■ 文 /曹 寅

能源行業(yè)的進化從未停止，隨著技術(shù)的進步和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新能源生產(chǎn)和應(yīng)用正在各環(huán)節(jié)上替代化石能源。在生產(chǎn)端，風力發(fā)電和光伏發(fā)電的平價上網(wǎng)目標已經(jīng)不再遙遠；在消費端，電動汽車替代汽柴油汽車的進程雖然剛剛開始，但方向明確，而“能源互聯(lián)網(wǎng)”概念的提出，就是為了應(yīng)對未來能源行業(yè)發(fā)展的新趨勢。

新的生態(tài)帶來的不僅是機會，伴隨而來的還有挑戰(zhàn)。新一輪能源革命解決的不僅僅是能源從哪里來的問題，還有能源由誰生產(chǎn)、由誰管理的問題。以往中心化的集中生產(chǎn)、集中調(diào)配、集中規(guī)劃的能源行業(yè)大一統(tǒng)模式可能會在新能源為主導(dǎo)的時代發(fā)生劇烈調(diào)整。新的能源產(chǎn)業(yè)生態(tài)具體表現(xiàn)為分布式、隨機性、互動性、參與性、市場化等特征。然而，如何應(yīng)對在范式調(diào)整過程中發(fā)生的一系列挑戰(zhàn)，目前并沒有特別好的解決手段。

區(qū)塊鏈技術(shù)與能源互聯(lián)網(wǎng)

他山之石可以攻玉，起源于數(shù)字貨幣領(lǐng)域的區(qū)塊鏈（Blockchain）技術(shù)有潛力成為應(yīng)對未來能源互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)挑戰(zhàn)的重要技術(shù)解決方案之一。區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種分布式共享數(shù)據(jù)庫技術(shù)，在各領(lǐng)域的應(yīng)用研究方興未艾。區(qū)塊鏈技術(shù)的核心功能就是不依靠中心或者第三方機構(gòu)，保障數(shù)據(jù)真實可信，打破信任壁壘，極大降低了業(yè)務(wù)開展所需要的信任成本，促進業(yè)務(wù)的高效開展。區(qū)塊鏈技術(shù)的分布化、透明性、公平性以及公開性與能源互聯(lián)網(wǎng)理念相吻合，其在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用也將進一步推動能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)。

區(qū)塊鏈是一種非常年輕的技術(shù)。2008年年末，“區(qū)塊鏈”一詞才首次出現(xiàn)于一篇發(fā)表在密碼學論壇的論文《比特幣：一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》中，發(fā)表者名叫中本聰（Satoshi Nakamoto），目前大家并不知道此人的真實身份。比特幣是一種在2009年1月初正式上線運行的去中心化數(shù)字貨幣應(yīng)用。論文中將區(qū)塊鏈描述為用于記錄比特幣交易賬目歷史的分布式數(shù)據(jù)庫，但中本聰并沒有給區(qū)塊鏈賦予具體定義。不同于現(xiàn)代國家發(fā)行的貨幣，比特幣由分布式網(wǎng)絡(luò)基于數(shù)學計算產(chǎn)生，總量恒定（2 100萬個，發(fā)行規(guī)律為每4年減半），所有交易由全網(wǎng)節(jié)點共同記賬，確保其不可篡改，依靠密碼學保障網(wǎng)絡(luò)安全，賬戶具有匿名性，軟件的代碼開源、更新與發(fā)展依靠網(wǎng)民社區(qū)自治。

區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一種去中心化的分布式記賬技術(shù)。如果把區(qū)塊鏈看作一個狀態(tài)機，則每次交易就是試圖改變一次狀態(tài)，每次生成區(qū)塊就是參與者對其中包括的所有交易改變狀態(tài)的結(jié)果確認。區(qū)塊鏈是多種技術(shù)的集合，包含了P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、密碼學技術(shù)、共識機制、智能合約等。通過將這些技術(shù)以獨特的方式糅合以及創(chuàng)新應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)時代，區(qū)塊鏈能夠?qū)崿F(xiàn)“1+1＞2”的性能。目前，區(qū)塊鏈技術(shù)自身仍然在快速發(fā)展中，沒有形成統(tǒng)一的標準規(guī)范。

區(qū)塊鏈技術(shù)同能源互聯(lián)網(wǎng)概念有較強的內(nèi)在一致性。從本質(zhì)上來看，能源互聯(lián)網(wǎng)同區(qū)塊鏈技術(shù)都必須構(gòu)建于普遍的智能設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)之上。近幾年，隨著電子產(chǎn)業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的進步和飛速發(fā)展，能源產(chǎn)業(yè)價值鏈的生產(chǎn)—配送—儲存—消費價值環(huán)節(jié)上的各類設(shè)備正在迅速地從機械設(shè)備和模擬設(shè)備升級替換為電子設(shè)備和數(shù)字設(shè)備，軟件定義硬件的趨勢非常明顯。

未來，在能源互聯(lián)網(wǎng)時代，這些數(shù)字設(shè)備將進一步通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)廣泛互聯(lián)化，通過高性能嵌入式設(shè)計獲得本地智能，通過物聯(lián)網(wǎng)獲得云端智能，構(gòu)成基于互聯(lián)網(wǎng)的集群智能設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”商業(yè)模式在能源產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新普及，以及能源市場的深入開放，將不僅僅只有能源生產(chǎn)和配送設(shè)備（如發(fā)電機組、輸配電設(shè)備）才可以實現(xiàn)局域互聯(lián)和智能互動，能源產(chǎn)業(yè)的生態(tài)化和互聯(lián)化將向大量能源消費設(shè)備（如各類家用電器、電動汽車、工業(yè)用電器）拓展。設(shè)備的普遍智能化與互聯(lián)化將和能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展互為表里。

區(qū)塊鏈技術(shù)是實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的重要手段

兩者的特征可以一一對應(yīng)

區(qū)塊鏈技術(shù)同樣強調(diào)價值網(wǎng)絡(luò)參與主體的物聯(lián)化和智能化?；趨^(qū)塊鏈的智能合約，其作用并不是僅僅如其字面所顯示的，只能實現(xiàn)實體或者數(shù)字資產(chǎn)交換功能。智能合約的真正作用在于，基于區(qū)塊鏈的不可篡改和集體共識特征，預(yù)先寫入的代碼可以在無人干預(yù)或者少人干預(yù)的情況下，直接調(diào)用區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)，執(zhí)行所有可以計算的邏輯功能并輸出結(jié)果和執(zhí)行功能。因此，智能合約的真正意義是為區(qū)塊鏈上各主體間的互動提供智能化的規(guī)則，并且可以在無人參與的情況下實現(xiàn)各種復(fù)雜邏輯功能，這種特征被稱為圖靈完備。從這個角度上來看，能源互聯(lián)網(wǎng)的智能設(shè)備網(wǎng)絡(luò)如果要實現(xiàn)完全的無人化智能，恐怕不可能離開區(qū)塊鏈技術(shù)的幫助，尤其是布置在區(qū)塊鏈上的智能合約技術(shù)。

從具體特征角度來看，區(qū)塊鏈技術(shù)也與能源互聯(lián)網(wǎng)的特征一一對應(yīng)。

開放

在能源互聯(lián)網(wǎng)中，取決于開放式的體系結(jié)構(gòu)，信息可以隨時隨地接入與獲取，可再生能源、儲能以及用能裝置可以“即插即用”。區(qū)塊鏈技術(shù)，尤其是公有鏈技術(shù)，節(jié)點的加入幾乎完全開放，任何個人和設(shè)備都可以加入公有鏈網(wǎng)絡(luò)參與記賬和交易。此外，在公有鏈網(wǎng)絡(luò)中，整個系統(tǒng)的運作規(guī)則是公開透明的，對參與者來說，所有數(shù)據(jù)內(nèi)容也是相對公開的。

分享

類似社交網(wǎng)絡(luò)的信息分享機制，在能源互聯(lián)網(wǎng)中，能量交換就近實時動態(tài)進行，以分散式的局部最優(yōu)實現(xiàn)全局能量管理的調(diào)度優(yōu)化。在區(qū)塊鏈中，區(qū)塊鏈構(gòu)建了一整套協(xié)議機制，讓全網(wǎng)的每個節(jié)點在參與記錄數(shù)據(jù)的同時，也參與驗證其他節(jié)點記錄結(jié)果的正確性。只有當全網(wǎng)大部分節(jié)點（甚至所有節(jié)點）都確認記錄的正確性時，該數(shù)據(jù)才會被寫入?yún)^(qū)塊。因此，區(qū)塊鏈系統(tǒng)可以看作是一個信任分享體系。

對等

同傳統(tǒng)電網(wǎng)自頂向下的樹狀結(jié)構(gòu)相比，能源互聯(lián)網(wǎng)的形成是自下而上能量自治單元之間的對等互聯(lián)。在區(qū)塊鏈中，整個網(wǎng)絡(luò)沒有中心化的硬件或者管理機構(gòu)，任意節(jié)點之間的權(quán)利和義務(wù)都是均等的，且某一節(jié)點的損壞或者失去都不會影響整個系統(tǒng)的運作。因此，業(yè)界普遍認為區(qū)塊鏈系統(tǒng)具有極好的健壯性。

互聯(lián)

在能源互聯(lián)網(wǎng)中，不僅能源生產(chǎn)端和消費端實現(xiàn)互聯(lián)，能源生產(chǎn)端和生產(chǎn)端、消費端和消費端也需要實現(xiàn)廣域互聯(lián)。不同形式的能源可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)換和互補，帶來資源配置的廣泛性。不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，區(qū)塊鏈采用P2P技術(shù)，所有節(jié)點兩兩互聯(lián)，實現(xiàn)了絕對意義上的去中心化。

區(qū)塊鏈使能源互聯(lián)網(wǎng)升華

針對性地來看，區(qū)塊鏈同其他信息技術(shù)的結(jié)合，并采用合理的制度安排，可以將能源互聯(lián)網(wǎng)概念在設(shè)計時所提出的系統(tǒng)特征升華到更高層次。

從精確計量升華到保護隱私（可信計量）：數(shù)據(jù)布置在區(qū)塊鏈上，確保不可篡改，公私鑰結(jié)合的非對稱加密保護隱私。

從泛在交互升華到強制信任（泛在交互）：以可信計量為基礎(chǔ)，通過區(qū)塊鏈構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)交互主體之間的低成本的信任傳遞鏈條，實現(xiàn)基于信任的能源互聯(lián)網(wǎng)主體間互操作性。

從自律控制升華到虛實一體（智能自律控制）：通過鏈上代碼，實現(xiàn)以智能合約為表現(xiàn)形式的邏輯功能，并結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)，設(shè)計可信任的預(yù)言機制對外部數(shù)據(jù)簽發(fā)信任，然后輸入智能合約，執(zhí)行邏輯過程，產(chǎn)生可信任的本地指令，在本地完成應(yīng)對隨機外部環(huán)境變化的控制過程。

從優(yōu)化決策升華到間接民主（分布決策）：基于區(qū)塊鏈部署的能源互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間點對點交互，在容忍分區(qū)的前提下，區(qū)塊鏈共識系統(tǒng)必須在可用性（包括效率）和一致性之間做取舍。因此，可以采用分布決策過程，即在因為通信等外部被動原因所產(chǎn)生的分區(qū)之中，或者由系統(tǒng)主動根據(jù)共識形成時間、指令執(zhí)行可行性等內(nèi)部約束條件所產(chǎn)生的最優(yōu)決策分區(qū)之中，先形成分區(qū)內(nèi)節(jié)點之間的局部共識，再基于一致性算法實現(xiàn)分區(qū)間的共識。這種分布并且分級的決策方式避免大量分布式設(shè)備之間為了產(chǎn)生直接共識而導(dǎo)致的復(fù)雜迭代和死循環(huán)無共識，從而可以在實現(xiàn)分布式?jīng)Q策的同時，又兼顧效率。雖然傳統(tǒng)的分布式系統(tǒng)也可以實現(xiàn)分級共識，但是區(qū)塊鏈可以解決傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)的兩大問題，即確保決策的原子性以及對于拜占庭節(jié)點的容忍。所謂原子性，指的是操作序列或者指令系列，就像原子，作為物質(zhì)具備物理化學屬性的最小單位一樣不可被拆分，不容許被打斷，通過區(qū)塊鏈共識機制，分布式系統(tǒng)可以容忍一定數(shù)量的拜占庭節(jié)點。所謂拜占庭節(jié)點，即惡意節(jié)點，惡意節(jié)點可以不受協(xié)議限制做任何事，比如不響應(yīng)、發(fā)送錯誤信息、對不同節(jié)點發(fā)送不同決定、不同錯誤節(jié)點聯(lián)合起來干壞事等。

從廣域協(xié)調(diào)升華到集群智能（廣域融合）：以區(qū)塊鏈為工具，以低成本信任傳遞為手段，實現(xiàn)在能源互聯(lián)網(wǎng)中不同能源主體，以及不同能源系統(tǒng)之間的能量流、信息流、資金流的強耦合，進而將不同主體和不同系統(tǒng)化零為整，融合為一個能源互聯(lián)網(wǎng)超級主體，在廣域內(nèi)形成集群智能。

技術(shù)應(yīng)用還需要不斷探索

目前，全球已經(jīng)有數(shù)家創(chuàng)業(yè)公司在開發(fā)基于區(qū)塊鏈的應(yīng)用。例如，美國紐約布魯克林地區(qū)的TransActive Grid，其目的是在街道間構(gòu)建居民之間去中心化的、自動的P2P能源交易和支付網(wǎng)絡(luò)。可惜的是，由于團隊內(nèi)部對于項目發(fā)展方向存在分歧以及監(jiān)管政策的矛盾，目前此項目已經(jīng)暫停。在澳大利亞也有一家公司在做類似的工作，這個名叫Power Ledger的團隊由當?shù)氐膮^(qū)塊鏈軟件公司 Ledger Assets成立。Power Ledger使用其基于區(qū)塊鏈的軟件構(gòu)建了一個P2P的光伏電力交易系統(tǒng)。但是，Power Ledger項目有一個致命缺陷，其發(fā)行了一款命名為POWR的代幣，此項目要求所有使用Power Ledger平臺的能源銷售及服務(wù)第三方項目都必須購買POWR代幣，否則無法向其客戶提供服務(wù)，這導(dǎo)致Power Ledger生態(tài)上的企業(yè)需要鎖死大量資金，嚴重影響了合作伙伴的積極性。

除了國外企業(yè)，中國也有區(qū)塊鏈企業(yè)在探索將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于各種能源場景中。中國的能源區(qū)塊鏈實驗室是全球第一家實現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)能源應(yīng)用的研發(fā)企業(yè)，也是著名的企業(yè)級區(qū)塊鏈開發(fā)組織Hyperledger Project中唯一的能源行業(yè)成員。能源區(qū)塊鏈實驗室打造了一款服務(wù)綠色資產(chǎn)數(shù)字化的區(qū)塊鏈平臺，提供基于區(qū)塊鏈的綠色資產(chǎn)的數(shù)字化登記和管理功能，服務(wù)的綠色資產(chǎn)包括各類自愿減排額度、用能權(quán)、節(jié)能積分、能源設(shè)備共享經(jīng)濟積分、綠色金融資產(chǎn)等，服務(wù)的市場包括電動汽車、可再生能源、虛擬電廠、工商業(yè)節(jié)能、儲能、綠色金融等領(lǐng)域。此外，能源區(qū)塊鏈實驗室正在專門開發(fā)適用于能源行業(yè)的底層主鏈，能夠在提高效率的同時，實現(xiàn)對于物聯(lián)網(wǎng)的兼容。

但是，由于區(qū)塊鏈技術(shù)目前仍然處于發(fā)展早期，區(qū)塊鏈技術(shù)本身仍有較多技術(shù)問題和發(fā)展模式問題有待解決。從技術(shù)本身來說，區(qū)塊鏈技術(shù)目前仍然處于發(fā)展初期，涉及的各分項技術(shù)仍然較為原始，例如共識機制、加密算法、節(jié)點布置、區(qū)塊容量、讀寫工具等，更不用說將這些分項技術(shù)糅合后的區(qū)塊鏈了。因此，目前的區(qū)塊鏈平臺所表現(xiàn)出來的讀寫性能、可擴展性、開發(fā)便利性、安全性、同既有系統(tǒng)的兼容性都不盡如人意。舉例來說，最先得到應(yīng)用的比特幣區(qū)塊鏈，目前最高交易通量僅為每秒7筆，并且需要多次區(qū)塊確認后才能最終實現(xiàn)清結(jié)算，效率極低。此外，被譽為下一代區(qū)塊鏈平臺的以太坊（Etherum）在2017年發(fā)展最順利的時候發(fā)生了嚴重的黑客事件，導(dǎo)致過億美元資金被盜。由IBM公司牽頭開發(fā)的被大家寄予厚望的企業(yè)級區(qū)塊鏈平臺Hyperledger Fabric，目前仍然處于實驗室階段，成熟發(fā)布尚需時日。

除了技術(shù)挑戰(zhàn)外，技術(shù)以外的問題其實更為棘手。區(qū)塊鏈作為一種去中心化共識技術(shù)，將大大改變各行各業(yè)甚至整個社會的契約關(guān)系。目前，區(qū)塊鏈在主戰(zhàn)場——金融行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)面臨很多桎梏，更何況比金融行業(yè)約束條件更為復(fù)雜的能源行業(yè)。在國內(nèi)電力市場尚未完全開放的情況下，以及分布式發(fā)電設(shè)備仍然處于萌芽發(fā)展的階段，區(qū)塊鏈技術(shù)在能源交易、虛擬電廠管理、電動汽車充放電、多能互補結(jié)算等領(lǐng)域的應(yīng)用仍然為時尚早。相對于目前中心化系統(tǒng)所提供的客戶體驗，基于區(qū)塊鏈的去中心化到底能夠給用戶提供什么附加價值仍然撲朔迷離。因此，如何在能源領(lǐng)域應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，尚需學界和業(yè)界共同探索。