区块链新能源技术应用发展白皮书

前言 FOREWORD 作为现代工业的基础，能源关系人类生存和延续的基础，世界能源结构先后经历了以柴薪、煤炭、石油和天然气为主的阶段。为应对气候危机、环境恶化和化石能源日渐枯竭等挑战，绿色发展成为全球大多数经济体的共识和核心经济发展战略。在能源转型背景下，中国承诺在2030年前，二氧化碳的排放达到峰值，并于2060年实现零排放。为实现这一目标，促进经济社会发展绿色转型，中国与世界各国一道加快推进低碳清洁能源建设，支持本国新能源产业发展。 在科技进步和政策引导下，我国以光能、风电、海洋能、核能和生物质能等为主的可再生清洁能源产业快速发展。作为新兴领域，新能源产业呈现碎片化和复杂化的特性，逐渐出现管理困难、供应链金融、可信监管、数据安全等一系列产业发展的阻碍。为了实现高质量发展和能源消纳利用，新能源产业发展需要与产业数字化趋势相融合。作为新一代的信息技术，区块链技术为破解能源业存在的问题和创新发展模式提供了新的机遇。 作为数字经济时代的前沿产物，区块链是一种以链式结构存储数据的分布式账本技术，具有分布式存储、不可伪造和防篡改、透明可信、高可靠性和可追溯等优势，可以满足新能源和分布式能源数字化的需求。2019年10月24日,中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习，将区块链技术确定为国家核心技术自主创新的重要突破口。当前，我国区块链产业蓬勃发展，产业规模和行业应用落地项目不断增加，未来将在经济复苏和数字经济发展中扮演更重要的角色。 新能源与区块链的结合是一个新兴领域。区块链技术具备自由开放、容错性强、信息保密等特性，适配基于分布式系统的共享经济模式，与新能源产业的必要条件高度匹配。在新能源产业建设中，区块链作为数字经济的基础设施与行业应用结合，可形成不可篡改的分布式账本，有望解决交易主体众多、数据信息不透明带来的管理、融资、监管和隐私等问题。通过全产业链数据可信流通共享，在各环节建立信任机制，实现高效监管和新能源产业的健康发展。为达成“碳达峰、碳中和”的节能减排目标，在区块链技术支持下，现有能源供给体系需要在智能电网、电力交易、系统架构、能源存储等方面做出重大变革。社会各方积极响应国家号召，尤其在技术融合创新方面助力国家实现零排放这一远景，并有效推动全链路可持续发展的转型。 为进一步推动区块链技术在新能源行业的应用与发展，中国互联网协会联合蚂蚁集团组织调研新能源领域区块链发展现状，梳理新能源行业区块链应用场景与案例，分析区块链的基因特性、应用价值以及其在新能源领域的挑战与展望，和合作伙伴一起编制了本白皮书，希望可以为新能源同业以及相关领域从业者提供参考。 区块链新能源技术应用发展白皮书 WHITEPAPERWHITEPAPER 区块链新能源技术应用发展白皮书 目录 CONTENT 01 前言 03 目录 04 第一章 区块链为新能源行业发展带来新机遇 05 1.新能源产业展现蓬勃发展态势 10 2.区块链为新能源产业发展注入新动能 18 第二章 区块链赋能新能源产业的技术体系 19 1.区块链技术原理 22 2.区块链新能源产业技术概述 27 3.区块链赋能新能源产业的核心优势 30 第三章 区块链在新能源产业的应用实践 32 1.区块链在新能源交易场景中的应用实践 36 2.区块链在新能源企业管理中的应用实践 38 3.区块链在新能源产业链协同中的应用实践 42 4.区块链在新能源监管中的应用实践 44 5.区块链在保险行业风险管理的应用实践 46 第四章 区块链新能源应用面临的问题与发展展望 47 1.区块链与新能源产业之间依然存在技术壁垒 50 2.区块链新能源应用正面临新的产业和政策形势 52 3.区块链新能源产业协同发展环境正加速成型 55 结语 WHITEPAPER 区块链新能源技术应用发展白皮书 1.新能源产业展现蓬勃发展态势 一 ONE 区块链为新能源行业发展带来新机遇 a.新能源产业基本情况与相关政策解读 (1)新能源定义 新能源产业的发展经历了大约二十年的时间。《中国新能源产业调查报告》中，我国政府定义清洁型新能源是由太阳能、地球能和热力结合产生的清洁可再生的能源形式，主要包括光能、风电、海洋能和核能以及通过利用可再生清洁能源技术进一步优化发展而所生成的硫化氢、生物燃料所形成的各类能量。 (2)我国新能源产业发展状况 国家能源局公布的新能源产业统计数据显示，2020年，我国新增风电装机7167万千瓦、太阳能发电4820万千瓦，均位列全球第一。 在光伏制造领域，2020年中国光伏硅料、硅片、电池和其他配套部件产能分别占到全球80%，97%，77%，71%，形成了完全自主可控的产业链。在硅料领域，我国是全球最大的硅料生产国，硅料产量连续10年排名世界第一；在光伏发电领域， 2020年光电总产量124.6GW，连续14年排名世界第一；在锂电应用领域，2020年我国新能源汽车销量总计达136.7万辆，相比19年同期增长10.9%，位列全球第一。 新能源产业已成为我国经济发展的重要支柱产业之一。 区块链新能源技术应用发展白皮书WHITEPAPER 04 (3)国内外相关政策 近年来，“碳达峰、碳中和”成为全球大多数经济体的核心战略，而新能源发展是必经之路。 Blockchainbringsnewopportunitiestotherenewableenergysector 中国 2020年9月22日，国家主席习近平在联合国大会上代表中国向全世 界做出了2030年实现碳达峰和2060年实现碳中和的郑重承诺。2020年 12月，《新时代的中国能源发展》白皮书中预测到2030年非化石能源占 一次能源消费的比重将达到25%[1]。在2021年3月的《国民经济和社会 发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中，我国明确提出加快发展非化石能源，坚持集中式和分布式能源供应形式并举，大力提升风电、光伏发电规模；新能源占能源消费总量的比重提高到20%左右等要求[2]。 美国 截至2019年底，美国发电总装机容量为12.43亿千瓦，其中风电、光伏发电装机容量分别为1.05、0.75亿千瓦，全年风电、光伏发电量分别为2943、1306亿千瓦时[3]。自重新加入《巴黎气候协议》后，美国新政府致力于绿色产业发展，提出了两万亿美元的绿色发展战略，制定美国在2035年实现100%的 清洁能源发电的目标。 欧洲 欧盟委员会通过并颁布了“欧洲绿色协议”，希望在2035年前实现“碳中和”，提出的详细措施包括利用清洁能源、发展循环经济、抑制气候变化，恢复生物多样性、减少污染等方式保护自然环境，提高自然资源利用效率等。欧洲的英国、爱尔兰、丹麦、葡萄牙、西班牙等国家均针对未来新能源的 普及程度提出了100%的目标。 俄罗斯 2020年，俄罗斯新能源投产超过1000兆瓦，比2019年增加了近 70%。俄罗斯政府网站消息称，到2035年，国家对可再生能源项目的支持 总额将达到3600亿卢布，可再生能源发电能力将超过12吉瓦。 05 b.新能源产业呈现多方分立格局 目前，新能源产业呈现多方分立格局，主要发展领域为锂电、光伏、风电，以及储能。能源产业链预计将迎来如下趋势性变化： (1)光电产业 近年来，我国光伏发电量不断增加。统计资料表明，2019年我国光伏发电量为1172.2亿千瓦时2，2020年增至1380.6亿千瓦时，同比增长8.1%。光伏电池产业链主要环节的简要介绍如下： 14001380.6 单位：亿千瓦时 12001172.2 1000 800 600 400 393.6 647.5 894.5 200 0 发电侧储能输电侧需求侧 2016 2017201820192020 图2016-2020年中国光伏发电量统计 随着发电成本下降，风电和光伏发电竞争力增强，逐渐成为新能源产业发展的主力。一级能源1市场作为能源产业链上游，呈现出以太阳能、风能、生物质能、地热能、氢能等可再生可持续的新能源，替代化石能源的趋势，其中风光新能源的产业化进度发展较快，市场空间快速增长。 新能源开发具有随机性与波动性的特点，为调控电网供求平衡，新型电力系统需要改建扩建储能、电网等配套设施，构建以新能源为主体的新型电力系统。新能源具有区域性特性，未来的大规模风光基地和就近消纳的分布式电源，需要新建相应配套电网、电站；此外，由于光伏、风能等新能源为间歇性发电，存在不确定性和波动性，需要通过储能以平抑波动、缓冲负载冲击并存储间歇式能源。 终端部门推动电气化，新能源汽车发展加速。电能是能源流通体系中效率最高的媒介，终端部门电气化趋势将从系统层面提高能源使用效率和兼容性，取代煤炭在终端能源消费中的主导地位，是形成低碳经济的重要闭环。随着电动车产业蓬勃发展，交通领域电气化改造进程将得到快速推进。 硅料、硅片 同下游硅片、电池片等中间制造环节相比，硅料生产的技术壁垒高，扩产周期长，扩产速度与需求增速严重失衡，易造成供给短缺。 25.00单晶致密料多晶菜花料 22019年全国规模以上电厂发电量71422.1亿千瓦时。其中，水电11534.4亿千瓦时;火电51654.3亿千瓦时;风电3577.4亿千瓦时;核电3483.5亿千瓦时;太阳能发电1172.2亿千瓦时。 3依据硅料的结构、表面致密程度和表面质量可将太阳能级多晶硅料分为致密料、菜花料和珊瑚料等，其中致密料价值最高，可生产单晶硅片，菜花料价值稍低，可生产多晶硅片。 4太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，其将高纯度的半导体材料加入一些不纯物使其呈现不同的性质。P型硅片在硅材料中掺杂硼元素制成，N型硅片在硅材料中掺杂磷元素制成。 20.00 15.00 10.00 5.00 0 综上所述，中国的新能源产业正由政策驱动向成本推动的转变。未来，新能源发电的价格竞争力将随着技术进步持续增强，新能源产业将进入高速、高质量发展阶段，市场需求扩大也将推动终端产业的电气化进程。 2021/1/12021/2/202021/4/112021/5/312021/7/20 图2021硅料价格变化图3 硅片环节行业集中度高。行业前列的单晶硅片企业如隆基与中环占据其中近三分之二的产能份额。而我国多晶硅片行业中，保利协鑫产能占比达到25%，行业集中度也较高。 1一级能源是指自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能量资源，如煤炭、石油、水能等；二级能源是指由一次能源经过加工转换以后得到的能源，包括电能、汽油、柴油、液化石油气和氢能等。 光伏电池 随着上一代多晶转单晶技术路线逐步实现，PERC的整体光电转换效率逼近24.5%的效率极限，因此P型转N型电池4被看作下一代光伏电池的革命性技术，包括晶科、阿特斯、通威、隆基、晶澳等纷纷推出N型电池技术。以HJT电池及Topcon电池为代表，多家企业打破PERC电池无法达到的25%电池效率记录。 0607 (2)风电产业(3)动力锂电池 截止2020年，我国风电累计装机容量达到2.81亿千瓦，年增幅达34.6%。 其中，陆上风电累计装机2.71亿千瓦，海上风电累计装机约9万千瓦。相比而言，海上风电不需要考虑土地资源的规划和成本问题，对自然环境影响小，发展潜力巨大。 单位：MW 动力锂电池是新能源汽车的核心组件。由下图中统计数据可知，2016年全球动力电池装机量仅为43GW，2020年增长至136GW，期间复合增速约33%。 中国海外 30389 22971 16050 22780 24805 18496 19490 7000068610 60000 50000 40000 30000 20000 10000 140 120 100 80 60 40 20 0 22.7 15.4 57.2 62.263.7 28 36.4 42.8 54.5 72.6 2016 2017201820192020 0 2013 2014201520