區塊鏈技術在能源互聯網中的應用探討

吳思航

摘 要：近幾年，以"新能源+互聯網"為代表的能源互聯網成為了當前國際能源學術界的前沿，成為繼智能電網后能源領域的又一重要發展方向。能源互聯網將改變傳統的電、熱、冷、氣等能源"平行流動"的狀況，實現多流網絡的協同運行。能源互聯網不僅可在工業系統中應用，也可在居民區甚至家庭內實施。

能源互聯網可實現能量與信息的高效傳遞，但因參與主體多，系統復雜性強，參與主體之間存在的信任問題導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《經濟學人》刊發了一篇題為"The promise of the blockchain： the trust machine"的封面文章，認為區塊鏈（ blockchain） 技術具有改變人與人合作模式和商業合作模式的巨大潛力，是"創造信任"的技術。區塊鏈技術屬于分布式存儲技術，數據保存在網絡中的每個節點，由所有節點共同維護，難以篡改，這樣就能夠有效解決交易雙方間的信任問題。針對能源互聯網的特征，對區塊鏈技術進行重構與二次開發，是解決能源互聯網中參與者間信任問題的有效途徑。

本文首先介紹能源互聯網技術，再介紹區塊鏈的定義，特征，應用現狀。說明二者為什么能很好地契合，最后簡單的介紹能源區塊鏈的應用。

關鍵詞：能源互聯網，區塊鏈，分布式存儲，信任問題

1能源互聯網概述

1.1能源互聯網的提出

隨著常規能源日益枯竭和環境污染日益嚴重，越來越多的組織機構開始重視環境保護問題，同時也開始積極探索各種新能源的研究，雖然已經取得一定的進展，但技術比較成熟的風能、太陽能等新能源存在分布地域分散、能量轉化成本過高等問題，使得新能源在大規模應用和市場化推廣方面存在極大的制約。信息技術與可再生能源相結合的產物--能源互聯網為解決可再生能源的有效利用問題，提供了可行的技術方案。因此， 研究能源互聯網的特征及內涵， 探討實現能源互聯網的各種關鍵技術， 對于推動能源互聯網的發展， 并逐步使傳統電網向能源互聯網演化， 具有重要理論意義和實用價值。

1.2 能源互聯網特征

能源互聯網具備如下五大特征 ：

可再生：可再生能源是能源互聯網的主要能量供應來源。可再生能源發電具有間歇性、波動性，其大規模接入對電網的穩定性產生沖擊，從而促使傳統的能源網絡轉型為能源互聯網。

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絡，這些能源網絡單個規模小，分布范圍廣，每個微型能源網絡構成能源互聯網的一個節點。

互聯性：大范圍分布式的微型能源網絡并不能全部保證自給自足，需要聯起來進行能量交換才能平衡能量的供給與需求。能源互聯網關注將分布式發電裝置、儲能裝置和負載組成的微型能源網絡互聯起來，而傳統電網更關注如何將這些要素"接進來"。

開放性：能源互聯網應該是一個對等、扁平和能量雙向流動的能源共享網絡，發電裝置、儲能裝置和負載能夠"即插即用"，只要符合互操作標準，這種接入是自主的，從能量交換的角度看沒有一個網絡節點比其它節點更重要。

智能化：能源互聯網中能源的產生、傳輸、轉換和使用都應該具備一定的智能。

2區塊鏈技術概述

2.1區塊鏈定義

區塊鏈（Blockchain）是指通過去中心化和去信任方式集體維護一個可靠數據庫的技術方案。該技術方案讓參與系統中的任意多個節點，把一段時間系統內全部事務通過密碼學算法計算并記錄到一個數據塊，生成該數據塊的 Hash 用于鏈接下個數據塊，系統所有參與節點來共同檢驗記錄是否為真，并且每個區塊的內容都由后續子鏈上的區塊來保證其內容不可被篡改。各個參與節點可以在新區塊確認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區塊鏈特征

1：去中心化性。由于區塊鏈系統采用 P2P 的組網方式，不存在中心化的服務器和路由器，任意節點在系統中的地位都是均等的，系統生成的數據塊由系統中的所有節點共同維護，所有節點均有交易數據的記錄和存儲。

2：開放、共識性。任何人都可以參與到區塊鏈網絡，每一臺設備都能作為一個節點，每個節點都允許獲得一份完整的數據庫拷貝。節點間基于一套共識機制，通過競爭計算共同維護整個區塊鏈，任一節點失效，其余節點仍能正常工作。

3：自治性。區塊鏈采用固定的一致性共識算法，使得整個系統中的所有節點能夠在無任何信任背書的環境中，可信地交換數據，使得對“人”和機構的信任變成了對機器和數學算法的信任，任何人都無法干涉系統正確的運行。

4：信息不可篡改性。系統交易信息一旦經過各節點驗證，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中超過 51% 的節點來干預交易的驗證，否則單個節點上對數據庫的篡改不會起到任何作用，同時也將被全網節點察覺，被系統排除在外。因此區塊鏈的數據穩定性和可靠性極高。

5：匿名性。由于各節點之間數據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，而是通過區塊鏈中的程序規則讓對方對自己產生信任。

3區塊鏈技術與能源互聯網結合前景研究

3.1概述

目前大家公認的能源互聯網有五大特征——精確計量、泛在交互、自律控制、優化決策、廣域協調。區塊鏈的特性能很好地結合能源互聯網，從以下幾個方面解決能源互聯網面臨的問題：第一，基于區塊鏈的數據公正確保信任，公私鑰結合的訪問權限保護隱私，真正做到保護隱私，可信計量。第二，區塊鏈防篡改，實現主體間強制信任，實現強制信任下泛在交互。第三，區塊鏈 +大數據 + 人工智能構成可信任預言機簽署外部數據，實現虛實交互的自律控制。

3.2應用

目前，在國外有一些企業已經在試驗能源區塊鏈項目。

1）布魯克林微電網項目。由綠色能源創業公司LO3 與基于以太坊區塊鏈的創業公司 Consen Sys 共同開發，該項目能夠讓居民通過屋頂太陽能設備在當地進行太陽能交易，而不需要國家電力公司的參與。這種微電網電力交易比傳統自上而下的能源配電系統更有效率，可節省整體開支。

2）電動汽車充電項目。由德國電力公司 RWE與基于以太坊區塊鏈的初創企業 Slock.it 合作研發。利用區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能源區塊鏈發展思考

4.1能源區塊鏈存在的問題

區塊鏈技術在能源互聯網方面的應用前景是美好的，但是以區塊鏈技術目前的發展階段，還存在一些掣肘。

1）區塊鏈技術限制。隨著接入區塊鏈節點的增加，其共識算法的效率會隨之降低，網絡傳輸的延遲和相應的數據存儲量會隨之上升，這些問題限制了區塊鏈技術在能源領域的大規模應用。

2）政策監管約束。能源是強監管、強政策的基礎行業，電力是一種極端特殊的商品，技術上可行，但相關政策跟不上，仍然沒有辦法實現能源區塊鏈項目落地。

4.2能源區塊鏈發展建議

1）技術研究。社會各界和政府應密切關注、相互協作普及、推廣區塊鏈底層技術和相關應用，應從挖礦、炒幣的現狀中警醒，從事區塊鏈技術底層平臺、相關標準的開發，提高我國在國際區塊鏈專利和標準方面的發言權。

2）政策開放。監管部門需從現有能源行業痛點出發，逐步改革營銷、管理體制，建立健全電力市場，統一調配電力的發、配、輸、儲、售等環節。

5總結

區塊鏈技術的出現為能源互聯網的發展和應用提供了良好契機，將能夠從根本上改變我國能源生產、傳輸、消費的現狀，成為推動我國能源轉型、革新能源市場機制、實現節能減排和可持續發展的重要途徑，將對整個能源行業和社會產生深刻影響。