区块链案例分析2：用区块链构筑分布式智能电网

在接下来的数十年中，我们预计国家电网会从现有的中心化公共事业模型向着融合更多去中心化资源、实时报价系统和更紧密匹配需求和供应的方向进化。这个进化的核心是通过智能电表、智能装备、可再生能源和能源储存的结合实现电网的现代化，我们预计这个过程中会产生数千万甚至上亿个去中心化节点，这些节点不仅能够收发数据，也能执行P2P交易。我们认为区块链技术将在促进沟通、交易和数百万个交易对手方之间的安全性方面发挥重要作用。在我们看来，区块链会带来一个去中心化的能源市场，不仅极大地推动分布式能源方面的投资活动，也会将25-70亿美元的电力收入再分配给新的市场参与者（也就是说不再是给公用事业公司）。

机会如何？

公用事业公司垄断了美国的电力市场。传统的公用事业模型在美国每年产生超过3600亿美元的电力收入——这个基于地区性公用事业垄断者的模型在过去的一个世纪主宰了能源市场。结构上，大型电站的规模经济将投资导向中心化的资源（如煤炭/天然气加工厂），远离人口中心，电力经过无数英里的输配电基础设施到达终端消费者。事实上，尽管由于能源效率提高和近些年的经济问题，总体的需求量每年减少约1%，美国的公用事业公司仍继续大量烧钱，而且现在将大量资本支出导向输配电基础设施。结果就是，即便主要输入性商品，也就是天然气的价格面临通货紧缩压力，电价仍然节节攀升。我们认为电网现代化——由智能电表/装备、可再生能源和储存技术驱动——已经开始撼动传统的公用事业模型，尤其是因为消费者已经开始寻求通过自产能源和/或基于储存解决方案的能源套利来直接参与能源购买决策。区块链可以促进这些电网新资源的发展，最终创造一个更加去中心化的电网，其中，电力用户也是电力生产者，他们在电力市场上互相直接进行交易。

图表19：美国电力市场庞大，且继续扩张，1990年-2014年的美国年度电力销售额（十亿美元）

图表20：我们预计输配电方面的资本支出会更加超出电力生产支出，预计2015-2040年的美国公用事业资本支出综合（十亿美元）（深色为生产支出，浅色为输配电支出）

来源：EIA（美国电子工业联合会）、EEI、高盛全球投资研究

图表21：趋势开始转向分布式电力生产，中心化生产能力VS分布式生产能力，百分比，2014年-2023年（预计），深色和浅色分别为分布式和中心式产能增量

图表22：在居民和非居民用电市场，屋顶太阳能都在增加渗透率，预计2015年-2030年美国屋顶太阳能渗透率，深色为居民用电，浅色为非居民用电，虚线为预计渗透率

来源：EIA、高盛全球投资研究

痛点何在？

线路损耗。绵延无数英里的电力线路效率并不高，因为电压变化而导致电力损耗。我们预计8%-9%的电力从未抵达终端消费者——这导致潜在收入损失数十亿美元。

可靠性。根据一份国会研究服务处的报告，每年断电带来的损失约250-750亿美元。电网上中心化的基础设施回导致大量人口同时断电，且根据EIA的数据这一现象开始变得愈加频繁。

负载平衡。电网运营者使用多个方式来平衡短期的供需波动，包括需求响应计划。许多情况下，这些计划都是可选项，需要消费者通过响应经济激励（如更低费率）来扮演重要角色。

图表23：线路损耗过去均值为10%，近年为8%-9%，全美总电力产量的线路损耗百分比

图表24：过去十余年来，电网愈加老化，断电事故愈加频繁。2000年-2015年的电气扰动事件

来源：EIA、高盛全球投资研究、能源部

目前生意是怎么做的？

电网将中心化生产与分布式消费配对。自19世纪末交流电变压器出现以来，电网都被中心化的电力生产机制和长程输电基础设施主宰。美国电网和电力市场的一些主要特征包括：

• 全美有超过3000家公用事业单位
• 5800家主要的电站为全网供应电力
• 有超过450,000英里的高压输电线路为家庭和企业供应电力

分布式资源，特别是屋顶太阳能，可以按净计量电价将多余电力有效地售回给电网。因为对于不是公用事业单位的电力生产者——主要是屋顶太阳能用户——售回电网的报酬形式是净计量电价。这个被超过40个州使用的计费机制会依照获批的可再生能源生产系统提供给电网的电力计算用户的回报。在净计量电价体系下，回报计算依照的是普通电价，而用户的因此可以少缴纳一些传统电费；但是，他们不会得到直接的收入。净计量电价体系在屋顶太阳能获得进展的许多州（如夏威夷、亚利桑那和内华达）遭遇了严重的公用事业单位的阻挠。我们相信降低净计量电价体系中电力费率计算标准的压力会随着时间推移不断增加。

图表25：现有电网 电网：电力如何分配和监管

大电力系统包括电站的电力生产和输电。美国国家电力安全委员会NERC负责制定可靠性标准，联邦能源管理委员会FERC负责执行。

地区性电力分配体系由地区性公用事业公司组成，直接向本地社区提供电力。州一级政府和本地政府监管他们。

1. 生产。公用事业公司和电力生产者通过电站生产电力，并输送给控制电压的变电站。
2. 传输。高压输电线路经过长程传输抵达社区。
3. 分配。来自高压输电线路的电力被变电站减压，分配公司负责将这些电力直接提供给家庭和企业。

来源：美国传统基金会。注意：FERC规定不适用于德克萨斯。

区块链如何派上用场？

商业影响：区块链可以建立一个去中心化的能源市场。在最具颠覆性的场景中，我们认为结合区块链和通信技术可以促进数百万的参与者之间更安全的交易和支付，为一个去中心化能源市场赋能。简单地说，区块链天然的分布式特征可以让分布式的能源用户无缝地将电力卖给附近的消费者，实现真正的本地化能源生产和消费。这是有可能实现的。在纽约的布鲁克林，一家名为TransActive Grid的创业企业已经建立了这样一个基于区块链技术的P2P能源销售网络，安装了屋顶太阳能的家庭可以向同一条街上没有安装屋顶太阳能的邻居出售他们生产的电力。

现实一点说，这种可能存在于小型和本地化的微型电网上——居民用或是工业用——因为未来数十年的大多数能源生产仍然会是中心化的。我们也要指出，要让区块链对传统公用事业商业模型产生重大颠覆，需要先有大量的监管政策变动。另一方面，电网外的机会可能潜力更大。比如，一家名为Grid Singularity的创业企业正在发展中国家使用区块链技术探索“现收现付制”太阳能，那里的电网基础设施相对简单，监管障碍也更少。

图表26：纽约布鲁克林区一个基于区块链的微型电网，居民可以自产电力并卖给邻居。

来源：TransActive Grid

结构性影响：区块链技术会驱动更多分布式电网基础设施。能够作为本地生产者在能源市场上进行交易这一点会吸引更多资源投入赋能分布式电网的技术。这包括智能电网装备、物联网装备和电动汽车。电网越是分布式的，就越是能更可靠、高效地匹配能源供需——包括但不限于发送实时报价信息和减少昂贵的输配电基础设施开支。

政策影响：区块链技术会终结净计量电价机制。我们认为正是净计量电价这样的政策促进了分布式太阳能的市场接受度，美国越来越多的州里，这样的政策促成人们转向太阳能而非继续为电网付费。但是净计量电价机制的长远预期尚不明确，因为公用事业公司越来越反对。我们认为分布式的能源生产者会接受向电网售回电力的替代方案——也就是说售回给一个本地化的市场，区块链可以为一个去中心化的市场充当分布式安全交易的中流砥柱。

图表27：区块链驱动的分布式智能电网可以允许分布式能源生产者和消费者进行交互。

来源：高盛全球投资研究

结合区块链技术与物联网技术，将使得分布式能源交易的协商机制成为可能。在网状网络（或是其他更传统一些的通信结构中）使用分布式的有线或无线数据连接，分布式能源生产者可以自动广播盈余电量及其持续时间的相关信息。大体上，消费者可以根据他们的能源需求进行自动响应。使用区块链账本，生产者和消费者的代理机器可以协商价格，达成能源销售交易。公共区块链如何赋能互不相识的用户进行安全的交易呢——我们认为智能电网可以提供一个良好的范例。我们甚至可以想象本地或是地区性的多个“智能电网区块链”。

机会量化

我们预计区块链技术会打开一个新的去中心化的分布式能源交易市场，达到25-70亿美元。

总量。到2030年，我们预计全美的屋顶太阳能渗透率会接近5%，比现在提高大约1个百分点。这意味着那时候至少会有60GW的总的分布式电力产能。

综合输入与输出。我们认为这些电力的绝大部分会在其生产地附近的居民区或商业区被消费。SolarCity预计平均每个居民单位消费其生产的60%-80%的太阳能（余下部分按净计量电价售回给电网了），我们认为直接参与能源销售会带来更多的装机量——也就带来更多可输出电力。出于分析的目的，我们假设50%电力会本地消费，50%会在市场上销售。

定价。目前零售电价大约是0.1美元每千瓦时（包括居民用电和商用电）。我们假设价格按近年来的趋势，按2%-3%的速率逐年递增。还需要指出的是，在净计量电价机制下，大多数州仍然要求公用事业公司将售回给电网的盈余电量按零售电价计算。基于此，我们认为分布式电力生产者如果要能够出售电力给其他用户，市场上会存在3种不同的潜在定价场景：

1. 按规避掉的成本定价：因为地理位置原因，分布式电力资源不需要输配电设施投资。所以建立分布式电力资源与中心化电站相比，规避掉的成本大约就等于生产成本，我们预计这个数字大约是零售电价的三分之一（但这取决于不同的公用事业公司）。请注意，在正在进行的关于净计量电价的讨论中，关于太阳能用户送回电网的盈余电量应该按哪个费率得到补偿这一问题，大多数公用事业公司正是在争取这一标准（零售电价的三分之一）。假设所有的分布式电力生产者以规避掉的成本价格出售电力，我们预计机会额度为25亿美元。
2. 按零售价的9折定价：假设净计量电价标准确实接近了规避掉的成本，分布式电力生产者就会因为这样的低价而缺乏向电网售回电力的经济激励。这将导致他们，要么自己使用更多，要么，如果有机会的话，向公用事业公司以外（也就是其他用户）的客户出售电力。我们假设其他电力用户会因为折扣而从公用事业单位以外的人那里购买电力，且在分析中的高档部分假设一个10%的折扣。假设所有分布式电力生产者都按电网价给出10%的折扣，我们预计机会额度为69亿美元。
3. 按中间点定价：假设所有分布式电力生产者按照规避掉的成本和电网价9折之间的一个数字定价，我们预计机会额度为51亿美元。

图表28：我们预计会为分布式电力生产者带来一个价值约25-70亿美元收入的去中心化电力市场。

去中心化电力市场收入敏感度

来源：高盛全球投资研究

谁会被颠覆？

在我们看来，区块链可能对公用事业行业带来颠覆性影响，且我们认为分布式电力资源的生产者（如屋顶太阳能）和智能装备、智能电表等会有更大的发展潜力。电力生产和消费越是向着去中心化交易而不涉及公用事业公司（除提供输电线缆外）的方向发展，传统公用事业公司越是会发现自己的潜在收入持续降低。虽然这种趋势是长期的、且需要重大的监管政策变动，但我们指出，向着分布式电网发展的趋势已经开始：屋顶太阳能现在占有全美电网总量的约1%. 我们认为，一旦意识到他们将来可以从中获得收入，越来越多的消费者最终会选择自己生产电力。

面临的挑战

• 监管政策：许多州的法律禁止公用事业公司以外的实体销售电力。要想让区块链赋能分布式电力用户互相直接交易电力，监管政策必须随之改进。
• 技术问题：需要为大约今日全美电网的一半以上部署智能电网设施，这是装备和电表使用区块链进行交易的先决条件。
• 物理限制：区块链可以赋能安全的交易流程，但仍必须实际上从电网的一个节点传输电力到另一个节点，而电网仍是由公用事业公司/输电调度员管理维护的。
• 成本问题：中心化电力生产的拥趸认为，相较于分布式电力资源，大型电站的规模经济会带来更低的成本开支。 虽然这在今天是成立的，但正像是诸如太阳能和电池储存技术领域的科技发展路线图所揭示的那样，未来分布式能源的成本是会减少的。此外，不再需要输配电设施投资带来的成本减少也会促进中心化生产向分布式生产转型。
• 用户行为：虽然区块链理论上能让交易无缝化、自动化，电力消费者通常都不是电力生产者——更不是产生收入的人。这将意味着消费者的思维需要一次剧烈的改变：在一个更加分布式的电网中，买家和供应者之间的市场动态并非透明可见，那么应该如何看待电力使用和消费呢？
• 安全性：区块链可以驱动电网上数以百万计的的交易。鉴于电网上所涉及的节点的绝对数量，这会带来更高的风险；但是，区块链更强的安全性和登记参与者的能力可以增强电网安全。

本文节选自高盛公司报告《区块链：从理论走向实践》。