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区块链+能源互联网助力实现碳达峰碳中和

来源:  科技日报       作者:朱丽      发布时间:2021-4-25 20:10  |  

在碳达峰碳中和的国家战略之下,能源领域的碳减排成为重中之重。由北京市科协主办的“2021年北京地区广受关注学术成果报告会(物联网领域)”日前举行,清华大学电机系副教授,博士生导师张宁表示,能源互联网是物联网在能源行业中的一种重要应用。作为能源领域的重要革新,能源互联网融合区块链技术,让碳排放计量、虚拟电场可信交易等有计可施,更好助力碳达峰碳中和。

能源领域迎接重大变革

2019年10月,习近平总书记在中央政治局第十八次集体学习时强调,要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口。总书记指出,我国在区块链领域拥有良好基础,要加快推动区块链技术和产业创新发展,积极推进区块链和经济社会融合发展。这一年,区块链正式被大家熟知。区块链与能源领域也擦出了融合的火花。

张宁表示,目前,能源系统和电力系统正在经历一个巨大变革,在传统能源体系下,一般是大型发电站,如火电厂、水电站、核电站等通过电网给所有用户去供应电力。未来这种供电模式将被改变,有很多分布式发电、需求响应、电动汽车、储能等也将为电网提供服务。

“这就使能源系统由原来统购统销的方式,逐渐转化为集中供应与广泛存在的用户侧市场并存的方式,使整个能源系统产生重大变革。”张宁进一步解释说,比如一个省发电厂只有几十个到几百个,未来可以发电的单元,包括电动汽车、分布式光伏后就变成了成千上万,如何管理这些成千上万可发电的资源或者发电主体,就变成了一个非常难的问题。

在张宁看来,这也是为什么,能源互联网更需要拥抱区块链技术。首先,在理念上,区块链与能源互联网是吻合的,两者都体现了去中心化的思想,未来调度中心去管理千万量级的节点也可以通过去中心化来实现。其次,区块链和能源互联网都体现了自治协同性,管理单元达到百万级以上需要进行广域情况下不同主体的自治协同。此外,区块链和能源互联网都能够促进建立市场化和金融化平台,两者都具有智能化和合约化的趋势等。这些都推动了能源互联网和区块链技术的有机融合。

“碳达峰碳中和”有计可施

“电力系统一直是一个中心化的系统,能源互联网使得电力系统,由一个中心化的系统逐渐变成一个以中心化为主,但是还有很多分散式协同的系统。区块链技术主要是为了解决分散式协同中的信任问题,典型应用如分布式能源P2P交易,跨国电力交易等。”张宁表示,除了能源市场交易外,系统运营管理、虚拟电厂以及能源的计量和认证、电力的金融产品,都是区块链能够发挥作用的场景。

在当前碳达峰碳中和的国家战略之下,能源领域面临新的挑战。众所周知,在碳排放系统中,能源系统是最大的碳排放主体,我们如何在能源系统中进行碳减排呢?一个非常重要的初始化问题是碳排放应该怎样认证?这正是区块链技术的用武之地。

“我国所采用的多数能源系统中,特别是我们居民用的很多能源都是电力,电能在利用的过程中不产生碳排放,但是电力在生产过程中产生碳排放。我们需要认证,我们用的每度电到底产生了多少碳排放,这就是碳排放的追踪。比如有的企业承诺几年之内达到100%可再生能源供应,怎么证明用的电是可再生能源还是高污染的火电,区块链技术就是去解决这些问题。”张宁畅想未来可能的场景——电厂产生一度电,有专门的ID去记录什么电厂产生的,怎样传输、分配和使用的。甚至我们未来生产的产品当中,产品高耗能有多少碳排放也是能够被计量和认证的。

此外,电动车对于碳减排的作用不可忽视,区块链又是如何发挥作用的呢?以富士通汽车电池换电方案为例,电池有不同的寿命,电池交换当中可能存在不信任的问题,特别是不同品牌的电池。我们目前运营的都是一个品牌下自己换电,不同品牌下电池如果是通用的话,怎么办呢?对此,张宁表示,用基于区块链技术的电池交换和电池全生命周期管理方式,能有效解决换电过程中的信任问题。通过区块链可以真实记录电池交换的历史信息和健康状态,使得我们很好地衡量它的价值,保证电池的公平交易。

新型电力系统蓝图初现

践行碳达峰碳中和战略,能源是主战场,电力是主力军,构建新型电力系统,核心特征是新能源成为电力供应的主体。4月19日,国家能源局发布《关于2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知》(以下简称《通知》)向社会征求意见,通知指出,在装机规模方面,我国风电光伏装机已稳居全球首位。要求2021年全国风电、光伏发电发电量占全社会用电量的比重达到11%左右,后续逐年提高,到2025年达到16.5%左右。而在2020年,我国风电、光伏发电发电量占全社会用电量比重约为9.68%。

“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%,这个对于电力系统的挑战是非常巨大的。”张宁坦言,未来电力系统要接入更多的风电和光伏,除了引起强不确定性之外,其通过电力电子装置并网也会带来电力系统安全稳定隐患。

在张宁看来,太阳能资源在地球上的储量远比我们想象的要多,太阳能陆地上所接收到的太阳能辐照的能量,实际上是要远超过能源需求总量。但是,目前太阳能发电占整个能源消费的比例还不足10%。如何更好利用太阳能?学术界提出了一个全新路径——太阳能热发电。

据张宁介绍,太阳能热发电又叫光热发电,目前,风电和光伏发电不稳定,过度依赖自然条件。太阳能热发电技术是把太阳能的热效应集中起来,以热能的方式进行存储,之后推动汽轮机进行发电。相比于风电和光伏,太阳能热发电最重要的特点是具有可控性,这种可控性可以为电网消纳风电光伏提供调节服务。

“光热发电是未来消纳大规模风电和光伏非常重要的基础,也是实现碳达峰碳中和的一项非常重要的发电技术。”张宁告诉科技日报记者,虽然这种发电方式虽然装机价格较高,但因其具备储能效应而具有巨大的技术经济性。

“未来5到10年,电力系统如何规划和消纳非常大规模的可再生能源并网,还需要工具化的支持。”张宁说,以新能源为主的新型电力系统没有运行经验可借鉴,包括自己在内的学者们正在从事的研究或许能够回答——未来电力系统的结构形态应该怎样发展,应当如何安全稳定运行等问题。

(编辑:于思洋

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