張子立，張晉賓，李云波

ZHANG Zili1，ZHANG Jinbin2，LI Yunbo3

（1.謝菲爾德大學(xué)電子和電氣工程系，謝菲爾德S1 4DE；2.電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京100120；3.北京航空航天大學(xué)杭州創(chuàng)新研究院，杭州310051）

（1.Department of Electronic and Electrical Engineering，the University of Sheffield，Sheffield S1 4DE，UK；2.China Electric Power Planning&Engineering Institute，Beijing 100120，China；3.Hangzhou Innovation Research Institute，Beihang University，Hangzhou 310051，China）

0 引言

信息技術(shù)作為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的助推器，正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。區(qū)塊鏈作為新一代信息技術(shù)的重要組成，是分布式、加密、不可篡改、通證、去中心化等多種計(jì)算機(jī)技術(shù)的復(fù)合體［1］，正在加速與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合，成為強(qiáng)大的新型商業(yè)范式，推動(dòng)形成新的生產(chǎn)關(guān)系與模式。

當(dāng)今世界面臨能源危機(jī)和環(huán)境污染（包括氣候變暖）的雙重壓力，全球能源行業(yè)正在向分布式、綠色低碳、數(shù)字化方面轉(zhuǎn)型，多能流互補(bǔ)的新型能源結(jié)構(gòu)即為其發(fā)展方向之一。區(qū)塊鏈技術(shù)是能源互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的重要實(shí)現(xiàn)手段，是能源轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要杠桿和催化劑，在未來(lái)能源領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，已成為當(dāng)今能源領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。美國(guó)、日本、澳大利亞及歐盟一些國(guó)家和地區(qū)已將區(qū)塊鏈發(fā)展上升為國(guó)家戰(zhàn)略，并從政策和資金等方面大力推動(dòng)能源區(qū)塊鏈技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。國(guó)內(nèi)能源區(qū)塊鏈的研究才剛剛起步，所掌握的區(qū)塊鏈核心技術(shù)和實(shí)際運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)都不足，深入了解和分析國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家前期能源區(qū)塊鏈項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)能源區(qū)塊鏈技術(shù)的健康發(fā)展，具有重要的借鑒意義和參考價(jià)值。

本文介紹了能源區(qū)塊鏈的概念，討論了其技術(shù)架構(gòu)、特征和發(fā)展?jié)摿?，分析了?guó)際上一些發(fā)達(dá)國(guó)家能源區(qū)塊鏈的典型項(xiàng)目，給出了我國(guó)能源區(qū)塊鏈發(fā)展的合理化建議。

1 能源區(qū)塊鏈的概念、特征及發(fā)展?jié)摿?/h2>

1.1 概念及技術(shù)架構(gòu)

區(qū)塊鏈?zhǔn)侵竿ㄟ^(guò)對(duì)交易（數(shù)據(jù)）進(jìn)行加密簽名并分組為塊所構(gòu)成的分布式數(shù)字賬簿。每個(gè)塊在經(jīng)過(guò)驗(yàn)證和達(dá)成共識(shí)后都會(huì)與前一個(gè)塊進(jìn)行加密鏈接。新建立的塊都會(huì)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的分布式賬簿中復(fù)制副本。隨著新塊數(shù)量的不斷增加，對(duì)原有塊的篡改變得越來(lái)越困難。簡(jiǎn)言之，區(qū)塊鏈?zhǔn)怯刹粚儆谌魏螁我粚?shí)體所擁有的、分布式計(jì)算機(jī)簇所管理的、基于時(shí)間戳系列的、不可篡改的數(shù)據(jù)記錄，具有去中心化、透明、不可篡改3個(gè)主要特征。

能源是生命賴以生存和發(fā)展的一種物質(zhì)基礎(chǔ)，通常包括煤炭、石油、天然氣、水能、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等一次能源和電力、焦炭、煤氣、石油制品等二次能源，以及其他新能源和可再生能源?］。能源系統(tǒng)是指將自然界的能源資源轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟?lèi)社會(huì)生產(chǎn)和生活所需的特定能量服務(wù)形式（有效能）的系統(tǒng)，可細(xì)分為電力子系統(tǒng)、石油子系統(tǒng)、可燃?xì)猓ㄈ缣烊粴?、煤氣等）子系統(tǒng)、采暖和制冷子系統(tǒng)等。

盡管當(dāng)前全球并沒(méi)有統(tǒng)一的能源區(qū)塊鏈定義，但通常認(rèn)為能源區(qū)塊鏈?zhǔn)侵冈谀茉搭I(lǐng)域子系統(tǒng)或各個(gè)環(huán)節(jié)（如能源的開(kāi)采、加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、利用、消費(fèi)或能源的生產(chǎn)、交易、投融資、跟蹤/溯源、節(jié)能減排等）中采用區(qū)塊鏈技術(shù)，進(jìn)而達(dá)到去中心化（或去中介化）或少中心化、安全、高效、經(jīng)濟(jì)、便捷等目標(biāo)。能源區(qū)塊鏈?zhǔn)疽鈭D如圖1 所示，其中能源子系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)1可以是包括光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能等在內(nèi)的分布式電站，其既可以是電力供應(yīng)者，也可以是電力消費(fèi)者；能源子系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)n 指的是電力、熱能、冷能等消費(fèi)者，可以是工商用戶，也可以是普通居民用戶。此外，有的節(jié)點(diǎn)（如能源子系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)1、能源子系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)2等）也可擴(kuò)展為單獨(dú)的區(qū)塊鏈，從而與其他節(jié)點(diǎn)間通過(guò)跨鏈等技術(shù)實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈間的互聯(lián)互通。

圖1 能源區(qū)塊鏈?zhǔn)疽鈭DFig.1 Structure of energy blockchain

能源區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。采集層可以采用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）或獨(dú)立的智能表計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其數(shù)據(jù)流可以是單向的也可以是雙向的。共識(shí)層中，PoW 指工作量證明算法，PoS 指權(quán)益證明算法，DPoS 指委托權(quán)益證明算法，PBFT 指實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法，PoET指消逝時(shí)間量證明算法。

圖2 能源區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)Fig.2 Technical framework of energy blockchains

1.2 特征

能源區(qū)塊鏈具有以下主要特征。

（1）去中心化或少中心化。能源區(qū)塊鏈基于端到端的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，采用公有鏈時(shí)，沒(méi)有中心節(jié)點(diǎn)，但當(dāng)采用聯(lián)盟鏈或私有鏈時(shí)，會(huì)有少量的中心節(jié)點(diǎn)。

（2）透明可信。能源區(qū)塊鏈所記錄的數(shù)據(jù)及其更新后的數(shù)據(jù)通常對(duì)每一節(jié)點(diǎn)均是透明的，因而是可信的。多數(shù)區(qū)塊鏈系統(tǒng)對(duì)參與人員開(kāi)放，所記錄的賬簿可公開(kāi)復(fù)核，可利用區(qū)塊鏈技術(shù)來(lái)創(chuàng)建所期望的分布式應(yīng)用。

（3）自治性。基于共識(shí)算法和智能合約機(jī)制等，能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的每一節(jié)點(diǎn)可安全傳送或更新數(shù)據(jù)，無(wú)須人工介入，即可自動(dòng)執(zhí)行相關(guān)分布式應(yīng)用。

（4）可追溯性。在不同的記賬節(jié)點(diǎn)上有著相同的賬簿副本（數(shù)據(jù)備份），且相關(guān)數(shù)據(jù)記錄均經(jīng)過(guò)簽名確認(rèn)并帶有時(shí)間戳，因而可對(duì)交易（數(shù)據(jù)）進(jìn)行溯源或追蹤。

（5）匿名性。區(qū)塊鏈解決了節(jié)點(diǎn)間的可信問(wèn)題，故數(shù)據(jù)傳輸甚至交易均可是匿名的，僅需知曉用戶的區(qū)塊鏈地址即可［3-4］。

（6）受監(jiān)管性。鑒于能源屬于重要的戰(zhàn)略物資和生活要素，關(guān)系國(guó)計(jì)民生，故服務(wù)于能源系統(tǒng)的能源區(qū)塊鏈（如建設(shè)、運(yùn)營(yíng)）會(huì)受到政府相關(guān)部門(mén)的監(jiān)管，特別是當(dāng)其規(guī)?；蚍?wù)范圍較大時(shí)。

（7）泛預(yù)言機(jī)（Oracle）化。預(yù)言機(jī)是實(shí)現(xiàn)鏈內(nèi)和鏈外數(shù)據(jù)交互的機(jī)制。區(qū)塊鏈自身是一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界隔離的封閉系統(tǒng)，能源區(qū)塊鏈需通過(guò)分布廣泛的預(yù)言機(jī)（如遍布千家萬(wàn)戶的智能電表）隨時(shí)讀取能源實(shí)體信息或控制能源資產(chǎn)。

1.3 發(fā)展?jié)摿?/h3>

能源區(qū)塊鏈具有極大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿?。?jù)英國(guó)Technavio 研究機(jī)構(gòu)于2020 年3 月發(fā)布的《Global Blockchain Technology in Energy Market 2020—2024》報(bào)告，利用區(qū)塊鏈技術(shù)可防止電網(wǎng)故障，能源區(qū)塊鏈具有巨大的市場(chǎng)增長(zhǎng)機(jī)會(huì)，預(yù)計(jì)從2020年到2024 年的5 年內(nèi)，能源區(qū)塊鏈?zhǔn)袌?chǎng)將增長(zhǎng)2.8 億美元［5］；據(jù) 美 國(guó)Market Study Report 公 司 發(fā) 布 的《Blockchain Technology in the Energy Sector Market》（能源行業(yè)市場(chǎng)區(qū)塊鏈技術(shù)）報(bào)告，隨著區(qū)塊鏈即服務(wù)（Blockchain-as-a-Service，BaaS）的日益普及和數(shù)字加密貨幣（如比特幣、以太幣等）市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，區(qū)塊鏈技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸增多。由于高交易速度和不可篡改性，商家越來(lái)越多地接受數(shù)字加密貨幣。移動(dòng)設(shè)備的日益普及、移動(dòng)寬帶速度的提高和成本的降低又進(jìn)一步支持了全球區(qū)塊鏈技術(shù)在能源行業(yè)市場(chǎng)的增長(zhǎng)。到2026年，能源區(qū)塊鏈?zhǔn)袌?chǎng)的價(jià)值預(yù)計(jì)將超過(guò)102億美元［6］。

2 能源區(qū)塊鏈典型工程項(xiàng)目

區(qū)塊鏈技術(shù)仍處于成長(zhǎng)發(fā)展期，但由于區(qū)塊鏈在能源領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ瑖?guó)外一些能源企業(yè)或初創(chuàng)公司已基于試驗(yàn)示范先行、規(guī)模由小到大、積累經(jīng)驗(yàn)后依次推進(jìn)的原則開(kāi)展了能源區(qū)塊鏈工程項(xiàng)目的探索和實(shí)踐。

2.1 布魯克林微網(wǎng)項(xiàng)目

布魯克林微網(wǎng)（BMG）位于美國(guó)紐約市布魯克林區(qū)，BMG 項(xiàng)目由LO3 Energy 和ConsenSys 成立的合資公司TransActive Grid 負(fù)責(zé)，并與西門(mén)子數(shù)字電網(wǎng)和西門(mén)子啟動(dòng)融資商next47合作。該項(xiàng)目是國(guó)際上第1 個(gè)能源區(qū)塊鏈的工程應(yīng)用實(shí)例［7］，其目的是先期測(cè)試在微網(wǎng)（由光伏發(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能等組成）中如何利用區(qū)塊鏈前沿技術(shù)，后續(xù)再進(jìn)行熱網(wǎng)測(cè)試，以期在社區(qū)成員間建立可自由進(jìn)行對(duì)等能源交易的局部能源市場(chǎng)，用以提高用能的可靠性和便利性，減少電網(wǎng)等故障對(duì)社區(qū)用能的沖擊。

BMG項(xiàng)目的拓?fù)鋱D如圖3所示。該項(xiàng)目可視為典型的賽博物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS），即由基于區(qū)塊鏈的社區(qū)能源市場(chǎng)信息平臺(tái)和物理微網(wǎng)2 大部分組成。賽博層采用基于Tendermint 共識(shí)規(guī)約的私有鏈，物理層在原有模擬電表旁加裝TransActive 電網(wǎng)智能電表，在項(xiàng)目初期用戶可用模擬電表來(lái)驗(yàn)證智能電表讀數(shù)的正確性［8］。所有電力流均在電網(wǎng)物理設(shè)施中流動(dòng)，而信息則在賽博層信息系統(tǒng)中傳輸。通過(guò)智能電表采集生產(chǎn)型、消費(fèi)型、生產(chǎn)/消費(fèi)型各自的用電量或發(fā)電量并傳輸至對(duì)應(yīng)的區(qū)塊鏈賬戶；市場(chǎng)和定價(jià)機(jī)制以15 min 時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行2 次電價(jià)拍賣(mài)為1 個(gè)周期，基于售電方和用電方要約，形成雙方確定的電價(jià)；智能合約用于自動(dòng)和安全地完成并記錄電量交易，一旦交易完成，即將新創(chuàng)建的包括全部當(dāng)前交易信息的區(qū)塊加入到區(qū)塊鏈中，所需的相關(guān)信息也通過(guò)區(qū)塊鏈賬戶發(fā)送到相關(guān)代理，由此基于BaaS 便實(shí)現(xiàn)了售電側(cè)和用電側(cè)的有效交易服務(wù)和管理。

圖3 BMG項(xiàng)目拓?fù)銯ig.3 Topology of the BMG project

BMG 項(xiàng)目私有鏈所采用的Tendermint 是一種基于異步、狀態(tài)機(jī)機(jī)理的BFT 共識(shí)規(guī)約，主要包括共識(shí)引擎和通用應(yīng)用接口2個(gè)主要部分。共識(shí)引擎是Tendermint 內(nèi)核，其功用是確保每一節(jié)點(diǎn)上的交易記錄的順序和內(nèi)容正確；通用應(yīng)用接口為通用區(qū)塊鏈接口（ABCI），用于使交易在任何編程語(yǔ)言下均可得以處理［9］。Tendermint 共識(shí)規(guī)約易于使用、理解、容錯(cuò)性能高，即使有1/3 節(jié)點(diǎn)以任意方式出現(xiàn)任何故障，Tendermint 也能正常工作，特別適合于各種分布式應(yīng)用程序。

BMG 項(xiàng)目初期于2016 年先在2 個(gè)住戶間進(jìn)行了為期3 個(gè)月的P2P（端到端）交易試運(yùn)行，后又?jǐn)U展到10 個(gè)住戶（其中5 個(gè)住戶裝有光伏板，可將其剩余的電量售給另外5 個(gè)鄰居住戶）。BMG 項(xiàng)目近期又獲準(zhǔn)于2020 年啟動(dòng)為期12 個(gè)月的新試點(diǎn)計(jì)劃，項(xiàng)目規(guī)模擴(kuò)大到40個(gè)生產(chǎn)/消費(fèi)者和200個(gè)電力用戶。按照紐約州原有管理規(guī)定，只允許電力企業(yè)和獲批的零售服務(wù)商才可出售能源。為此，BMG 已提請(qǐng)州政府建立監(jiān)管沙盒（Regulatory Sandbox）以測(cè)試BMG 項(xiàng)目，從而證明基于區(qū)塊鏈的分布式能源（DER）是一種可行且可操作、可擴(kuò)展的解決方案，可幫助實(shí)現(xiàn)能源改革遠(yuǎn)景行動(dòng)計(jì)劃（Reforming Energy Vision，REV）所設(shè)定的紐約州能源需求的50%來(lái)自可再生能源的目標(biāo)［10］。

2.2 OOC聯(lián)盟油氣田區(qū)塊鏈試驗(yàn)項(xiàng)目

離岸運(yùn)營(yíng)商委員會(huì)（OOC）于2019 年成立了油氣區(qū)塊鏈聯(lián)盟（以下簡(jiǎn)稱OCC 聯(lián)盟），由雪佛龍、康菲石油、挪威石油、?？松梨?、赫斯、馬拉松、諾貝爾能源、先鋒自然資源、雷普索爾和殼牌等10 家國(guó)際知名石油和天然氣成員公司組成，旨在研究和弄清區(qū)塊鏈在其整個(gè)工業(yè)價(jià)值鏈中的用例，建立油氣行業(yè)區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用框架和指南，以解決所面臨的共同發(fā)展的難題。OOC 聯(lián)盟首個(gè)油氣田區(qū)塊鏈試驗(yàn)項(xiàng)目的執(zhí)行對(duì)象是位于美國(guó)北達(dá)科他州的貝肯（Bakken）油氣田的5個(gè)挪威石油油井及液態(tài)成品的物流、運(yùn)輸和中間處理，采用的是美國(guó)Data Gumbo公司開(kāi)發(fā)的基于GumboNet 區(qū)塊鏈網(wǎng)（該技術(shù)獲得了Frost&Sullivan 授予的“2019北美技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)”和Hart 能源授予的“2020 能源創(chuàng)新獎(jiǎng)”）的BaaS 平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了從現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)、運(yùn)輸、中間處理，直至發(fā)票付款等油氣田液態(tài)成品全過(guò)程物流的自動(dòng)化，這是國(guó)際上首個(gè)工業(yè)級(jí)的區(qū)塊鏈原生網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)在油氣田所生產(chǎn)的液態(tài)成品上的用例。GumboNet 區(qū)塊鏈網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景如圖4 所示。場(chǎng)景1 為“運(yùn)輸票務(wù)”，實(shí)現(xiàn)了從油氣田井至處理場(chǎng)所全過(guò)程的數(shù)字化票務(wù)，具有降低管理費(fèi)用、減少爭(zhēng)議和審計(jì)的優(yōu)點(diǎn)；場(chǎng)景2 為“AFE 表決”（AFE 為用于聯(lián)合經(jīng)營(yíng)協(xié)議所管理的資本項(xiàng)目獲批和參與的常用工具），實(shí)現(xiàn)了表決共享和批準(zhǔn)流程的數(shù)字化，具有縮短表決周期、提高狀態(tài)跟蹤透明度、降低管理費(fèi)用、減少爭(zhēng)議和審計(jì)的特點(diǎn)；場(chǎng)景3 為“JIB（聯(lián)合利息單據(jù)）交換”，實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合計(jì)息收付款流程的集成，具有更短的流程、更高的狀態(tài)跟蹤透明度、更低的管理費(fèi)用、最大程度減少爭(zhēng)議和審計(jì)的優(yōu)點(diǎn)；場(chǎng)景4為“重要數(shù)據(jù)管理”，實(shí)現(xiàn)了重要數(shù)據(jù)數(shù)字版權(quán)的自動(dòng)化，提高了訪問(wèn)重要數(shù)據(jù)數(shù)字圖書(shū)館及其版權(quán)的便捷性，支持業(yè)務(wù)交換和權(quán)限管理，并在商業(yè)并購(gòu)后可自動(dòng)更新相關(guān)數(shù)據(jù)。

該試點(diǎn)項(xiàng)目取得的初步成果如下。

（1）將當(dāng)前過(guò)程工作流時(shí)長(zhǎng)從90～120 d 降到1～7 d，步序從16個(gè)降到7個(gè)，全過(guò)程零人工干預(yù)。

（2）根據(jù)多方數(shù)據(jù)進(jìn)行的全部容積測(cè)量值的驗(yàn)證工作有85%是自動(dòng)完成，將來(lái)可能實(shí)現(xiàn)接近100%。

（3）驗(yàn)證通過(guò)后自動(dòng)觸發(fā)相關(guān)發(fā)票交易的執(zhí)行。智能合約保證了付款與現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)的一致性，降低了財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 GumboNet區(qū)塊鏈網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景Fig.4 Application cases of the GumboNet blockchain

（4）與當(dāng)前的業(yè)務(wù)流程相比較，可為運(yùn)營(yíng)商和運(yùn)輸公司挖掘出25%～35%的潛在可利用資源。

通過(guò)該試點(diǎn)，驗(yàn)證了區(qū)塊鏈在降低油氣商運(yùn)營(yíng)成本，提高生產(chǎn)和物流效率，提高透明度和消除油氣行業(yè)間商務(wù)糾紛方面的巨大優(yōu)勢(shì)。因此，OOC 計(jì)劃繼續(xù)擴(kuò)大區(qū)塊鏈的試點(diǎn)范圍，并將應(yīng)用范圍擴(kuò)充至其他商品和服務(wù)，以促進(jìn)全行業(yè)進(jìn)一步節(jié)約成本和提高效率［11］。

2.3 基于區(qū)塊鏈的可再生能源金融和交易項(xiàng)目

為加快能源轉(zhuǎn)型，提升可再生能源在能源總量中的占比，國(guó)際上一些區(qū)塊鏈的初創(chuàng)公司（如立陶宛WePower UAB、澳 大 利 亞Power Ledger、德 國(guó)Conjoule GmbH 等），一是利用區(qū)塊鏈的通證（或代幣）功能，衍生出一種新的能源融資方式——數(shù)字貨幣首次公開(kāi)募資（Initial Coin Offering，ICO），為可再生能源的建設(shè)或運(yùn)營(yíng)募集資金；二是利用區(qū)塊鏈所具有的安全、公開(kāi)透明和可追溯的交易功能，在可再生能源生產(chǎn)商和消費(fèi)者之間搭建起可再生能源的公開(kāi)拍賣(mài)、交易平臺(tái)。

以WePower UAB 所建立的WePower 平臺(tái)為例，該平臺(tái)是一個(gè)基于區(qū)塊鏈的綠色能源金融和交易平臺(tái)（包括云平臺(tái)、異步集成層、以太坊主網(wǎng)），通過(guò)利用基于以太坊的智能能源合約，將可再生能源通證化，并置入?yún)^(qū)塊鏈中，從而實(shí)現(xiàn)能源商品的便利化，可使人人都參與綠色能源的買(mǎi)賣(mài)。WePower 研發(fā)及應(yīng)用時(shí)間表如圖5所示。

圖5 WePower研發(fā)及應(yīng)用時(shí)間表Fig.5 Development and application timeline for WePower

第1 個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目啟動(dòng)于2017 年9 月，擬將愛(ài)沙尼亞整個(gè)國(guó)家的能源消耗和生產(chǎn)數(shù)據(jù)通證化，建立國(guó)家級(jí)的基于以太坊區(qū)塊鏈的綠色能源金融和交易平臺(tái)。其所完成的準(zhǔn)備工作包括智能合約、詳細(xì)的測(cè)試試驗(yàn)計(jì)劃、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和集成等。電子錢(qián)包結(jié)構(gòu)測(cè)試是指對(duì)私鑰管理安全和高效方案的測(cè)試和試驗(yàn)；動(dòng)態(tài)試驗(yàn)是指能源智能合約二級(jí)市場(chǎng)的各個(gè)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)；技術(shù)試驗(yàn)指與以太坊基線進(jìn)行各項(xiàng)比對(duì)試驗(yàn)，以期達(dá)成支持WePower 業(yè)務(wù)模型的最優(yōu)區(qū)塊鏈。2019年4季度WePower進(jìn)行了虛擬電廠概念準(zhǔn)備和其他新技術(shù)試驗(yàn)［12］。至今，已將愛(ài)沙尼亞26 000 h 和24 TW·h 的能源消耗和生產(chǎn)數(shù)據(jù)置入?yún)^(qū)塊鏈中，生成了約390 億個(gè)智能能源通證［13］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，57.4%的交易可在不到5 min 內(nèi)得以確認(rèn)（包括在區(qū)塊中），超過(guò)25.0%的交易在60 s 內(nèi)被確認(rèn)，10.6%的交易處理時(shí)間小于15 s，系統(tǒng)處理性能較優(yōu)［14］。各區(qū)段交易確認(rèn)時(shí)間分布如圖6所示。

圖6 WePower交易確認(rèn)時(shí)間分布Fig.6 Transaction confirmation time distribution of WePower

此外，WePower也已開(kāi)始在澳大利亞、西班牙等國(guó)家推廣應(yīng)用。

通過(guò)WePower 平臺(tái)，建立了革命性的新型綠色能源交易市場(chǎng)，克服了傳統(tǒng)購(gòu)電協(xié)議（PPA）僅限于1～3 家購(gòu)電方，購(gòu)電協(xié)議談判過(guò)程長(zhǎng)、耗費(fèi)高，電力市場(chǎng)流動(dòng)性差、透明度低等方面的不足，使得普通用戶也可直接從風(fēng)/光發(fā)電商處直接購(gòu)買(mǎi)綠色能源，從而降低了可再生能源運(yùn)營(yíng)成本，促進(jìn)了可再生能源的可持續(xù)發(fā)展。

2.4 可再生能源溯源與跟蹤項(xiàng)目

可再生能源證書(shū)（REC）也稱綠證，是指基于市場(chǎng)的、用于表示可再生能源發(fā)電的環(huán)境、社會(huì)和其他非電力屬性（如可再生燃料類(lèi)型、可再生設(shè)施位置、項(xiàng)目銘牌容量、可再生能源排放率、追蹤系統(tǒng)標(biāo)志等）產(chǎn)權(quán)的正式法律文本。當(dāng)可再生能源發(fā)電量達(dá)1 MW·h 并輸送到電網(wǎng)時(shí)，即發(fā)出REC。可通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行REC 中可再生能源屬性的溯源與跟蹤，以確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性、可靠性和安全性。

總部位于西班牙的可再生能源巨頭Iberdrola，與Kutxabank 銀行合作，于2019 年年初已完成了該方面的試驗(yàn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目范圍包括西班牙國(guó)內(nèi)的3個(gè)可再生能源電站，分別是位于比斯開(kāi)省的Oiz 風(fēng)電場(chǎng)、瓜達(dá)拉哈拉省的Maranchón 風(fēng)電場(chǎng)、加利西亞地區(qū)的San Esteban 水電站。這些清潔能源隨后被位于Basque 的Kutxabank 銀行總部及其地點(diǎn)的用戶所消納。項(xiàng)目采用能源網(wǎng)基金會(huì)（Energy Web Foundation）的開(kāi)源區(qū)塊鏈平臺(tái)，以滿足能源部門(mén)的監(jiān)管、運(yùn)營(yíng)和市場(chǎng)要求；項(xiàng)目方也開(kāi)發(fā)了對(duì)用戶友好的網(wǎng)絡(luò)界面，允許用戶查看過(guò)程數(shù)據(jù)，并識(shí)別所消耗的綠色能源來(lái)自哪些電站。

區(qū)塊鏈技術(shù)是一種高效的可再生能源分配方式，可依用戶意愿，按能源類(lèi)別、等級(jí)等不同屬性，將能源供應(yīng)給對(duì)應(yīng)的用戶。應(yīng)用智能合約技術(shù)，取消代理或中介，當(dāng)約定條件滿足時(shí)，合約可自動(dòng)生效并執(zhí)行，從而簡(jiǎn)化了流程，降低了成本并保護(hù)了隱私。試驗(yàn)結(jié)果表明，可再生能源認(rèn)證進(jìn)程可完全自動(dòng)化，并具有更大程度的可追溯性和可審計(jì)性，使交易變得更加透明和安全。

通過(guò)該區(qū)塊鏈平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了從發(fā)電資產(chǎn)到電力用戶整個(gè)可再生能源供應(yīng)過(guò)程的實(shí)時(shí)跟蹤及溯源，從而可保障用戶真正采用的是100%可再生能源，為可再生能源溯源與跟蹤提供了一個(gè)高效、靈活、透明、節(jié)約的解決方案。試驗(yàn)雙方均認(rèn)為該方案是加速經(jīng)濟(jì)脫碳過(guò)程的關(guān)鍵催化劑［15］。試點(diǎn)項(xiàng)目的成功，增強(qiáng)了Iberdrola的信心，從此將區(qū)塊鏈作為其數(shù)字轉(zhuǎn)型的重要支柱，計(jì)劃在2022 年前投入近50億歐元，將區(qū)塊鏈應(yīng)用范圍從當(dāng)前可再生能源的驗(yàn)證拓展到電子交易和智能表計(jì)的防網(wǎng)絡(luò)攻擊、能源批發(fā)市場(chǎng)的銷(xiāo)售交易、集團(tuán)內(nèi)各個(gè)公司間的合同執(zhí)行等方面。

2.5 電動(dòng)汽車(chē)共享充電站（樁）項(xiàng)目

德國(guó)Innogy Innovation Hub 公司推出了被認(rèn)為是以太坊公有鏈上最早的電動(dòng)汽車(chē)P2P 充電項(xiàng)目——Share＆Charge。該項(xiàng)目于2017 年4 月推出1.0 版本，覆蓋德國(guó)近1 500 個(gè)公共充電站［16］，用戶只需在其智能手機(jī)上安裝名為Share＆Charge 的應(yīng)用程序并完成驗(yàn)證，便可在所有已注冊(cè)的充電樁中選擇合適的充電樁充電。

Share＆Charge 2.0 版本于2018 年年初推出，在原有的商業(yè)電動(dòng)汽車(chē)（EV）充電站基礎(chǔ)上增加了住宅EV 充電樁，使私人電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)入市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了共享充電由公共網(wǎng)絡(luò)到半私人網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充［16］。Share＆Charge 2.0 基于分散的、透明的以太坊區(qū)塊鏈和開(kāi)放充電接口（OCPI）標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約，使住宅和商業(yè)電動(dòng)車(chē)充電站（樁）所有者可向他人出售其電動(dòng)汽車(chē)充電站（樁）中的電量，從而實(shí)現(xiàn)安全便捷地共享電動(dòng)汽車(chē)充電產(chǎn)品和服務(wù)。

Share＆Charge 電動(dòng)汽車(chē)充電P2P 網(wǎng)絡(luò)示意如圖7 所示。充電站（樁）的所有者在安裝“Share＆Charge”授權(quán)應(yīng)用程序（APP）后，可注冊(cè)其充電站（樁）成為賣(mài)家。電動(dòng)車(chē)車(chē)主下載Share＆Charge APP后可訪問(wèn)參與計(jì)劃的所有者或充電站（樁）的位置信息，并導(dǎo)航到最近的充電站（樁）為其汽車(chē)充電。汽車(chē)充電電價(jià)由后臺(tái)程序根據(jù)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)負(fù)荷情況自動(dòng)實(shí)時(shí)確定，也可以由雙方協(xié)商確定。充電結(jié)束后買(mǎi)賣(mài)雙方通過(guò)以太坊完成交易。充電站（樁）所收取的費(fèi)用由Share＆Charge 處理，所有交易信息和發(fā)票都存儲(chǔ)在Share＆Charge 錢(qián)包中，且可隨時(shí)隨地進(jìn)行監(jiān)控和跟蹤［17］。

圖7 Share＆Charge電動(dòng)汽車(chē)充電P2P網(wǎng)絡(luò)示意Fig.7 P2P network of Share＆Charge EV charging piles

基于區(qū)塊鏈的共享充電站（樁）項(xiàng)目不僅讓電動(dòng)汽車(chē)司機(jī)可以方便快捷地使用共享充電站（樁），還可為電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)帶來(lái)以下積極變化。

（1）增加可用的充電位置數(shù)量，促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的普及。P2P 充電只需極少的投資或沒(méi)有任何投資，且僅利用現(xiàn)有的閑置基礎(chǔ)設(shè)施。P2P 充電可使充電站（樁）隨處可見(jiàn)，減輕了車(chē)主的充電焦慮并可促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的普及，從而有利于逐步淘汰油氣車(chē)，以進(jìn)一步改善大氣環(huán)境。

（2）促進(jìn)車(chē)輛到電網(wǎng)（Vehicle-to-Grid，V2G）技術(shù)的發(fā)展。使用V2G 技術(shù)可將暫不使用且具有雙向充電功能的電動(dòng)汽車(chē)用作儲(chǔ)能電池，在用電低谷時(shí)買(mǎi)電，在用電高峰時(shí)賣(mài)電，從而起到電網(wǎng)“削峰填谷”的作用，這不僅為消費(fèi)者提供了盈利機(jī)會(huì)，而且還有助于緩解電網(wǎng)的供需失衡。

此外，區(qū)塊鏈還可賦能于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）、資產(chǎn)管理乃至電網(wǎng)管理等。美國(guó)Filament 公司早在2018 年就推出了Blocklet 芯片硬件及軟件解決方案，支持Hyperledger Sawtooth 等開(kāi)源區(qū)塊鏈平臺(tái)。若將Blocklet 芯片嵌入機(jī)器、儀表或其他邊緣設(shè)備中，便可實(shí)現(xiàn)嵌入設(shè)備與區(qū)塊鏈的安全交互和交易、實(shí)時(shí)監(jiān)視、資產(chǎn)跟蹤和資產(chǎn)管理等功能［18］。國(guó)外已有電網(wǎng)公司將該Blocklet 芯片植入運(yùn)動(dòng)傳感器，并安裝在輸電桿塔上，用于檢測(cè)或報(bào)警桿塔的倒塌，實(shí)現(xiàn)輸配網(wǎng)的高效管理。德國(guó)PONTON 公司推出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)、用于電網(wǎng)實(shí)時(shí)管理的軟件——Gridchain（電網(wǎng)鏈），旨在提升電網(wǎng)發(fā)電、輸電、配電、調(diào)度等之間的協(xié)調(diào)性，并為電網(wǎng)擁塞管理提供解決方案?；贓.ON，RWE 等超過(guò)40 個(gè)歐洲能源公司的要求，PONTON從2017年5月開(kāi)始研發(fā)，2 年后推出了Enerchain 1.0，這是首個(gè)基于區(qū)塊鏈的能源分布交易基礎(chǔ)設(shè)施，采用WRMHL 區(qū)塊鏈架構(gòu)，于2019年5月20日正式上線運(yùn)行。取得了平均端到端事務(wù)延遲小于1 s、建塊時(shí)間不超過(guò)1 s 的優(yōu)良性能，特別適用于需在參與者之間實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)同步的交易過(guò)程［19］。

3 對(duì)我國(guó)能源區(qū)塊鏈發(fā)展的建議

基于國(guó)際能源區(qū)塊鏈的發(fā)展歷程及典型項(xiàng)目，結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，建議我國(guó)能源區(qū)塊鏈發(fā)展從以下幾方面著手。

（1）政策支持。能源區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)新生事物，是一種顛覆性的創(chuàng)新，其去中心化、去中介、分布式等特征，會(huì)對(duì)我國(guó)已有的能源結(jié)構(gòu)、運(yùn)營(yíng)模式和管理模式等帶來(lái)巨大的影響，并會(huì)打破并重新調(diào)整能源系統(tǒng)各方的利益鏈條。因而局部寬松的政策環(huán)境和能源主管部門(mén)的支持對(duì)能源區(qū)塊鏈的良性發(fā)展至關(guān)重要。建議政府能源主管部門(mén)積極開(kāi)展能源區(qū)塊鏈的“沙盒”驗(yàn)證，支持能源行業(yè)各方與科研院所、區(qū)塊鏈相關(guān)協(xié)會(huì)和聯(lián)盟等共同構(gòu)建完善的能源區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。

（2）融資環(huán)境。較之區(qū)塊鏈在金融等領(lǐng)域的應(yīng)用，我國(guó)能源區(qū)塊鏈應(yīng)用尚處于起步階段，還需克服能源監(jiān)管、處理性能、隱私與安全、能效等多方面的技術(shù)挑戰(zhàn)。國(guó)外能源區(qū)塊鏈的初創(chuàng)企業(yè)在研發(fā)階段大都獲得過(guò)風(fēng)險(xiǎn)投資、大型能源企業(yè)等的資金支持。相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)能源區(qū)塊鏈的技術(shù)基礎(chǔ)更加薄弱，技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)更大，需要的資金投入會(huì)更多，因而更需一個(gè)有利的融資環(huán)境，以解決能源區(qū)塊鏈創(chuàng)新融資難、融資貴等一系列難題。

（3）專業(yè)人才培養(yǎng)。區(qū)塊鏈?zhǔn)菙?shù)據(jù)庫(kù)、密碼學(xué)、對(duì)等網(wǎng)絡(luò)、共識(shí)機(jī)制等多學(xué)科融合的技術(shù)體系，是一種仍處于發(fā)展中的新興技術(shù)，側(cè)鏈、跨鏈交互、共識(shí)算法等仍在不斷創(chuàng)新，零知識(shí)證明、同態(tài)加密、安全多方計(jì)算、云計(jì)算、人工智能、IIoT、大數(shù)據(jù)、量子計(jì)算等新理論和新一代信息技術(shù)不斷引入，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)區(qū)塊鏈綜合專業(yè)技術(shù)人才更加缺乏。因此，需加大加快跨專業(yè)的復(fù)合型區(qū)塊鏈專業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)，使之既通曉區(qū)塊鏈及其他信息技術(shù)，還對(duì)能源行業(yè)的技術(shù)十分了解，如此才能促進(jìn)我國(guó)能源區(qū)塊鏈的快速成長(zhǎng)。

（4）標(biāo)準(zhǔn)體系。當(dāng)前市面上的區(qū)塊鏈規(guī)約五花八門(mén)，急需建立能源區(qū)塊鏈/分布式賬簿的標(biāo)準(zhǔn)體系，以實(shí)現(xiàn)不同區(qū)塊鏈之間的互操作性，規(guī)范與能源區(qū)塊鏈相關(guān)的監(jiān)管、安全、隱私、數(shù)據(jù)治理、應(yīng)用等事務(wù)或行為。另外，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)，還可搭建與已有能源標(biāo)準(zhǔn)間的互操作性和兼容性，滿足能源區(qū)塊鏈健康可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。

（5）核心技術(shù)自主可控。區(qū)塊鏈包括對(duì)等網(wǎng)絡(luò)、分布式賬簿、共識(shí)算法、智能合約、密碼學(xué)、互操作、隱私保護(hù)、跨鏈交互、鏈擴(kuò)展等核心關(guān)鍵技術(shù)。需密切跟蹤國(guó)際區(qū)塊鏈的發(fā)展動(dòng)態(tài)，加快推進(jìn)我國(guó)能源區(qū)塊鏈核心關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)及應(yīng)用，如電網(wǎng)優(yōu)化控制與管理、計(jì)量/能源交易代理、分布式能源交易、綠證及碳交易、資產(chǎn)管理、IIoT、功能安全和網(wǎng)絡(luò)安全、能源監(jiān)管等的自主研發(fā)，開(kāi)展相關(guān)區(qū)塊鏈解決方案和產(chǎn)品的研發(fā)、集成、測(cè)試、示范、推廣應(yīng)用，以期形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的能源區(qū)塊鏈成果。

（6）加強(qiáng)應(yīng)用場(chǎng)景研究，推動(dòng)試點(diǎn)項(xiàng)目落地。需結(jié)合區(qū)塊鏈的特點(diǎn)及能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的戰(zhàn)略需求，找準(zhǔn)能源行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵點(diǎn)和痛點(diǎn)，以能源生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、交易、利用等全過(guò)程和能源的全生命周期為視角，做好能源區(qū)塊鏈的需求分析和核心應(yīng)用場(chǎng)景研究［20-27］。在確定能源區(qū)塊鏈的基準(zhǔn)、關(guān)鍵性能指標(biāo)和平臺(tái)后，繼而進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析、成本/效益分析，編制切實(shí)可行的工程實(shí)施方案，并進(jìn)行相應(yīng)的分階段應(yīng)用項(xiàng)目試點(diǎn)，從而推動(dòng)我國(guó)能源區(qū)塊鏈科學(xué)有序的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

能源區(qū)塊鏈?zhǔn)且豁?xiàng)顛覆性的技術(shù)，國(guó)際上一些區(qū)塊鏈初創(chuàng)企業(yè)和能源行業(yè)巨頭已開(kāi)始在微電網(wǎng)、P2P 交易、溯源與跟蹤、油氣田開(kāi)采及運(yùn)輸過(guò)程管理、電動(dòng)汽車(chē)充電及支付、IIoT、智能電網(wǎng)等方面先行先試。我國(guó)也應(yīng)出臺(tái)促進(jìn)能源區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)發(fā)展的專項(xiàng)政策，全方位加強(qiáng)能源區(qū)塊鏈的協(xié)作攻關(guān)，強(qiáng)化能源區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)研究，分析能源區(qū)塊鏈的主要應(yīng)用場(chǎng)景，鼓勵(lì)能源區(qū)塊鏈各方面應(yīng)用的落地試點(diǎn)，搭建能源區(qū)塊鏈的開(kāi)源創(chuàng)新生態(tài)，使能源區(qū)塊鏈盡早成為我國(guó)能源轉(zhuǎn)型升級(jí)的催化劑和助推器。