區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用探討

吳思航

摘 要：近幾年，以"新能源+互聯(lián)網(wǎng)"為代表的能源互聯(lián)網(wǎng)成為了當(dāng)前國際能源學(xué)術(shù)界的前沿，成為繼智能電網(wǎng)后能源領(lǐng)域的又一重要發(fā)展方向。能源互聯(lián)網(wǎng)將改變傳統(tǒng)的電、熱、冷、氣等能源"平行流動"的狀況，實現(xiàn)多流網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同運行。能源互聯(lián)網(wǎng)不僅可在工業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)用，也可在居民區(qū)甚至家庭內(nèi)實施。

能源互聯(lián)網(wǎng)可實現(xiàn)能量與信息的高效傳遞，但因參與主體多，系統(tǒng)復(fù)雜性強，參與主體之間存在的信任問題導(dǎo)致其在能量流動和價值流動過程中交易管理等成本大大增加。

2015年10 月31日《經(jīng)濟學(xué)人》刊發(fā)了一篇題為"The promise of the blockchain： the trust machine"的封面文章，認(rèn)為區(qū)塊鏈（ blockchain） 技術(shù)具有改變?nèi)伺c人合作模式和商業(yè)合作模式的巨大潛力，是"創(chuàng)造信任"的技術(shù)。區(qū)塊鏈技術(shù)屬于分布式存儲技術(shù)，數(shù)據(jù)保存在網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點，由所有節(jié)點共同維護，難以篡改，這樣就能夠有效解決交易雙方間的信任問題。針對能源互聯(lián)網(wǎng)的特征，對區(qū)塊鏈技術(shù)進行重構(gòu)與二次開發(fā)，是解決能源互聯(lián)網(wǎng)中參與者間信任問題的有效途徑。

本文首先介紹能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，再介紹區(qū)塊鏈的定義，特征，應(yīng)用現(xiàn)狀。說明二者為什么能很好地契合，最后簡單的介紹能源區(qū)塊鏈的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)，區(qū)塊鏈，分布式存儲，信任問題

1能源互聯(lián)網(wǎng)概述

1.1能源互聯(lián)網(wǎng)的提出

隨著常規(guī)能源日益枯竭和環(huán)境污染日益嚴(yán)重，越來越多的組織機構(gòu)開始重視環(huán)境保護問題，同時也開始積極探索各種新能源的研究，雖然已經(jīng)取得一定的進展，但技術(shù)比較成熟的風(fēng)能、太陽能等新能源存在分布地域分散、能量轉(zhuǎn)化成本過高等問題，使得新能源在大規(guī)模應(yīng)用和市場化推廣方面存在極大的制約。信息技術(shù)與可再生能源相結(jié)合的產(chǎn)物--能源互聯(lián)網(wǎng)為解決可再生能源的有效利用問題，提供了可行的技術(shù)方案。因此， 研究能源互聯(lián)網(wǎng)的特征及內(nèi)涵， 探討實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的各種關(guān)鍵技術(shù)， 對于推動能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展， 并逐步使傳統(tǒng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)演化， 具有重要理論意義和實用價值。

1.2 能源互聯(lián)網(wǎng)特征

能源互聯(lián)網(wǎng)具備如下五大特征 ：

可再生：可再生能源是能源互聯(lián)網(wǎng)的主要能量供應(yīng)來源。可再生能源發(fā)電具有間歇性、波動性，其大規(guī)模接入對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生沖擊，從而促使傳統(tǒng)的能源網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型為能源互聯(lián)網(wǎng)。

分布式：由于可再生能源的分散特性，為了最大效率的收集和使用可再生能源，需要建立就地收集、存儲和使用能源的網(wǎng)絡(luò)，這些能源網(wǎng)絡(luò)單個規(guī)模小，分布范圍廣，每個微型能源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成能源互聯(lián)網(wǎng)的一個節(jié)點。

互聯(lián)性：大范圍分布式的微型能源網(wǎng)絡(luò)并不能全部保證自給自足，需要聯(lián)起來進行能量交換才能平衡能量的供給與需求。能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)注將分布式發(fā)電裝置、儲能裝置和負(fù)載組成的微型能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來，而傳統(tǒng)電網(wǎng)更關(guān)注如何將這些要素"接進來"。

開放性：能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該是一個對等、扁平和能量雙向流動的能源共享網(wǎng)絡(luò)，發(fā)電裝置、儲能裝置和負(fù)載能夠"即插即用"，只要符合互操作標(biāo)準(zhǔn)，這種接入是自主的，從能量交換的角度看沒有一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點比其它節(jié)點更重要。

智能化：能源互聯(lián)網(wǎng)中能源的產(chǎn)生、傳輸、轉(zhuǎn)換和使用都應(yīng)該具備一定的智能。

2區(qū)塊鏈技術(shù)概述

2.1區(qū)塊鏈定義

區(qū)塊鏈（Blockchain）是指通過去中心化和去信任方式集體維護一個可靠數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方案。該技術(shù)方案讓參與系統(tǒng)中的任意多個節(jié)點，把一段時間系統(tǒng)內(nèi)全部事務(wù)通過密碼學(xué)算法計算并記錄到一個數(shù)據(jù)塊，生成該數(shù)據(jù)塊的 Hash 用于鏈接下個數(shù)據(jù)塊，系統(tǒng)所有參與節(jié)點來共同檢驗記錄是否為真，并且每個區(qū)塊的內(nèi)容都由后續(xù)子鏈上的區(qū)塊來保證其內(nèi)容不可被篡改。各個參與節(jié)點可以在新區(qū)塊確認(rèn)及獎勵分配上達成共識，從而逐漸形成的一個龐大、去中心化的公開賬本。

2.2區(qū)塊鏈特征

1：去中心化性。由于區(qū)塊鏈系統(tǒng)采用 P2P 的組網(wǎng)方式，不存在中心化的服務(wù)器和路由器，任意節(jié)點在系統(tǒng)中的地位都是均等的，系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)塊由系統(tǒng)中的所有節(jié)點共同維護，所有節(jié)點均有交易數(shù)據(jù)的記錄和存儲。

2：開放、共識性。任何人都可以參與到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，每一臺設(shè)備都能作為一個節(jié)點，每個節(jié)點都允許獲得一份完整的數(shù)據(jù)庫拷貝。節(jié)點間基于一套共識機制，通過競爭計算共同維護整個區(qū)塊鏈，任一節(jié)點失效，其余節(jié)點仍能正常工作。

3：自治性。區(qū)塊鏈采用固定的一致性共識算法，使得整個系統(tǒng)中的所有節(jié)點能夠在無任何信任背書的環(huán)境中，可信地交換數(shù)據(jù)，使得對“人”和機構(gòu)的信任變成了對機器和數(shù)學(xué)算法的信任，任何人都無法干涉系統(tǒng)正確的運行。

4：信息不可篡改性。系統(tǒng)交易信息一旦經(jīng)過各節(jié)點驗證，就會形成不可更改的記錄存儲起來，除非能夠同時控制系統(tǒng)中超過 51% 的節(jié)點來干預(yù)交易的驗證，否則單個節(jié)點上對數(shù)據(jù)庫的篡改不會起到任何作用，同時也將被全網(wǎng)節(jié)點察覺，被系統(tǒng)排除在外。因此區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和可靠性極高。

5：匿名性。由于各節(jié)點之間數(shù)據(jù)的交換遵循固定的算法，因此交易雙方無須公開自己的身份，而是通過區(qū)塊鏈中的程序規(guī)則讓對方對自己產(chǎn)生信任。

3區(qū)塊鏈技術(shù)與能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合前景研究

3.1概述

目前大家公認(rèn)的能源互聯(lián)網(wǎng)有五大特征——精確計量、泛在交互、自律控制、優(yōu)化決策、廣域協(xié)調(diào)。區(qū)塊鏈的特性能很好地結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)，從以下幾個方面解決能源互聯(lián)網(wǎng)面臨的問題：第一，基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)公正確保信任，公私鑰結(jié)合的訪問權(quán)限保護隱私，真正做到保護隱私，可信計量。第二，區(qū)塊鏈防篡改，實現(xiàn)主體間強制信任，實現(xiàn)強制信任下泛在交互。第三，區(qū)塊鏈 +大數(shù)據(jù) + 人工智能構(gòu)成可信任預(yù)言機簽署外部數(shù)據(jù)，實現(xiàn)虛實交互的自律控制。

3.2應(yīng)用

目前，在國外有一些企業(yè)已經(jīng)在試驗?zāi)茉磪^(qū)塊鏈項目。

1）布魯克林微電網(wǎng)項目。由綠色能源創(chuàng)業(yè)公司LO3 與基于以太坊區(qū)塊鏈的創(chuàng)業(yè)公司 Consen Sys 共同開發(fā)，該項目能夠讓居民通過屋頂太陽能設(shè)備在當(dāng)?shù)剡M行太陽能交易，而不需要國家電力公司的參與。這種微電網(wǎng)電力交易比傳統(tǒng)自上而下的能源配電系統(tǒng)更有效率，可節(jié)省整體開支。

2）電動汽車充電項目。由德國電力公司 RWE與基于以太坊區(qū)塊鏈的初創(chuàng)企業(yè) Slock.it 合作研發(fā)。利用區(qū)塊鏈智能合約驗證用戶身份和管理計費過程的電力汽車充電站。在這個場景下，用戶將不再與公司或個人簽訂合同，而是利用以太坊智能合約直接與機器簽約。用戶同意智能合約后，就可以與充電站互動。

4能源區(qū)塊鏈發(fā)展思考

4.1能源區(qū)塊鏈存在的問題

區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用前景是美好的，但是以區(qū)塊鏈技術(shù)目前的發(fā)展階段，還存在一些掣肘。

1）區(qū)塊鏈技術(shù)限制。隨著接入?yún)^(qū)塊鏈節(jié)點的增加，其共識算法的效率會隨之降低，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t和相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲量會隨之上升，這些問題限制了區(qū)塊鏈技術(shù)在能源領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

2）政策監(jiān)管約束。能源是強監(jiān)管、強政策的基礎(chǔ)行業(yè)，電力是一種極端特殊的商品，技術(shù)上可行，但相關(guān)政策跟不上，仍然沒有辦法實現(xiàn)能源區(qū)塊鏈項目落地。

4.2能源區(qū)塊鏈發(fā)展建議

1）技術(shù)研究。社會各界和政府應(yīng)密切關(guān)注、相互協(xié)作普及、推廣區(qū)塊鏈底層技術(shù)和相關(guān)應(yīng)用，應(yīng)從挖礦、炒幣的現(xiàn)狀中警醒，從事區(qū)塊鏈技術(shù)底層平臺、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)，提高我國在國際區(qū)塊鏈專利和標(biāo)準(zhǔn)方面的發(fā)言權(quán)。

2）政策開放。監(jiān)管部門需從現(xiàn)有能源行業(yè)痛點出發(fā)，逐步改革營銷、管理體制，建立健全電力市場，統(tǒng)一調(diào)配電力的發(fā)、配、輸、儲、售等環(huán)節(jié)。

5總結(jié)

區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)為能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用提供了良好契機，將能夠從根本上改變我國能源生產(chǎn)、傳輸、消費的現(xiàn)狀，成為推動我國能源轉(zhuǎn)型、革新能源市場機制、實現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，將對整個能源行業(yè)和社會產(chǎn)生深刻影響。