用區塊鏈構筑分布式智能電網

在接下來的數十年中，我們預計國家電網會從現有的中心化公共事業模型向著融合更多去中心化資源、實時報價系統和更緊密匹配需求和供應的方向進化。這個進化的核心是通過智能電表、智能裝備、可再生能源和能源儲存的結合實現電網的現代化，我們預計這個過程中會產生數千萬甚至上億個去中心化節點，這些節點不僅能夠收發數據，也能執行P2P交易。我們認為區塊鏈技術將在促進溝通、交易和數百萬個交易對手方之間的安全性方面發揮重要作用。在我們看來，區塊鏈會帶來一個去中心化的能源市場，不僅極大地推動分布式能源方面的投資活動，也會將25-70億美元的電力收入再分配給新的市場參與者（也就是說不再是給公用事業公司）。

機會如何？

公用事業公司壟斷了美國的電力市場。傳統的公用事業模型在美國每年產生超過3600億美元的電力收入——這個基于地區性公用事業壟斷者的模型在過去的一個世紀主宰了能源市場。結構上，大型電站的規模經濟將投資導向中心化的資源（如煤炭/天然氣加工廠），遠離人口中心，電力經過無數英里的輸配電基礎設施到達終端消費者。事實上，盡管由于能源效率提高和近些年的經濟問題，總體的需求量每年減少約1%，美國的公用事業公司仍繼續大量燒錢，而且現在將大量資本支出導向輸配電基礎設施。結果就是，即便主要輸入性商品，也就是天然氣的價格面臨通貨緊縮壓力，電價仍然節節攀升。我們認為電網現代化——由智能電表/裝備、可再生能源和儲存技術驅動——已經開始撼動傳統的公用事業模型，尤其是因為消費者已經開始尋求通過自產能源和/或基于儲存解決方案的能源套利來直接參與能源購買決策。區塊鏈可以促進這些電網新資源的發展，最終創造一個更加去中心化的電網，其中，電力用戶也是電力生產者，他們在電力市場上互相直接進行交易。

圖表19：美國電力市場龐大，且繼續擴張
1990年-2014年的美國年度電力銷售額（十億美元）

圖表20：我們預計輸配電方面的資本支出會更加超出電力生產支出
預計2015-2040年的美國公用事業資本支出綜合（十億美元）
（深色為生產支出，淺色為輸配電支出）

來源：EIA（美國電子工業聯合會）、EEI、高盛全球投資研究

圖表21：趨勢開始轉向分布式電力生產
中心化生產能力VS分布式生產能力，百分比
2014年-2023年（預計），深色和淺色分別為分布式和中心式產能增量

圖表22：在居民和非居民用電市場，屋頂太陽能都在增加滲透率
預計2015年-2030年美國屋頂太陽能滲透率
深色為居民用電，淺色為非居民用電，虛線為預計滲透率

來源：EIA、高盛全球投資研究

痛點何在？

線路損耗。綿延無數英里的電力線路效率并不高，因為電壓變化而導致電力損耗。我們預計8%-9%的電力從未抵達終端消費者——這導致潛在收入損失數十億美元。

可靠性。根據一份國會研究服務處的報告，每年斷電帶來的損失約250-750億美元。電網上中心化的基礎設施回導致大量人口同時斷電，且根據EIA的數據這一現象開始變得愈加頻繁。

負載平衡。電網運營者使用多個方式來平衡短期的供需波動，包括需求響應計劃。許多情況下，這些計劃都是可選項，需要消費者通過響應經濟激勵（如更低費率）來扮演重要角色。

圖表23：線路損耗過去均值為10%，近年為8%-9%
全美總電力產量的線路損耗百分比

圖表24：過去十余年來，電網愈加老化，斷電事故愈加頻繁。
2000年-2015年的電氣擾動事件

來源：EIA、高盛全球投資研究、能源部

目前生意是怎么做的？

電網將中心化生產與分布式消費配對。自19世紀末交流電變壓器出現以來，電網都被中心化的電力生產機制和長程輸電基礎設施主宰。美國電網和電力市場的一些主要特征包括：

• 全美有超過3000家公用事業單位
• 5800家主要的電站為全網供應電力
• 有超過450,000英里的高壓輸電線路為家庭和企業供應電力

分布式資源，特別是屋頂太陽能，可以按凈計量電價將多余電力有效地售回給電網。因為對于不是公用事業單位的電力生產者——主要是屋頂太陽能用戶——售回電網的報酬形式是凈計量電價。這個被超過40個州使用的計費機制會依照獲批的可再生能源生產系統提供給電網的電力計算用戶的回報。在凈計量電價體系下，回報計算依照的是普通電價，而用戶的因此可以少繳納一些傳統電費；但是，他們不會得到直接的收入。凈計量電價體系在屋頂太陽能獲得進展的許多州（如夏威夷、亞利桑那和內華達）遭遇了嚴重的公用事業單位的阻撓。我們相信降低凈計量電價體系中電力費率計算標準的壓力會隨著時間推移不斷增加。

圖表25：現有電網 電網：電力如何分配和監管

大電力系統包括電站的電力生產和輸電。美國國家電力安全委員會NERC負責制定可靠性標準，聯邦能源管理委員會FERC負責執行。

地區性電力分配體系由地區性公用事業公司組成，直接向本地社區提供電力。州一級政府和本地政府監管他們。

1. 生產。公用事業公司和電力生產者通過電站生產電力，并輸送給控制電壓的變電站。
2. 傳輸。高壓輸電線路經過長程傳輸抵達社區。
3. 分配。來自高壓輸電線路的電力被變電站減壓，分配公司負責將這些電力直接提供給家庭和企業。

來源：美國傳統基金會。注意：FERC規定不適用于德克薩斯。

區塊鏈如何派上用場？

商業影響：區塊鏈可以建立一個去中心化的能源市場。在最具顛覆性的場景中，我們認為結合區塊鏈和通信技術可以促進數百萬的參與者之間更安全的交易和支付，為一個去中心化能源市場賦能。簡單地說，區塊鏈天然的分布式特征可以讓分布式的能源用戶無縫地將電力賣給附近的消費者，實現真正的本地化能源生產和消費。這是有可能實現的。在紐約的布魯克林，一家名為TransActive Grid的創業企業已經建立了這樣一個基于區塊鏈技術的P2P能源銷售網絡，安裝了屋頂太陽能的家庭可以向同一條街上沒有安裝屋頂太陽能的鄰居出售他們生產的電力。

現實一點說，這種可能存在于小型和本地化的微型電網上——居民用或是工業用——因為未來數十年的大多數能源生產仍然會是中心化的。我們也要指出，要讓區塊鏈對傳統公用事業商業模型產生重大顛覆，需要先有大量的監管政策變動。另一方面，電網外的機會可能潛力更大。比如，一家名為Grid Singularity的創業企業正在發展中國家使用區塊鏈技術探索“現收現付制”太陽能，那里的電網基礎設施相對簡單，監管障礙也更少。

圖表26：紐約布魯克林區一個基于區塊鏈的微型電網，居民可以自產電力并賣給鄰居。

來源：TransActive Grid

結構性影響：區塊鏈技術會驅動更多分布式電網基礎設施。能夠作為本地生產者在能源市場上進行交易這一點會吸引更多資源投入賦能分布式電網的技術。這包括智能電網裝備、物聯網裝備和電動汽車。電網越是分布式的，就越是能更可靠、高效地匹配能源供需——包括但不限于發送實時報價信息和減少昂貴的輸配電基礎設施開支。

政策影響：區塊鏈技術會終結凈計量電價機制。我們認為正是凈計量電價這樣的政策促進了分布式太陽能的市場接受度，美國越來越多的州里，這樣的政策促成人們轉向太陽能而非繼續為電網付費。但是凈計量電價機制的長遠預期尚不明確，因為公用事業公司越來越反對。我們認為分布式的能源生產者會接受向電網售回電力的替代方案——也就是說售回給一個本地化的市場，區塊鏈可以為一個去中心化的市場充當分布式安全交易的中流砥柱。

圖表27：區塊鏈驅動的分布式智能電網可以允許分布式能源生產者和消費者進行交互。

來源：高盛全球投資研究

結合區塊鏈技術與物聯網技術，將使得分布式能源交易的協商機制成為可能。在網狀網絡（或是其他更傳統一些的通信結構中）使用分布式的有線或無線數據連接，分布式能源生產者可以自動廣播盈余電量及其持續時間的相關信息。大體上，消費者可以根據他們的能源需求進行自動響應。使用區塊鏈賬本，生產者和消費者的代理機器可以協商價格，達成能源銷售交易。公共區塊鏈如何賦能互不相識的用戶進行安全的交易呢——我們認為智能電網可以提供一個良好的范例。我們甚至可以想象本地或是地區性的多個“智能電網區塊鏈”。

機會量化

我們預計區塊鏈技術會打開一個新的去中心化的分布式能源交易市場，達到25-70億美元。

總量。到2030年，我們預計全美的屋頂太陽能滲透率會接近5%，比現在提高大約1個百分點。這意味著那時候至少會有60GW的總的分布式電力產能。

綜合輸入與輸出。我們認為這些電力的絕大部分會在其生產地附近的居民區或商業區被消費。SolarCity預計平均每個居民單位消費其生產的60%-80%的太陽能（余下部分按凈計量電價售回給電網了），我們認為直接參與能源銷售會帶來更多的裝機量——也就帶來更多可輸出電力。出于分析的目的，我們假設50%電力會本地消費，50%會在市場上銷售。

定價。目前零售電價大約是0.1美元每千瓦時（包括居民用電和商用電）。我們假設價格按近年來的趨勢，按2%-3%的速率逐年遞增。還需要指出的是，在凈計量電價機制下，大多數州仍然要求公用事業公司將售回給電網的盈余電量按零售電價計算。基于此，我們認為分布式電力生產者如果要能夠出售電力給其他用戶，市場上會存在3種不同的潛在定價場景：

1. 按規避掉的成本定價：因為地理位置原因，分布式電力資源不需要輸配電設施投資。所以建立分布式電力資源與中心化電站相比，規避掉的成本大約就等于生產成本，我們預計這個數字大約是零售電價的三分之一（但這取決于不同的公用事業公司）。請注意，在正在進行的關于凈計量電價的討論中，關于太陽能用戶送回電網的盈余電量應該按哪個費率得到補償這一問題，大多數公用事業公司正是在爭取這一標準（零售電價的三分之一）。假設所有的分布式電力生產者以規避掉的成本價格出售電力，我們預計機會額度為25億美元。

2. 按零售價的9折定價：假設凈計量電價標準確實接近了規避掉的成本，分布式電力生產者就會因為這樣的低價而缺乏向電網售回電力的經濟激勵。這將導致他們，要么自己使用更多，要么，如果有機會的話，向公用事業公司以外（也就是其他用戶）的客戶出售電力。我們假設其他電力用戶會因為折扣而從公用事業單位以外的人那里購買電力，且在分析中的高檔部分假設一個10%的折扣。假設所有分布式電力生產者都按電網價給出10%的折扣，我們預計機會額度為69億美元。

3. 按中間點定價：假設所有分布式電力生產者按照規避掉的成本和電網價9折之間的一個數字定價，我們預計機會額度為51億美元。

圖表28：我們預計會為分布式電力生產者帶來一個價值約25-70億美元收入的去中心化電力市場。

去中心化電力市場收入敏感度

來源：高盛全球投資研究

誰會被顛覆？

在我們看來，區塊鏈可能對公用事業行業帶來顛覆性影響，且我們認為分布式電力資源的生產者（如屋頂太陽能）和智能裝備、智能電表等會有更大的發展潛力。電力生產和消費越是向著去中心化交易而不涉及公用事業公司（除提供輸電線纜外）的方向發展，傳統公用事業公司越是會發現自己的潛在收入持續降低。雖然這種趨勢是長期的、且需要重大的監管政策變動，但我們指出，向著分布式電網發展的趨勢已經開始：屋頂太陽能現在占有全美電網總量的約1%. 我們認為，一旦意識到他們將來可以從中獲得收入，越來越多的消費者最終會選擇自己生產電力。

面臨的挑戰

• 監管政策：許多州的法律禁止公用事業公司以外的實體銷售電力。要想讓區塊鏈賦能分布式電力用戶互相直接交易電力，監管政策必須隨之改進。

• 技術問題：需要為大約今日全美電網的一半以上部署智能電網設施，這是裝備和電表使用區塊鏈進行交易的先決條件。

• 物理限制：區塊鏈可以賦能安全的交易流程，但仍必須實際上從電網的一個節點傳輸電力到另一個節點，而電網仍是由公用事業公司/輸電調度員管理維護的。

• 成本問題：中心化電力生產的擁躉認為，相較于分布式電力資源，大型電站的規模經濟會帶來更低的成本開支。 雖然這在今天是成立的，但正像是諸如太陽能和電池儲存技術領域的科技發展路線圖所揭示的那樣，未來分布式能源的成本是會減少的。此外，不再需要輸配電設施投資帶來的成本減少也會促進中心化生產向分布式生產轉型。

• 用戶行為：雖然區塊鏈理論上能讓交易無縫化、自動化，電力消費者通常都不是電力生產者——更不是產生收入的人。這將意味著消費者的思維需要一次劇烈的改變：在一個更加分布式的電網中，買家和供應者之間的市場動態并非透明可見，那么應該如何看待電力使用和消費呢？

• 安全性：區塊鏈可以驅動電網上數以百萬計的的交易。鑒于電網上所涉及的節點的絕對數量，這會帶來更高的風險；但是，區塊鏈更強的安全性和登記參與者的能力可以增強電網安全。