張 蓓

上海新能源科技成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心

引言

能源是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源供求格局發(fā)生了變化，全球能源消費(fèi)進(jìn)入了一個(gè)速度相對(duì)較低的增長階段，主要發(fā)達(dá)國家能源需求利用呈現(xiàn)出與高碳能源，特別是煤炭逐步脫鉤的跡象，能源革命勢(shì)在必行。隨著《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》等相關(guān)利好政策的出臺(tái)，國家正大力推進(jìn)能源領(lǐng)域的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，支持和推進(jìn)能源革命。作為我國能源供給側(cè)改革和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要內(nèi)容，能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)已起步，大量的能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的示范工程已開始投入運(yùn)行[1]。

發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)是能源革命的一種體現(xiàn)，能源互聯(lián)網(wǎng)把新的能源技術(shù)、新的用能方式和新的管理模式集合在一起。就目前而言，它的核心在于“三化”和“兩結(jié)合”。其中，“三化”是指電氣化、低碳化和智能化，目的在于建設(shè)一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及能源市場(chǎng)深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對(duì)稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放、共享可持續(xù)的現(xiàn)代化能源體系。參與能量交易的角色趨于多樣化，相應(yīng)的交易模式也更加豐富和復(fù)雜，亟需引入新技術(shù)支撐能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)[2]。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)

作為一種新興技術(shù)，區(qū)塊鏈的發(fā)展已經(jīng)得到了全社會(huì)的廣泛關(guān)注，且在金融領(lǐng)域已經(jīng)有初步的應(yīng)用。區(qū)塊鏈在能源領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)開始了初步的探索。

區(qū)塊鏈本質(zhì)上是去中心化的數(shù)據(jù)庫，是一串使用密碼學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，每個(gè)數(shù)據(jù)塊中包含網(wǎng)絡(luò)交易的信息，用于驗(yàn)證其信息的有效性(防偽)和生成下一個(gè)區(qū)塊。區(qū)塊鏈用數(shù)據(jù)區(qū)塊取代目前互聯(lián)網(wǎng)上對(duì)中心服務(wù)器的依賴，數(shù)據(jù)變更或交易項(xiàng)目記錄在云系統(tǒng)上，數(shù)據(jù)可在傳輸中自我證明，從而超越傳統(tǒng)意義上依賴中心的信息驗(yàn)證方式。區(qū)塊鏈技術(shù)的四個(gè)優(yōu)勢(shì)，為解決人類社會(huì)的信任問題提供了有效工具，進(jìn)而將人類社會(huì)帶入群智時(shí)代。

1）去中心、去信任：區(qū)塊鏈由眾多節(jié)點(diǎn)共同組成一個(gè)端到端的網(wǎng)絡(luò)，不存在中心化的設(shè)備和管理機(jī)構(gòu)。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的驗(yàn)證、記賬、存儲(chǔ)、維護(hù)和傳輸?shù)冗^程均是基于分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)交換通過數(shù)字簽名技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，無需互相信任，只要按照系統(tǒng)既定的規(guī)則進(jìn)行，節(jié)點(diǎn)之間不能也無法互相欺騙。采用純數(shù)學(xué)方法而非中心機(jī)構(gòu)來建立分布式節(jié)點(diǎn)間的信任關(guān)系，從而形成去中心化的可信任的分布式系統(tǒng)。

2）開放、共識(shí)：任何人都可以參與到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，每一臺(tái)設(shè)備都能作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都允許獲得一份完整的數(shù)據(jù)庫拷貝。節(jié)點(diǎn)間基于一套共識(shí)機(jī)制，通過競(jìng)爭(zhēng)計(jì)算共同維護(hù)整個(gè)區(qū)塊鏈，任一節(jié)點(diǎn)失效，其余節(jié)點(diǎn)仍能正常工作。

3）交易透明、雙方匿名：區(qū)塊鏈的運(yùn)行規(guī)則是公開透明的，所有的數(shù)據(jù)信息也是公開的，因此每一筆交易都對(duì)所有節(jié)點(diǎn)可見。由于節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間是去信任的，因此節(jié)點(diǎn)之間無需公開身份，除了賬戶隱私信息被加密外，其他數(shù)據(jù)都是對(duì)所有人或者參與者公開的，可以通過公開接口查詢數(shù)據(jù)記錄，信息高度透明。

4）不可篡改、可追溯：區(qū)塊鏈采用了鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和時(shí)間戳，所有數(shù)據(jù)都有先后順序和時(shí)間標(biāo)記，區(qū)塊鏈采用共識(shí)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)性數(shù)據(jù)的讀寫權(quán)，系統(tǒng)管理員并不掌握數(shù)據(jù)的讀寫權(quán)、無法像對(duì)普通數(shù)據(jù)庫那樣隨意插入或刪除。單個(gè)甚至多個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的修改無法影響其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫，除非能保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中超過 51%的節(jié)點(diǎn)同時(shí)修改，但這幾乎不可能發(fā)生。區(qū)塊鏈中的每一筆交易都通過密碼學(xué)方法與相鄰兩個(gè)區(qū)塊串聯(lián)，因此可以追溯到任何一筆交易。

簡(jiǎn)而言之，區(qū)塊鏈技術(shù)核心功能就是不依靠中心或者第三方機(jī)構(gòu)，保障數(shù)據(jù)的真實(shí)可信，打破信任壁壘，極大降低了業(yè)務(wù)開展需要支付的信任成本，促進(jìn)業(yè)務(wù)的高效開展。

2 區(qū)塊鏈在能源領(lǐng)域的進(jìn)展

目前，區(qū)塊鏈在能源領(lǐng)域應(yīng)用已經(jīng)開始初見端倪，部分歐美發(fā)達(dá)國家及少數(shù)高科技公司已經(jīng)開始嘗試將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到能源領(lǐng)域[3]，相關(guān)的研究成果和典型案例整理如下。

2.1 區(qū)塊鏈和能源交易

目前，區(qū)塊鏈的概念和建設(shè)模式已較為成熟，在能源利用的應(yīng)用分析已取得了一定的研究成果?！赌茉崔D(zhuǎn)型中的區(qū)塊鏈：德國能源行業(yè)決策調(diào)查》（譯）[4]中指出，區(qū)塊鏈在能源交易領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)該圍繞建立分布式交易和供應(yīng)體系展開，具體的應(yīng)用前景分析如圖 1 所示。

圖1 區(qū)塊鏈技術(shù)在能源交易領(lǐng)域的可利用前景

德國已經(jīng)對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)在能源交易中的應(yīng)用進(jìn)行了前景展望。

1）在 2020 場(chǎng)景中：能源系統(tǒng)還處于轉(zhuǎn)型的過程中，區(qū)塊鏈相當(dāng)于一個(gè)信息通道，涉及能源交易的所有角色都包含在其中。每一個(gè)角色都是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，相當(dāng)于構(gòu)建一個(gè)“許可區(qū)塊鏈”。區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)之間橫向聯(lián)系表示為信息的同步，區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)和交易系統(tǒng)之間縱向聯(lián)系表征了兩者之間的融合性；

2）在 2030 場(chǎng)景中：能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型已經(jīng)基本完成，各種分布式電源的成本將會(huì)大幅度降低；另一方面，隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的提高，基于區(qū)塊鏈的能量交易平臺(tái)已經(jīng)非常完善，表征區(qū)塊鏈交易貨幣的 Enercoin 可以代替歐元進(jìn)行能源的交易。

2.2 區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)

美國的 Filament 公司計(jì)劃在澳洲利用區(qū)塊鏈技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過在電線桿上裝設(shè)的傳感設(shè)備，將其數(shù)據(jù)通過區(qū)塊鏈傳輸出去，以及時(shí)報(bào)告停電隱患。在物聯(lián)網(wǎng)中，F(xiàn)ilament 采用無線傳感器組件，使各個(gè)智能設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立溝通和交互。同時(shí)，這些智能設(shè)備還能進(jìn)行價(jià)值交換，包括比特幣、數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)接口在內(nèi)的多種內(nèi)容都能進(jìn)行交換。另外，設(shè)備間的交易是由智能合約直接管理的，因此是自動(dòng)執(zhí)行的。

2.3 區(qū)塊鏈和可再生能源

美國的 IDEO Co Lab 采用區(qū)塊鏈技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的太陽能電池板設(shè)備，利用 Filament的接口直接與納斯達(dá)克平臺(tái)聯(lián)系，在追蹤記錄發(fā)電量的同時(shí)自動(dòng)形成可再生能源證書 /補(bǔ)貼(RECs) 。這可以激勵(lì)可再生能源市場(chǎng)的發(fā)展，并保證 RECs 市場(chǎng)的透明性。

圖2 可再生能源交易示意圖

2.4 區(qū)塊鏈和電動(dòng)汽車充放電管理

當(dāng)前制約電動(dòng)汽車大規(guī)模發(fā)展的主要因素有電動(dòng)汽車充電設(shè)施數(shù)量較少、充電協(xié)議和計(jì)量模式多樣、充放電互動(dòng)性較差、充電過程不透明、充電協(xié)議不靈活等。針對(duì)存在的典型問題，德國RWE 與區(qū)塊鏈公司 Slock合作提出利用區(qū)塊鏈技術(shù)解決電動(dòng)汽車的充電的一系列問題，其核心思想是基于 Slcok 提供的智能合約和分布式賬本技術(shù)實(shí)現(xiàn)公用充電樁的計(jì)費(fèi)的透明化和信任化。主要的步驟如下：

首先在電動(dòng)汽車上安裝智能充電插頭；其次在手機(jī)上安裝充電APP；第三應(yīng)用基于區(qū)塊鏈的全自動(dòng)支付系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)多樣化電動(dòng)汽車和充電模式的統(tǒng)一性交易，RWE公司利用 Bigchain DB(巨鏈數(shù)據(jù)庫)，其基本的工作原理是將區(qū)塊鏈技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行整合，建立分布式大容量數(shù)據(jù)庫，容量可擴(kuò)展意味著具法律約束力的合同及證書都可儲(chǔ)存在區(qū)塊鏈上，權(quán)限控制系統(tǒng)意味著私人企業(yè)的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫以及公開的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫都可共存。公用電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)和Bigchain DB 在基礎(chǔ)特征方面存在較多的融合點(diǎn)，因此電動(dòng)汽車充電是區(qū)塊鏈技術(shù)在能源系統(tǒng)中最早進(jìn)行廣泛利用的環(huán)節(jié)之一。

3 區(qū)塊鏈在中國能源領(lǐng)域發(fā)展

1）學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域：在對(duì)區(qū)塊鏈和能源互聯(lián)網(wǎng)典型特征進(jìn)行匹配分析的基礎(chǔ)上，對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用模式進(jìn)行了初探，提出了區(qū)塊鏈在需求側(cè)管理、電能的計(jì)量和市場(chǎng)交易、電力市場(chǎng)輔助服務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景。

2）研究團(tuán)隊(duì)建設(shè)方面：部分企業(yè)和科研院所已經(jīng)建立了針對(duì)區(qū)塊鏈在能源領(lǐng)域應(yīng)用分析的實(shí)驗(yàn)室，例如北京能鏈眾合科技有限責(zé)任公司建立的能源區(qū)塊鏈實(shí)驗(yàn)室、大同市政府投資建立的北京大同區(qū)塊鏈技術(shù)研究院[5]、浙江省電力公司電力科學(xué)研究院創(chuàng)立的能源區(qū)塊鏈研究團(tuán)隊(duì)等。

2015 年9月國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院承擔(dān)了國家電網(wǎng)公司第一個(gè)區(qū)塊鏈科技項(xiàng)目，是國內(nèi)最早將區(qū)塊鏈應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的科研機(jī)構(gòu)。萬向區(qū)塊鏈實(shí)驗(yàn)室將投資 2000 億元在杭州建設(shè)新聚能城，在云端使用區(qū)塊鏈技術(shù)，來重構(gòu)“數(shù)字化城市”，建設(shè)集物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)于一體，以研發(fā)、孵化、轉(zhuǎn)化、生產(chǎn)、運(yùn)營為生命全周期，以智能生活、智能交通、智能服務(wù)為內(nèi)容的萬物互聯(lián)互通的智能城市。能源區(qū)塊鏈實(shí)驗(yàn)室將建成能源區(qū)塊鏈主鏈，發(fā)行以 核 證 碳 減 排 量 (Chinese certified emissionreduction，CCER)為基礎(chǔ)資產(chǎn)的數(shù)字資產(chǎn)即碳票，并以碳票為應(yīng)用結(jié)算單位。

目前，區(qū)塊鏈在我國能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的核心宗旨是在泛能源的物理網(wǎng)絡(luò)和泛能源信息應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)之間架構(gòu)起的一個(gè)透明、廣泛參與和全面信任的金融交易體系。通過這樣的交易體系為綠色補(bǔ)貼、綠色運(yùn)營和綠色金融做一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的解決方案，讓產(chǎn)業(yè)和金融之間實(shí)現(xiàn)無縫的數(shù)據(jù)紐帶，實(shí)現(xiàn)能源的物理模型、互聯(lián)網(wǎng)的信息模型和區(qū)塊鏈的金融體系之間的立體化融合[6]，目前國內(nèi)專家學(xué)者提出的基于區(qū)塊鏈能源互聯(lián)網(wǎng)的簡(jiǎn)要示意圖如圖 3 所示。

圖3 未來能源互聯(lián)網(wǎng)的物理-信息-金融示意圖

4 能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈技術(shù)的商業(yè)模式

區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展能夠給能源互聯(lián)網(wǎng)引入新的商業(yè)模式，可通過大力推動(dòng)光伏電站眾籌、資產(chǎn)證券化等模式實(shí)施。

目前，用戶配電設(shè)施主要由用戶自己投資建設(shè)，資金一次性投入較大。采用眾籌方式進(jìn)行投資建設(shè)，可以降低客戶負(fù)擔(dān)，而投資者也可獲得收益。該模式需要解決的主要問題在于怎樣確定眾籌標(biāo)的物和現(xiàn)實(shí)情況是對(duì)應(yīng)的，如果無法確認(rèn)標(biāo)的物的真實(shí)性，就存在很大的投資風(fēng)險(xiǎn)，從而影響投資積極性。另外，配電資產(chǎn)的投資收益和用電量有關(guān)，只有提供精確可信的計(jì)量數(shù)據(jù)，才能保障投資者利益。區(qū)塊鏈技術(shù)能解決這兩個(gè)難題，基于區(qū)塊鏈的眾籌配售電有望成為一種新型商業(yè)模式。

區(qū)塊鏈技術(shù)正在高速發(fā)展之中，在能源領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。在能源區(qū)塊鏈領(lǐng)域，目前尚未形成規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

在相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)形成之前，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界需要投入大量人力和物力開展相關(guān)的研發(fā)工作。區(qū)塊鏈技術(shù)與其他技術(shù)領(lǐng)域如大數(shù)據(jù)技術(shù)的融合也是值得關(guān)注的重要課題。

5 區(qū)塊鏈技術(shù)能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)用前景

基于區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的完善和能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的趨勢(shì)，對(duì)于區(qū)塊鏈在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用前景總結(jié)如下。

1）能源供給領(lǐng)域：分布式和集中式的結(jié)合是未來能源供給領(lǐng)域的典型模式，區(qū)塊鏈的去中心化與分布式電源之間的物理特性具有較強(qiáng)的耦合性，而基于區(qū)塊鏈技術(shù)的實(shí)時(shí)更新有助于實(shí)現(xiàn)集中式和分布式之間的實(shí)時(shí)信息共享，避免多種能源的重復(fù)建設(shè)，減小能源供給系統(tǒng)的浪費(fèi)，可應(yīng)用的場(chǎng)景包括：基于私有鏈的分布式能源多能互補(bǔ)之間的計(jì)量；基于聯(lián)盟鏈的大型能源基地之間的打捆模式等。

2）能源輸送領(lǐng)域：參與能源輸送的角色眾多，且存在廣義的博弈競(jìng)爭(zhēng)，區(qū)塊鏈技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)角色之間的強(qiáng)制信任和角色之間交易的透明化，能夠?qū)崿F(xiàn)多種能源之間的協(xié)調(diào)和優(yōu)化傳輸，提高系統(tǒng)的效率。典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括：基于私有鏈的能源傳輸系統(tǒng)的阻塞管理和損耗分?jǐn)傆?jì)算；基于聯(lián)盟鏈的能源傳輸系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和協(xié)調(diào)控制等。

3）能源分配領(lǐng)域：分布式能源的廣泛接入改變了能源分配系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，多種能源之間的交叉轉(zhuǎn)化和時(shí)空耦合對(duì)能源系統(tǒng)的計(jì)量提出了新的要求。基于區(qū)塊鏈技術(shù)的自動(dòng)執(zhí)行和廣泛共享將會(huì)顯著提升能源分配的合理性，典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括：基于聯(lián)盟鏈區(qū)域能源系統(tǒng)的自動(dòng)計(jì)量，基于聯(lián)盟鏈的儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)劃運(yùn)行一體化分析等。

4）能源消費(fèi)領(lǐng)域：基于分布式賬本和智能化合約的區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用，將會(huì)極大的提升能源消費(fèi)側(cè)和能源供給側(cè)的透明度，從而改變區(qū)域能源系統(tǒng)的用能需求曲線，實(shí)現(xiàn)多種能源之間的合理利用和泛在交互。典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括：基于私有鏈的需求側(cè)管理、家庭能量管理、電動(dòng)汽車充放電智能支付系統(tǒng)等。

5）能源交易領(lǐng)域：結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)狀的分析，區(qū)塊鏈將會(huì)率先在能源交易領(lǐng)域得到應(yīng)用，典型的場(chǎng)景包括：基于私有鏈的電費(fèi)結(jié)算；基于聯(lián)盟鏈的微電網(wǎng)中多元化角色的內(nèi)部交易；基于公有鏈的分布式能源系統(tǒng)內(nèi)部各種多樣化能源之間的交易；基于公有鏈的國家之間的能源交易體系和商業(yè)模式等；通過以上的分析可以得出，區(qū)塊鏈在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用路徑框架圖如圖 4所示。

圖4 區(qū)塊鏈 能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用路徑示意圖

6 結(jié)論

以電力市場(chǎng)和能源供給側(cè)改革為時(shí)代背景，區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、公開透明、安全可信的特點(diǎn)，為解決能源系統(tǒng)中的交易摩擦提供了重要途徑。本文分析了區(qū)塊鏈技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)區(qū)塊鏈在能源系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵問題和典型場(chǎng)景進(jìn)行了展望，結(jié)合我國能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的實(shí)際情況，對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)在我國能源轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用提出了建議。

[1] 田世明，欒文鵬，張東霞，等．能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形態(tài)與關(guān)鍵技術(shù)[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2015，35(14)：3482-3494．

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