能源区块链应用工程现状与展望

能源互联是当前能源发展的一个重要趋势，倡导冷、热、电、气等多种能源的协调互补与综合利用。在能源互联网+中，强调开放共享、多元用户参与等理念，工业界和学术界逐渐意识到，能源互联网的一些相关理念、思路与区块链技术相吻合。

区块链技术作为一种革命性的去中心化的技术，可增加能源互联网中多利益主体的相互信任，正成为当今能源领域的一个重要的新方向。本文梳理了国内外能源区块链应用工程的现状，并对国内外应用工程实践经验进行分析总结。国内外的应用工程实践表明，区块链技术可在能源领域发挥积极作用。最后，通过国内外应用工程在能源政策以及技术等方面的对比，并结合目前中国能源发展现状，提出了中国能源区块链技术的发展思路与建议。

能源区块链是指区块链技术在能源领域的应用。具体为：电力、石油、天然气、供冷、以及供热等各能源子系统节点利用有序链接的加密区块来验证并存储相关能源交易数据信息，使用共识机制进行分布决策及维护全网数据的一致性，利用智能合约自动完成有关数据信息的传递、相互验证或执行的革命性的去中心化能源互联的数据结构。能源区块链示意图如图1所示。

图1  能源区块链示意图

美国纽约布鲁克林微网项目

美国是全球能源区块链技术开发与应用实施最活跃的国家之一，其较为先进的科技、较好的融资环境等条件均为能源区块链的技术研发与商业应用提供了较好的条件。

美国纽约布鲁克林社区的Tansactive Grid项目是世界上最早投入实践的能源区块链项目。该项目示意图如图2所示。

图2  纽约布鲁克林Tansactive Grid项目

在该项目中，共有10个家庭进行参与。其中，5家安装了屋顶光伏发电系统，为供电家庭；另外5家为购电家庭。整个项目采用采用P2P的直接能源交易，无需经过第三方的电力运营商。智能电表底层应用集成了基于以太坊区块链智能合约功能，可对用户的发电、用电、以及交易电量等信息进行采集，并将数据同步上传至公共区块链网络平台上。智能电表记录的发电量数据，可以为区块链技术平台创建代币，代表供电家庭屋顶光伏的剩余电量，这些代币就代表着屋顶光伏发出清洁电力的总量，虚拟代币可通过区块链智能钱包进行交易。

通过该项目，社区内的居民可以节省购电费用，并且配置屋顶光伏的居民用户可以将剩余电量直接出售给用户，获得收益。布鲁克林微网项目对美国以及全球的能源区块链项目起到了示范作用，推动了相关P2P分布式电力交易的发展。但是，布鲁克林微网项目的试验规模较小，总共只有10个参与用户，只是证明了小规模微电网进行分散电力交易的可实施性，但对于较大规模的微电网还需进行下一步验证。此外，由于纽约市不允许个人直接参与电力交易，布鲁克林微电网项目曾一度被叫停，能源区块链项目对政策的依赖性极高。

蛇口能源区块链项目

招商局慈善基金会、国际权威认证机构——北德认证（TÜV NORD）、熊猫绿色能源集团以及华为公司等机构联合发起建设了全球首个基于区块链技术、促进使用清洁电力为主的社区公益项目。项目以“推动绿色技术创新体系，推进能源生产和消费革命”为目标，主要研究通过基于区块链技术的智能合约对发电方和用电方进行联接，满足青睐绿色清洁电力的低碳环保家庭的用电需求。整个项目的示意图如图3所示。

图3  蛇口能源区块链项目

当前能源区块链发展面临的挑战主要体现在政策与技术2个层面。

1)政策层面。能源安全关乎国家命脉，世界各国对能源行业监管都较强，并且各国对区块链技术所持态度不尽相同。国内外的应用案例都表明，能源区块链项目的落地与实施需要相关政策的支持。

2)技术层面。区块链技术作为一种新兴技术，目前，其本身仍在发展当中，存在许多需要完善升级的方面。区块链技术应用在能源领域的案例相对较少且规模较小，实际运营经验不足，一些技术层面的可能存在的潜在问题并没有凸显出来。

能源区块链的关键技术问题可进一步总结为以下4个方面。

1)效率及响应速度问题。由于目前能源区块链项目的规模较小，涉及到的应用场景较简单，该问题不太显著。但随着区块链项目的网络规模逐渐增大，交易延时的问题有可能会随之增加。特别是未来区块链技术应用于多能互补综合能源系统的超短期优化调度时，有可能会出现信息处理速度无法满足需求的现象。

2)数据维护问题。能源系统是当今世界上最复杂的系统，在能源生产、经营管理、服务等各个环节已经积累了海量的数据信息，对有效信息的筛选和管理已经极其困难。随着区块链技术引入能源行业，能源网中的总体数据维护量会不断增加，无疑增大了数据信息管理维护的难度。

3)信息安全问题。能源区块链分布式节点较多，不仅需要防范分布式节点被侵入导致节点账本信息被泄露，还需要防止能源垄断方控制若干大型节点对区块链信息安全造成的威胁（即“51％攻击”问题）。

4)与现有信息协议融合的问题。仅电力系统就涉及发、输、变、配、用五个环节，且各个环节都有相应的国家标准与国际规范。

通过总结以上国内外相关应用工程的经验，中国的能源区块链的发展与研究可以得到如下启示。

1)完善能源政策体系。目前，能源区块链项目落地与发展需要比较完善的分布式电力交易市场，受电改政策以及其他各类能源政策的影响程度很大。电力体制改革的进一步深化可以使个人或者企业都有机会成为售电主体，为基于区块链的P2P电力交易创造可能。

2)制定监管措施与健全监管体系。国家相关能源和金融监管部门应尽快制定监管政策，加快完善各项相关法律法规，将能源区块链技术纳入合理合规的监管框架内。同时，注意平衡好监管与创新发展的问题，尽量避免出现监管不当阻碍能源区块链技术发展的问题。

3)注重核心关键技术研发，尤其加强底层技术的研发力度。加强共识机制、安全算法、智能合约、数据分布式存储等核心技术的研发。此外，还需对信息安全防护等级较高的电力等能源行业应用区块链技术可能存在的问题以及应对措施进行讨论研究。

4)推进新型能源设备的研发。能源区块链项目的实现与运行需要新型能源设备作为支撑，需要诸如基于区块链底层技术的新型计量设施与通信设备，实现多种能源交易信息的采集与传输。

5)积极参与制定能源区块链国际通用标准。目前，能源区块链领域尚缺乏统一的国际通用标准，国家相关能源部门或协会可以联合国内外相关产学研单位制定相关标准与体系，发挥积极作用，提高中国在相关领域内的国际话语权，建立能源区块链的国际基本体系标准。

6)积极探索区块链在能源领域的应用，有计划地组织若干能源区块链项目落地应用。国家科技部门可以考虑设立相关科技创新计划，为能源区块链项目的理论研究与应用示范提供必要的科技经费支持。两大电网公司以及其他相关能源企业也可开展小范围试点，以探索能源区块链相关技术、经验，待条件成熟时向全国进行推广应用。

当今能源发展趋于扁平化与分散化，能源区块链的相关理念、特点与能源互联网相吻合。区块链技术具备的透明公开，数据安全可靠等优点将在多能协同互补与多元用户灵活互动的能源互联网中发挥重要作用。本文对目前国内外的部分典型能源区块链应用工程进行介绍，各个能源区块链应用工程的实践表明能源区块链可以在中国能源领域的不同方面发挥积极作用，但其毕竟是一项新生技术，需要注意规避其在信息安全、金融安全等领域可能存在的风险。因此，有必要借鉴国外的应用工程实践经验，探索出符合中国国情的能源区块链技术与产业体系。