根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2050年全球年度電力需求將比2017年增加57%。英國(guó)2050年高峰時(shí)期的需求可能比今天高出42%。能源部門(mén)面臨的挑戰(zhàn)不僅是在脫碳時(shí)滿(mǎn)足未來(lái)的需求，而且還要在此過(guò)程中創(chuàng)建更靈活，更有彈性和更高效的系統(tǒng)。除了將氫氣作為長(zhǎng)期跨部門(mén)可再生能源儲(chǔ)存的關(guān)鍵解決方案，日本正在通過(guò)包括大阪在內(nèi)的眾多項(xiàng)目探索電網(wǎng)的分散化和數(shù)字化。

去中心化是一個(gè)完整的循環(huán)

在20世紀(jì)初推出大規(guī)模電網(wǎng)之前，電力從本地開(kāi)始，然后分散開(kāi)來(lái)，在城市中運(yùn)行著一系列微電網(wǎng)。 工廠和屋苑有自己的獨(dú)立發(fā)電機(jī)和布線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。然后將這些隔離的微網(wǎng)格集成并集中。 較大的“公用事業(yè)規(guī)模”發(fā)電站為整個(gè)城市的家庭和企業(yè)提供服務(wù)，并且由于交流電(AC)的出現(xiàn)，可能會(huì)位于距電力使用地方數(shù)英里的地方?，F(xiàn)在，如果去中心化扎根并推廣出去，那么我們可能會(huì)展開(kāi)地更加全面 - 這一次是由可再生能源技術(shù)的進(jìn)步，能源儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)的力量帶來(lái)的，而不是愛(ài)迪生和他的燈泡。

分布式能源

去中心化涉及擁有和運(yùn)營(yíng)發(fā)電和/或存儲(chǔ)資產(chǎn)的房主、小社區(qū)或企業(yè)，主要供自己使用。這些資產(chǎn)，或者說(shuō)是在該領(lǐng)域眾所周知的分布式能源資源(DERs)正在逐年增長(zhǎng)，包括：太陽(yáng)能光伏(PV)面板，風(fēng)力渦輪機(jī)和鋰離子電池存儲(chǔ)(例如電動(dòng)汽車(chē)，e- 自行車(chē)和電動(dòng)滑板車(chē))。

顯示了全球分布式太陽(yáng)能PV加上電池存儲(chǔ)容量(MW)和供應(yīng)

去中心化的潛在好處包括：更大的復(fù)原力，防止大面積停電; 更靈活地每日使用間歇性可再生能源儲(chǔ)存的能源; 更便宜的能源; 和自下而上的脫碳。

與鄰居交易能量

去中心化為DER的所有者提供了彼此間對(duì)等(P2P)交換剩余能量的可能性，可能使能源公司的傳統(tǒng)角色變得多余。 能源公司意識(shí)到去中心化帶來(lái)的威脅，并且正在積極探索他們可以在新范例中提供哪些服務(wù)。 消費(fèi)者現(xiàn)在也可以生產(chǎn)能源，創(chuàng)造一個(gè)新的市場(chǎng)主角 - “專(zhuān)業(yè)消費(fèi)者”。關(guān)西電力公司(KEPCO)于2018年宣布了兩個(gè)項(xiàng)目，在日本大阪研究和試點(diǎn)P2P太陽(yáng)能光伏電力交易。 該試點(diǎn)將使用澳大利亞公司Power Ledger的區(qū)塊鏈技術(shù)來(lái)記錄交易。Power Ledger的聯(lián)合創(chuàng)始人大衛(wèi)·馬丁說(shuō)：“試驗(yàn)將看到KEPCO在日本大阪市的選定地點(diǎn)分享參與者的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)最初可達(dá)10個(gè)家庭。

“我們正在向KEPCO提供Power Ledger交易平臺(tái)，以促進(jìn)和監(jiān)控參與者之間的能源交易。

“如果我們想要從能源系統(tǒng)中獲得根本不同的結(jié)果，我們需要采用一種根本不同的方法。”

另一個(gè)KEPCO項(xiàng)目將研究經(jīng)濟(jì)方面。 該公司在一份聲明中解釋說(shuō)：“我們已經(jīng)開(kāi)始對(duì)確定光伏發(fā)電產(chǎn)生的剩余電力價(jià)格的實(shí)證研究，以及一個(gè)能夠直接交易的新系統(tǒng)。”KEPCO也不是第一個(gè)探索這個(gè)領(lǐng)域的人。 由LO3 Energy領(lǐng)導(dǎo)的紐約市布魯克林微電網(wǎng)于2016年展示了一項(xiàng)基于區(qū)塊鏈的P2P太陽(yáng)能交易。今天簽署該計(jì)劃的居民數(shù)量已增至約500家，其中60家運(yùn)營(yíng)屋頂太陽(yáng)能光伏電池和電池存儲(chǔ)( 消費(fèi)者)和其他(消費(fèi)者)使用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的能源。微電網(wǎng)的能源市場(chǎng)將于今年投入使用，首先是仿真時(shí)期，然后真正的資金和能源轉(zhuǎn)手。

LO3為其微電網(wǎng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)并建造了一個(gè)定制的智能電表系統(tǒng)。該系統(tǒng)將電力使用實(shí)時(shí)傳達(dá)給基于云的市場(chǎng)軟件，并且還允許遠(yuǎn)程控制太陽(yáng)能和電池資源。如果P2P能源交易規(guī)模擴(kuò)大，數(shù)字化和自動(dòng)化將是關(guān)鍵。Energy Systems Catapult能源系統(tǒng)架構(gòu)高級(jí)經(jīng)理Daniel Mee解釋說(shuō)：“我不認(rèn)為大多數(shù)人會(huì)在早上起床，決定將下半小時(shí)的能源出售給當(dāng)?shù)氐谋憷?。然后在早餐后，與其他人交換能量。這不切合實(shí)際。如果它要大規(guī)模起飛，那么它必須是自動(dòng)化的。“能源系統(tǒng)Catapult是英國(guó)政府的能源創(chuàng)新中心，在英國(guó)這個(gè)領(lǐng)域有很多活動(dòng)。 EDF能源和倫敦大學(xué)學(xué)院目前正在倫敦布里克斯頓試行P2P能源交易計(jì)劃 - 再次使用區(qū)塊鏈。 Elmore House的居民將能夠通過(guò)應(yīng)用程序選擇是否使用太陽(yáng)能光伏陣列和安裝在屋頂上的電池存儲(chǔ)來(lái)使用或交換能源。

如果P2P能源交易規(guī)模擴(kuò)大，數(shù)字化和自動(dòng)化將是關(guān)鍵

EDF Energy研發(fā)部主任Xavier Mamo表示：“布里克斯頓的這個(gè)項(xiàng)目旨在展示密集城區(qū)的小社區(qū)如何以新的變革方式從低碳和本地能源系統(tǒng)中受益。”目前，英國(guó)消費(fèi)者之間相互買(mǎi)賣(mài)電力是非法的。然而，監(jiān)管機(jī)構(gòu)Ofgem允許飛行員偏離監(jiān)管。對(duì)監(jiān)管的永久性修改有助于進(jìn)一步開(kāi)展這項(xiàng)創(chuàng)新。P2P能源交易也變得越來(lái)越重要，因?yàn)橛?guó)政府資助的新型小型太陽(yáng)能和其他可再生能源設(shè)施的上網(wǎng)電價(jià)計(jì)劃已經(jīng)結(jié)束。該計(jì)劃保證了剩余能源回饋電網(wǎng)的價(jià)格，并將在2020年被市場(chǎng)主導(dǎo)的定價(jià)機(jī)制取代。至關(guān)重要的是，只有大型能源供應(yīng)商才能從家庭購(gòu)買(mǎi)剩余能源。啟用P2P交易可以確保更好的市場(chǎng)運(yùn)作，幫助可再生能源在這個(gè)棘手的過(guò)渡階段進(jìn)行導(dǎo)航。

將流動(dòng)視為能量

除家用電池存儲(chǔ)外，EV電池看起來(lái)也將成為分散式未來(lái)的一部分。截至2018年底，全球輕型汽車(chē)電動(dòng)車(chē)庫(kù)存量超過(guò)500萬(wàn)輛，到2040年增長(zhǎng)到162至5.48億輛。EV電池可以幫助短期存儲(chǔ)多余的能量 - 例如來(lái)自間歇性可再生能源 - 并提供必要的電網(wǎng)平衡服務(wù)。這些措施包括確保供應(yīng)完全滿(mǎn)足以秒來(lái)計(jì)的需求，并保持電力頻率不變。英國(guó)能源公司OVO與日產(chǎn)一起領(lǐng)導(dǎo)全球首個(gè)大型車(chē)輛到電網(wǎng)(V2G)項(xiàng)目。當(dāng)需求低時(shí)，專(zhuān)門(mén)構(gòu)建的充電器自動(dòng)為日產(chǎn)Leaf電池供電，并在需求高時(shí)將多余的能量輸回電網(wǎng)。第一臺(tái)充電器于2018年12月安裝，為1，000戶(hù)家庭提供資金，參與為期兩年的計(jì)劃。我們很可能會(huì)在不久的將來(lái)看到包含電動(dòng)車(chē)電池的P2P能源交易項(xiàng)目。

中國(guó)和世界其他地區(qū)的年度電動(dòng)自行車(chē)銷(xiāo)售額：2016-2025(資料來(lái)源：Navigant Research)

如果電動(dòng)滑板車(chē)，電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)公交車(chē)的迅速崛起繼續(xù)下去，它們也可以用作更廣泛的移動(dòng)電網(wǎng)(M2G)系統(tǒng)中的分布式能源資源。目前全世界有2億輛電動(dòng)自行車(chē)在使用，預(yù)計(jì)到2050年將增加到20億輛。全球公交車(chē)隊(duì)的電氣化也在進(jìn)行中，今天有40萬(wàn)輛電動(dòng)公交車(chē)在路上行駛。擁有?？侩妱?dòng)自行車(chē)的城市，如里斯本，可以證明在短期內(nèi)展示這一概念的沃土，以及為電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)摩托車(chē)車(chē)主提供的基于家庭的電網(wǎng)連接。對(duì)于無(wú)人駕駛的電動(dòng)滑板車(chē)和電動(dòng)自行車(chē)對(duì)電網(wǎng)更有用，需要在公共場(chǎng)所中適當(dāng)充電基礎(chǔ)設(shè)施的大量增加。然后可以在空閑時(shí)連接到電網(wǎng)，而不會(huì)影響運(yùn)行模型。車(chē)對(duì)網(wǎng)(V2G)可以為移動(dòng)到網(wǎng)格(M2G)鋪平道路。如今，電動(dòng)汽車(chē)停放在96%的時(shí)間，為V2G互動(dòng)提供了充足的機(jī)會(huì)。然而，預(yù)計(jì)未來(lái)的共享自主電動(dòng)汽車(chē)將停放得更少。因此，無(wú)人駕駛汽車(chē)的V2G的性質(zhì)將是不同的，可能更少的電網(wǎng)服務(wù)是合適的。順便提一下，鋰離子電池價(jià)格的不斷下降有助于通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)和家用電池存儲(chǔ)的增長(zhǎng)推動(dòng)分散化。 2010 - 18年平均電池組下降了85%。然而，其他電池技術(shù)也引起了興奮。特斯拉最近完成了對(duì)Maxwell Technologies的收購(gòu)。 Maxwell擁有獲得專(zhuān)利的超級(jí)電容器電池技術(shù)，據(jù)稱(chēng)其能量密度比特斯拉目前的產(chǎn)量高出45%。

虛擬電廠

利用數(shù)字技術(shù)將EV電池和其他分布式能源(包括智能家電)聚合到“虛擬發(fā)電廠”(VPP)這一概念近年來(lái)已經(jīng)引起了人們的關(guān)注。 VPP也稱(chēng)為虛擬能源系統(tǒng)(VES)，可以看作類(lèi)似于通過(guò)移動(dòng)即服務(wù)(MaaS)破壞運(yùn)輸部門(mén)的數(shù)字平臺(tái)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以從這些資源中收集數(shù)據(jù)并遠(yuǎn)程控制這些資源。然后，算法可以?xún)?yōu)化當(dāng)?shù)貐^(qū)域或城市的能源系統(tǒng)，以滿(mǎn)足最終客戶(hù)的需求。特斯拉正在政府的支持下，在南澳大利亞建造世界上最大的虛擬發(fā)電廠。該計(jì)劃涉及50，000個(gè)配備太陽(yáng)能光伏和電池存儲(chǔ)的家庭。2018年為第一階段裝備了100套住房，現(xiàn)在又有第二套住房用于第二階段，然后在2019年開(kāi)始擴(kuò)大到50，000套。該倡議旨在降低能源價(jià)格并提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。英國(guó)和日本政府也熱衷于探索VPP。 今年4月，英國(guó)政府宣布為4個(gè)VPP項(xiàng)目提供1.025億英鎊資金：Energy Superhub Oxford，ReFLEX Orkney，Project Leo(Local Energy Oxfordshire)和Smart Hub SLES(West Sussex)。

同樣，日本政府最近批準(zhǔn)了KEPCO在大阪的VPP示范項(xiàng)目的額外資金，該項(xiàng)目始于2016年。該項(xiàng)目包括聚合太陽(yáng)能，家用電池存儲(chǔ)和EV電池，以?xún)?yōu)化能源使用，并幫助保持更廣泛電網(wǎng)的電力供應(yīng)頻率不變。大阪火車(chē)公司近鐵近日委托特斯拉安裝42電池存儲(chǔ)系統(tǒng)，以便在發(fā)生停電時(shí)為火車(chē)提供電力。它還有助于在高峰時(shí)段減少對(duì)電網(wǎng)的需求。這種能源也與KEPCO的VPP相連。大阪的霓虹燈和跨越大陸的電氣設(shè)備看起來(lái)處于系統(tǒng)升級(jí)的邊緣。由于低成本的可再生能源發(fā)電和存儲(chǔ)技術(shù)的出現(xiàn)，越來(lái)越快的分散化正在使能源再次成為本地能源。利用數(shù)字創(chuàng)新來(lái)利用各種分布式能源的集體力量，包括電氣化移動(dòng)資產(chǎn)和P2P市場(chǎng)，可以產(chǎn)生更靈活，更有彈性和更高效的系統(tǒng)。不過(guò)需要大膽的監(jiān)管機(jī)構(gòu)才能充分釋放這些破壞性的力量，這些力量可能會(huì)讓百年歷史的能源企業(yè)尋找新的角色。