科技日报记者 朱丽
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。
