所有消費者开放？

批發能源市場的區塊鏈計劃：

PONTON 旨在利用區塊鏈技術爲區域市場开發智能能源產品交易解決方案。PONTON 與 40 多家歐洲能源貿易公司和公用事業公司合作开發了一個 P2P 批發能源交易平台，該平台支持廣泛的實物交割交易產品。
奧地利最大的公用事業公司 Wien Energie 在區塊鏈开發公司 BTL 的支持下啓動了天然氣交易區塊鏈試驗。BTL 完成了爲期 12 周的歐洲能源交易區塊鏈試點，該公司使用公共以太坊和私人开發軟件的組合 Interbit，提高了可擴展性並可以支持每秒數千筆交易。
BP、Shell、挪威國家石油公司與 VAKT 合作开發能源商品的數字交易平台。交易涉及紙質合同和容易出錯的後端流程。
在新加坡，白金能源回收公司正在开發能源商品交易平台。
加拿大的 PetroBloq 正在爲石油和天然氣行業开發一個基於以太坊的交易平台。

（2）爲最終消費者提供能源市場准入的平台

爲最終消費者提供能源市場准入的平台可以爲電網解鎖新的靈活性服務。此外，此類舉措可以提高消費者對能源供應的認識和選擇，並可以加快轉換速度並增加競爭。

旨在讓消費者直接進入能源市場的區塊鏈項目：

Grid+ 旨在开發一個區塊鏈平台，讓消費者可以直接進入批發電力市場。Grid+ 就像一個能源零售供應商，爲消費者節省能源費用。
Drift 是一家能源供應公司，旨在爲客戶提供更便宜的電價和更透明的能源账單。Drift 結合了基於人工智能和機器學習、高頻交易和區塊鏈的智能算法，並應用於零售電力市場。消費者可以在 P2P 市場上從當地可再生或傳統來源購买電力。P2P 交易由區塊鏈記錄和處理。
羅馬尼亞能源供應商公司 Restart Energy 开發了一個區塊鏈平台，可實現消費者和可再生能源生產商之間的雙邊交易。
SunContract 爲斯洛文尼亞的發電機提供商和消費者之間的能源交易推出了一個分散的平台。消費者可以自由選擇他們的能源供應商。

（3）本地 P2P 能源市場

本地 P2P 能源市場可以爲本地能源系統優化提供解決方案，可以減少電網負載和延遲。此外，P2P 市場可以爲可再生能源生產商提供額外的收入來源，並有可能降低最終消費者的能源成本。但供需平衡是區塊鏈系統無法單獨解決的關鍵問題，需要結合人工智能、機器學習和預測分析。

旨在爲所有能源系統利益相關者提供平台的項目包括：

Bittwatt 旨在开發一個基於以太坊的數字平台，向配電和輸電系統運營商、監管機構、能源供應商、生產商和消費者开放。區塊鏈協議用於在利益相關者之間共享和同步近乎實時的運營信息，從而爲能源輸送、平衡、計量和計費提供分散的服務。該平台使用人工智能來實現需求響應服務和市場預測。在 P2P 結算的情況下，Bittwatt 使用其加密貨幣 BWT。
Clearwatts 正在开發一個分布式平台，不同的利益相關者（可再生能源發電商、公用事業、電網運營商、監管機構）可以在該平台上實時共享可靠信息，用於能源交易和電力購买協議的結算，例如價格信息。他們與區塊鏈开發商 BigchainDB 和 Spherity 合作，开發了一種區塊鏈數據庫解決方案，可以同時實現所需的區塊鏈功能（去中心化、不變性等），同時具有低延遲和高交易率。

社區項目和微電網的 P2P 交易

P2P 交易涉及多個參與者根據商定的合同买賣能源。此類別中的潛在用例包括微電網中的交易、生產者者與消費者之間的雙邊交易以及企業對企業 (B2B) 能源交易。這通常涉及太陽能，因爲它是最常生產的可再生能源。

P2P 能源交易市場允許參與者節省能源成本，減少參與者支付給分銷商（中間商）的費用，而且也使得生產、消費和銷售過剩電力成爲可能，就像商品市場。

可再生能源中的創新 P2P 解決方案：

Vandebron 是一家位於荷蘭阿姆斯特丹的綠色能源供應商，爲住宅和商業用戶提供綠色電力和常規天然氣。公司不生產能源；相反，它出售其他公司生產的能源。Vandebron 允許參與者直接與獨立的能源生產商進行交易。
SunContract 是一個基於區塊鏈的 P2P 能源交易平台，提供了許多購买和出售可再生能源的功能。在歐盟——斯洛文尼亞，SunContract 平台現在擁有超過 5000 名客戶。該公司的使命是創建全球性的能源交易市場，以方便客戶在沒有中介的情況下直接相互交易，並讓他們變得更加“自給自足”。
PowerLedger 使用區塊鏈技術創建市場交易和清算機制。在微電網和配電網絡中，可再生能源生產商可以以預定價格出售多余的能源。
Electron 是一家在英國成立的初創公司，它創建了與現有能源系統集成的基於以太坊的能源解決方案。

綠色證書和碳交易

區塊鏈技術可以成爲管理證書的工具。與當今復雜且昂貴的外包管理系統相比，它提供了信任、高級別的安全性、速度和較低的交易成本以及簡單性。

一些开發商正在研究將區塊鏈技術用於自動發行和可交易的可再生能源（綠色）和碳證書。當前可再生證書、碳信用和市場結構分散且復雜。由於與此程序相關的高成本，小型能源生產商實際上被排除在申請碳信用額之外。此外，審計過程通常由中央機構手動執行，容易出錯。

區塊鏈可以自動發行綠色證書，降低交易成本，並爲此類資產創建全球市場，提高市場透明度。區塊鏈在這方面的局限性在於所提供服務的認證和驗證。例如，與區塊鏈解決方案集成的智能電表可以自動驗證能源生產，但尚未探索幹擾此類系統的可能性。

這方面的舉措：

全球首家探索區塊鏈技術的證券交易所納斯達克成功开展了綠色證書交易試點。太陽能生產商可以獲得由 Filament 發行的證書，然後通過納斯達克的 Linq 平台在线交易。
Veridium 推出了一個基於以太坊的平台，用於通過其代幣 TRG 交易碳信用。
DAO IPCI 是一家俄羅斯初創公司，旨在爲基於區塊鏈的碳信用資產提供綜合服務。
Evoluton Enerige 正在嘗試使用區塊鏈來跟蹤和認證可再生能源。

區塊鏈技術可以成爲新的激勵證書的推動者，如果沒有人愿意管理它們，或者沒有更地方級別的機構（例如城市）正在考慮發布它們，那么區塊鏈技術可以做到。

網格管理

一些區塊鏈开發人員正在努力尋找基於自動化和網格管理的創新解決方案。該領域的潛在好處是有可能改善供需平衡、更好的協調配電、自動驗證電網資產以及提高資源的可見性。

區塊鏈在這裏面臨許多挑战。首先，需要顯著改進區塊鏈系統以提供更高的吞吐量和交易速度，從而實現實時驗證；已經部署在電網中的計量系統、電網基礎設施、控制和通信系統需要連接到區塊鏈。這將導致創建大量新數據集，需要對其進行仔細管理並保護其免受潛在的網絡攻擊。

這方面的舉措：

Gridchain（由 PONTON 开發），一種基於區塊鏈技術的創新軟件，可模擬實時網格管理。旨在加強 TSO（傳輸系統運營商）、DSO（配電系統運營商）、聚合器（匯集大量小型單元的發電能力）之間的協調，並爲電網管理提供解決方案。

物聯網、智能設備、自動化和資產管理

區塊鏈技術最重要的應用之一與廣泛應用於智能電網的物聯網技術相關。

基於物聯網的區塊鏈基礎設施需要大量的設備、存儲、服務器，以及將所有物聯網組件集成到智能電網中的本地網絡。同時，服務器用於接收來自各種傳感器的數據，管理物聯網設備的運行，並控制區塊鏈中的不同組件。此外，大量數據可以存儲在硬件或軟件存儲中。另一方面，消費者可以通過他們的計算機與區塊鏈進行交互，以了解數據交易的任何變化。

已經有了幾個項目、初創公司和試驗，包括：

ElectriCChain 是爲 SolarCoin 加密貨幣（第二個用例提到過）提供動力的區塊鏈解決方案。ElectriCChain 是一家非營利組織，積極參與太陽能區塊鏈項目，合作夥伴包括 Bitseed、Chain of Things、Ethereum、Grid Singularity、IOTA。
Slock.it 旨在开發物聯網應用程序和共享經濟平台，稱爲通用共享網絡。

電動汽車

電動汽車的去中心化性質，涉及多方（車輛、司機、充電站、使用按需移動服務的乘客），自然適合區塊鏈的實施。去中心化的好處包括：消除對集中管理的電動汽車充電基礎設施的需求，以及消除充電站或運輸提供商之間的定價。

區塊鏈解決方案旨在爲私人开發的電動汽車充電基礎設施提供激勵。借助該解決方案，電動汽車車主可以實現更高的電費透明度，並在選擇能源時可能有更多選項。

許多公司已經探索了區塊鏈技術在電動汽車中的應用：

Share& Charge 平台允許電動汽車司機和私人電動汽車充電基礎設施所有者之間的 P2P 交易。電動汽車充電站網絡在以太坊公共區塊鏈上運行。用戶擁有一個電子錢包，可以訪問電力價格和交易的實時信息。網絡的任何參與者都可以監控和跟蹤所有交易。該平台實現了自動計費，並可以激勵建設電動汽車充電基礎設施，因爲私有充電站可以通過讓其他司機在他們的充電點爲電動汽車充電來產生收入流。

在電動汽車的用例中，區塊鏈的機會是巨大的，但需要解決一些挑战。區塊鏈本質上是分布式账本，因此電動汽車用戶需要匿名化以保護他們的隱私（例如位置、移動的行程）。此外，電動汽車系統中的區塊鏈必須是防篡改的，以防止攻擊者破壞電動汽車的安全性。最後，鑑於電動汽車可以與電網交互並在多個地點充電，因此互操作性標准的开發對於實現區塊鏈在該領域可以提供的好處至關重要。

开發基礎技術的通用計劃

除了專注於特定應用領域外，一些組織還建立了協作平台，旨在探索區塊鏈在各種用例中的潛力。其中包括歐洲電力工業協會 Eurelectric 推出了一個平台，旨在探索區塊鏈技術在電力價值鏈中的潛力，包括發電、貿易、供應。

能源領域的主要區塊鏈參與者

按收入劃分的能源市場上在區塊鏈上運營的頂級公司：

SAP（317 億美元）： “綠色能源跟蹤和分配系統”是 SAP 雲平台區塊鏈 WIPRO-SAP 开發計劃的一部分。該系統滿足了快速發展的綠色能源行業的需求，也鼓勵客戶成爲“生產者+消費者”，同時滿足從當地綠色能源消費的監管要求。
Acciona（74.81 億美元）：這是一家西班牙跨國公司，與 FlexiDAO 一起創建了能源區塊鏈平台 GreenH2chain，以確保綠色氫能來自可再生能源，也允許用戶從世界任何地方實時驗證綠色氫能價值鏈。
WePower（2300 萬美元）：一家總部位於澳大利亞的區塊鏈公司，將能源購买者（投資者和最終用戶）直接與綠色能源供應商聯系起來，讓他們能夠以低於市場的價格提前購买能源。該公司發行了基於以太坊的能源合約代幣，通過電子商務平台向客戶銷售。
PowerLedger（500 萬美元）：這是一家澳大利亞區塊鏈、軟件和技術初創公司，致力於讓可再生能源更容易獲得。2021 年，公司將其平台從以太坊遷移到更節能的 Solana。
Greeneum（500 萬美元）：一家使用先進技術促進清潔和可持續能源的生產和分配的區塊鏈公司。位於以色列的人們每產生一瓦時的可再生能源，就會以加密貨幣的形式頒發綠色證書和碳信用，獎勵用戶節約能源和採取環保生活。Greeneum Network 致力於將區塊鏈和機器學習等人工智能技術相結合，以加速全球向清潔能源的過渡。