能源區塊鏈技術概述與典型應用案例分析
一、背景
由於全球經濟發展放緩、對環境可持續發展的要求更加嚴格，能源行業的發展進入了一個瓶頸。一方面，能源企業的傳統業務模式和盈利模式不再適應數字化、低碳化的新經濟格局的需求；另一方面，以能源使用者為主導的能源變革如火如荼，企業既有系統無法管理越來越複雜的交易請求，並難以滿足監管方和能源使用者對能源供應安全和分散式能源接入的旺盛需求。
區塊鏈的特性和優勢可以幫助能源企業在安全的基礎上創新性地解決以上問題並促進能源價值鏈重塑。區塊鏈是指通過去中心化和去信任的方式，集體維護一個可靠資料庫的技術方案，具有去中心化、透明化、可追溯性的特點，被譽為繼大型機、個人電腦、網際網路、移動/社交網路之後計算正規化的第五次顛覆式創新。區塊鏈技術作為一種新的資料庫技術，可增加能源網際網路中多利益主體的相互信任，其去中心化、公開、透明等特性與能源網際網路的理念相符，在未來能源領域具有廣泛的應用的潛力，正成為當今能源領域的一個重要的新方向。
二、能源區塊鏈概念分析
目前,學術界對能源區塊鏈尚未形成統一的定義。但一般而言,能源區塊鏈是指區塊鏈技術在能源領域的應用。具體為:電力、石油、天然氣、供冷、以及供熱等各能源子系統節點,利用有序連結的加密區塊來驗證並存儲相關能源交易資料資訊,使用共識機制進行分佈決策及維護全網資料的一致性,利用智慧合約自動完成有關資料資訊的傳遞、相互驗證或執行的革命性的去中心化能源互聯的資料結構。能源區塊鏈的工作原理如圖（1）所示。
圖（1）能源區塊鏈示意圖
隨著區塊鏈去中心化、公開透明、資料安全性、系統自治性等應用優勢的日益突顯，區塊鏈與能源網際網路理念的契合性也吸引了來自能源領域的目光。區塊鏈成為解決能源網際網路發展“瓶頸”的重要突破口，利用區塊鏈技術可以更好地服務於能源網際網路的建設。
1.區塊鏈和能源網際網路都體現了去中心化的思想。
區塊鏈系統中，不存在中心化的資料庫，每個節點都儲存了區塊鏈的全部資訊，權利和義務對等；能源網際網路中分散式能源和微電網將成為重要的組成部分，“消費者即生產者”，強調個體之間平等進行能源的分享。
2.區塊鏈和能源網際網路都體現了自治協同性。
區塊鏈系統由網路中的所有節點執行和維護，不存在統一的管理機構；在能源網際網路中強調系統的自排程和生態化執行。
3.區塊鏈和能源網際網路都能夠促進建立市場化與金融化平臺。
利用區塊鏈技術能夠建立公平開放的市場機制，同時可以很好地服務於其他金融產品的交易；能源網際網路中則強調建立開放的能源市場，也將促進能源的金融衍生品的形成。
圖（2）能源網際網路與區塊鏈技術的契合性
由圖2可知，物理維度上，分散式對等網路下的多主體參與能有效承接分散式能源接入對平行對等地位的需求，基於共識機制的分散式決策技術可為分散式裝置的廣域協調提供解決方案；資訊維度上，分散式資料校驗、記錄和儲存技術可有效滿足能源網際網路在資料真實可信、開放共享和安全可靠方面的需求；價值維度上，智慧合約和非對稱加密技術下的眾籌融資、去第三方交易可分別對應能源網際網路在商業模式和交易機制方面的創新需求。
三、能源區塊鏈應用案例
1. 美國案例分析
2016年4月美國的能源公司LO3公司與西門子數字電網以及比特幣開發公司Consensus Systems合作，建立了布魯克林微電網，是世界上最早的能源區塊鏈應用。該專案是全球第一個基於區塊鏈技術的能源市場。這個微網專案實現了社群間居民的點對點電力交易，允許使用者通過智慧電錶實時獲得發、用電量等相關資料，並通過區塊鏈向他人購買或銷售電力能源。使用者可以不需要通過公共的電力公司或中央電網就能完成電力能源交易。此外，擁有如太陽能電池板等能源生產資源的公司，也可以通過微網將未使用的能源出售給社群，工作模式如圖（3）所示。LO3 Energy 的Exergy 平臺的搭建主要為以下幾方面：
·加密分散式賬本技術，以防篡改的方式安全儲存所有資料。
·可擴充套件智慧合約，自動化處理所有交易流程。
·鏈上微網控制系統，高效管理微網電流和交易流。
圖（3）Exergy P2P 能源交易模式
2. 歐盟案例分析
歐盟推出的Scanergy專案是投入較早的能源虛擬貨幣和虛擬交易體系。電能生產者向配電網輸入、售出綠色電能時,配網運營商會進行確認,確認成功後智慧合約將會生成相應的虛擬代幣(NRGcoin)並將代幣提供給綠色電能生產方。當購電方期望購買綠色清潔能源時,需使用NRGcoin支付。可使用歐元、美元等貨幣在外部交易市場購買NRGcoin,1kW•h的綠色電力被規定永久等價1個NRGcoin，無論外部電價如何上漲,原先低價購買的NRGcoin仍然可以購買1kW•h的能源,不可更改的區塊鏈智慧合約消除了綠色能源生產者對市場政策變更的擔心,為消費者提供更加優惠的綠色能源。Scanergy專案整體架構如圖（4）所示。
圖（4）歐盟Scanergy專案整體示意圖
德國Share&Charge專案是將區塊鏈技術應用在共享充電樁領域的專案之一。如圖（5）所示，私人和商業充電站可以在Share&Charge平臺上將充電樁進行共享出租,並可以設定充電價格、費率等資訊。當電動汽車需要充電時,車主通過手機軟體搜尋附近的共享充電樁並可檢視相關電價資訊。充電時,通過智慧插座與共享充電樁進行連線並使用手機進行確認,同時,可檢視充電資料、交易記錄等資訊。通過區塊鏈技術的分散式記賬實現交易雙方的計費透明化,增進交易雙方信任。該專案可激勵私人充電樁進行共享,增加充電樁的使用率,解決電動汽車充電難的問題,促進電動汽車的發展,實現節能減排與能源轉型。
圖（5）德國Share&Charge專案整體示意圖
3. 國內案例分析
我國目前在能源區塊鏈領域也進行了一定的探索，如：能鏈科技推出的碳票專案、浙江電力營銷合同管理應用專案等， 2016 年5 月，全球首個能源區塊鏈實驗室在北京成立。該團隊通過區塊鏈技術與碳市場應用場景的深度融合，打造了一款低成本、高可靠的碳資產開發和管理的區塊鏈平臺，產品以基於區塊鏈的網際網路服務作為表現形式，提供基於區塊鏈的便利化碳資產開發平臺。通過發行以核證碳減排量（CCER）為基礎資產的數字資產——碳票，平臺將碳資產開發各環節的參與方納入基於區塊鏈的共享協作分散式可信賬本，實現基於區塊鏈的檔案和資料傳遞、以及評審和開發過程中的參與方互動，通過過程重塑，打造碳資產開發高效協作網路。碳資產管理應用僅僅是能源區塊鏈實驗室開發的多款應用之一，實驗室正攜手合作夥伴同時開發多款基於區塊鏈技術的能源網際網路應用，包括電動汽車賬戶管理、分散式光伏售電清結算、虛擬電廠考核計劃等，覆蓋能源生產、配送、消費、交易、管理等多個環節。
從全球角度來看，目前世界上較為成型的能源區塊鏈專案主要集中在歐美國家和澳大利亞，該地區政策支援較為開放。我國目前基於國家安全的考慮，對能源行業的監管比較嚴格，政策上對於能源區塊鏈區塊鏈技術的態度尚不明確，從國外經驗來看，能源區塊鏈技術如想得到規模化的發展，只靠民營資本的力量是遠遠不夠的，必須要有“國家隊”的參與。技術上，區塊鏈作為一種新興技術，目前仍處於發展當中，在能源領域應用案例較少且規模較小，實際運營經驗不足。
四、總結
區塊鏈技術作為一種分散式共享資料庫技術在各領域的應用研究方興未艾。區塊鏈技術的去中心化、透明性、公平性以及公開性與能源網際網路理念相吻合，其在能源網際網路中的應用也將進一步推動能源網際網路的建設。
本文從區塊鏈技術本身出發，從物力維度、資訊維度和價值維度剖析了區塊鏈技術的特點及其與能源網際網路理念的一致性，並對國內外能源區塊鏈的發展和實踐進行了梳理；在此基礎上，總結了我國能源區塊鏈發展現狀和瓶頸，為能源網際網路研究者對區塊鏈技術及其應用的研究提供參考。
作者簡介：
李尚：泰爾系統實驗室能源與環境測評部助理工程師。
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