STEC研究｜第002期
【作者簡介】 姚國章（1968—），男，浙江慈溪人。南京郵電大學管理學院教授，數字經濟研究所所長，兼任江蘇省首席科技傳播專家，長期從事電子商務與數字經濟等問題的研究，主持承擔國家科技支撐計劃專案1項，省部級以及相關政府委託研究專案20餘項，已在北京大學出版社、中國社會出版社和電子工業出版社等出版著作和教材20餘種，發表各類研究論文近200篇。
本文發表於《南京郵電大學學報（自然科學版）》,第40卷第5期（2020年10月）。轉載請註明出處。
作者主講《區塊鏈與數字經濟》課程
入選2020江蘇省幹部教育培訓“名師名課”
【摘 要】能源業在國民經濟和社會發展中發揮著戰略性、基礎性支撐作用，區塊鏈技術由於具有分散式儲存、點對點傳輸等獨特優勢，在促進能源業的轉型升級方面有著多方面的應用。國際上能源區塊鏈的應用主要基於區塊鏈的分散式P2P交易、能源金融、碳交易、電動汽車共享充電、能源徵信體系建設和能源綜合管理等，比較有代表性的案例有紐約布魯克林基於區塊鏈的微電網智慧系統和澳大利亞Power Ledger專案。國際能源區塊鏈帶給我國的啟示：把發展能源區塊鏈作為推進能源改革的重要抓手；以新基建為契機夯實能源區塊鏈發展根基、以聯盟鏈為重點建立各類應用示範、以發展能源區塊鏈助力新能源壯大、以能源區塊鏈啟用電動汽車發展市場。
【關鍵詞】區塊鏈；能源區塊鏈；新能源；分散式能源；智慧合約；聯盟鏈
引言
眾所周知，能源是人類社會賴以生存和發展繁衍的基本物質基礎，人類歷史上每一次劃時代的巨大進步都離不開能源的升級和更替。新中國成立以來，尤其是改革開放四十多年來經濟與社會的快速發展，我國已當之無愧地成為世界上最大的能源生產和消費國，當前已形成了煤炭、電力、石油、天然氣、新能源和可再生能源協調發展的多元化能源供給體系。與此同時，能源對中國經濟社會發展的制約瓶頸也正日益顯現，在疫情仍在全球肆虐蔓延、人員流動和跨境商貿活動全面受阻、世界經濟深度衰退的今天，如何確保能源安全已成為關係到國家經濟社會發展的全域性性、戰略性和迫切性問題，對提升綜合國力、促進經濟繁榮、改善人民生活和確保社會長治久安起著決定性的作用。
利用數字技術推動能源技術革命，切實解決能源發展中存在的各種複雜問題，是我國能源業所普遍面臨的重大任務。區塊鏈技術作為當前數字技術的耀眼明珠，因其具有分散式資料儲存、點對點傳輸、共識機制和加密演算法等獨特功能，為能源業的技術進步和轉型升級提供了新的契機。目前國際上能源區塊鏈發展正受到越來越多的關注，也已形成了不少成功的案例，國內相關的研究和應用也已開啟。中共中央政治局於2019年10月24日就區塊鏈技術發展現狀和趨勢召開的第十八次集體學習，在確立了區塊鏈技術在我國的重要地位的同時還明確了“探索區塊鏈在能源電力等領域的推廣應用”的發展方向。本文旨在透過對國際能源區塊鏈發展進展的研究，能為我國能源區塊鏈的健康、有序和快速的發展提出切實可行的建議。
一、區塊鏈在能源中的應用價值
能源業具有產業鏈條長、參與方眾多、運轉過程複雜、交易結算環節多等特點，與具有去中心化（分散式）資料儲存、可信可追溯性、不可篡改與具有智慧合約功能的區塊鏈有高度的業務重合性，兩者有彼此融合的需求。
01
區塊鏈的技術特點
一般認為，區塊鏈（Blockchain）是指由參與其中的成員透過去中心化和去信任的方式共同維護一個特定資料庫的技術方案，讓參與系統中的任意多個使用者節點把特定時間內使用者互動傳輸所積累的資料，透過特定的演算法計算並記錄到一個資料塊（Block），每一個資料塊分別記錄前一區塊的雜湊值（HASH）、本區塊的時間戳、一個隨機數和本區塊的雜湊值樹（HASH TREE），前一個區塊的雜湊值用於將本區塊與前一區塊構建彼此對應的對映關係，形成環環相扣的鏈，即為區塊鏈。
區塊鏈是透過計算機程式形成的開放式賬本，用以獨立記錄在區塊鏈上發生的所有交易資料，能在無須第三方干預的情況下，實現節點與節點之間、點對點式的互動交易。作為一項伴隨比特幣出現的新技術，當前正在各行各業中開展應用實踐。
02
區塊鏈在能源中的應用價值
區塊鏈在能源行業中的應用，將為能源業的發展創造多方面的價值：
一是形成安全可靠的共享賬本。由於區塊鏈技術是以記賬的方式永久記錄參與者的所有交易行為，打破了過去不同能源參與機構獨立記賬的模式，避免了確認交易紀錄的重重限制，參與者可以從共享的賬本系統上看到被授權檢視的交易紀錄，確保交易記錄的透明、公開和真實。
二是智慧合約的應用實現作業的自動化。能源交易參與者可以將合約裡的交易方式等商業條款以編碼的方式寫入以區塊鏈為核心的交易服務中，因此，系統會按照雙方同意且授權的合約內容自動進行相關交易，無論是能源服務方還是能源消費者都不用擔心交易作業機制會因為人為因素隨意發生變更。
三是有效保護交易者的隱私。雖然區塊鏈技術會自動記錄交易參與者的所有交易資料，但交易參與者並不需要將個人資料與交易資訊捆綁在一起，同時可以指定哪些交易資訊可以被授權檢視，既能切實有效地保護交易者的隱私，又能滿足各類業務對資料的應用需求。
四是助力形成交易共識。無論參與者是以匿名或者是公開的身份加入區塊鏈網路，只要某個參與者發起一項交易請求，所有參與者都會在第一時間收到交易資訊，並且透過區塊鏈技術的共識演算法得以確認，避免人為干預。
五是消除能源流程中存在的痛點。目前能源各業務流程中普遍存在的效率瓶頸、交易時延和操作風險等痛點，很大程度上可以透過區塊鏈技術的應用得到解決。例如現有流程中大量存在的手工操作、人工驗證和審批工作都可透過區塊鏈實現自動化處理，紙質合同可以被智慧合約所取代，交易處理環節不再會由於系統失誤而導致損失發生。
區塊鏈在能源中的應用所產生的價值將會隨著應用的不斷深入而得到逐步深化，不同的業務應用環節和不同的發展階段，所產生的應用價值也會有所不同，需要在實際發展中進行持續的探索。
二、 國際能源區塊鏈主要應用場景
區塊鏈技術的出現既為傳統的能源業的轉型升級帶來了生機，同時也為破解能源業存在的問題並創新發展模式提供了新的機遇。目前國際上針對區塊鏈在能源業發展中應用場景的探討相對較為豐富，主要表現為以下六個方面。
1 基於區塊鏈的分散式P2P交易
隨著能源技術的不斷進步、售電市場的不斷成熟，以太陽能為代表的清潔能源快速崛起，但在傳統的電力交易體系中，普遍存在著交易參與方眾多、峰谷電價差異大、記賬方式不統一、結算方式繁瑣以及賬期過長等問題，而且，太陽能、風能等作為分散式能源，需求側的使用者在扮演消費者角色的同時也開始擔當供應者的角色，這對傳統的電力市場體系帶來了極大的挑戰。
區塊鏈技術所具有的去中心化、去信任化、資料公開透明和分佈性儲存等特點與當前能源發展的新要求高度吻合，因此，利用區塊鏈技術構築分散式能源交易市場，促進P2P交易，既十分必要，也有極高的可行性。基於區塊鏈的P2P交易可以有效解決分散式發電所遭遇的計費、清算、結算等方面的困境，擺脫傳統的依託售電公司完成電力交易的桎梏，充分實現交易的去中心化，能有效提升交易效率、降低交易成本。目前，國際上這方面的案例已陸續呈現，紐約布魯克林基於區塊鏈智慧微電網系統是其中典型的代表，下文將對此做專門分析。
2 基於區塊鏈的能源金融
新能源的建設需要大量的投資，離不開金融的支援，但由於缺乏合理的信用風險定價手段，導致在銀行貸款等環節遭遇困難。比如目前已經非常普遍的分散式光伏電站，仍然沒有有效的技術手段做出合理的價值評估，而且當前的集中化資料管理，容易產生虛假評估等情況。區塊鏈的分散式賬本的在新能源評估中的應用，可以擺脫中心化的束縛，既有助於證券化發起人能有效識別資產的數量和質量，又能有效監督新能源產出和回報等情況，更能避免新能源資產所有者在抵押後的道德風險，為解決能源金融的棘手問題提供了可行的方法。
在國際上，致力於區塊鏈能源金融服務的專案正在相繼出現，WePower是一個由一家愛沙尼亞公司運作的區塊鏈能源專案，專注於綠色能源的專業服務。WePower平臺利用區塊鏈的智慧合約將能源消費者、可再生能源生產商和綠色能源技術投資者連線起來，既可以讓參與者為新的綠色能源專案投資，又可以讓消費者高效、安全和透明的方式採購自用的綠色能源[[i]]。WePower平臺允許可再生能源生產商應用區塊鏈手段發行自己的能源代幣以籌集資金，代幣持有者可以優先參與新能源代幣銷售拍賣，也可在新能源工廠建成執行之後直接使用這些代幣量的能源，還可以重新投入平臺進行再投資。WePower應用物聯網和區塊鏈結合的手段，實現了與能源基礎設施以及能源交易市場的直接連線，為各種型別的投資者、能源市場參與者和最終能源消費者建立起多元融合的合作體系，為創新能源金融的發展模式做出了探索。
WePower專案圖
3 基於區塊鏈的碳交易
碳交易是聯合國為有效控制全球溫室氣體減排，減少全球二氧化碳排放所採用的市場機制。自1997年12月《京都議定書》正式透過以來，二氧化碳排放權作為一種可交易的商品在全球範圍內流通，參加這一協定的國家在一定時期內必須限定在承諾的減排目標之內排放，各國將排放指標分配給本國不同的企業。由於碳排放受額度控制，所以碳排放演變成了一種高價值的“資產”，簡稱為“碳資產”。由於在全球範圍內碳排放的測量缺乏統一標準，監管制度也各不相同，各國之間就排放問題缺乏相應的信任，所以在過去很多年難以找到切實有效的應對措施。在過去，無論是企業還是各國政府都是透過中心化的伺服器儲存碳排放的相關資料，由於缺乏透明度和可靠的監督手段，資料的真實性和可靠性始終存疑，同時由於資訊缺乏有效的共享和可信的追溯機制，使得碳排放的實際執行效果受到極大挑戰。
運用區塊鏈技術來解決碳排放的難題，實現碳資產數字化，為促進公平、公開和公正的碳交易提供了可行的解決方案。利用區塊鏈可分佈的節點共享、可追溯的特點能實現碳資產實時動態的跟蹤和記錄配額的合理分配，讓碳交易市場更加透明、有序，並且更容易實施。具體的做法是透過搭建碳排放權的認證和交易平臺，給予每一個參與碳排放交易的參與者分配專有的ID，透過加蓋時間戳把動態生成的碳排放資料儲存在區塊鏈中進行記錄，透過多節點的資料共享，保證資料的真實性、完整性和準確性。在此基礎上，將碳排放的控制透過區塊鏈的智慧合約來實現，即實現碳排放額度自動化記錄和計算，使整個流程變得更加順暢和高效，以有效控制碳資產的生產和管理成本，對在全球範圍內減少碳排放起到積極作用。
國際上利用區塊鏈助力碳資產交易已有了一些實際的探索，並已取得了良好的成效。IBM在2018年5月與環保科技初創公司Veridium達成合作，將碳資產轉換成一種新型的可替代的數字資產CRB，這種資產可以在IBM合作的另一家初創公司Stellar建立的區塊鏈網路上進行兌換和交易，以有效消除碳資產各個環節的不透明，並能降低購買和使用碳資產額度的成本及風險，使碳交易變得更加變得公平、公開和公正，對解決長期困擾的環保問題有了更加切實有效的應對措施。
數字資產CRB原理圖（來源：Veridium）
4 基於區塊鏈的電動汽車共享充電
電動汽車既代表著汽車業轉型的重要方向，也越來越成為新型的電力能源消費載體。伴隨電動汽車高速增長的同時，充電樁基礎設施建設和使用效率問題越來越突出，尤其是如何提升現有充電樁的利用率成為一個廣受關注的話題，某種意義上可以說決定著電動汽車發展的未來。傳統充電樁的建設都透過中心化機構進行選址、獨立組網、封閉運營的方式進行的，充電協議和計量模式繁多、充放電的互動性差、充電過程不透明、充電資料無法共享等問題導致充電樁的效率低下。尤其是私人安裝的充電樁，基本都處在“一車一樁”的專用狀態，大部分時間處於閒置，而且由於充電樁固定在某個特定位置，對電動車遠距離出行帶來了極大的不便。如果將分佈在各地、分屬於不同機構或個人建設的充電樁聯合組網，實現分散式的管理，真正做到資源共享、系統互聯、資料互通，將會構建起充電樁發展的新生態。
利用區塊鏈技術搭建一個去中心化的計費模型，並處理所有計費、支付和身份驗證等問題，使不同的充電樁單獨計費、開放給不同的使用者使用，並能完成自動充電和結算，必將使充電樁的利用率大大提升，電動汽車的充電難題即可迎刃而解。而且，透過區塊鏈採集到的精準充電資料可以幫助政府、汽車廠商和電力部門進一步最佳化充電樁的佈局，並提供相應的增值服務。
JuiceNet是總部位於美國加州的eMotorWerks公司開發的基於區塊鏈的分散式充電服務平臺，該平臺利用開放的API，可以控制任何透過WiFi連線的充電樁，實現以下三個方面的功能：一是透過綜合平衡充電樁的資源，最大限度地滿足電動汽車充電需求；二是提升充電樁運營商和個人業主的收益，實現資產價值的最大化；三是助力於充電樁佈局的最佳化，有利於電動汽車基礎設施配套的完善。JuiceNet專案實現了“共享”和“共建”兩個方面的目標：共享是指不但能實現不同充電樁服務商之間互聯互通，還能讓私人充電樁接入區塊鏈平臺，並與其他車主實現共享，充電樁提供者可以自行決定電費的收費標準並獨立收取相應費用；共建是指當充電業務需求足夠大的時候，將促進其他合作伙伴加入平臺，共建充電樁行業生態，共同滿足電動汽車充電服務需求。
JuiceNet雲平臺
5基於區塊鏈的能源徵信體系建設
能源消耗既是各類企事業單位也是各個家庭的基本開銷，相關的交易記錄一方面反映了消費主體的能源需求，另一方面也反映出了能源支撐業務發展的實際水平。對企業而言，用電數量和用電時間直接影響企業的經營狀況，同時也有助於金融機構更好地掌握企業的信貸需求以及還款能力，能大幅度降低審貸成本、全面提升風險防範能力。
利用區塊鏈手段將企業能源消耗情況納入徵信系統，併為政府和金融機構服務企業的融資需求有著極大的幫助，尤其是對緩解中小微企業的融資難、融資貴、融資繁等長期存在的頑疾能起到很好的效果。
在國際上，基於區塊鏈的能源徵信專案也已出現。區塊鏈能源專案Bitluments針對拉丁美洲偏遠農村地區電力緊缺、消費能力弱、對用電需求迫切的實際，提供了運用物聯網和區塊鏈技術為當地使用者提供可再生能源電力和小額貸款的解決方案，專案透過構建區塊鏈平臺向合作銀行提供申請購置太陽能電力套件居民的資料，並將太陽能裝置的序列號、使用者手機與使用者的ID關聯，形成了完整的、不可篡改的信用記錄，為金融機構和電力需求使用者之間建立起了基於區塊鏈的連線，大大方便了業務的運作和管理，真正為那些平時難以享受小額信貸和輔助金融的使用者提供了便利，幫助他們解決了無法依託金融機構滿足用電需求的現實困難。
Bitluments原理圖
6 基於區塊鏈的能源綜合管理
隨著應用探索的不斷深入，區塊鏈在能源綜合管理中已取得多方面的進展：一是基於區塊鏈的能源全流程管控，主要利用聯盟鏈的架構建立起面向源、網、荷、儲全鏈互動的區塊鏈能源運營體系，透過智慧合約的引入實行自動化的管理，為能源的生產、傳輸、儲存和使用提供支撐平臺，既能有效避免人為因素和外部因素的干擾，又可以達到更為靈活的控制和更為精準的決策；二是基於區塊鏈的資產和供應鏈管理，透過區塊數字資產和實物資產的相互對應，實現資產的全過程可追溯，提升供應鏈管理的透明度；三是實現多系統的協同，採用區塊鏈記錄不同能源系統的實時生產資訊及其執行成本，在多個系統之間進行成本和價格的比較，從中形成最優的供能方案；四是確定合理的線路損失，目前電力能源在轉換、傳輸和儲存等環節所產生的線損，基本由電網公司單方面決定，利用區塊鏈進行線損管控，可獲得各個環節的實際線損資料，並能發現可能的改進之處，同時讓各方更加合理地分擔線路損失。
基於區塊鏈的能源綜合管理已在國際上有不少先行者，歐洲國家相關的電力服務商和新興的區塊鏈技術廠商參與者較多。在亞洲國家中，日本、新加坡等國家也有不少企業開始實踐。總體來看，當前特定領域、區域性範圍的應用較為常見，要實現全方位、深層次和多角度的應用，尚有非常漫長的道路。
三、國際能源區塊鏈的發展進展與啟示
如何真正使區塊鏈技術能在能源行業中落地應用，目前在國際上相關的案例正陸續出現，其中紐約布魯克林的微電網和澳大利亞的Power Ledger專案因發展時間早、應用成效好而受到更多關注。本文對這兩個案例進行系統分析以期能為我國的發展和應用提供借鑑啟示。
1、紐約布魯克林基於區塊鏈的微電網智慧系統
根據美國能源資訊署（EIA）的統計資料顯示，2019年上半年太陽能發電佔美國發電總量的2.7%，雖比2018年上半年的2.4%有所上升，但太陽能在總體電力結構中的佔比還相對較低[[ii]]。之所以佔比不高，主要有兩方面的原因，一是因為美國石油、頁岩氣等成本較低，比太陽能電力更具有成本優勢；二是因為太陽能電力資源沒能得到有效的開發和利用。為了更好地開發和利用美國十分豐富的太陽能資源，解決太陽能利用中的瓶頸問題，總部位於紐約的初創公司LO3 Energy啟動了基於區塊鏈技術的微電網智慧系統專案——TransActive Grid，並在紐約市布魯克林區總統街進行了實踐，已取得了十分明顯的成效。
TAG專案場景圖
過去，在紐約，擁有太陽能光伏面板的居民可以將自身生產電力的多餘部分出售給電力公司併入其電網，但因為售價過低無法保本，而且在當電力公司計劃在該區域停電時，居民們無法直接使用自己生產的電力進行供電，對此居民頗有怨言。LQ3 Energy公司為了解決這一難題，透過與德國西門子公司合作，採用區塊鏈技術建立了一個試驗性微電網，使得擁有太陽能光伏的居民可以透過區塊鏈技術實現點對點的交易，將多餘的電力賣給鄰居，既使得電能損耗最小，又能讓社羣居民最大程度受益，同時還能擺脫公共電網的依賴。
LQ3 Energy公司開發了一個基於區塊鏈的平臺——TransActive Grid（簡稱“TAG”），允許本地居民使用現有的網格基礎結構彼此進行去中心化的事務處理。參加試驗的居民可以選擇從本地光伏系統、區域性綠色能源或傳統化石燃料提供的電力。TAG提供相應的服務，主要包括以下四種：一是提供不同型別的電力能源的實時價格，供使用者選擇；二是由於本地居民提供的太陽能光伏電力作為清潔能源可以得到相應的政府補貼，TAG幫助居民進行準確核算並獲得相應的補貼；三是在本地遭遇電網斷電時能直接啟用本地光伏供電，更好地滿足當地居民的應急用電需求；四是在緊急狀況下可以直接將太陽能光伏生產的電能直接導向醫院、避難場所以及臨時急用電的場所，以解燃眉之急。
TAG專案是基於以太坊開發的區塊鏈系統，透過使用者節點和節點之間的互動，形成了具有智慧合約功能的微電網智慧系統。其運作原理如下：利用標準的電錶和支援區塊鏈的計算機裝置來測量電能資料，並與微電網中的其他裝置通訊以啟用能源交易，實際電流經正常的電力網路傳輸，經許可的區塊鏈負責對交易資訊的管理並運營相應的智慧合約。使用者只要透過專用的移動應用程式即可設定首選項，以決定選用哪種型別的電能並願意為太陽能電力能源支付多少費用。這一專案採用了運用區塊鏈技術的特殊儀表，能準確顯示太陽能光伏所生產的電能，而不再依據傳統的本地電力公司來計算電量，這種去中心化的計量方式是對傳統計量方式的一種革命，對促進公開、公平和公正的交易作用重大。
TAG專案執行原理圖
作為基於區塊鏈的能源創新專案，其示範意義表現如下：一是實現了微電網與區塊鏈的結合，從而為太陽能電力能源的生產和消費創造了本地市場，既可降低能源損耗，又創新了電力服務的模式；二是微電網與傳統電網既可融為一體又可保持相互獨立，正常情況下可以併網執行，在緊急情況下，可以以 “孤島模式”利用當地的能源供應獨立運營，確保了無論自然災害還是其他突發事件，均能持續供電；三是允許擁有電力生產能力的居民可以直接向鄰居出售電能，而無需透過中間人進行協調或提供財務支援，而且透過區塊鏈支付，系統允許安全透明地記錄線上交易，更好地保障了各方的利益，同時也降低了相應的管理和協調成本，達到了多方共贏的效果。
2、澳大利亞Power Ledger專案
澳大利亞的光照資源排名世界第一，根據澳大利亞能源委員會的資料顯示，2020年第一季度末全國已安裝了近240萬套太陽能系統，是世界上太陽能利用普及率最高的地區之一，2019年全年屋頂光伏發電量總計達10.7吉瓦，相當於人口13倍多的美國光伏發電總量的60%[[iii]]。過去很長時間以來，澳大利亞居民將自身未使用完的太陽能電力提供給公共電網是無法得到經濟補償的，主要原因是計量困難和缺乏切實可行的結算機制，這樣的結果在挫傷居民提供自有電力積極性的同時，也造成了大量太陽能電力的浪費。
有鑑於此，透過應用區塊鏈技術構建一個分散式的電力交易網路，鼓勵更多人進行太陽能等再生能源生產和交易並能獲得公平回報的Power Ledger公司應運而生。這家成立於2016年5月、總部位於西澳大利亞的區塊鏈初創公司開發了基於區塊鏈、能實現點對點太陽能電力交易的系統，解決了長期存在的太陽能電力的結算難題，實現了電力生產者在無需信任的環境中向他人出售能源的功能，擺脫了傳統的必須依賴中心化機構才能完成能源交易的束縛，大大促進了能源交易的便利性和廣泛性，不但得到了澳大利亞政府的支援，而且受到了諸多國際能源公司的青睞，目前專案已經在泰國、印度和日本等國得以落地，成為利用區塊鏈解決光伏能源高效利用並降低成本的典範。
Power Ledger的應用場景
Power Ledger透過區塊鏈技術將太陽能電力能源引入P2P市場，利用智慧合約來讓過去頗為棘手的能源交易買賣得以在一個無需信任的環境下順暢進行，可以讓參與的居民能即時收到款項、可自由選擇不同來源的電力、可購買近鄰所產生的電力、可售賣過剩的太陽能電力來取得收入等。在交易過程中，智慧合約可以在沒有任何第三方進行系統調控的情況下完成交易，包括控制參與人的資料、價格制定、費用支付擔保等，完全透過區塊鏈來做協議調控，實現即時的結算。這是對於傳統電力網路而言是不可想象的，而且在區塊鏈上的所有交易都是透明、可追溯的，既顯著降低了結算成本，又實現了交易的高效和透明。
為了建立起一個無需信任、透明和可互操作的能源交易平臺，Power Ledger採用了雙重代幣體系，一個是被設計成通行證的POWR幣（全稱為Power Ledger Token），可用於進入交易平臺，猶如生態系統的燃料；一種是SparkZ幣，用於消費者購買能源時進行結算，Sparkz幣會存在於使用者的數字錢包當中，並可隨時兌換為澳元。
Power Ledger生態系統可以支援多種能源交易應用，主要包括五個方面的應用場景：一是P2P交易，零售商授權消費者進行相互之間電力交易或消費者自行交易，實現電力交易自動化；二是微電網運營，可以進行電力計量、大資料獲取、快速微交易等電網管理；三是電力批發結算，可以提供透明、高效、低成本的最佳化和管理，包括資料彙集、對賬以及批發能源市場的結算；四是自主資產管理，能夠購買和售出自有電力，實現自動把收入分配到特定的錢包地址；五是分散式市場管理，為資產擁有人提供隨時最佳化配置網路資產的便利，包括提供最佳化的計量資料、大資料彙總、進入和排程資產的許可權、快速交易結算、網路下載平衡以及需求測迴應等。
Power Ledger的產品線
經過幾年的發展，Power Ledger平臺已發展成為一個覆蓋面廣泛的生態系統，既可以讓不同背景的參與者透過其獨創的代幣體系實現互操作，又提供了一個透明的管理框架，允許世界各地的能源供求方與Power Ledger生態無縫連線，讓更多的能源生產者和消費者從中獲益。總體來看，這個生態系統具有較強的包容性和可擴充套件性，應用的場景和覆蓋的範圍正在不斷擴充套件之中，將會給太陽能等新能源的開發和利用帶來新的機遇。
四、我國能源業當前所面臨的挑戰
我國能源業在新中國成立以來主要依靠自力更生、奮發圖強一步一步發展起來的，所取得的成就舉世矚目，能源支撐國民經濟與社會發展所發揮的作用自然是毋庸置疑的，但在當前紛繁複雜的國際形勢以及國內經濟轉型和產業升級需求的深度交織下，面臨著多方面的挑戰。
1、我國的總體能源結構亟需進一步最佳化
從人類社會能源演進的基本規律來看，長期賴以生存的傳統化石能源由於存在對自然的破壞、對環境的汙染以及開採成本不斷上升等原因，總體處於不斷下降趨勢，低碳甚至無碳的能源逐步替代高碳的能源是基本的發展方向。
作為世界最大發展中國家，我國在改善能源結構方面所做的努力和取得的成績是十分顯著的。資料顯示，長期來作為第一能源的煤炭在我國佔我國能源消費總量中的由60年前的95%下降到目前的60%以下，石油佔比已接近20%，一次電力、天然氣、太陽能光伏等清潔能源佔比上升較快。但我們還應看到，2019年我國總計為39.7億噸標準煤的一次能源生產總量中，原煤佔比高達97%；2019年全年全國發電總量75034.3億千瓦時，其中火電佔比高達70%。從消費結構來看，2019年我國清潔能源消費量佔能源消費總量的23.4%，比上年提高1.3個百分點，總體我國清潔能源的消費佔比正處在上升期，但佔比還不足四分之一，能源結構最佳化還任重道遠。
能源結構的最佳化是一個極為複雜的系統工程，絕非一朝一夕之功，區塊鏈等數字技術的應用必然會起到推波助瀾的作用，需要對此予以高度的關注和深入的探討。
2、電力網路運營模式有待重新設計
隨著電力傳輸技術的不斷進步，目前電力能源能實現遠距離傳輸，電力消費的範圍也變得越來越廣泛，尤其是大量的電動汽車需要隨時隨地接入電力網路參與電力消費，這樣勢必給傳統的電力網路運營帶來新的挑戰。目前，我國的電網運營基本還保持著二元結構的特點，電力生產、電力配送與電力消費各自獨立、業務運營相互割裂，個性化消費需求和分散式能源供給均不能得到有效的支援，而且電力生產、電力配送主要依賴人為的預測，尚未建立起互聯互通的資訊系統以實現資料共享，能源利用率處於相對較低的水平。
為更好地適應電力資源新的發展需求，必須改變當前電力網路的運營模式，最大限度地將電力生產方、配送方、消費方、電力生產裝置和電子消費裝置融合到一起，建立起支援便捷能源雙向流動和資訊雙向高效處理的能源網際網路是必須解決的技術問題，其中區塊鏈可以發揮不可或缺的作用。
3、現有電力能源市場的格局有待激發活力
我國目前電力市場主體包括髮電企業、交易機構、電網企業、售電主體和電力使用者，其中國家電網和南方電網兩大巨頭共同負責我國電網的運營和電力配送；由中國華能集團公司、中國大唐集團公司、中國華電集團公司、中國國電集團公司和中國電力投資集團公司五大以發電為核心業務的央企共同構成了我國電力能源的生產方，形成了總體的電力供應格局。目前這種中心化的電力市場供電模式雖在一定程度上保證了效率，形成較為穩固的市場格局，但也缺乏相應的活力，並且相互之間的資料共享和資訊互動尚存在較大的障礙，同時還需要在上下游之間形成新的業務聯絡，促進互聯互通和資料共享。
面對太陽能、風能等新能源的快速興起，傳統的中心化的能源管理模式需要進一步最佳化，透過區塊鏈技術的技術形成分散式、去中心化的新能源發展體系，必然能進一步激發活力、更好地適應電力能源發展新形勢的需要。
4、分散式能源生產模式有待逐步建立
當前我國的能源生產方式基本處在集中化生產方式，未來的發展方向是分散式生產，將會形成參與主體眾多、分佈地點廣泛、能源生產方式多樣的能源供應新格局。由此而帶來的變化主要包括四個方面：第一，發電方式將會從現在單一的集中式供電方式過渡到集中式供電和分散式供電相互並存的狀態，電力供給的規模也將得到大幅提升；第二，在輸電方面因為有大量分散式再生能源的加入，將形成既包括巨型的覆蓋全國甚至全球的特高壓傳輸網路，又包含區域性的、區域性的微型傳輸網，巨網和微網相互補充，共同構成分散式傳輸網路；第三，在用電方面，消費者不再是單純的電力消費者，同樣可以將自身透過光伏等方式生產的電力銷售給電網，形成電能雙向流動的新模式；第四，在儲能方面，隨著技術的進步和成本的下降，無論是主要的電力供應方還是普通的電力消費者，都將採用更多更有效的手段，促進電力能源更好的利用。
分散式能源的生產方式需要採用分散式管理的技術手段，區塊鏈所具有的分散式資料儲存等特性可以為分散式能源生產提供相應的技術支撐。
五、國際能源區塊鏈發展帶給我國的啟示
區塊鏈技術正成為促進經濟轉型和社會進步的重要技術，隨著應用的不斷深入將會呈現出越來越強大的活力。在國內，區塊鏈在能源發展中的應用只是剛剛起步，如何學習和借鑑國際發展的相關經驗，切合中國實際，找到行之有效的發展道路，是我國能源業當前面臨一項重要任務，為此提出以下建議。
01
把發展能源區塊鏈作為推進
能源改革的重要抓手
改革開放四十多年以來，隨著我國經濟持續、快速發展、人民生活水平的不斷提高，我國能源需求快速增長，品種結構也得到了持續最佳化改善，已發展成為世界最大能源消費國和最大能源市場，在電力能源方面，發電裝機、發電量、電網電壓等級、電網執行安全技術水平、供電可靠性等多個指標均已位居世界前列。但我國能源發展中還存在著產能過剩、結構臃腫、能源供給適應性和靈活性不足等複雜問題。總體來說，當前我國能源市場化改革的目標主要包括三個：一是確保持續穩定的能源供給；二是保持較為經濟的能源價格；三是清潔能源比例不斷提升。在當前疫情威脅尚未解除、中美緊張局勢尚未緩解的背景下，我國能源業面臨著更加複雜的形勢，加快推動能源改革無疑是必然選擇。
大力推動能源區塊鏈的發展，無疑是促進能源改革的有力武器，將在以下三個方面發揮作用：一是區塊鏈有助於推進能源業的數字化發展程序，以數字化促進能源業的轉型升級，進一步啟用能源業的發展動力和增長潛力，對擴大能源業的產出、確保能源供給有重要的支撐作用；二是區塊鏈對促進能源業的公開透明的業務運作有直接幫助，有助於降低能源成本，保障能源價格的經濟性；三是區塊鏈有助於各類清潔能源的開發和利用，為加快清潔能源的發展步伐帶來直接幫助。可以肯定，將發展能源區塊鏈作為推動能源改革的重要抓手，必定能起到積極而又重要的作用。
02
以新基建為契機夯實能源區塊鏈發展根基
長期以來，基礎設施是指為社會生產、居民生活提供各類公共服務的工程設施，作為公共服務系統，支撐經濟與社會的運轉，是社會賴以生存發展的基本物質條件。新中國成立以來，大規模投資建設的基礎設施是對促進我國經濟快速發展、提高生產經營效率、提升人民生活品質起到了無可替代的獨特作用。當前我國的傳統基礎設施建設已取得了讓世人刮目相看的偉大成就，總體水平也越來越向發達國家靠攏。在疫情衝擊下，以“創新驅動、數字賦能和資訊網路”為基本特徵的新基建建設正在成為啟用經濟動能、贏得新機遇的重要戰略舉措。新基建涵蓋了資訊基礎設施、融合基礎設施和創新基礎設施三大建設內容，能源區塊鏈既是資訊基礎設施的基本建設內容，也是能源與區塊鏈融合的基礎設施，同時還是支撐能源產業技術創新的基礎設施。因此把握新基建發展機遇發展能源區塊鏈，對促進行業發展意義重大。
能源區塊鏈新基建主要圍繞以下三個方面展開：一是建設基於區塊鏈技術的能源綜合交易平臺，為簡化交易程式、最佳化結算方式、降低交易成本提供支援；二是普及智慧電錶和物聯網的應用，實現與能源相關的資料採集、資料介面和資訊傳輸等功能；三是集中研發力量開發能源區塊鏈地層支撐平臺，為行業應用打下堅實基礎。
03
以聯盟鏈為重點建立各類應用示範
從我國能源管理的基本特點來看，應用區塊鏈中的聯盟鏈進行能源區塊鏈的建設和管理是理想的選擇。聯盟鏈是指有若干機構或組織共同參與管理的區塊鏈，他們各自執行著一個或多個節點，共同記錄交易資料，資料只允許系統內各參與方之間共享。聯盟鏈作為支援分散式業務運作的基礎元件，更能滿足多方對等合作與合規有序的發展要求。與具有完全去中心化特徵的公有鏈不同，聯盟鏈具有弱中心化的特徵，只有經過許可的參與者才能加入聯盟鏈，並獲得記錄資料、確認和驗證等許可權。
由於能源行業的上下游參與者十分廣泛，每一個業務環節又有較多的參與者，以聯盟鏈的形式構建包括各類參與企業、使用者、監管者、系統開發和管理維護人員等在內的參與體系，形成多元化的數字生態，創新管理模式和運營機制。當前，能源聯盟鏈的應用還不多，需要不斷積累經驗，並透過應用示範的方式能形成更多可以推廣的案例，為行業推廣應用提供更多的範例。
04
以能源區塊鏈助力新能源發展壯大
國家發展改革委、國家能源局釋出的《能源生產和消費革命戰略（2016-2030）》明確，到2030年，非化石能源發電量佔全部發電量的比重力爭達到50%，為了實現這個目標，我國必須大力發展風能、太陽能，同時要提高發電效率，降低發電成本，促進新能源與常規電力展開同等競爭。新能源的發展必須克服發展過程中存在的各種障礙，能源區塊鏈必將發揮十分重要的作用。
國網青海電力公司和深圳前海益鏈網路公司共同開發的“基於區塊鏈的共享儲能應用平臺”，已成為我國新能源領域的開拓者，取得了很好的效果。青海是我國新能源裝機佔比最高的省份，建成了全國首條清潔能源特高壓通道，但由於新能源發電的波動性強，使新能源電力的消納成為制約因素，導致新能源的棄電率居高不下，2019年達到了5.8%。由於儲能系統建設的投資大、加上新能源儲能的市場和價格機制不完善，於是合作雙方將區塊鏈技術引入新能源輔助服務交易，搭建了以青海省電力調控中心為盟主的共享儲能調峰市場交易聯盟鏈，有效地解決了儲能調峰交易結果資料存證、智慧合約清分結算和財務通證記賬以及電費資產證券化等問題，提升了市場交易的公信力。基於區塊鏈的新能源資料存證流程十分簡單，交易執行合約和結果作為交易憑據存取在區塊鏈平臺，依託區塊鏈的智慧合約功能完成交易清分和結算，保證了交易從組織申報、出清、執行、清分和結算等各個環節的安全、透明和可信。這一專案自2019年6月正式運營一年來，完成了基於區塊鏈的共享儲能交易累計成交1172筆，增發電量2624萬千瓦時，創造直接經濟效益2100餘萬元，有效解決了現行的新能源和儲能輔助服務交易模式缺少受限判據及交易撮合依據，無法有效計算充放電效率、電量損失及違約失信、交易清分結算量大等難題，大大提升了新能源消納交易效率和透明度，加快新能源及儲能產業質量、效益和動力變革。
青海以透過應用聯盟鏈技術構建能源區塊鏈，切實有效地解決了新能源儲能的難題，取得的成效十分明顯，為我國有效推進能源區塊鏈的發展提供了有益的借鑑。
05
以能源區塊鏈啟用電動汽車發展市場
汽車行業正面臨著電動化、智慧化、共享化、網聯化和環保化的“五化”革命，加快電動汽車的發展是汽車產業轉型升級的一個重要方向。經過多年的快速發展，我國電動汽車保有量有了很大的進步， 截至2019年底，在我國純電動汽車保有量達310萬輛，與2014年不足8萬輛相比，短短五年時間增長了近40倍。但即使如此，在全國2.6億的汽車保有量中還顯得微不足道。與之相配套的充電樁的數量到2020年5月底總數為129.9萬臺，同比增長33.1%，其中公共和私人的充電樁保有量分別為55萬和74.9萬個。可以看出，我國電動汽車產業的發展很大程度上取決於充電樁的建設進度和利用能力，其中應用區塊鏈技術為充電樁的共享、共用提供一個信任機制，對啟用存量的充電樁資源、緩解電動汽車充電難的問題，將提供行之有效的解決方案。
電動汽車區塊鏈應用概念圖
美國JuiceNet公司基於區塊鏈技術構建起了P2P的充電網路，實現了充電樁的資源共享和系統的互聯互通，大大提升了充電樁的利用效率，為我們提供了很好的借鑑。在國內，杭州趣鏈科技正在開展基於區塊鏈的充電樁系統的研究，基本的思路是透過汽車車主對充電行為進行確權並記錄在區塊鏈上，建立以“人、車、樁”為一體的信用體系，以提高多方協作效率，並解決車主支付難的問題，同時構建起以充電、停車、消費為一體的信用體系，是現有信用體系建設的有效補充。與此同時，該公司還將建設基於區塊鏈的充電樁運營管理系統，為充電樁的產權方、運營方、電動車主之間建立起基於區塊鏈的信任關係，為電動汽車擺脫充電的桎梏提供了新的思路。
結束語
廣受關注的區塊鏈技術正在加快與各行業的深度融合，能源業也正迎來與區塊鏈融合發展的難得機會。加快能源區塊鏈更加健康、可持續的發展對我國能源業的轉型升級，並貫徹落實習近平總書記“四個革命、一個合作”（指推動能源消費、供給、技術和體制革命，加強國際合作）重大能源戰略思想都具有重大意義。當前，我國能源區塊鏈的發展還僅僅處在初級階段，面臨著監管政策、技術成熟程度、物理條件限制、成本制約、使用者認同以及系統安全等多方面的挑戰，必須提升認識高度，同時要採取行之有效的措施予以積極的推進。
毋庸置疑，能源區塊鏈的發展是一個重大而又複雜的系統工程，有很多認識需要突破、技術需要研發、實踐需要探索、障礙需要克服，力爭透過若干年卓有成效的探索，走出一條適合我國國情的發展道路。
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