顏 擁，陳星鶯，文福拴，郭少勇

（1.河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院，江蘇省南京市 211100；2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，浙江省杭州市 310014；3.浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，浙江省杭州市 310027；4.北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京市 100876）

0 引言

習(xí)近平總書記在中央政治局第十八次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)：把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新重要突破口，加快推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，探索區(qū)塊鏈在能源電力等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用［1］。區(qū)塊鏈已經(jīng)正式列入國家“新基建”的信息基礎(chǔ)設(shè)施。

在能源電力領(lǐng)域，已有不少區(qū)塊鏈的研究和試點(diǎn)應(yīng)用案例?；诠夥l(fā)電計(jì)量數(shù)據(jù)發(fā)行了第1 個(gè)能源行業(yè)的數(shù)字貨幣SolarCoin 來獎(jiǎng)勵(lì)光伏發(fā)電［2］；區(qū)塊鏈創(chuàng)業(yè)公司Bankymoon 研發(fā)了全球第1 個(gè)用比特幣支付的費(fèi)控電表，并在南非開展試點(diǎn)應(yīng)用于全球化的精準(zhǔn)扶貧［3］；美國LO3 能源公司基于以太坊開展了全球第1 個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)（P2P）電力交易試點(diǎn)，光伏發(fā)電用戶可將剩余電量銷售給鄰居［4］；區(qū)塊鏈創(chuàng)業(yè)公司Slock.it 和德國萊茵集團(tuán)（RWE）合作基于以太坊實(shí)現(xiàn)了全球第1 個(gè)基于區(qū)塊鏈的充電支付應(yīng)用［5］；美國Filament 公司把物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合，將能源計(jì)量數(shù)據(jù)直接發(fā)給納斯達(dá)克平臺，自動(dòng)實(shí)時(shí)生成可再生能源證書（renewable energy certificate，REC）［6］；區(qū)塊鏈公司Guardtime 在英國核電站使用無鑰簽名技術(shù)（keyless signature infrastructure，KSI）對數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名驗(yàn)證以提升網(wǎng)絡(luò)安全性［7］。國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院聯(lián)合國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司研發(fā)了自主可控的區(qū)塊鏈底層平臺［8］，已經(jīng)在電子合同、光伏補(bǔ)貼、需求側(cè)響應(yīng)、分布式發(fā)電市場化交易、停電保險(xiǎn)、供應(yīng)鏈金融等場景開展了研究或試點(diǎn)應(yīng)用，且發(fā)布了能源行業(yè)第1 份區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用白皮書［9］。中化集團(tuán)開展了基于區(qū)塊鏈的石油跨境貿(mào)易試點(diǎn)，將跨境貿(mào)易各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的核心單據(jù)進(jìn)行數(shù)字化，以提高效率和降低成本［10］。區(qū)塊鏈在能源電力行業(yè)目前主要應(yīng)用于計(jì)量、支付、交易、溯源等場景［11-13］，區(qū)塊鏈如何與能源系統(tǒng)深入融合還有待進(jìn)一步深入研究。

雖然區(qū)塊鏈在能源電力行業(yè)已有較多的研究和試點(diǎn)應(yīng)用，但由于區(qū)塊鏈的應(yīng)用涉及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多方面的融合，而且不容易理解，導(dǎo)致學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對區(qū)塊鏈認(rèn)知差異較大，對區(qū)塊鏈本身和區(qū)塊鏈在能源電力領(lǐng)域的應(yīng)用均存在諸多爭議。例如，有些專家認(rèn)為傳統(tǒng)中心化方式能解決的問題沒有必要使用成本更高、性能更低的區(qū)塊鏈技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。自2016 年全球首個(gè)能源區(qū)塊鏈實(shí)驗(yàn)室成立時(shí)首次提出能源區(qū)塊鏈一詞以來［14］，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界主要關(guān)注區(qū)塊鏈在能源行業(yè)的應(yīng)用，對能源區(qū)塊鏈定義、內(nèi)涵及其與能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系等尚未進(jìn)行系統(tǒng)的闡述。在此背景下，本文從能源互聯(lián)網(wǎng)的定義出發(fā)，通過對區(qū)塊鏈進(jìn)行深度解析，系統(tǒng)地提出能源區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)理論，分析能源區(qū)塊鏈與能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系和異同；之后，提出能源區(qū)塊鏈應(yīng)用思路、研究框架和發(fā)展路徑，為能源區(qū)塊鏈的研究和應(yīng)用提供參考。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 能源互聯(lián)網(wǎng)概念

能源互聯(lián)網(wǎng)一詞自里夫金在2012 年出版的《第三次工業(yè)革命》中首次提出以來引起廣泛關(guān)注［15］。國家發(fā)改委給出了能源互聯(lián)網(wǎng)的官方定義：能源互聯(lián)網(wǎng)是“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源，一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費(fèi)以及能源市場深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)［16］。能源互聯(lián)網(wǎng)將改變傳統(tǒng)的電、熱（冷）、煤、油、氣等能源“平行流動(dòng)”的狀況，實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)、輸送、存儲、消費(fèi)等各個(gè)環(huán)節(jié)的耦合，使得不同形式能源在諸多環(huán)節(jié)可相互轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)多流網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同運(yùn)行。

1.2 能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展困境

能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展總體呈現(xiàn)以下趨勢：1）能源分布化，電源分布從傳統(tǒng)集中式的大型火電逐步向分布式、綠色能源發(fā)展；2）能源綜合化，供能方式由傳統(tǒng)的單一能源分別供能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡姟幔ɡ洌?、煤、油、氣等多種能源綜合供能；3）業(yè)務(wù)市場化，電力市場等體制改革正推動(dòng)能源業(yè)務(wù)從行政化走向市場化；4）主體多樣化，業(yè)務(wù)市場化和能源多元化將使得市場主體數(shù)量和種類日益增多；5）能源數(shù)字化，大量數(shù)據(jù)采集終端應(yīng)用到能源生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)等各個(gè)環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)支撐著能源生態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)；6）數(shù)據(jù)分散化，數(shù)據(jù)分散在不同主體且因商業(yè)價(jià)值、技術(shù)限制、數(shù)據(jù)安全管理制度等原因無法實(shí)現(xiàn)高效共享和流通。能源行業(yè)存在著技術(shù)、政策、商業(yè)等諸多問題，但都會(huì)集中體現(xiàn)在數(shù)據(jù)信任問題，因此數(shù)據(jù)信任問題已成為能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最大障礙。

在國家能源局的55 個(gè)首批能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中，有41 個(gè)項(xiàng)目被延期或取消；部分項(xiàng)目雖然通過了驗(yàn)收，但能源行業(yè)的價(jià)值鏈并沒有真正打通，各個(gè)行業(yè)之間仍然存在著壁壘，單個(gè)行業(yè)內(nèi)的源、網(wǎng)、荷、儲等多個(gè)環(huán)節(jié)也未能有效協(xié)調(diào)互動(dòng)。同時(shí)，市場機(jī)制尚不完善，不同利益主體難以有效協(xié)同合作，政府、投資方、用能企業(yè)等各個(gè)環(huán)節(jié)的利益主體難以形成利益共同體。能源互聯(lián)網(wǎng)因參與主體多，系統(tǒng)復(fù)雜性強(qiáng)，以及身份的模糊性、資源的多樣性及分布性等特性，導(dǎo)致能量流、信息流、資金流的流向復(fù)雜，在能量流動(dòng)和價(jià)值流動(dòng)過程中交易管理等成本大大增加?；ヂ?lián)網(wǎng)雖然可以實(shí)現(xiàn)信息高速流通，但是由于能源互聯(lián)網(wǎng)中的主體利益博弈和信任問題，無法實(shí)現(xiàn)能源信息和能量的低成本高效流通。

2 區(qū)塊鏈概述

2.1 區(qū)塊鏈定義

區(qū)塊鏈源于比特幣，是比特幣的底層技術(shù)；比特幣是區(qū)塊鏈技術(shù)最早的應(yīng)用。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）給出了區(qū)塊鏈的定義：使用密碼技術(shù)將共識確認(rèn)的區(qū)塊按照順序追加形成的分布式賬本［17］。分布式賬本是一種在網(wǎng)絡(luò)成員之間共享、復(fù)制和同步的數(shù)據(jù)庫，因此區(qū)塊鏈本質(zhì)上也是一種分布式數(shù)據(jù)庫。區(qū)塊鏈和數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)操作方面的主要差別是區(qū)塊鏈不能更新和刪除，而且在增加數(shù)據(jù)時(shí)也需要經(jīng)過節(jié)點(diǎn)共識才能寫入。區(qū)塊鏈通過共識算法可兼容惡意節(jié)點(diǎn)，而傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫無法兼容惡意節(jié)點(diǎn)。區(qū)塊鏈與數(shù)據(jù)庫的比較見表1。

表1 區(qū)塊鏈與數(shù)據(jù)庫Table 1 Blockchain and database

區(qū)塊鏈不僅是一種特殊的分布式數(shù)據(jù)庫，而且還使用了加密算法、點(diǎn)對點(diǎn)（P2P）通信等技術(shù)，并創(chuàng)新了智能合約的實(shí)現(xiàn)方式。通過以上技術(shù)的有機(jī)組合，使得區(qū)塊鏈具有去中心化、不可篡改、可追溯和公開透明等基本特點(diǎn)，并可組合衍生出安全可信等其他特點(diǎn)［18］。文獻(xiàn)［19］對比分析了不同區(qū)塊鏈平臺在技術(shù)架構(gòu)上的差異，公有鏈和聯(lián)盟鏈的技術(shù)架構(gòu)和適用場景存在較大差異。

實(shí)際上，原生的區(qū)塊鏈還應(yīng)結(jié)合基于博弈論等經(jīng)濟(jì)學(xué)提出的激勵(lì)機(jī)制，以此調(diào)動(dòng)各個(gè)參與主體的積極性。激勵(lì)機(jī)制并不是區(qū)塊鏈獨(dú)有的，在現(xiàn)有的公司營銷活動(dòng)中經(jīng)常使用的積分制就是最典型的激勵(lì)機(jī)制，只不過激勵(lì)機(jī)制在區(qū)塊鏈中的表現(xiàn)形式是幣（也被稱為通證、Token、代幣或Coin）。因基于區(qū)塊鏈的數(shù)字貨幣炒作具有較大金融風(fēng)險(xiǎn)，自2017 年中國發(fā)布了針對首次幣發(fā)行（initial coin offering，ICO）的禁令后［20］，國內(nèi)的區(qū)塊鏈幾乎都是沒有激勵(lì)機(jī)制的分布式賬本，采用的技術(shù)架構(gòu)主要是聯(lián)盟鏈。然而，區(qū)塊鏈的幣不僅可用于融資，也可作為某些權(quán)益（比如營銷積分）的數(shù)字化載體。因此，不應(yīng)以是否有幣來區(qū)分區(qū)塊鏈?zhǔn)欠窈弦?guī)，而應(yīng)以幣的用途來界定。用作非法融資和惡意炒作的數(shù)字貨幣應(yīng)被嚴(yán)格禁止發(fā)行，但作為權(quán)益載體的幣就不應(yīng)被一刀切，而應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管并做好引導(dǎo)。

2.2 區(qū)塊鏈的應(yīng)用價(jià)值

區(qū)塊鏈的應(yīng)用價(jià)值一直存在爭議，且傾向于兩個(gè)極端：一是在區(qū)塊鏈上升為國家戰(zhàn)略后將其視為解決現(xiàn)有問題的萬能藥；二是認(rèn)為區(qū)塊鏈能解決的問題使用傳統(tǒng)中心化技術(shù)也能解決，根本不需要使用成本和風(fēng)險(xiǎn)更高的區(qū)塊鏈，甚至將區(qū)塊鏈視為騙局。這兩種極端看法都不客觀，應(yīng)該充分利用區(qū)塊鏈的長處，與其他技術(shù)、管理制度一起來有效解決實(shí)際問題。區(qū)塊鏈通過共識機(jī)制、時(shí)間戳等技術(shù)實(shí)現(xiàn)鏈上數(shù)據(jù)可信，但難以確保鏈下數(shù)據(jù)和上鏈前數(shù)據(jù)源頭可信。在采用區(qū)塊鏈解決現(xiàn)實(shí)中的信任問題時(shí)，通常需引入?yún)^(qū)塊鏈外的可信中心機(jī)制或技術(shù)手段予以輔助［21］。另外，當(dāng)前大多數(shù)區(qū)塊鏈應(yīng)用是對現(xiàn)有業(yè)務(wù)進(jìn)行技術(shù)改造，而區(qū)塊鏈在針對傳統(tǒng)商業(yè)模式設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)中不具備不可替代性，即不用區(qū)塊鏈也能實(shí)現(xiàn)。只有基于區(qū)塊鏈新型商業(yè)模式來設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)，才有可能體現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)的不可替代性。

下文從商業(yè)價(jià)值和技術(shù)價(jià)值兩個(gè)角度分析區(qū)塊鏈的應(yīng)用價(jià)值。

2.2.1 區(qū)塊鏈的商業(yè)價(jià)值

信任是商業(yè)基礎(chǔ)，而區(qū)塊鏈?zhǔn)莿?chuàng)造信任的機(jī)器，將商業(yè)從信任中介轉(zhuǎn)為信任算法，可促進(jìn)數(shù)據(jù)共享、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程、降低運(yùn)營成本、提升協(xié)同效率、建設(shè)可信體系等［1］。區(qū)塊鏈適用于信任成本高的業(yè)務(wù)場景，尤其是參與主體多、流程長、存在利益博弈的場景。

1）數(shù)據(jù)共享可信。區(qū)塊鏈通過共識算法等技術(shù)確保數(shù)據(jù)在不同主體的一致性和可信共享，可有效避免個(gè)別主體可能試圖篡改數(shù)據(jù)的問題，實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)可信”。將相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上鏈存證，一旦相關(guān)方出現(xiàn)分歧，可通過區(qū)塊鏈的可追溯性來提升數(shù)據(jù)的可信度，進(jìn)而消除商業(yè)分歧。區(qū)塊鏈可廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)存證和溯源等場景，有效促進(jìn)數(shù)據(jù)共享和可信體系建設(shè)。

2）業(yè)務(wù)應(yīng)用可信。傳統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用由某個(gè)核心主體來開發(fā)建設(shè)和運(yùn)維，其為了商業(yè)利益有可能采用損害其他主體利益的措施，例如互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)常見的“殺熟”現(xiàn)象。在數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)上，通過智能合約來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用可有效解決類似問題。區(qū)塊鏈采用的智能合約代碼對所有參與主體都是可見的，且所有主體無法篡改，確保“應(yīng)用可信”，從而可實(shí)現(xiàn)跨主體業(yè)務(wù)流程自動(dòng)化和優(yōu)化，進(jìn)而降低運(yùn)營成本和提升協(xié)同效率。

3）新型生產(chǎn)關(guān)系。傳統(tǒng)的公司制采用以股權(quán)為核心的模式，但許多消費(fèi)者、傳播者等也做出了貢獻(xiàn)卻無法獲得相應(yīng)報(bào)酬。區(qū)塊鏈提供了一種以數(shù)字資產(chǎn)為核心、激勵(lì)相容的激勵(lì)機(jī)制，把相關(guān)主體形成利益共同體，讓所有參與主體盡可能發(fā)揮各自的作用，在追求自身利益最大化的前提下實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)所有參與者利益的整體最大化。同時(shí)，區(qū)塊鏈將每個(gè)主體的貢獻(xiàn)值記錄在案，根據(jù)貢獻(xiàn)值大小分配利益，確保整體利益分配的公平、公正、公開。通過區(qū)塊鏈可構(gòu)建分布式自治組織，突破傳統(tǒng)“公司制”的架構(gòu)約束，強(qiáng)調(diào)按貢獻(xiàn)分配而不是純粹按股份分配，為現(xiàn)代商業(yè)創(chuàng)新提供了新思路。

2.2.2 區(qū)塊鏈的技術(shù)價(jià)值

區(qū)塊鏈作為密碼學(xué)等多種技術(shù)的有機(jī)組合，在系統(tǒng)穩(wěn)定性和容錯(cuò)性、數(shù)據(jù)安全性等方面均有獨(dú)特優(yōu)勢。

1）系統(tǒng)穩(wěn)定性。為解決單個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)停運(yùn)可能導(dǎo)致的服務(wù)中斷，通常采用“兩地三中心”（同城、異地，生產(chǎn)中心、同城容災(zāi)中心、異地容災(zāi)中心）的災(zāi)備方案，但是服務(wù)切換過程需要一定時(shí)間，短暫性的服務(wù)中斷有時(shí)無法避免，無法實(shí)現(xiàn)“雙活”（即在用戶無感知的情況下，服務(wù)從一個(gè)數(shù)據(jù)中心迅速切換到另外一個(gè)數(shù)據(jù)中心）。區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)天然的“多活”系統(tǒng)，在部分節(jié)點(diǎn)宕機(jī)、甚至遭受惡意攻擊的情況下整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行，具有較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性和容錯(cuò)性。

2）數(shù)據(jù)安全性。數(shù)據(jù)安全性通常包括完整性、保密性和可用性，區(qū)塊鏈可有效提升這3 個(gè)特性。完整性指在傳輸、存儲數(shù)據(jù)的過程中確保數(shù)據(jù)不被未授權(quán)的篡改、破壞、盜用和丟失，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲方式只需攻破單個(gè)節(jié)點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)篡改，而采用區(qū)塊鏈存儲數(shù)據(jù)時(shí)惡意攻擊者必須控制一定比例的節(jié)點(diǎn)才能成功篡改數(shù)據(jù)，這大幅度增加了篡改數(shù)據(jù)難度，明顯提升了數(shù)據(jù)完整性。保密性指只有被授權(quán)后方可獲得數(shù)據(jù)的有效信息，區(qū)塊鏈采用數(shù)字簽名、非對稱加密等密碼學(xué)技術(shù)可滿足保密性?？捎眯灾附?jīng)授權(quán)的合法用戶必須得到正常系統(tǒng)服務(wù)，而區(qū)塊鏈?zhǔn)菙?shù)據(jù)多點(diǎn)備份，單個(gè)節(jié)點(diǎn)故障或數(shù)據(jù)丟失不影響區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行［22］。

3 能源區(qū)塊鏈

3.1 區(qū)塊鏈與能源互聯(lián)網(wǎng)的特征對比

能源互聯(lián)網(wǎng)的六大特征［16］，區(qū)塊鏈均有相應(yīng)的特點(diǎn)或者功能與之匹配，可見區(qū)塊鏈與能源互聯(lián)網(wǎng)有可能很好地契合［9］。

1）設(shè)備智能：區(qū)塊鏈可通過智能合約自動(dòng)實(shí)現(xiàn)鏈上執(zhí)行，完成能源設(shè)備所需要的智能化操作。

2）多能協(xié)同：區(qū)塊鏈可通過激勵(lì)機(jī)制實(shí)現(xiàn)群體協(xié)作，讓不同種類能源有效協(xié)同互補(bǔ)，提升綜合能源利用效率，降低用能成本。

3）信息對稱：區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)層基于對等通信技術(shù)，且各個(gè)節(jié)點(diǎn)均有全備份信息，可保證不同能源主體間的信息對稱。

4）供需分散：區(qū)塊鏈的核心特征是去中心化，其分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可完美匹配能源供需分散的特點(diǎn)。

5）系統(tǒng)扁平：區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一個(gè)可信分布式賬本，其打通了各個(gè)參與主體，形成了統(tǒng)一的底層平臺，通過確保數(shù)據(jù)可信減少了系統(tǒng)流程，實(shí)現(xiàn)了能源業(yè)務(wù)系統(tǒng)扁平化。

6）交易開放：區(qū)塊鏈可實(shí)現(xiàn)交易信息對所有參與者公開透明，且其對等通信方式具有天然的點(diǎn)對點(diǎn)交易能力，可按照相關(guān)規(guī)則要求對市場參與者開放交易服務(wù)。

能源互聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈的主要特征對比如表2所示。

表2 能源互聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈主要特征對比Table 2 Comparisons of major characteristics between Energy Internet and blockchain

3.2 能源區(qū)塊鏈的定義與內(nèi)涵

“互聯(lián)網(wǎng)+”利用信息通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)的深度融合，從而創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)?；ヂ?lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)傳輸方面可實(shí)現(xiàn)高速低成本，而區(qū)塊鏈則實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可信存儲和可信共享，可對各行業(yè)賦能。筆者參考“互聯(lián)網(wǎng)+”提出了“區(qū)塊鏈+”的概念，并呼吁能源行業(yè)關(guān)注區(qū)塊鏈，重視其在能源行業(yè)尤其是電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［23］。

參考文獻(xiàn)［16］中對能源互聯(lián)網(wǎng)的定義，定義能源區(qū)塊鏈如下：“區(qū)塊鏈+”智慧能源（以下簡稱能源區(qū)塊鏈）是區(qū)塊鏈與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費(fèi)以及能源市場深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一種新形態(tài)。能源區(qū)塊鏈可從3 個(gè)層級來理解：1）物理層實(shí)現(xiàn)物理世界到網(wǎng)絡(luò)數(shù)字空間的映射；2）信息層實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)可信共享；3）價(jià)值層則在主體利益博弈的前提下，結(jié)合能源業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)不同主體之間的激勵(lì)相容與高效協(xié)同。文獻(xiàn)［24］提出的能量元是能源區(qū)塊鏈的參與主體，具有物理屬性和經(jīng)濟(jì)屬性，具備能量當(dāng)量價(jià)值、時(shí)空及價(jià)格標(biāo)簽等性質(zhì)，具有設(shè)備、市場主體等多種形態(tài)。

能源區(qū)塊鏈與能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)有相同之處，都是將先進(jìn)信息技術(shù)、先進(jìn)理念與能源產(chǎn)業(yè)深度融合，推動(dòng)能源行業(yè)新技術(shù)、新模式和新業(yè)態(tài)的興起。能源區(qū)塊鏈?zhǔn)悄茉椿ヂ?lián)網(wǎng)的發(fā)展與延伸，能夠?yàn)樵斐涩F(xiàn)有能源互聯(lián)網(wǎng)難以落地的一些問題提供有效解決方案［18］。前期能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)基本實(shí)現(xiàn)了能源產(chǎn)業(yè)的信息化和數(shù)字化，為能源區(qū)塊鏈提供了基礎(chǔ)設(shè)施。然而，能源區(qū)塊鏈在價(jià)值分布、數(shù)據(jù)權(quán)屬和商業(yè)模式等方面與能源互聯(lián)網(wǎng)有較大差異。

3.2.1 價(jià)值分布

互聯(lián)網(wǎng)基于TCP/IP 等協(xié)議實(shí)現(xiàn)了信息高速傳播，可降低溝通成本、提高效率?；ヂ?lián)網(wǎng)的價(jià)值主要體現(xiàn)在應(yīng)用層，協(xié)議層只解決了通信問題。區(qū)塊鏈的價(jià)值邏輯和互聯(lián)網(wǎng)有明顯不同，在協(xié)議層除了通信協(xié)議外還包括組網(wǎng)方式、共識機(jī)制、存儲機(jī)制、代幣等內(nèi)容［25］。互聯(lián)網(wǎng)解決的是通信問題，對數(shù)據(jù)真實(shí)性不做鑒別；區(qū)塊鏈解決的是信任問題，數(shù)據(jù)都是經(jīng)過共識過程寫入且不可篡改、高度可信。區(qū)塊鏈通過跨鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)交互，未來很有可能出現(xiàn)基于區(qū)塊鏈的互聯(lián)網(wǎng)。相比充滿虛假數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)，區(qū)塊鏈建立了一個(gè)數(shù)據(jù)可信的新型網(wǎng)絡(luò)空間，對互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了價(jià)值過濾。可見，能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了信息的高效傳輸，而能源區(qū)塊鏈則更側(cè)重于價(jià)值傳遞。

3.2.2 數(shù)據(jù)權(quán)屬

數(shù)據(jù)已經(jīng)被中國政府正式確定為生產(chǎn)要素［26］。數(shù)據(jù)參與了價(jià)值創(chuàng)造，其產(chǎn)生的收益應(yīng)該分配給數(shù)據(jù)所有者。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)的所有權(quán)和使用權(quán)不分離，能源用戶產(chǎn)生的海量用能數(shù)據(jù)都屬于能源平臺公司，而生產(chǎn)數(shù)據(jù)的用戶卻無法分享這些數(shù)據(jù)增值所產(chǎn)生的收益，這顯然不合理，也不符合當(dāng)前情況和未來發(fā)展趨勢。在能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，由于數(shù)據(jù)的特殊性很難對數(shù)據(jù)使用情況進(jìn)行確認(rèn)，也就無法對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效確權(quán)。區(qū)塊鏈具有不可篡改、可追溯等特性，可對數(shù)據(jù)進(jìn)行確權(quán)和溯源，在數(shù)據(jù)增值環(huán)節(jié)體現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值，讓數(shù)據(jù)所有者有效參與價(jià)值分配。區(qū)塊鏈可將數(shù)據(jù)所有權(quán)和使用權(quán)分離，保護(hù)數(shù)據(jù)所有者的權(quán)益。另外，能源區(qū)塊鏈可結(jié)合隱私保護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)“共用不共享”“可用不可見”，有效保護(hù)數(shù)據(jù)隱私。可見，能源互聯(lián)網(wǎng)有利于數(shù)據(jù)霸權(quán)，而能源區(qū)塊鏈則主張數(shù)據(jù)主權(quán)，將數(shù)據(jù)所有權(quán)還給數(shù)據(jù)生產(chǎn)者。

3.2.3 商業(yè)模式

目前的能源互聯(lián)網(wǎng)仍然沿用互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式，企圖將互聯(lián)網(wǎng)所謂的平臺思維、流量思維等直接應(yīng)用在能源行業(yè)，但總體上并不成功，因?yàn)橄M(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式難以適用于產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。能源互聯(lián)網(wǎng)公司幾乎都在建設(shè)平臺，以期成為能源行業(yè)的頭部公司，企圖通過壟斷行業(yè)資源使得自身成為不可或缺的“中介”，進(jìn)而收取平臺服務(wù)費(fèi)或廣告費(fèi)等。能源互聯(lián)網(wǎng)公司各自形成自己的生態(tài)圈，導(dǎo)致數(shù)據(jù)難以流通從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)孤島，無法形成行業(yè)級別的大型能源互聯(lián)網(wǎng)平臺。能源互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式大都采用傳統(tǒng)股份制公司的模式，公司所做決策都是為股東服務(wù)，消費(fèi)者為公司做了貢獻(xiàn)但難以分享公司發(fā)展帶來的效益。

能源互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)應(yīng)用是中心化的，而能源區(qū)塊鏈則是去中心化、分布式的。能源區(qū)塊鏈通過設(shè)計(jì)多方認(rèn)可互信的可信交換協(xié)議實(shí)現(xiàn)多方數(shù)據(jù)流通，這樣就自然實(shí)現(xiàn)了多主體共建，在這類協(xié)議基礎(chǔ)上建立的應(yīng)用系統(tǒng)就能得到多方認(rèn)可，所以能源區(qū)塊鏈采用的是分布式商業(yè)模式。能源區(qū)塊鏈主張基于激勵(lì)相容的商業(yè)設(shè)計(jì)，堅(jiān)持“誰貢獻(xiàn)誰獲益”原則，讓多方主體共同參與、共同獲益。可見，能源區(qū)塊鏈和能源互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式顯著不同。

4 能源區(qū)塊鏈應(yīng)用

4.1 能源區(qū)塊鏈應(yīng)用基礎(chǔ)

能源生態(tài)圈包括能源生產(chǎn)企業(yè)、能源輸送企業(yè)、能源消費(fèi)用戶、政府、設(shè)備供應(yīng)商、金融機(jī)構(gòu)等各類主體。在傳統(tǒng)能源生態(tài)環(huán)境下，大型能源企業(yè)話語權(quán)較大，中小企業(yè)等在商業(yè)上處于弱勢地位；大量的關(guān)鍵數(shù)據(jù)都在大型能源企業(yè)，存在市場地位不對等、政府監(jiān)管難等問題。區(qū)塊鏈可應(yīng)用在能源數(shù)據(jù)存儲、保護(hù)、授權(quán)、交易的各個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，其提供了公平、公正、公開的平臺，使得能源業(yè)務(wù)的各方利益主體處于對等地位。政府部門需要區(qū)塊鏈來加強(qiáng)市場行為監(jiān)管，讓數(shù)據(jù)更加透明、可追溯，從而降低監(jiān)管成本、提升監(jiān)管效率。大型能源企業(yè)等相對強(qiáng)勢的市場主體，需要區(qū)塊鏈來自證清白，降低姿態(tài)與中小企業(yè)等實(shí)現(xiàn)多方合作共贏，通過區(qū)塊鏈的去中心化方式來提升企業(yè)的中心化地位。同時(shí)，出于政治和科技創(chuàng)新的需求，大型能源企業(yè)需要大力開展能源區(qū)塊鏈應(yīng)用。中小企業(yè)期望在區(qū)塊鏈平臺上開展公平對話，爭取更多的數(shù)據(jù)權(quán)力和商業(yè)話語權(quán)。金融機(jī)構(gòu)等第三方機(jī)構(gòu)希望獲得更可信的數(shù)據(jù)，以提升能源金融服務(wù)水平?？梢?，能源生態(tài)圈的各類參與主體均有動(dòng)力開展或參與能源區(qū)塊鏈應(yīng)用。

4.2 能源區(qū)塊鏈應(yīng)用思路

為方便闡述，從區(qū)塊鏈的價(jià)值出發(fā)，將能源區(qū)塊鏈應(yīng)用分為商業(yè)應(yīng)用和技術(shù)應(yīng)用兩大類。

4.2.1 商業(yè)應(yīng)用

當(dāng)前大部分能源區(qū)塊鏈的應(yīng)用研究是利用區(qū)塊鏈解決能源行業(yè)中的商業(yè)問題，提升能源行業(yè)效率，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括虛擬挖礦、能源計(jì)量、虛擬能源貨幣、能源交易、能源企業(yè)管理、能源金融等方面。

1）虛擬挖礦

比特幣等公有鏈在共識機(jī)制中采用工作量證明，需通過大量計(jì)算來競爭記賬權(quán)，通常將這個(gè)過程形象地稱為“挖礦”。因電價(jià)是決定挖礦收益的重要因素之一，在可再生能源電廠附近建設(shè)數(shù)字貨幣的“礦場”，利用廉價(jià)的可再生能源發(fā)電來“挖礦”，就相當(dāng)于完成了能量“瓦特”到信息“比特”的轉(zhuǎn)換；通過信息傳輸替代能量傳輸，既可解決新能源發(fā)電消納問題，又能將數(shù)字貨幣銷售創(chuàng)造外匯。因“挖礦”負(fù)荷具有可中斷性，從而可參與需求響應(yīng)以獲得額外收益。中國因在礦機(jī)和新能源等方面的優(yōu)勢，一度成為全球最大“礦場”。然而，因金融風(fēng)險(xiǎn)大、挖礦能耗高［27］等問題，今年國內(nèi)堅(jiān)決打擊比特幣挖礦與交易行為，大量“礦場”向海外轉(zhuǎn)移［28］。

2）能源計(jì)量

區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合可實(shí)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)從采集端上傳到區(qū)塊鏈平臺，實(shí)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)可信，完成物理世界到數(shù)字世界的直接映射。能源計(jì)量是能源生態(tài)圈開展能源交易和諸多能源衍生業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，也是能源生態(tài)中各個(gè)參與主體最為關(guān)注的核心問題。能源企業(yè)是能源計(jì)量的主要執(zhí)行者，而其是能源業(yè)務(wù)的參與主體之一而非中立的第三方，存在篡改數(shù)據(jù)的可能性。基于區(qū)塊鏈的能源計(jì)量，可為電力交易［29］、碳交易［30］、綠證交易［31］、能效管理（審計(jì)）、新能源補(bǔ)貼、節(jié)能服務(wù)等能源相關(guān)業(yè)務(wù)及其衍生品提供具有公信力的計(jì)量數(shù)據(jù)，有效減少能源衍生品業(yè)務(wù)在不同主體之間的審核流程，大幅提高業(yè)務(wù)效率、降低業(yè)務(wù)成本。

3）能源貨幣

比特幣已成為薩爾瓦多和古巴等國的法定貨幣，并在日本等國也是合法支付手段。國家發(fā)改委曾發(fā)文提出逐步建設(shè)以虛擬能源貨幣等為標(biāo)的物的多元交易體系，培育虛擬能源貨幣等新型商業(yè)模式［16］。區(qū)塊鏈作為數(shù)字貨幣的底層技術(shù)，是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)虛擬能源貨幣最理想的選擇。例如，可將能源服務(wù)所創(chuàng)造的價(jià)值Token 化，通過以區(qū)塊鏈發(fā)行的虛擬能源貨幣作為能源互聯(lián)網(wǎng)價(jià)值傳遞的媒介，虛擬能源貨幣可成為文獻(xiàn)［24］所提出的能量當(dāng)量價(jià)值的實(shí)現(xiàn)載體。電力輔助服務(wù)、需求側(cè)響應(yīng)等都是為解決各參與主體在為維持電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性做出貢獻(xiàn)后如何進(jìn)行利益補(bǔ)償（分配）的問題，區(qū)塊鏈的激勵(lì)機(jī)制也主要是根據(jù)貢獻(xiàn)大小進(jìn)行利益分配，因此基于區(qū)塊鏈的虛擬能源貨幣可為能源商業(yè)模式設(shè)計(jì)提供新思路。

4）能源交易

因不同能源的運(yùn)輸方式不同可將能源交易分為物流類和計(jì)量類。石油、煤炭等能源的交易主要通過交通工具運(yùn)輸，屬于物流類交易，存在流程長、效率低和成本高等問題。區(qū)塊鏈可在合同［32］、物流票據(jù)、供應(yīng)鏈溯源等方面得到應(yīng)用，以提升合同法律效力、減少交易流程和成本、提高交易效率等。電、熱等能源的交易屬于計(jì)量類交易，且電力的交易類型最為豐富，包括電能量交易、輔助服務(wù)交易、分布式發(fā)電市場化交易、需求側(cè)響應(yīng)、共享儲能、充電樁支付等多種交易類型，以及前文述及的能源衍生品等交易品種。電力交易涉及信息發(fā)布、競價(jià)撮合、簽約、支付、計(jì)量、清結(jié)算、市場監(jiān)管等諸多環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)均存在信任問題或效率問題，可結(jié)合區(qū)塊鏈來提升可信度或效率。

5）企業(yè)管理

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”業(yè)務(wù)的開展，能源企業(yè)可將大量業(yè)務(wù)從線下轉(zhuǎn)線上，但是線上業(yè)務(wù)面臨著嚴(yán)峻的數(shù)據(jù)信任問題，可通過將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上鏈來有效解決這一問題，在財(cái)務(wù)管理、合同管理、物資管理、安監(jiān)管理、對標(biāo)管理、政務(wù)服務(wù)、證書管理等各類存證類場景有望得到應(yīng)用。另外，基于區(qū)塊鏈的分布式自治模式，可為能源企業(yè)管理提供新思路。

6）能源金融

能源電力行業(yè)屬于重資產(chǎn)行業(yè)，能源金融通過能源資源與金融資源的整合，實(shí)現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)資本與金融資本不斷優(yōu)化聚合，從而促進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)與金融業(yè)良性互動(dòng)、協(xié)調(diào)發(fā)展。區(qū)塊鏈自帶金融屬性，已在金融行業(yè)開展了大量探索性的應(yīng)用。區(qū)塊鏈可對傳統(tǒng)能源金融賦能，降低金融產(chǎn)品發(fā)行門檻，提高效率、降低成本。區(qū)塊鏈可應(yīng)用在能源保險(xiǎn)、跨境支付、供應(yīng)鏈金融、征信、數(shù)字票據(jù)、資產(chǎn)證券化等能源金融場景。

4.2.2 技術(shù)應(yīng)用

區(qū)塊鏈可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模協(xié)作，具有分布式計(jì)算和分布式存儲能力，且安全可靠、高效，可以重構(gòu)未來能源信息物理系統(tǒng)。將區(qū)塊鏈與能源信息系統(tǒng)深度融合，對現(xiàn)有的能源信息系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，從而以更低的成本獲得更好的技術(shù)性能。區(qū)塊鏈可應(yīng)用于能源信息物理系統(tǒng)的信息基礎(chǔ)設(shè)施、控制執(zhí)行、網(wǎng)絡(luò)安全等方面。

1）數(shù)據(jù)存儲

目前廣為采用的數(shù)據(jù)存儲方式是中心化的，存在用戶隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)、成本高等問題。區(qū)塊鏈具有不可篡改、安全可信的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)存儲可望逐步從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫邁入安全可信的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存儲時(shí)代。同時(shí)，基于區(qū)塊鏈的云存儲具有成本優(yōu)勢，約為中心化存儲成本的1/100～1/10［18］。區(qū)塊鏈能夠使云存儲更安全、成本更低，解決了傳統(tǒng)云存儲的安全與隱私問題，可保證用戶上傳的資源由自己掌握。

2）分析計(jì)算

目前，比特幣全網(wǎng)算力已達(dá)約176 EH/s［33］，不過比特幣采用工作量證明機(jī)制來達(dá)成共識，如此驚人的算力主要用于重復(fù)計(jì)算隨機(jī)值，非常浪費(fèi)。能源系統(tǒng)的生產(chǎn)、運(yùn)行、調(diào)度、分析等都需要大量算力，目前主要通過昂貴的數(shù)據(jù)中心來提供。如果能夠?qū)⒈忍貛?、以太坊等區(qū)塊鏈的算力應(yīng)用于能源系統(tǒng)，有望大幅提升能源系統(tǒng)分析的計(jì)算效率、降低算力成本。

3）智能執(zhí)行

智能合約在滿足一定觸發(fā)條件時(shí)自動(dòng)對區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作［34］。將區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備民主自治，無須人為干預(yù)。傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行主要針對只考慮物理屬性的自動(dòng)化系統(tǒng)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)對能源系統(tǒng)的影響已引起學(xué)者關(guān)注［35］，而基于區(qū)塊鏈的智能合約的執(zhí)行則同時(shí)兼顧設(shè)備的物理屬性和經(jīng)濟(jì)屬性。區(qū)塊鏈既可實(shí)現(xiàn)物理層面的設(shè)備動(dòng)作，還可使得設(shè)備作為經(jīng)濟(jì)體參與報(bào)價(jià)、結(jié)算等經(jīng)濟(jì)事宜。區(qū)塊鏈為機(jī)器對機(jī)器交易（machine to machine，M2M）提供了技術(shù)支撐，可促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的智能能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能源設(shè)備民主［36］。

4）網(wǎng)絡(luò)安全

區(qū)塊鏈在維護(hù)數(shù)據(jù)安全性方面有獨(dú)特優(yōu)勢，利用區(qū)塊鏈加強(qiáng)身份信息、日志、代碼、配置文件等數(shù)據(jù)的安全管理，可防止數(shù)據(jù)被惡意篡改、提升抗攻擊能力。區(qū)塊鏈可應(yīng)用于能源系統(tǒng)的身份認(rèn)證、隱私保護(hù)、安全審計(jì)、域名安全等網(wǎng)絡(luò)安全場景［37-38］。另外，區(qū)塊鏈共識算法具有兼容網(wǎng)絡(luò)故障、節(jié)點(diǎn)故障、惡意節(jié)點(diǎn)等功能，可通過消耗更多的網(wǎng)絡(luò)通信資源以獲得更好的網(wǎng)絡(luò)安全性能。

4.3 能源區(qū)塊鏈應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)外開展了大量的能源區(qū)塊鏈應(yīng)用探索與試點(diǎn)。據(jù)筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前能源區(qū)塊鏈研究一般滯后于能源區(qū)塊鏈工程應(yīng)用，導(dǎo)致能源區(qū)塊鏈應(yīng)用落地情況不理想，不少能源區(qū)塊鏈項(xiàng)目可能成為“偽區(qū)塊鏈應(yīng)用”。具體表現(xiàn)包括：1）實(shí)際上根本就沒用區(qū)塊鏈，只是在對外宣傳時(shí)聲稱采用了區(qū)塊鏈；2）實(shí)際部署了區(qū)塊鏈平臺，并已將部分業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲在區(qū)塊鏈上，但區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)都部署在同一個(gè)主體的機(jī)房內(nèi)，所有權(quán)限都屬于同一個(gè)主體，和傳統(tǒng)的中心化系統(tǒng)并無本質(zhì)區(qū)別；3）采用聯(lián)盟鏈架構(gòu)但節(jié)點(diǎn)數(shù)量太少，存在巨大安全隱患，根本無法保證區(qū)塊鏈的安全性，從而無法真正體現(xiàn)區(qū)塊鏈價(jià)值。

5 能源區(qū)塊鏈研究框架

為推動(dòng)能源區(qū)塊鏈應(yīng)用落地，需要全面分析推動(dòng)能源區(qū)塊鏈應(yīng)用尚需解決的問題。這里提出能源區(qū)塊鏈研究框架，如圖1 所示。

圖1 能源區(qū)塊鏈研究框架Fig.1 Research framework of energy blockchain

5.1 區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)

區(qū)塊鏈作為一種新興技術(shù)，雖然已經(jīng)具備落地的基礎(chǔ)條件，但仍有諸多技術(shù)問題亟須解決。區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)問題涉及交易性能、跨鏈技術(shù)、智能合約等。主要采用優(yōu)化共識算法［39-40］、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)［41-42］、分片、分層、微服務(wù)架構(gòu)、硬件加速、緩存等技術(shù)來提升區(qū)塊鏈交易性能，以滿足不同業(yè)務(wù)需求；現(xiàn)有的跨鏈技術(shù)主要包括公證人技術(shù)、哈希鎖定技術(shù)、分布式私鑰控制技術(shù)、中繼/側(cè)鏈技術(shù)等［43-45］，但業(yè)界尚未形成公認(rèn)統(tǒng)一的跨鏈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。考慮到區(qū)塊鏈本身的相關(guān)技術(shù)是通用的，且已有較多的研究報(bào)道，在此不再贅述。

5.2 區(qū)塊鏈應(yīng)用體系

區(qū)塊鏈實(shí)際商業(yè)化應(yīng)用的案例較少，諸多應(yīng)用問題尚未形成成熟的解決方案，仍在探索中。區(qū)塊鏈通常被看成一種單一的技術(shù)工具，未能從戰(zhàn)略角度開展區(qū)塊鏈的頂層設(shè)計(jì)，缺少必要的配套規(guī)章制度，導(dǎo)致“重建設(shè)輕運(yùn)營”“商業(yè)模式不成立”等問題屢見不鮮。區(qū)塊鏈作為去中心化系統(tǒng)，與傳統(tǒng)信息技術(shù)差別較大，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未完善，給區(qū)塊鏈在能源電力行業(yè)應(yīng)用帶來部署、運(yùn)維、安全等難題。同時(shí)，區(qū)塊鏈采用的密碼算法、激勵(lì)機(jī)制還面臨著金融、網(wǎng)絡(luò)方面的合規(guī)問題。因此，亟需通過開展商業(yè)和技術(shù)研究，建立完善的區(qū)塊鏈應(yīng)用體系。

5.3 能源區(qū)塊鏈共性關(guān)鍵技術(shù)

區(qū)塊鏈由多類技術(shù)構(gòu)成，涉及多學(xué)科交叉融合。因此，在區(qū)塊鏈實(shí)際應(yīng)用過程中，必須受現(xiàn)行法律法規(guī)及相關(guān)政策約束，通過與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、密碼學(xué)等技術(shù)融合應(yīng)用，并引入經(jīng)濟(jì)學(xué)、法學(xué)、運(yùn)籌學(xué)與控制論等學(xué)科的研究成果，形成能源區(qū)塊鏈應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)。需要指出，本文所提的能源區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)并非指區(qū)塊鏈技術(shù)在某個(gè)具體能源場景中的信息化應(yīng)用，而是抽象提煉出能源區(qū)塊鏈的共性關(guān)鍵技術(shù)，一項(xiàng)共性關(guān)鍵技術(shù)可適用于多個(gè)不同的具體能源場景。

5.4 能源區(qū)塊鏈應(yīng)用場景

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)具體場景選擇合適的共性關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行組合，將業(yè)務(wù)場景和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行適配，最終形成適用于實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用場景的解決方案。例如，針對電力交易可以采用數(shù)據(jù)存證技術(shù)構(gòu)建電子合同，采用身份認(rèn)證對電力交易參與者的身份進(jìn)行確認(rèn)，借助可信采集獲取發(fā)用電計(jì)量數(shù)據(jù)，利用智能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)買賣雙方的交易撮合以及結(jié)算的自動(dòng)執(zhí)行等，最后通過數(shù)據(jù)存證構(gòu)建市場監(jiān)管和信用體系。

6 能源區(qū)塊鏈共性關(guān)鍵技術(shù)

區(qū)塊鏈在能源電力行業(yè)的應(yīng)用大都處于前期探索階段且應(yīng)用方式相當(dāng)狹隘，尚未與能源業(yè)務(wù)深度融合，而能源區(qū)塊鏈共性關(guān)鍵技術(shù)尚未突破是制約其落地的主要原因。下面是為能源區(qū)塊鏈的應(yīng)用提供支撐的共性關(guān)鍵技術(shù)。

6.1 數(shù)據(jù)存證

數(shù)據(jù)存證方式存在易被篡改等問題。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存證方案采用第三方存證，將數(shù)據(jù)的哈希值同步發(fā)送給公證處、互聯(lián)網(wǎng)法院等第三方司法機(jī)構(gòu)，事后對比電子數(shù)據(jù)的哈希值確認(rèn)是否被篡改。然而，中心化方式面臨著第三方司法機(jī)構(gòu)串謀、多方數(shù)據(jù)不一致等問題，因此可通過將數(shù)據(jù)哈希值上鏈，確保各方數(shù)據(jù)一致而且不可篡改。數(shù)據(jù)存證是區(qū)塊鏈當(dāng)前應(yīng)用最多的方式，在能源及衍生品交易、能源金融、能源企業(yè)管理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，具體可用于電子合同、信息發(fā)布、信用評價(jià)、市場監(jiān)管、信用管理、安全管理等各類業(yè)務(wù)場景，可將各類關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上鏈存證以提升數(shù)據(jù)可信度。數(shù)據(jù)存證主要研究的問題包括結(jié)合能源業(yè)務(wù)確定上鏈數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式、選擇上鏈方式、設(shè)計(jì)鏈上數(shù)據(jù)查詢機(jī)制、鏈上鏈下數(shù)據(jù)比對等。

6.2 可信采集

可信采集本質(zhì)上隸屬于數(shù)據(jù)存證，但因其應(yīng)用廣泛且意義重大，所以這里特別單列介紹。能源數(shù)據(jù)采集是能源生產(chǎn)、運(yùn)行、控制、交易等活動(dòng)的基礎(chǔ)，所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過平臺公司的數(shù)據(jù)庫后再發(fā)送給第三方，而平臺公司難以自證清白，存在數(shù)據(jù)信任問題。目前的解決方案總體上可分為2 類：第1 類是采集平臺側(cè)數(shù)據(jù)上鏈，采集平臺收到采集終端發(fā)送的數(shù)據(jù)解析后，在數(shù)據(jù)入庫時(shí)同步上鏈，但需要對平臺進(jìn)行監(jiān)控，以防止平臺篡改數(shù)據(jù)后再上鏈，該方法的主要問題是如何信任新增加的監(jiān)控系統(tǒng)；第2 類是采集終端側(cè)上鏈，即通過數(shù)據(jù)采集端直接將數(shù)據(jù)發(fā)送給各個(gè)主體，平臺公司和其他主體處于對等地位，每次獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過各方主體驗(yàn)證比對以確保一致且不可篡改。第2 類解決方案是當(dāng)前研究熱點(diǎn)，但存在以下問題：一是傳統(tǒng)區(qū)塊鏈架構(gòu)難以支撐大規(guī)模能源數(shù)據(jù)采集，需研究有向無環(huán)圖［41-42］等新型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和共識機(jī)制支持大規(guī)模邊緣節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)，緩解節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲壓力且提升系統(tǒng)性能；二是采集終端數(shù)據(jù)在上鏈前仍有可能被篡改，為確保上鏈數(shù)據(jù)的真實(shí)可信，可結(jié)合安全芯片從硬件層面保證數(shù)據(jù)真實(shí)來源于硬件設(shè)備本身，防止上鏈前數(shù)據(jù)被篡改；三是物聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、延時(shí)等問題會(huì)影響采集成功率，需要研究未成功采集數(shù)據(jù)的補(bǔ)采策略以及補(bǔ)采數(shù)據(jù)的上鏈管理與查詢等。

6.3 身份認(rèn)證

傳統(tǒng)能源信息系統(tǒng)主要采用公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（public key infrastructure，PKI）來實(shí)現(xiàn)，但隨著能源信息系統(tǒng)互聯(lián)需求不斷旺盛，由證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)（certificate authority，CA）作為中心化機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)頒發(fā)、認(rèn)證和管理證書，容易造成身份信息不統(tǒng)一、互信難度大、身份信息泄露、安全風(fēng)險(xiǎn)大等問題。將區(qū)塊鏈與PKI 結(jié)合可形成分布式公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（decentralized public key infrastructure，DPKI），實(shí)現(xiàn)用戶的身份自主管理、不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)的身份互認(rèn)以及身份的分布式驗(yàn)證。萬維網(wǎng)聯(lián)盟（W3C）推出了分布式數(shù)字身份，由分布式標(biāo)識符（decentralized identifier，DID）和可驗(yàn)證憑證（verified credentials，VC）組成。DID 是一種全局唯一、可解析、高可用性的新型標(biāo)識符，VC 是現(xiàn)實(shí)世界中物理憑證的一種數(shù)字化形式［46］。發(fā)證方簽發(fā)VC 給用戶，用戶將VC出示給驗(yàn)證方，驗(yàn)證方通過檢索區(qū)塊鏈的DID 數(shù)據(jù)驗(yàn)證憑證的真實(shí)性（如圖2 所示）。將DPKI、DID 等技術(shù)與電子簽名、電子簽章等技術(shù)融合，可有效解決身份認(rèn)證難題，且可實(shí)現(xiàn)對能源業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的各類權(quán)限管控和能源終端設(shè)備的安全接入。

圖2 分布式數(shù)字身份應(yīng)用邏輯Fig.2 Application logic of distributed digital identity

6.4 智能應(yīng)用

智能應(yīng)用指在區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存證實(shí)現(xiàn)跨主體數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)上，通過智能合約來承載能源業(yè)務(wù)邏輯，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)跨主體的業(yè)務(wù)流程自動(dòng)化，可優(yōu)化業(yè)務(wù)流程、降低運(yùn)營成本和提升協(xié)同效率。智能應(yīng)用適用于能源行業(yè)的各類業(yè)務(wù)，主要分為兩大類：一是通過智能合約實(shí)現(xiàn)能源交易、結(jié)算等業(yè)務(wù)應(yīng)用去中心化，解決中心化平臺作惡問題，保障各方參與主體的利益；二是線下業(yè)務(wù)線上化，原本線下紙質(zhì)流轉(zhuǎn)等審核流程，結(jié)合電子簽名等身份認(rèn)證技術(shù)，可通過智能合約實(shí)現(xiàn)線下業(yè)務(wù)線上化，提升業(yè)務(wù)效率。智能合約具有廣泛應(yīng)用前景，但是面臨諸多挑戰(zhàn)：一是智能合約能否真實(shí)準(zhǔn)確地反映業(yè)務(wù)邏輯，形式化驗(yàn)證是邏輯驗(yàn)證的有效手段；二是智能合約性能是否滿足復(fù)雜業(yè)務(wù)需求，例如電力交易時(shí)的安全校核問題涉及的計(jì)算量較大，可結(jié)合鏈下計(jì)算的方案；三是智能合約容易受到攻擊，需加強(qiáng)智能合約的全生命周期管理和安全審計(jì)，提升智能合約安全［40］。

6.5 機(jī)制設(shè)計(jì)

區(qū)塊鏈對能源及能源衍生品市場交易機(jī)制設(shè)計(jì)的改進(jìn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是將傳統(tǒng)市場交易機(jī)制通過數(shù)據(jù)存證、智能應(yīng)用等共性技術(shù)應(yīng)用于解決中心化平臺的信任問題，例如通過區(qū)塊鏈與密封拍賣結(jié)合來解決串通報(bào)價(jià)等問題［47］；二是利用基于區(qū)塊鏈的虛擬能源貨幣［16］，對現(xiàn)有能源及其衍生品的市場機(jī)制進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。但是到目前為止尚未建立成熟的相關(guān)理論與技術(shù)體系，亟需研究基于區(qū)塊鏈的虛擬能源貨幣發(fā)行、認(rèn)證、定價(jià)、流通、交易與結(jié)算等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建以虛擬能源貨幣等為標(biāo)的物的多元交易體系。采用虛擬能源貨幣之間的互兌以及和法幣的互兌來實(shí)現(xiàn)能源及其衍生品市場協(xié)同，形成能源及其衍生品之間的高效協(xié)同機(jī)制。研究虛擬能源貨幣的經(jīng)濟(jì)模型，通過資本市場影響虛擬能源貨幣的價(jià)格來調(diào)控能源市場行為，同時(shí)需謹(jǐn)慎處理虛擬能源貨幣與央行法定數(shù)字貨幣之間的關(guān)系。將區(qū)塊鏈與自動(dòng)做市商（automated market maker，AMM）融合，允許用戶直接與資金池進(jìn)行交易，可規(guī)避訂單薄模式下買賣雙方的報(bào)價(jià)撮合所需計(jì)算量，從而有效解決能源衍生品市場的流動(dòng)性不足、去中心化交易性能不佳等問題，但是AMM 存在的無常損失（impermanent loss）等問題仍有待解決。

6.6 隱私計(jì)算

長期以來能源數(shù)據(jù)應(yīng)用面臨著巨大的隱私保護(hù)難題，數(shù)據(jù)擁有者擔(dān)心數(shù)據(jù)被無限復(fù)制和泄露隱私，數(shù)據(jù)應(yīng)用方擔(dān)心算法被抄襲，平臺提供方無法自證清白，這樣就最終形成了諸多數(shù)據(jù)孤島。目前一個(gè)可行的技術(shù)方案是通過隱私計(jì)算和區(qū)塊鏈融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“可用不可見”。隱私計(jì)算指在保護(hù)數(shù)據(jù)本身不對外泄露的前提下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析計(jì)算的信息技術(shù)，主要分為可信硬件和密碼學(xué)兩大領(lǐng)域。區(qū)塊鏈可以通過隱私計(jì)算提升隱私保護(hù)能力，以適應(yīng)更多的應(yīng)用場景；隱私計(jì)算可以借助區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)冗余計(jì)算，從而獲得可驗(yàn)證的特性，并且可通過區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)激勵(lì)機(jī)制以引導(dǎo)不同主體參與。隱私計(jì)算包括可信計(jì)算、聯(lián)邦學(xué)習(xí)、安全多方計(jì)算、差分隱私、零知識證明、同態(tài)加密等技術(shù)［48-51］。隨著《網(wǎng)絡(luò)安全法》《數(shù)據(jù)安全法》和《個(gè)人信息保護(hù)法》等相關(guān)法律的實(shí)施，如何在保護(hù)隱私的前提下開展能源數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用是未來需要研究的重要課題。

6.7 數(shù)據(jù)交易

能源數(shù)據(jù)交易既是共性技術(shù)，也是應(yīng)用場景，包括數(shù)據(jù)確權(quán)、數(shù)據(jù)資產(chǎn)定價(jià)等關(guān)鍵技術(shù)，可應(yīng)用于數(shù)據(jù)交易和數(shù)據(jù)服務(wù)，是能源數(shù)據(jù)增值變現(xiàn)的重要手段。首先是能源數(shù)據(jù)權(quán)屬問題：國家已經(jīng)確定數(shù)據(jù)是生產(chǎn)要素，由市場評價(jià)貢獻(xiàn)、按貢獻(xiàn)決定報(bào)酬的機(jī)制［52］，使用數(shù)據(jù)產(chǎn)生的增值收益必然要分配給數(shù)據(jù)所有者。然而，能源數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者和采集平臺通常是不同主體，需要在法律上界定清楚能源數(shù)據(jù)所有者才能合理合法地分配收益，促進(jìn)能源數(shù)據(jù)流通。目前主流思想是數(shù)據(jù)所有權(quán)歸生產(chǎn)者所有，平臺方享有使用權(quán)，但仍有待法律法規(guī)進(jìn)一步明確。其次是能源數(shù)據(jù)定價(jià)問題。數(shù)據(jù)資產(chǎn)通常參考傳統(tǒng)的無形資產(chǎn)評估方法，主要有收益法、成本法、市場法等，但這3 種評估方法在應(yīng)用于數(shù)據(jù)資產(chǎn)估值時(shí)也存在局限性，因?yàn)閿?shù)據(jù)資產(chǎn)除了可作為無形資產(chǎn)外，還具有“有效期短、可以無限共享、集合使用價(jià)值更高”等特點(diǎn)［53］。目前尚未有公認(rèn)的能源數(shù)據(jù)定價(jià)方法，需要設(shè)計(jì)專門的評估模型，例如聯(lián)邦學(xué)習(xí)貢獻(xiàn)度評估為數(shù)據(jù)資產(chǎn)定價(jià)提供了新思路。

6.8 二次重構(gòu)

區(qū)塊鏈因技術(shù)、資源等限制無法直接應(yīng)用到能源物理系統(tǒng)時(shí)，可考慮對其進(jìn)行二次重構(gòu)?？舍槍δ茉聪到y(tǒng)的技術(shù)特性使用區(qū)塊鏈的部分模塊或者多個(gè)模塊的組合，使得新的區(qū)塊鏈框架能夠與能源信息物理系統(tǒng)深度融合；具體地，從能源信息物理系統(tǒng)所需的存儲、計(jì)算、控制等方面進(jìn)行改造，提升能源系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和智能化水平。區(qū)塊鏈經(jīng)二次開發(fā)重構(gòu)所形成的新型異構(gòu)區(qū)塊鏈，可與傳統(tǒng)區(qū)塊鏈架構(gòu)有較大差別。例如，區(qū)塊鏈的共識算法用來解決多主體數(shù)據(jù)一致性問題，共識算法只是區(qū)塊鏈的部分模塊，可將這些模塊有機(jī)融合到現(xiàn)有能源系統(tǒng)進(jìn)而對區(qū)塊鏈進(jìn)行重構(gòu)，雖然這樣得到的未必是完整的傳統(tǒng)區(qū)塊鏈框架，但可能是目前區(qū)塊鏈和能源系統(tǒng)深度融合的有效途徑。在對區(qū)塊鏈進(jìn)行二次重構(gòu)時(shí)，需要設(shè)計(jì)各模塊間交互接口，保證模塊運(yùn)行的正確性、獨(dú)立性，降低區(qū)塊鏈的整體復(fù)雜度，使鏈的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)得以簡化；根據(jù)不同能源業(yè)務(wù)需求，選擇相關(guān)模塊，并依據(jù)特定規(guī)則組合各個(gè)模塊，并在滿足業(yè)務(wù)需求的同時(shí)保證區(qū)塊鏈運(yùn)行的正確性及有效性。

6.9 分布式控制

能源系統(tǒng)常用的控制模式主要有集中式、分散式和分布式3 種。在集中式控制模式中，將所有控制單元的信息集中后進(jìn)行統(tǒng)一控制以取得全局最優(yōu)；在分散式控制模式中，控制單元的信息不交互且目標(biāo)是個(gè)體最優(yōu)；而在分布式控制模式中，通過相鄰控制單元之間相互通信來實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)。分布式系統(tǒng)容易遭受來自外部的惡意攻擊，且去中心化的結(jié)構(gòu)使得攻擊的識別與防御更加困難［54］，例如個(gè)別主體可通過惡意傳輸虛假數(shù)據(jù)影響分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果以獲取不當(dāng)利益［55］。以控制單元作為區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)，將區(qū)塊鏈與分布式控制融合應(yīng)用是解決以上問題的有效途徑。主要體現(xiàn)在2 個(gè)層面：一是通信層，以消耗通信資源為代價(jià)，用共識算法替代常用的平均一致性算法，可實(shí)現(xiàn)控制單元之間的狀態(tài)信息統(tǒng)一；二是應(yīng)用層，以智能合約方式實(shí)現(xiàn)分布式控制的分布式應(yīng)用（decentralized applications，DApps），本質(zhì)上是集中式算法的分布式實(shí)現(xiàn)，并且可實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)，如表3 所示。基于區(qū)塊鏈的分布式控制兼具集中式和分布式的優(yōu)點(diǎn)：在功能完善性方面，可適用于不同需求和類型的控制算法；在可靠性方面，可兼容惡意節(jié)點(diǎn)提升網(wǎng)絡(luò)安全。雖然區(qū)塊鏈可提升分布式控制的部分性能，但仍有諸多技術(shù)問題有待解決，包括：區(qū)塊鏈在控制單元的部署問題；DApps 對控制業(yè)務(wù)的兼容性。

表3 不同控制模式的優(yōu)缺點(diǎn)Table 3 Advantages and disadvantages of various control modes

6.10 分布式計(jì)算

能源系統(tǒng)的規(guī)劃、生產(chǎn)、傳輸、調(diào)度、分析中有很多優(yōu)化問題，而大規(guī)模優(yōu)化問題對算力的要求很高，傳統(tǒng)上通過昂貴的數(shù)據(jù)中心來提供強(qiáng)大的算力。如將區(qū)塊鏈應(yīng)用于優(yōu)化問題，有可能大幅提升能源系統(tǒng)分析的計(jì)算效率、降低算力成本。區(qū)塊鏈在分布式計(jì)算方面的應(yīng)用總體上包括兩類方法。一是基于區(qū)塊鏈建立激勵(lì)機(jī)制。類似于比特幣的工作量證明機(jī)制，利用凸優(yōu)化問題具有求解復(fù)雜、驗(yàn)證簡單的特點(diǎn)，讓多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)計(jì)算能源優(yōu)化問題，最先完成求解的節(jié)點(diǎn)獲得該區(qū)塊的記賬權(quán)和相應(yīng)的手續(xù)費(fèi)［56］。二是利用智能合約的分布式優(yōu)化算法。分解協(xié)調(diào)是求解大規(guī)模優(yōu)化問題的有效方法，將全局問題分解為多個(gè)較小、較容易求解的局部子問題，并通過協(xié)調(diào)子問題的解得到全局問題的解，但這需要一個(gè)中心機(jī)構(gòu)來協(xié)調(diào)各個(gè)子問題的參數(shù)，而采用區(qū)塊鏈可實(shí)現(xiàn)去中心化的協(xié)調(diào)。文獻(xiàn)［57］提出了將交替方向乘子 法（alternating direction method of multipliers，ADMM）與區(qū)塊鏈融合的求解優(yōu)化問題的計(jì)算框架。

7 能源區(qū)塊鏈發(fā)展路徑

結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展和能源區(qū)塊鏈的應(yīng)用情況，可將能源區(qū)塊鏈應(yīng)用的發(fā)展大致分為4 個(gè)階段，其發(fā)展路徑如圖3 所示。

圖3 能源區(qū)塊鏈發(fā)展路徑Fig.3 Development path of energy blockchain

第1 階段：存證應(yīng)用階段。該階段主要利用區(qū)塊鏈的不可篡改和可追溯特性，將區(qū)塊鏈作為一種可信的分布式數(shù)據(jù)庫。將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)摘要上傳到區(qū)塊鏈，作為數(shù)據(jù)公示、事后校驗(yàn)等的依據(jù)，這本質(zhì)上都屬于區(qū)塊鏈在數(shù)據(jù)存證方面的應(yīng)用。在這方面，區(qū)塊鏈只是充當(dāng)附屬品，其使用與否并不影響原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行，開展能源區(qū)塊鏈在傳統(tǒng)業(yè)務(wù)中進(jìn)行應(yīng)用探索的理想場景。例如，區(qū)塊鏈在電子合同、能源計(jì)量等方面的應(yīng)用。

第2 階段：智能合約應(yīng)用階段。隨著區(qū)塊鏈在諸多存證類業(yè)務(wù)應(yīng)用的落地，區(qū)塊鏈技術(shù)逐漸成熟且被公眾所認(rèn)可。DApps 將基于鏈上數(shù)據(jù)通過智能合約開展自動(dòng)化執(zhí)行，因上鏈數(shù)據(jù)一般都是重要的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，故基于區(qū)塊鏈的DApps 將成為能源核心業(yè)務(wù)應(yīng)用。此時(shí)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和區(qū)塊鏈共同支撐能源業(yè)務(wù)，沒有區(qū)塊鏈平臺就無法完成業(yè)務(wù)，不過在該階段以單鏈業(yè)務(wù)為主。例如，區(qū)塊鏈在能源交易、能源金融等方面的應(yīng)用。

第3 階段：分布式商業(yè)應(yīng)用階段。隨著鏈上業(yè)務(wù)激增，單個(gè)業(yè)務(wù)可能需要用到不同區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)，此時(shí)必須利用跨鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)交互，從而形成“互鏈網(wǎng)”。在互鏈網(wǎng)時(shí)代，才能充分發(fā)揮區(qū)塊鏈的價(jià)值，在產(chǎn)業(yè)鏈層面對傳統(tǒng)信任路徑進(jìn)行重構(gòu)，形成分布式商業(yè)形態(tài)。利用跨鏈技術(shù)打破不同區(qū)塊鏈之間的壁壘，可大幅提升能源數(shù)據(jù)流通的速度和廣度，為實(shí)現(xiàn)廣域能源業(yè)務(wù)的分布式應(yīng)用提供技術(shù)基礎(chǔ)，有利于能源商業(yè)模式創(chuàng)新，促進(jìn)能源生態(tài)的快速發(fā)展。

第4 階段：信息物理融合階段。能源區(qū)塊鏈在商業(yè)方面的成功應(yīng)用將會(huì)極大促進(jìn)技術(shù)方面的發(fā)展和應(yīng)用。區(qū)塊鏈會(huì)逐步和能源信息物理系統(tǒng)深度融合，例如可將區(qū)塊鏈作為底層技術(shù)，為能源系統(tǒng)提供所需的存儲、計(jì)算等信息基礎(chǔ)設(shè)施和安全網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，而相關(guān)應(yīng)用則建立在區(qū)塊鏈生態(tài)云平臺上，且可通過控制等方式反饋到物理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)、傳輸、銷售、使用的一體化服務(wù)，推動(dòng)鏈上能源全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能源流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流、價(jià)值流的四流合一。

目前，全球能源區(qū)塊鏈的應(yīng)用主要以存證應(yīng)用為主，總體上仍處于第1 階段。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷發(fā)展和逐漸被人們所接受，區(qū)塊鏈與能源業(yè)務(wù)系統(tǒng)的耦合度會(huì)逐漸提高，進(jìn)而邁向智能合約應(yīng)用階段。雖然在第1、2 階段也會(huì)在小范圍內(nèi)開展跨鏈試點(diǎn)工作，但由于跨鏈技術(shù)尚未成熟，難以支撐能源數(shù)據(jù)的廣泛流通。只有待跨鏈技術(shù)、數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)等問題得以解決后，才能真正進(jìn)入大規(guī)模分布式商業(yè)應(yīng)用階段?？梢灶A(yù)見，區(qū)塊鏈將逐步與能源信息物理社會(huì)系統(tǒng)融合，最終形成能源區(qū)塊鏈的高級形態(tài)。

8 結(jié)語

近年來，區(qū)塊鏈在能源電力行業(yè)的應(yīng)用研究逐漸成為研究熱點(diǎn)，但也存在諸多爭議。本文針對能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中遇到的問題和困難，系統(tǒng)地提出能源區(qū)塊鏈，著重分析了能源區(qū)塊鏈與能源互聯(lián)網(wǎng)的異同；對能源區(qū)塊鏈正本清源，以期消除對區(qū)塊鏈應(yīng)用的誤解，有助于在學(xué)術(shù)研究和工業(yè)應(yīng)用方面形成共識。通過分析能源區(qū)塊鏈的應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用價(jià)值，從區(qū)塊鏈的商業(yè)、技術(shù)價(jià)值分別給出了能源區(qū)塊鏈的應(yīng)用思路。能源區(qū)塊鏈將區(qū)塊鏈與能源行業(yè)深度融合，將深刻影響未來的能源生產(chǎn)、傳輸、存儲和消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)，在不遠(yuǎn)的未來有望在數(shù)據(jù)共享、能源生態(tài)構(gòu)建等方面發(fā)揮重要作用。

針對當(dāng)前能源區(qū)塊鏈應(yīng)用落地情況不理想的問題，提出了能源區(qū)塊鏈的研究框架和發(fā)展路徑，詳細(xì)闡述了能源區(qū)塊鏈共性關(guān)鍵技術(shù)，為能源區(qū)塊鏈研究和應(yīng)用提供參考。對能源區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)過程中可能遇到的問題甚至挑戰(zhàn)還有待研究，后續(xù)將深入研究能源區(qū)塊鏈的應(yīng)用體系，以期形成完善的能源區(qū)塊鏈理論和應(yīng)用體系，推動(dòng)能源區(qū)塊鏈創(chuàng)新發(fā)展。

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