基于區(qū)塊鏈的能源碳交易分析服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

［蔣紹杰 曾哲君 陳曉瑾］

1 引言

2020 年9 月，習(xí)近平總書(shū)記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出了我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”[1]的目標(biāo)，黨的十九屆五中全會(huì)和中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議進(jìn)一步作出部署。2021 年10 月25 日，新華社發(fā)布《碳達(dá)峰碳中和工作意見(jiàn)》。相繼在10 月26 日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《碳達(dá)峰行動(dòng)方案》被視作“1+N”政策體系下“N”中為首的文件，重點(diǎn)規(guī)劃了十大行動(dòng)，具體包括能源綠色低碳[2]轉(zhuǎn)型行動(dòng)、節(jié)能降碳增效行動(dòng)、工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰行動(dòng)、城鄉(xiāng)建設(shè)碳達(dá)峰行動(dòng)、交通運(yùn)輸綠色低碳行動(dòng)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)助力降碳行動(dòng)、綠色低碳科技創(chuàng)新行動(dòng)、碳匯能力鞏固提升行動(dòng)、綠色低碳全民行動(dòng)、各地區(qū)梯次有序碳達(dá)峰行動(dòng)以及相關(guān)政策保障。

在此背景下，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略的有效落地，諸多企業(yè)正在積極落實(shí)國(guó)家部署“雙碳”戰(zhàn)略，推動(dòng)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3]和低碳經(jīng)濟(jì)。但經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開(kāi)對(duì)能源的消耗，導(dǎo)致了我國(guó)碳排放量呈現(xiàn)日益增長(zhǎng)的趨勢(shì)，同時(shí)也給碳交易市場(chǎng)的的平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)。比如能源生產(chǎn)與碳排放監(jiān)控體系不完善影響碳交易市場(chǎng)的發(fā)展，或是在交易過(guò)程中存在數(shù)據(jù)追溯難、共享難等弊端。對(duì)此一些國(guó)內(nèi)專家也做了相應(yīng)的研究，周業(yè)軍、鄧若翰等[4]提出針對(duì)目前碳交易市場(chǎng)監(jiān)管體系不完善、交易數(shù)據(jù)追溯難、共享難等痛點(diǎn)，就要轉(zhuǎn)變監(jiān)管思路、創(chuàng)新監(jiān)管手段、調(diào)整監(jiān)管重心，并引入監(jiān)管沙盒機(jī)制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，借助區(qū)塊鏈技術(shù)去中心化、不可篡改和可追溯等特征以厘清多方交易主體的責(zé)任分配問(wèn)題，為“區(qū)塊鏈+碳交易”應(yīng)用場(chǎng)景的落地和發(fā)展排除障礙，促進(jìn)碳交易市場(chǎng)的繁榮發(fā)展。金虹，陳玉鳳等[5]提出為了打破碳交易市場(chǎng)的信息孤島，通過(guò)將監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)、碳交易市場(chǎng)、政府管理、碳排放企業(yè)作為多方主體構(gòu)建區(qū)塊鏈生態(tài)體系社區(qū)，形成基于區(qū)塊鏈的碳排放監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)分布式存儲(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)排放企業(yè)的數(shù)據(jù)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)企業(yè)的碳排放量下降。

基于此，國(guó)家電網(wǎng)公司依托區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的能源碳交易分析服務(wù)系統(tǒng)，聯(lián)合政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)、能源生產(chǎn)企業(yè)，能源消耗企業(yè)，利用能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)和消耗的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)采集，將采集的能源數(shù)據(jù)通過(guò)智能合約計(jì)算得到相應(yīng)碳減排與碳排放量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行上鏈存證，為電網(wǎng)公司、政府監(jiān)管部門(mén)、企業(yè)用戶提供精準(zhǔn)可信的數(shù)據(jù)支撐服務(wù)，提高碳配額交易信息公信力，為碳資產(chǎn)數(shù)據(jù)從生產(chǎn)到消耗，提供全生命周期的安全可信環(huán)境，實(shí)現(xiàn)新型業(yè)務(wù)模式交易過(guò)程的安全管控。

2 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

2.1 建設(shè)背景

為落實(shí)河南省政府及國(guó)網(wǎng)公司關(guān)于節(jié)能降碳目標(biāo)，國(guó)網(wǎng)河南省電力公司選取可再生資源較為豐富的蘭考縣作為碳交易試點(diǎn)區(qū)域，利用區(qū)塊鏈等新興技術(shù)，對(duì)蘭考區(qū)域范圍內(nèi)節(jié)能減排相關(guān)企業(yè)，開(kāi)展企業(yè)碳資產(chǎn)數(shù)據(jù)歸集與監(jiān)管試點(diǎn)工作，提升可再生能源發(fā)電企業(yè)對(duì)自身碳資產(chǎn)數(shù)據(jù)歸集與監(jiān)管能力，為公司碳資產(chǎn)管理模式提供借鑒及參考。

2.2 業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)能源平臺(tái)上游和下游參與者之間存在信息不對(duì)稱現(xiàn)象，導(dǎo)致供應(yīng)鏈的透明度和交易效率受到影響，且由于不同地域的交易體系存在差別，跨區(qū)域能源交易受到限制，傳統(tǒng)能源平臺(tái)上的監(jiān)管機(jī)制不夠完善且依賴于人工驗(yàn)收，容易出現(xiàn)監(jiān)管漏洞，導(dǎo)致交易參與者的利益受到損。

2.3 建設(shè)目標(biāo)

依托區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的能源碳交易[6]分析服務(wù)系統(tǒng)，將碳資產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行鏈上存證并提供用戶查詢服務(wù)。搭建存證數(shù)據(jù)庫(kù)，提供完整的碳資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)支撐以及可行的碳交易分析和碳資產(chǎn)管理服務(wù)，為后續(xù)碳交易工作應(yīng)用及探索提供基礎(chǔ)支持。

2.4 建設(shè)內(nèi)容

運(yùn)用區(qū)塊鏈保真可信的優(yōu)勢(shì)，依托蘭考縣新能源發(fā)電優(yōu)勢(shì)，利用蘭考能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)，部署實(shí)施基于國(guó)網(wǎng)鏈的蘭考縣域綜合能源碳資產(chǎn)數(shù)據(jù)可信歸集及監(jiān)管服務(wù)，實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電企業(yè)發(fā)電量、碳配額、碳排放等數(shù)據(jù)上鏈，聚焦企業(yè)在生產(chǎn)、供應(yīng)、銷(xiāo)售、管理等各環(huán)節(jié)存在的減排需求與運(yùn)營(yíng)痛點(diǎn)，提供碳資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理數(shù)字化解決方案，實(shí)現(xiàn)碳排放全生命周期管理服務(wù)。具體建設(shè)內(nèi)容以下：

（1）融合區(qū)塊鏈與可信計(jì)算的分布式智能可信共享框架研究，在兼顧原始數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)分布式可信共享訓(xùn)練計(jì)算，解決分布式可信隱私計(jì)算共享服務(wù)的可用性問(wèn)題。

（2）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)本地計(jì)算且結(jié)果可信傳遞，解決新一代電力系統(tǒng)面臨的數(shù)據(jù)分布式可信計(jì)算問(wèn)題；同時(shí)擴(kuò)展密集型業(yè)務(wù)智能計(jì)算任務(wù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈與電力業(yè)務(wù)的深度融合。

（3）基于智能合約的分布式身份認(rèn)證與數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)研究，為用戶身份認(rèn)證提供便捷安全的集中認(rèn)證方案及高效的數(shù)據(jù)服務(wù)模式。

（4）基于區(qū)塊鏈的聚合身份認(rèn)證服務(wù)平臺(tái)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，搭建可信計(jì)算平臺(tái)，并在蘭考縣域進(jìn)行試點(diǎn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)用戶的可信接入及數(shù)據(jù)的可信管控等典型應(yīng)用場(chǎng)景的應(yīng)用。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與開(kāi)發(fā)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

利用區(qū)塊鏈及大數(shù)據(jù)技術(shù)，圍繞加速實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)主線，構(gòu)建碳資源運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，促進(jìn)排控企業(yè)、金融服務(wù)機(jī)構(gòu)、碳減排科技企業(yè)發(fā)展，助力構(gòu)建碳生態(tài)體系。圖1 為系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2 技術(shù)架構(gòu)

能源碳交易平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)分為web 界面展示層、服務(wù)接入層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。技術(shù)架構(gòu)基于國(guó)網(wǎng)云要求展開(kāi)設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)資源基于云資源進(jìn)行配置，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層基于華為云數(shù)據(jù)庫(kù)和緩存資源進(jìn)行配置，技術(shù)架構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 技術(shù)架構(gòu)圖

3.3 數(shù)據(jù)架構(gòu)

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)功能層、交互層由四層組成，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層由企業(yè)數(shù)據(jù)、碳資產(chǎn)數(shù)據(jù)、能源數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)組成，數(shù)據(jù)來(lái)源本系統(tǒng)以及集成系統(tǒng)如蘭考能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、河南從鏈等。數(shù)據(jù)服務(wù)層由本系統(tǒng)提供用戶提供五大服務(wù)來(lái)支撐業(yè)務(wù)功能。保證用戶在交互層有良好的功能體驗(yàn)，用戶通過(guò)本系統(tǒng)完成碳資產(chǎn)發(fā)行管理、碳資產(chǎn)溯源管理等功能實(shí)現(xiàn)蘭考縣綜合能源碳交易輔助分析服務(wù)的業(yè)務(wù)路徑。如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)架構(gòu)圖

3.4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.4.1 碳交易分析

碳交易分析是在全球范圍內(nèi)設(shè)定碳排放總量的上限，然后把這個(gè)總量分成若干份碳配額，再分配給國(guó)家或企業(yè)，企業(yè)可以通過(guò)交易所進(jìn)行買(mǎi)賣(mài)交易，以達(dá)到總量上限以內(nèi)的碳排放。企業(yè)可以在交易市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)碳配額，如此一來(lái)，超出其分配的上限的排放量就可以被提供者通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制的監(jiān)管和判斷的價(jià)格賣(mài)出去。對(duì)于超額排放的企業(yè)，需要購(gòu)買(mǎi)碳配額以彌補(bǔ)超額的排放，而那些排放量低于上限的企業(yè)則可以將其未使用的部分進(jìn)行銷(xiāo)售。如圖4 所示。

圖4 碳配額交易示意圖

碳交易分析功能模塊主要由以下五個(gè)功能點(diǎn)組成：

（1）碳交易輔助分析可信溯源服務(wù)

深化探索碳交易，新增碳交易輔助分析可信溯源服務(wù)，基于區(qū)塊鏈技術(shù)，創(chuàng)造信任，抗抵賴等技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)碳資產(chǎn)數(shù)據(jù)與交易數(shù)據(jù)進(jìn)行溯源，保障碳資產(chǎn)在交易流通時(shí)的可信，并提供數(shù)據(jù)可信校驗(yàn)功能。增強(qiáng)碳資產(chǎn)及碳交易輔助分析時(shí)的公信力。

（2）可信能耗輔助憑證管理

新增根據(jù)碳資產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)檢測(cè)分析，經(jīng)過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)化成為碳排放量，結(jié)合產(chǎn)值精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)、分析，通過(guò)與行業(yè)平均值對(duì)比，生成企業(yè)可信能耗耗輔助憑證，簡(jiǎn)稱“能耗碳碼”-單位產(chǎn)值能耗?！澳芎奶即a”總共分為三級(jí)能標(biāo)識(shí)，企業(yè)信息，企業(yè)能源消耗，企業(yè)“碳足跡”等，助力企業(yè)

節(jié)能降耗，加速實(shí)現(xiàn)碳中和。

（3）綠色企業(yè)認(rèn)證管理

新增根據(jù)不同級(jí)別的“可信能耗輔助憑證”，基于區(qū)塊鏈技術(shù)自建能效信用體系實(shí)現(xiàn)綠色企業(yè)認(rèn)證，根據(jù)不同的層級(jí)，劃分不同的綠能標(biāo)識(shí)，建設(shè)能效信用企業(yè)管理功能，為綠色企業(yè)、政府等用戶提供統(tǒng)一的碳資產(chǎn)數(shù)據(jù)管理分析，實(shí)現(xiàn)不同層級(jí)綠色企業(yè)認(rèn)證管理，與可信能耗輔助憑證鏈上證書(shū)發(fā)行與企業(yè)鏈上綠色認(rèn)證標(biāo)識(shí)，創(chuàng)建綠色企業(yè)畫(huà)像評(píng)估依據(jù)。

（4）碳交易輔助確權(quán)服務(wù)

基于區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)構(gòu)建碳交易輔助確權(quán)服務(wù)，進(jìn)一步細(xì)化碳資產(chǎn)碳數(shù)據(jù)碳權(quán)的確權(quán)與流通等關(guān)鍵環(huán)節(jié)建立基于碳資產(chǎn)的確權(quán)服務(wù)。降低碳交易輔助分析時(shí)的多主體，多參與方碳交易輔助分析時(shí)確權(quán)難，信任難等問(wèn)題。

（5）企業(yè)碳數(shù)據(jù)上鏈

企業(yè)碳交易數(shù)據(jù)，包括：能源生產(chǎn)發(fā)電數(shù)據(jù)、能源消耗數(shù)據(jù)、碳配額交易數(shù)據(jù)、碳資產(chǎn)存證、能耗碼數(shù)據(jù)、綠證存證、碳資產(chǎn)溯源數(shù)據(jù)。

3.4.2 碳交易全流程

利用區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)溯源成本低、篡改難度大、多方數(shù)據(jù)同步一致強(qiáng)、校驗(yàn)成本低等特性。以碳交易為例，本平臺(tái)處理流程是發(fā)布碳交易需求、交易雙方確認(rèn)出售和購(gòu)買(mǎi)資源、碳資產(chǎn)轉(zhuǎn)讓、區(qū)塊鏈服務(wù)接受并向其它節(jié)點(diǎn)廣播交易請(qǐng)求，在所有區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)達(dá)成共識(shí)后記入到區(qū)塊鏈賬本中，交易完成后通知交易中心平臺(tái)同步交易最終結(jié)果，對(duì)每筆發(fā)起的碳資產(chǎn)交易都需要記錄交易方地址、接收方地址、交易編號(hào)、交易碳配額數(shù)據(jù)、交易單價(jià)格、交易總價(jià)格、交易時(shí)間等數(shù)據(jù)。如圖5 所示。

圖5 碳配額交易過(guò)程圖

4 場(chǎng)景價(jià)值分析

基于區(qū)塊鏈的能源碳交易分析服務(wù)系統(tǒng)通過(guò)打通能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、能源碳鏈平臺(tái)適配，對(duì)接國(guó)網(wǎng)鏈，保證碳資產(chǎn)數(shù)據(jù)在各個(gè)環(huán)節(jié)流轉(zhuǎn)可信溯源，并形成碳資產(chǎn)全生命周期鏈上統(tǒng)一存證與統(tǒng)一核驗(yàn)，通過(guò)應(yīng)用試點(diǎn)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，已完成蘭考開(kāi)發(fā)區(qū)343 家企業(yè)數(shù)據(jù)接入，接入數(shù)據(jù)4.1 萬(wàn)余條，完成4.1 萬(wàn)余條數(shù)據(jù)上鏈，智能合約共調(diào)用8837 次。輔助企業(yè)降低清潔能源發(fā)電企業(yè)在碳交易前的核證成本與監(jiān)管成本，提升企業(yè)碳資產(chǎn)管理能力，如圖6 所示。

圖6 系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)頁(yè)面

（1）管理價(jià)值

將區(qū)塊鏈技術(shù)去中心化、安全透明、不可篡改、可驗(yàn)證、可追溯特性應(yīng)用到碳資產(chǎn)管理的所有環(huán)節(jié)中，對(duì)新能源發(fā)電信息、碳配額信息、排放信息、交易信息等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行上鏈存證，確保碳資產(chǎn)管理關(guān)鍵數(shù)據(jù)不可篡改，提高交易數(shù)據(jù)可信度，增加數(shù)據(jù)安全性。有效促進(jìn)碳排放交易體系的健康發(fā)展，提高碳資產(chǎn)交易的運(yùn)營(yíng)管理水平。

（2）經(jīng)濟(jì)價(jià)值

通過(guò)統(tǒng)計(jì)后蘭考碳資產(chǎn)數(shù)據(jù)與國(guó)網(wǎng)鏈及電網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行輔助，協(xié)同減排企業(yè)經(jīng)國(guó)家主管部門(mén)在國(guó)家自愿減排交易登記簿進(jìn)行登記，為當(dāng)?shù)刂鲃?dòng)減排企業(yè)進(jìn)行可信背書(shū)，降低主管部門(mén)驗(yàn)真成本，提升企業(yè)自行碳配額的交易效率，為企業(yè)創(chuàng)造額外營(yíng)收。

（3）社會(huì)價(jià)值

有助于提高碳市場(chǎng)的流動(dòng)性和活躍度，進(jìn)而促進(jìn)碳市場(chǎng)的價(jià)格發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)節(jié)能減碳；有利于提升碳金融市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，提升社會(huì)對(duì)碳配額資產(chǎn)價(jià)值的認(rèn)可；有利于幫助排放單位降低碳管理成本，加強(qiáng)碳市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)管理能力。有利于增加排放單位融資渠道，促進(jìn)節(jié)能減碳。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文利用區(qū)塊鏈技術(shù)為用戶提供碳交易分析可信溯源服務(wù)、碳交易輔助分析可信溯源服務(wù)、綠色企業(yè)認(rèn)證管理、模碳交易輔助確權(quán)服務(wù)，并集成打通國(guó)網(wǎng)鏈從鏈、碳交易所、能源碳鏈。對(duì)多參與方需要協(xié)同的場(chǎng)景下從確權(quán)、核證、溯源、校驗(yàn)、交易等全流程貫通提供碳交易輔助分析互信能力，降低清潔能源發(fā)電企業(yè)在碳交易前的核證成本與監(jiān)管成本，提升企業(yè)碳資產(chǎn)管理能力。

可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)“區(qū)塊鏈+雙碳”模式將在全球范圍內(nèi)得到推廣和應(yīng)用，成為全球應(yīng)對(duì)氣候變化的一項(xiàng)重要手段。通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)，企業(yè)和政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)可以更加精確、透明地管理碳排放和碳減排數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)更加高效的應(yīng)對(duì)氣候變化。同時(shí)，該模式還可以為平衡企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和減少碳排放提供更好的方式。這種模式的應(yīng)用將促進(jìn)綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為可持續(xù)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著政府積極的政策引導(dǎo)和規(guī)范，相關(guān)行業(yè)和企業(yè)的共同配合和努力下，可以更快速更高效地推動(dòng)碳配額交易模式，使全球碳交易市場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)全球氣候變化的長(zhǎng)期治理和可持續(xù)發(fā)展。