能源区块链：让曙光照进全球能源互联网.pdf

行业 报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 1 计算机 证券 研究报告 2018 年 05 月 07 日 投资 评级 行业 评级 强于大市 (维持 评级 ) 上次评级 强于大市 作者 沈海兵 分析师 SAC 执业证书编号： S1110517030001 shenhaibingtfzq 资料 来源： 贝格数据 相关报告 1 计算机 -行业研究周报 :持续看好云计算，欢迎参加北京 TMT 策略会暨云计算与自主服务专题 2018-05-06 2 计算机 -行业投资策略 :年报一季报确认基本面拐点，继续看板块反转 2018-05-02 3 计算机 -行业研究周报 :总书记强调自主创新推进网络强国建设，关注三大板块投资机会 2018-04-22 行业走势图 能源区块链：让曙光照进全球能源互联网 能源行业大力迈入新格局，我国供给结构亟待优化 。 近年来， 全球能源需求增长缓慢，能源转型推动新能源快速发展，能源消费结构清洁化趋势明显 。 在新政策情景下，我国的能源需求增长速度每年下降1%左右， 从 2004 年高达 16.84%的增速一路下降至 2015 年的低点 0.96%， 不到自 2000 年以来的年平均水平的六分之一。截至 2016 年，我国能源消费构成中，煤炭和石油占比已经从 2000 年的 90.5%下降至 80.3%，而能源供给构成中， 天然气、水电、核电和风电等能源供给也一直在稳步增加 。然而我国能源供给结构依然存在大量痛点，包括供给垄断、结构转变缓慢、清洁化不足、价格非理性和供给动力不足等问题。 自 09 年以来，国家开始大力推进能源行业的供给侧改革，卓有成效但阻力依旧。 区块链技术带来能源供给结构改革的新曙光 。 全球能源互联网 是 基于互联网技术应用发展背景下的清洁、高效的能源利用方式， 在缓解环境污染问题的同时，得以 提高资源利用效率以及资源整合重组 进程，有助于有效地进行能源供给侧改革。而区块链天然的去中心化和可分散的特点可以构建一个去中心化的能源系统 ，具有以下三个 优势 ：（ 1） 搭建分布式能源交易和供应体系 ，（ 2） 制定能源管理部门的区块链智能合约 ，（ 3） 安全储存能源交易数据 。 能源区块链：相关项目纷纷落地 。 目前能 源区块链项目主要集中在发达国家， 主要在以下 多个场景中发挥作用 ：（ 1） 区块链能源的点对点交易， （ 2） 分布式传统能源的构建， （ 3） 能源市场交易代币化， （ 4） 批发能源交易市场， （ 5） 电动汽车的区块链能源。 现阶段已经有多家项目公司在这些场景达成应用，包括 LO3 Energy 的微电网、 Electron 的分布式天然气和电力计量系统、 Power Ledger 的代币化区块链能源交易市场、 Enerchain 的集成化能源批发交易系统和 Innogy 的区块链电动汽车充电系统，这些项目都 收获了多家巨头的注资。 能源区块链的未来：更多商业模式步入实体化进程 。 2018 年能源区块链的发展态势主要在四个方面 ：（ 1） 正对区块链进行的能源设施投资将呈现增长态势， （ 2） 美国的能源设施将进入试点阶段， （ 3）能源批发贸易将逐渐实现商业化部署， （ 4） 其他商业模式也将实体化。而在我国，区块链能源领域近年来出现不少探索者，首个能源区块链实验室在北京成立，国家电网申请区块链电力交易的专利，中化集团利用区块链技术进行能源出口贸易。 中国能源系统的信息化水平和产业技术实力接近甚至超过部分发达国家 ， 而以电力市场和能源供给侧改革为时代背景，区块链 技术 未来 可能 对我国能源领域等诸多方面产生广泛而深远的影响。 风险 提示 ： 区块链能源项目落地仍处于初期，技术难题尚未解决。 -16%-9%-2%5%12%19%26%2017-05 2017-09 2018-01计算机 沪深 300 行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 2 内容目录 1. 能源行业大力迈入新格局，我国供给结构亟待优化 . 4 1.1. 世界能源需求增长放缓，能源消费结构清洁化趋势明显 . 4 1.2. 我国能源随消费低速增长，积极布局新能源 . 4 1.3. 能源结构存在痛处，供给优化进行时 . 6 1.4. 政策风向全力支持，供给侧改革大力推进 . 7 2. 区块链 技术：带来能源供给结构改革的新曙光 . 7 2.1. 全球能源互联网：我国能源供给侧改革的新契机 . 7 2.2. 分布式能源：能源互联网的天然区块链 . 8 2.3. 区块链技术优势：去中心化的能源系统 . 9 3. 能源区 块链：相关项目纷纷落地 . 10 3.1. 区块链能源的点对点交易 . 10 3.1.1. LO3 Energy：搭建居民 P2P 电力交易微网 . 11 3.1.2. Conjoule：打造高效能源交易社区 . 12 3.1.3. The Sun Exchange：连接世界的能源区块链 . 13 3.2. 区块链构建分布式传统能源 . 13 3.2.1. Electron：打造能源界的 eBay . 13 3.2.2. 碳链：碳资产区块链平台 . 14 3.3. 能源市场平台代币化 . 15 3.3.1. Power Ledger：代币的能源交易 . 15 3.3.2. WePower：基于区块链的绿色能源交易平台 . 15 3.4. 批发能源交易 . 16 3.4.1. BTL Group：解决核对问题 . 17 3.4.2. Ponton Enerchain：搭建集成化交易系统 . 17 3.5. 电动汽车的区块链能源 . 18 3.5.1. Innogy：区块链电动汽车充电系统 . 18 4. 能源区块链的未来：更多商业模式步入实体化进程 . 18 4.1. 能源区块链加速进入新阶段 . 18 4.2. 我国能源区块链蓝海潜力无穷 . 19 图表目录 图 1：全球人均能耗量 . 4 图 2：全球能耗占比 . 4 图 3：我国能源消费总量 . 5 图 4： 2000 年我国能源消费构成 . 5 图 5： 2016 年我国能源消费构成 . 5 图 6： 2000 年我国能源生产构成 . 5 图 7： 2016 年我国能源生产构成 . 5 图 8：全球能源互联网发展框架 . 7 行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 3 图 9：区块链对能源互联网实现 . 9 图 10：能源区块链项目的地理分布 . 10 图 11：能源的点对点交易 . 11 图 12： Exergy P2P 能源交易模式 . 11 图 13： Conjoule 能源交易生态 . 12 图 14： The Sun Exchange 平台构想 . 13 图 15： Electron 分布式能源平台 . 14 图 16：碳链管理模式 . 14 图 17： Power Ledger 层次结构 . 15 图 18： WePower 代币模式 . 16 图 19：批发能源交易流程 . 16 图 20：去中介化的场外能源交易 . 17 图 21： Enerchain 交易界面 . 17 图 22：家庭充电站应 用场景 . 18 表 1：能源结构优化 . 6 行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 4 1. 能源行业大力迈入新格局， 我国 供给结构亟待优化 1.1. 世界能源需求增长放缓，能源消费结构清洁化趋势明显 全球能源需求增长缓慢，能源转型推动新能源快速发展，能源消费结构清洁化趋势明显。近年来，全球经济增速进一步放缓，主要经济体走势分化，发达国家经济缓慢复苏，新兴经济体国家经济发展有所改善。 人均能耗量在 2014 年达到了 1919.43 千克油当量，较 2000年的 1636.60 千克油当量上升了 17.28%。但是从 2004 年以来，除了 2010 年人均能耗量出现增加外，人均能耗呈现增速放缓的状态 ,。自 2010 年以来，全球人均能耗量增速从 4.36%明显下降至 1.43%并保持稳定。 图 1： 全球人均能耗量 资料来源： 世界银行， 天风证券研究所 在能源消耗结构来看， 化石燃料能耗占比 在 2000 年前不断增加，而从 2011 年的 81.26%开始下降，至 2014 年减少到了 80.81%；相对而言 ，替代能源和核能的占比 则在这四年间也从 8.44%一路 稳步增加 至 8.90%。 虽然增减幅度还较小，但从中可见清洁化趋势在逐渐加强。 图 2： 全球能耗占比 资料来源： 世界银行， 天风证券研究所 1.2. 我国能源随消费低速增长，积极布局新能源 打造新经济结构，我国能源消费步入低增长。 步入 2000 年后，我国能源消费总量随着经济增长而逐步增加。随着近年来我国经济增速的放缓，能源消费总量的增速也迈入一个低增长的阶段。 2004 年我国能源消费总量的增速高达 16.84%，而 在新政策情景下，我国的能源需求增长速度 平均 每年下降 1%左右， 2015 年达到最低的 0.96%， 不到自 2000 年以来的年平均水平的六分之一。这是经济结构转变、强劲能源效率政策实施和人口变化所带来的综合效应。 0 . 8 3 %- 0 . 0 5 %0 . 7 8 %2 . 3 8 %3 . 0 4 %1 . 5 3 %1 . 6 7 % 1 . 5 3 %0 . 3 1 %- 1 . 8 3 %4 . 3 6 %0 . 3 7 %0 . 5 8 %0 . 1 4 %1 . 4 3 %- 3 .0 0 %- 2 . 0 0 %- 1 . 0 0 %0 .0 0 %1 .0 0 %2 . 0 0 %3 . 0 0 %4 .0 0 %5 .0 0 %1 ,4 5 0 .0 01 ,5 0 0 . 0 01 ,5 5 0 .0 01 ,6 0 0 .0 01 ,6 5 0 . 0 01 ,7 0 0 .0 01 ,7 5 0 . 0 01 ,8 0 0 .0 01 ,8 5 0 .0 01 ,9 0 0 . 0 01 ,9 5 0 .0 02000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014单位：千克油当量全球 : 人均能耗量 全球 : 人均能耗量变化7 9 . 8 6 8 0 . 0 0 8 0 . 0 4 8 0 . 5 5 8 0 . 6 6 8 0 . 7 4 8 0 . 8 9 8 1 . 2 1 8 1 . 0 6 8 0 . 7 6 8 0 . 9 2 8 1 . 2 6 8 1 . 2 2 8 1 . 0 6 8 0 . 8 1 9 . 8 5 9 . 8 7 9 . 7 3 9 . 3 6 9 . 3 9 9 . 3 2 9 . 2 4 8 . 9 2 8 . 9 9 9 . 1 0 8 . 9 8 8 . 6 3 8 . 4 4 8 . 6 2 8 . 9 0 7 . 5 0 %8 . 0 0 %8 . 5 0 %9 . 0 0 %9 . 5 0 %1 0 . 0 0 %7 9 . 0 0 %7 9 . 5 0 %8 0 . 0 0 %8 0 . 5 0 %8 1 . 0 0 %8 1 . 5 0 %2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 4全球 : 化石燃料的能耗 : 占能耗总量比重 全球 : 替代能源和核能 : 占能耗总量比重 行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 5 图 3： 我国能源消费总量 资料来源： 中经网， 天风证券研究所 传统能源 消费比重 下降， 清洁能源 需求 稳步 增加 。 我国能源的消费需求正更多依赖可再生能源、天然气和电力，煤炭和石油需求则有所回落。截至 2016 年，我国能源消费构成中，煤炭和石油占比已经从 2000 年的 90.5%下降至 80.3%。根据国际能源署的预计，到 2040 年，我国煤炭在总发电量中所占的比重将从 2016 年的三分之二下降到 40%以下，电力将在中国终端能源消费中占主导地位。 图 4： 2000 年我国能源消费构成 图 5： 2016 年我国能源消费构成 资料来源： 中经网， 天风证券研究所 资料来源： 中经网， 天风证券研究所 可再生能源成本降低，能源供给清洁化趋势明显。 同时，我国能源结构也正逐步转换到清洁发电，强大的部署和有力的政策降低了可再生能源的成本。从 2000 年至 2016 年，天然气、水电、核电和风电等能源供给也在稳步增加，在我国能源生产总量的占比逐渐扩大 ，从 2000 年的 10.3%增长至 22.2%。 图 6： 2000 年我国能源生产构成 图 7： 2016 年我国能源生产构成 资料来源： 中经网， 天风证券研究所 资料来源： 中经网， 天风证券研究所 5 . 8 4 %9 . 0 2 %1 6 . 2 2 % 1 6 . 8 4 %1 3 . 5 0 %9 . 6 0 %8 . 7 2 %2 . 9 4 %4 . 8 4 %7 . 3 0 %7 . 3 2 %3 . 9 0 %3 . 6 7 %2 . 1 3 %0 . 9 6 %1 . 4 2 %2 . 9 8 %0 . 0 0 %2 . 0 0 %4 .0 0 %6 .0 0 %8 .0 0 %1 0 . 0 0 %1 2 . 0 0 %1 4 . 0 0 %1 6 .0 0 %1 8 .0 0 %01020304050单位：亿吨标煤能源消费总量 ( 等价值 ) 能源消费总量变化6 8 . 5 0 %2 2 . 0 0 %2 . 2 0 %7 . 3 0 %能源消费总量构成 _ 煤炭能源消费总量构成 _ 石油能源消费总量构成 _ 天然气能源消费总量构成 _ 一次电力及其他能源6 2 . 0 0 %1 8 . 3 0 %6 . 4 0 %1 3 . 3 0 %能源消费总量构成 _ 煤炭能源消费总量构成 _ 石油能源消费总量构成 _ 天然气能源消费总量构成 _ 一次电力及其他能源7 2 . 9 0 %1 6 . 8 0 %2 . 6 0 %7 . 7 0 %能源生产总量构成 _ 煤炭能源生产总量构成 _ 石油能源生产总量构成 _ 天然气能源生产总量构成 _ 水电、核电、风电6 9 . 6 0 %8 . 2 0 %5 . 3 0 %1 6 . 9 0 %能源生产总量构成 _ 煤炭能源生产总量构成 _ 石油能源生产总量构成 _ 天然气能源生产总量构成 _ 水电、核电、风电 行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 6 2018 年 4 月 11 日，电力规划设计总院发布的中国能源发展报告 2017预计， 2018 年我国能源消费总量呈低速增长，生产供应总体稳中有升。报告认为，根据经济发展状况、各行业发展前景和用能需求， 2018 年我国能源消费将延续消费结构清洁化、高效化趋势，消费总量呈低速增长，预计约 45.7 亿吨标准煤。其中，非化石能源和天然气仍是拉动能源消费增长的主导力量，占一次能源消费的比重继续提高，天然气消费量约 2640 亿立方米；煤炭消费量将略有减少，约在 38.5 亿吨，占一次能源消费比重继续下降；石油消费量约 6 亿吨，占一次能源消费比重保持稳定。从生产端来看，预计 2018 年一次能源生产总量约 36.7 亿吨标准煤，其中煤炭 36.6 亿吨，石油 1.91 亿吨，天然气 1560 亿立方米，一次电力 2.1 万亿千瓦时。 报告显示， 2017 年我国能源生产总量达到 35.9 亿吨标准煤。 1.3. 能源结构存在痛处，供给优化进行时 能源供给 结构指能源供给侧各个方面的构成及其相互之间的关系，包括能源供给主体结构、能源产业结构、能源产品结构、能源价格结构、能源供给动力结构、能源供给区域结构等。能源供给结构优化是指为了实现满足能源需求、提高能源供给能力与效率、减少能源生产和消费污染、控制碳排放、保障能源供应安全等目标，改善能源供给侧各种不合理或次优的结构。能源结构优化主要包括 以下 六个方面。 表 1： 能源结构优化 六个能源结构优化 具体内容 能源供给主体结构优化 能源生产与供应由低技术、低效率、高污染型能源企业转向高技术、高效率、低污染型能源企业。 能源 产业结构 优化 由传统能源产业转向新兴能源产业。 能源产品结构优化 由高污染、高排放能源产品转向低污染、低排放能源产品。 能源价格结构优化 由计划价格转向市场价格。 能源供给动力结构 由要素投入驱动转向全要素生产率增长驱动。 能源供给区域结构优化 由不均衡转向均衡。 资料来源：国研网，天风证券研究所 能源供给主体垄断严重。 我国的石油、天然气、电力生产与供应业国企垄断严重，民营企业发展受抑制。石油、天然气的上中下游产业链均被中国石油天然气集团公司与中国石油化工集团公司两家国企巨头高度垄断 2015 年，这两家油气巨头企业国内的原油、天然气产量占全国的 71.2%、 91.5%，原油加工量占全国的 72.2%，油气管网占全国的 90%以上，成品油和天然气销量也占国内大部分市场份额。我国电力生产大部分被五大国有控股电力集团垄断，电力输配送基本上被国家电网公司与南方电网公司垄断。而煤炭产业存在不少地方垄断企业。中国煤炭产业并不是一个全国统一 开放、有序竞争的市场，存在相当严重的地方保护主义和地方垄断，一些势力雄厚、技术和管理水平高的煤炭企业难以通过市场公平竞争方式扩张发展。尽管近几年煤炭行业产能过剩、需求不旺、价格大幅下降，很多低技术、低效率、低安全的中小煤炭企业仍未被市场淘汰。 能源产业结构转变缓慢。 过去十几年里，中国化石能源产量保持 6.1%的较快发展速度，非化石能源产量尽管增长速度更快（ 11.2%），但依然相对不足，中国能源产业结构还有很大优化空间。从国内一次性能源产量结构来看，化石能源产量占据绝对地位，其比重下降非常缓慢。同时，化石能源 中煤炭产业占比过高，油气能源产业发展不足 。 能源产品清洁化不足。 2013 年，瑞典、拉脱维亚、芬兰和奥地利使用的可再生能源在总能源中比例超过了三分之一（欧洲环境保护署， 2015），而中国生产的各类能源产品中，不可再生的化石能源产品占比一直在 85%以上，生物质能、水电、风能、太阳能、地热能、海洋能等可再生能源发展相对不足。当前，由于高品质的天然气、无烟煤、成品油等清洁化石能源产品占比相当低，中国的化石能源产品消费成为绝大部分碳排放来源与主要环境污染源。为了实现工业污染防控与碳排放减控目标，必须不断提高化石能源中 洁净能源产品的比重。 能源价格结构非理性。 一是不同能源产品的市场定价程度差异大。中国多种能源价格 行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 7 管制程度较高，不利于价格机制发挥优化配置资源和激励竞争的功能，导致资源浪费和效率损失。电、成品油等能源价格受到很强管制，天然气等能源价格受到较强管制，煤炭价格也受产业政策的间接影响 如 2016 年以来煤炭产业“去产能”导致中国煤炭价格大涨。近年来，中央着手推动电力、天然气、成品油等能源产品价格市场化改革，取得了一定成效，但市场化还有很长的路要走。二是能源产品价格构成未充分考虑资源与环境成本。能源产品的生产、输送与 消费存在很大的外部性，资源消耗与环境损失成本在各种能源价格中没有得到合理体现，导致清洁能源的价值优势在价格中体现不充分，不利于清洁能源获得竞争优势。 能源供给动力不足。 我国能源工业发展主要依赖劳动、资本、资源等要素投入，较少地依靠制度革新、要素升级与结构优化这三大“供给侧发动机”，导致能源工业整体生产效率增长与能源产品质量提升缓慢。尤其是煤炭采选产业的扩张过于依靠资本投入，重复建设较多，导致中国能源工业的边际报酬递减较快，生产效率增长缓慢，产能过剩、资源浪费与环境损害严重，拖累了整个能源工业的优化升级与可持 续发展。自身供给动力的不足导致我国能源对外的整体依存度偏高，近十年来我国石油、原油和天然气等进口量增长迅猛。 1.4. 政策风向全力支持， 供给侧改革大力推进 为了破除能源供给结构优化的各种障碍，需要大力推进能源供给侧结构性改革，形成良好的能源供给文化（非正式制度）、能源供给制度（正式制度）、能源供给管理和组织制度（制度的实施机制）；以科技创新为核心，推动能源创新发展。李克强总理在 2009 年提出要推进能源结构调整和产业升级，近几年中国加快推进能源价格市场化和能源供给清洁化改革，实施煤炭行业“去产能”，取得了明显成效。 2015 年，国家发改委把推动能源结构优化作为审批项目的重点。 2016 年 2 月，国家能源局局长努尔白克力表示，破解新常态下能源发展面临的传统能源产能过剩、可再生能源发展瓶颈制约、能源系统整体运行效率不高等突出问题，必须创新能源体制机制，大力推进能源供给侧结构性改革。能源供给侧改革突破点在于化解防范产能过剩、实施重大战略工程、着力补齐供给短板、创新生产消费模式，这四个方面在 2016 年均取得了实质性突破，但仍需大力推进。 2. 区块链技术 ： 带来能源供给结构改革的新曙光 2.1. 全球能源互联网：我国能源供给侧改革的新契机 全球能源 互联网是指 以国家电网为代表，侧重全球电力互联，利用电力网络在空间上的扩大，将不同区域电网互联，实现不同区域不同类型新能源跨区消纳的能源互联网 。全球能源互联网是以特高压电网为骨干网架 (通道 )、以输送清洁能源为主导、全球互联泛在的坚强智能电网，符合两个替代 (清洁替代和电能替代 )的需求。全球能源互联网由跨洲、跨国骨干网架和各国各电压等级电网构成，连接“一极一道” (北极、赤道 )等大型能源基地以及各种分布式电源，能够将水能、风能、太阳能、海洋能等可再生能源输送到各类用户，是服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低 碳的全球能源配置平台，具有网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的特征。 图 8： 全球能源互联网发展框架 资料来源： 国家电网， 天风证券研究所 行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 8 全球能源互联网的发展框架可以概括为 一个总体布局、两个基本原则、三个发展阶段、四个重要特征、五个主要功能 。 全球能源互联网将形成由跨州电网、跨国电网、国家泛在智能电网组成，各层级电网协调发展的总体布局，坚持清洁发展和全球配置两个基本原则，经过洲内互联、跨洲互联、全球互联三个阶段，具备网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动四个重要特征，实现能源传输、资源配置、市场交易、产业带动和公共服务五个主要功能。 能源互联网是由数量众多的分布式能源应用单元相互联结而成。由大量分布式能源构成的能源互联网在拓扑结构上完全不同于现在的集中式供能系统。在分布式为主的能源互联网系统中，能源供应具有更大的柔性和开放性，能源网络具有更强的自 愈能力。能源互联网最大的特点是大量接入可再生能源。能源互联网通过储能设施、能量管理系统等先进技术，克服风、光等可再生能源受天气和时间影响带来的随机性和波动性问题。能源互联网利用可再生能源的方式主要是发电和热能利用。主要的一次可再生能源包括太阳能、风能、水力、地热、海洋能及生物质等。适合于能源互联网应用的可再生能源有太阳能、风能、地热和生物质。 全球能源互联网基于互联网技术应