區(qū)塊鏈與綜合能源系統(tǒng)：應(yīng)用及展望
張 妍1,2* 王龍澤3 吳 靖1
原蓉芳1 李美成3,4
1. 華北電力大學 經(jīng)濟與管理學院，北京
2. 新能源電力與低碳發(fā)展研究北京市重點實驗室，北京
3. 華北電力大學 可再生能源學院，北京
4. 新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室，北京
摘要：本文基于區(qū)塊鏈的技術(shù)特點，結(jié)合我國能源電力改革的發(fā)展方向，對區(qū)塊鏈在綜合能源系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展前景進行探究。本文闡述了區(qū)塊鏈技術(shù)在綜合能源系統(tǒng)應(yīng)用方面的現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)，分析了能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)構(gòu)建中需要解決的關(guān)鍵科學問題，展望了基于區(qū)塊鏈的未來綜合能源的發(fā)展愿景。論文提出要構(gòu)建適合我國經(jīng)濟發(fā)展的綜合能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)，并在系統(tǒng)中實現(xiàn)協(xié)同化、智能化、數(shù)字化和低碳化
關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈；綜合能源系統(tǒng)；能源區(qū)塊鏈；科學問題；前景展望
區(qū)塊鏈具有去中心化、不可篡改、公開透明等特點，將成為下一輪技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵突破口，并以此推動數(shù)字金融、物聯(lián)網(wǎng)、能源電力等領(lǐng)域的創(chuàng)新變革。習近平總書記在關(guān)于推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的講話中強調(diào)：“要推動區(qū)塊鏈底層技術(shù)服務(wù)和新型智慧城市相結(jié)合，探索在信息基礎(chǔ)設(shè)施、智慧交通、能源電力等領(lǐng)域的應(yīng)用[1]”。區(qū)塊鏈技術(shù)的融合創(chuàng)新和功能拓展，將會為我國經(jīng)濟的發(fā)展注入新的動能。能源電力作為我國經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，也需要加快推進區(qū)塊鏈技術(shù)在電力領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，構(gòu)建適合我國能源電力發(fā)展的綜合能源區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用框架。
1 區(qū)塊鏈在綜合能源系統(tǒng)中的應(yīng)用：發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)
建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系，是我國能源改革的發(fā)展方向。到2030年，我國非化石能源發(fā)電量將占全部發(fā)電量的50%，到2050年，將實現(xiàn)能源消費總量基本穩(wěn)定，非化石能源超過一半[2]。為實現(xiàn)這一目標，我們需要在能源電力的發(fā)展中不斷提升可再生能源的占比、開展分布式能源利用、提高能源使用效率，以建立適合我國能源電力發(fā)展的綜合能源系統(tǒng)。區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)，為我國電力的發(fā)展提供了新的契機，區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、去信任化、透明性、公平性和分布性決策的特點，非常切合電力改革的發(fā)展需求用[3]。以區(qū)塊鏈為代表的數(shù)字技術(shù)，與電力技術(shù)加速融合，將顯示出強大的發(fā)展?jié)摿?，借助能源區(qū)塊鏈技術(shù)，有望打造一個去中心化的能源電力市場新局面，推動我國綜合能源系統(tǒng)的快速發(fā)展。
認識到區(qū)塊鏈技術(shù)對未來能源電力發(fā)展的影響，很多國家開始在實踐中進行探索，以期在新一輪能源技術(shù)競爭中占據(jù)主動權(quán)。近年來，美國、德國等發(fā)達國家在區(qū)塊鏈技術(shù)的能源領(lǐng)域應(yīng)用方面進行了很多嘗試。2016年4月，美國紐約的布魯克林建立了全球首個能源區(qū)塊鏈交易系統(tǒng)，該系統(tǒng)將處于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的五個家庭的屋頂光伏發(fā)電，直接出售給區(qū)塊鏈交易系統(tǒng)的另外五組家庭，這個能源交易系統(tǒng)是由美國的能源公司（LO3公司）、西門子數(shù)字電網(wǎng)（Siemens Digital Grid）以及比特幣開發(fā)公司（Consensus Systems）共同合作開發(fā)的。因此布魯克林微電網(wǎng)的建立，標志著區(qū)塊鏈技術(shù)在能源領(lǐng)域應(yīng)用的開端[4]。
此外，很多國家和地區(qū)也相繼開展了以區(qū)塊鏈為底層技術(shù)的綜合能源交易項目。如歐盟的Scanergy項目建立了基于以太坊的智能合約通用平臺，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到分布式能源的交易中。澳大利亞弗里曼特市采用區(qū)塊鏈技術(shù)將光伏發(fā)電、電動汽車、區(qū)域水處理廠聯(lián)系起來，形成智慧城市互聯(lián)樣板項目[5]。日本東京電力公司開發(fā)了區(qū)塊鏈技術(shù)能源交易平臺，可使供需雙方通過P2P市場直接交易。德國在區(qū)塊鏈的能源應(yīng)用方面也做了很多嘗試并取得了很好的進展，這些成果一方面源于德國政府對發(fā)展區(qū)塊鏈技術(shù)較為支持，另一方面是因為德國的可再生能源發(fā)展較好，這些都為綜合能源區(qū)塊鏈的應(yīng)用提供了很好的政策和技術(shù)支撐[6]。
區(qū)塊鏈作為分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等技術(shù)的集成應(yīng)用，可重塑行業(yè)信任方式的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，有望成為下一輪技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的突破口[7]。我們都有這樣的共識：在全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，只有掌握了核心技術(shù)，才能在新的競爭中占據(jù)優(yōu)勢。這也是世界各國紛紛搶占技術(shù)高地，集中力量開展創(chuàng)新實踐的原因。我國政府在這方面也表現(xiàn)出了很大的決心：強調(diào)要注重基礎(chǔ)研究，提升原始創(chuàng)新能力，努力讓我國在區(qū)塊鏈這個新興領(lǐng)域走在理論最前沿、占據(jù)創(chuàng)新制高點、取得產(chǎn)業(yè)新優(yōu)勢；強調(diào)推動協(xié)同攻關(guān)，加快核心技術(shù)突破，為區(qū)塊鏈應(yīng)用發(fā)展提供安全可控的技術(shù)支撐?？梢娢覈谕苿訁^(qū)塊鏈技術(shù)的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新方面，已經(jīng)形成了較好的政策支持環(huán)境。
在能源區(qū)塊鏈的實踐應(yīng)用方面，我國也進行了積極的探索。2019年8月，國家電網(wǎng)成立了國網(wǎng)區(qū)塊鏈科技公司，作為能源電力領(lǐng)域的世界級央企，正在借助該平臺來實現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)的研究、能源區(qū)塊鏈產(chǎn)品開發(fā)、能源交易平臺建設(shè)等方面的業(yè)務(wù)。此外，其他企業(yè)和研究機構(gòu)，也在能源區(qū)塊鏈方面進行了一些探索性工作，共同推動了區(qū)塊鏈技術(shù)在綜合能源系統(tǒng)中應(yīng)用的進程。例如，浙江電力公司電科院創(chuàng)立的能源區(qū)塊鏈研究項目、北京大同區(qū)塊鏈技術(shù)研究院項目、蛇口能源區(qū)塊鏈社區(qū)公益項目、嘉興“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”雙創(chuàng)基地綜合能源示范工程等。初期的能源區(qū)塊鏈項目，大都嘗試將區(qū)塊鏈技術(shù)與綜合能源系統(tǒng)建設(shè)相融合，在區(qū)塊鏈電子合同、大數(shù)據(jù)征信系統(tǒng)、區(qū)塊鏈金融風控架構(gòu)、區(qū)塊鏈電費核算等方面進行了一些技術(shù)融合，這些都為我國建立更加系統(tǒng)完整的綜合能源區(qū)塊鏈應(yīng)用框架提供了經(jīng)驗。
基于區(qū)塊鏈技術(shù)的獨特優(yōu)勢，讓我們對區(qū)塊鏈與能源電力技術(shù)的融合充滿期待。區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗證與存儲數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計算范式。這種分布式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)集合了去信任化、去中心化以及安全性的技術(shù)特點，與綜合能源系統(tǒng)的未來發(fā)展需求非常契合。為了應(yīng)對能源危機和環(huán)境污染，未來的能源發(fā)展要向著清潔、低碳、靈活和多元化方向轉(zhuǎn)變。未來的能源系統(tǒng)，必然是一個融合了可再生能源等多種能源形式、集中式和分布式結(jié)合、泛在電力廣泛物聯(lián)的綜合能源系統(tǒng)[8]。所以，將區(qū)塊鏈與綜合能源系統(tǒng)結(jié)合，構(gòu)建適合我國經(jīng)濟發(fā)展的綜合能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)，一定會極大地推動我國能源電力的長遠發(fā)展。
2 綜合能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)的特點與架構(gòu)
迄今為止，區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于綜合能源的研究與實踐尚處于起步階段，區(qū)塊鏈天然的分布式特征有助于構(gòu)建綜合能源的信息化網(wǎng)絡(luò)平臺，也能促進綜合能源系統(tǒng)的供需平衡、需求側(cè)響應(yīng)及可再生能源消納等問題的解決[9]。
綜合能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)是基于區(qū)塊鏈特有的分布式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將政府、能源供應(yīng)企業(yè)、監(jiān)管部門、能源用戶、金融機構(gòu)等各方作為節(jié)點，搭建點對點的能源信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過區(qū)塊鏈技術(shù)建立協(xié)同化、智能化、數(shù)字化和低碳化的綜合能源區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)去中心化、去信任化、智能高效的能量管理。這一綜合系統(tǒng)，既要實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部多種能源的有效平衡和高效利用[10]，又要達到系統(tǒng)外部能源供需的廣域互聯(lián)和有效監(jiān)管，其系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。
圖1 綜合能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)架構(gòu)圖
綜合能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)的能量管理是利用區(qū)塊鏈技術(shù)去信任化、去中心化以及安全性等方面的特點，在能源供應(yīng)企業(yè)、能源用戶、能源服務(wù)商、監(jiān)管部門各個節(jié)點之間構(gòu)建能源區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，來實現(xiàn)能源交易、能源調(diào)度、能源服務(wù)、監(jiān)督審計與數(shù)據(jù)共享等功能。進而實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)內(nèi)部各種能源之間更加高效安全的相互連結(jié)和耦合，能源供給更加高效、柔性、多元和互補，并最終提高能源利用效率和可再生能源的利用比例。
綜合能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)在能源買賣交易中，各主體平等分散決策，直接進行能源交易，進而減少了不必要的能源傳輸損耗，使資源成本和交易成本降到最低。綜合能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)主要通過參與主體各自的決策與博弈，來實現(xiàn)能源供需平衡[11]；同時，不同區(qū)域之間也可進行發(fā)電權(quán)與售電權(quán)的交易，進而實現(xiàn)跨區(qū)域的能源交互，以達到能源的廣域互聯(lián)，這種分散式的能源調(diào)度方式可促進各主體參與程度，拓展可再生能源的消納途徑，提高能源利用效率。在能源服務(wù)方面，基于區(qū)塊鏈特有的共識機制，使綜合能源系統(tǒng)“源—網(wǎng)—售—荷”全環(huán)節(jié)的信息保持一致性，有助于綜合能源服務(wù)的運行管控體系構(gòu)建[12]，提升綜合能源服務(wù)協(xié)商機制的高效性、交易的安全性和服務(wù)的實時性[13]。另外，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于綜合能源系統(tǒng)之中，也可以提升系統(tǒng)的監(jiān)管能力和數(shù)據(jù)共享功能。系統(tǒng)中每個節(jié)點都有權(quán)限訪問數(shù)據(jù)信息并儲存于本地，個別能源供需主體的惡意行為不會對系統(tǒng)造成影響，提高綜合能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全性，有助于國家相關(guān)組織機構(gòu)對能源電力運行進行管理監(jiān)督，數(shù)據(jù)共享也有利于促進分布式協(xié)作的能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。
總之，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于先進綜合能源系統(tǒng)，有望重構(gòu)能源產(chǎn)業(yè)的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)能源電力與信息技術(shù)的有機融合、實體經(jīng)濟與數(shù)字經(jīng)濟的有機融合、傳統(tǒng)能源與可再生能源的有機融合，進而提高綜合能源系統(tǒng)的能源使用效率，提高可再生能源的應(yīng)用比例，進一步推動電力技術(shù)創(chuàng)新和能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
目前可實現(xiàn)的區(qū)塊鏈實體應(yīng)用案例相對較少，由于區(qū)塊鏈技術(shù)自身的特點，以及綜合能源系統(tǒng)本身具有的物理結(jié)構(gòu)復雜、數(shù)據(jù)吞吐量大、廣域協(xié)調(diào)困難等特征，使區(qū)塊鏈技術(shù)在綜合能源系統(tǒng)的應(yīng)用還面臨很多挑戰(zhàn)。這些具有挑戰(zhàn)性的科學問題，主要表現(xiàn)在以下四個方面。
3 綜合能源區(qū)塊鏈應(yīng)用中的科學問題
目前可實現(xiàn)的區(qū)塊鏈實體應(yīng)用案例相對較少，由于區(qū)塊鏈技術(shù)自身的特點，以及綜合能源系統(tǒng)本身具有的物理結(jié)構(gòu)復雜、數(shù)據(jù)吞吐量大、廣域協(xié)調(diào)困難等特征，使區(qū)塊鏈技術(shù)在綜合能源系統(tǒng)的應(yīng)用還面臨很多挑戰(zhàn)。這些具有挑戰(zhàn)性的科學問題，主要表現(xiàn)在以下四個方面。
3.1 綜合能源系統(tǒng)物理復雜性對現(xiàn)有區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的挑戰(zhàn)
綜合能源系統(tǒng)通常包括煤炭、石油、天然氣、電能、熱能等多種能源，通過“源—網(wǎng)—售—荷”全環(huán)節(jié)的能源交互，滿足各類用戶的電、熱、冷等用能需求，單一能源信息（如電力負荷、新能源發(fā)電預測、智能電表、電價信息等）也將轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N信息相互融合，物理結(jié)構(gòu)復雜多樣。目前已成熟的比特幣、以太坊等公有鏈，可根據(jù)不同的應(yīng)用場景建立相應(yīng)的智能合約進行買賣交易與信息交互，但如何實現(xiàn)綜合能源發(fā)、供、用的瞬時平衡，仍是值得探究的技術(shù)難題。
隨著未來能源系統(tǒng)不斷向著多種能源的集成化發(fā)展，系統(tǒng)將涵蓋更多的風力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源，而可再生能源顯著的間歇期和不確定性形成了更為復雜的能源供給方式；另一方面，如吸收式熱泵、余熱回收等各類節(jié)能降耗技術(shù)的集成應(yīng)用，提高了綜合能源系統(tǒng)能源利用效率的同時，也進一步提高了系統(tǒng)的復雜程度，給區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用拓展帶來挑戰(zhàn)。
3.2 能源信息高吞吐、高并發(fā)對區(qū)塊鏈高效運行的挑戰(zhàn)
綜合能源系統(tǒng)的能源交互信息具有動態(tài)性、實時性，數(shù)據(jù)吞吐量明顯多于交易結(jié)算的區(qū)塊鏈應(yīng)用場景，給系統(tǒng)高效運行造成困難，甚至出現(xiàn)通訊延遲與信息阻塞現(xiàn)象。例如比特幣網(wǎng)絡(luò)每秒大約處理7筆交易，以太坊的信息處理速度為每秒20～30筆[14]，這相比于目前集中式商業(yè)網(wǎng)絡(luò)的信息處理速度還相差甚遠。
隨著未來綜合能源系統(tǒng)不斷向著規(guī)?；l(fā)展，系統(tǒng)中參與的能源供需的主體顯著增多，不同區(qū)域的綜合能源系統(tǒng)也可通過區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進行跨區(qū)域的能源交互，使系統(tǒng)必須具備較高的并發(fā)性能，以滿足綜合能源的各類業(yè)務(wù)需求；同時，新能源汽車、相變儲能等技術(shù)不斷發(fā)展，在綜合能源系統(tǒng)中的占比逐步增多，儲能設(shè)備可根據(jù)系統(tǒng)信息實時調(diào)整能源供需策略，且各設(shè)備位置相對分散，對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的高并發(fā)運行形成挑戰(zhàn)。
3.3 能源交易方的復雜性對能源區(qū)塊鏈信息安全的挑戰(zhàn)
區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中單個甚至多個節(jié)點對數(shù)據(jù)庫的修改無法影響其他節(jié)點的數(shù)據(jù)庫，攻擊者必須控制系統(tǒng)中至少51%的數(shù)據(jù)節(jié)點才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)篡改，這使得區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)具有很好的安全性和容錯性。我國目前的能源系統(tǒng)以集中式為主，供給主要由電網(wǎng)等少數(shù)企業(yè)承擔，當未來分布式能源占比逐漸提升的時候，能源交易方會更加復雜多變，大型能源供給企業(yè)將可能控制系統(tǒng)內(nèi)較多的能源供應(yīng)節(jié)點，利用區(qū)塊鏈技術(shù)的“隱匿性”特征實施技術(shù)標準壟斷或是促成壟斷協(xié)議的達成，并基于自身壟斷優(yōu)勢掌握普通用戶隱私信息[15]，對于綜合能源系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)安全構(gòu)成影響。
隨著未來綜合能源系統(tǒng)不斷向著多元化發(fā)展，能源供給方式復雜多樣，還需要構(gòu)建統(tǒng)一的能源協(xié)調(diào)機制，以促進能源的有效利用；其次，各類用戶對于可靠穩(wěn)定的用能需求日漸提高，需要降低斷電、斷氣等風險，以提高綜合能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定；最后，隨著能源需求側(cè)響應(yīng)與參與程度的提升，大量信息被分布式存儲在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)之中，保障每個能源用戶的隱私也對開源式的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)提出挑戰(zhàn)。
3.4 區(qū)塊鏈分布式共識機制對資源環(huán)境的挑戰(zhàn)
區(qū)塊鏈特有的共識機制可在無需可信第三方中介的情況下，實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)“源—網(wǎng)—售—荷”全環(huán)節(jié)的信息一致性，促進各參與主體的可信任能源交互。但是，區(qū)塊鏈的分布式共識機制，需要以大量算力為支撐，將數(shù)據(jù)在所有節(jié)點中進行確認、傳輸、存儲等過程，也會消耗一定的能源。綜合能源的開發(fā)建設(shè)主要目的之一就是降低整體能源消耗，綜合能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)節(jié)能降耗與算力耗電還沒有相應(yīng)的評價技術(shù)，需要科學全面地衡量系統(tǒng)的能源利用效率。
隨著未來綜合能源系統(tǒng)不斷向著全球化發(fā)展，各個國家、各個區(qū)域的能源系統(tǒng)有望實現(xiàn)穩(wěn)定高效的互通互聯(lián)，打破區(qū)域能源供需壁壘，構(gòu)建綠色低碳的能源互聯(lián)網(wǎng)。在廣域的分布式能源交互中，區(qū)塊鏈的共識機制在發(fā)揮信息一致性優(yōu)勢的同時，也可能消耗更多的資源以完成數(shù)據(jù)的全網(wǎng)絡(luò)儲存與處理，如何降低區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)運行的能源消耗、如何評價系統(tǒng)的節(jié)能降耗指標是區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的挑戰(zhàn)之一。
4 基于區(qū)塊鏈的綜合能源系統(tǒng)前景展望
鑒于綜合能源區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)性科學問題，未來的理論研究與項目實踐將重點圍繞區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、高并發(fā)能源交易、能源數(shù)字身份認證及減低資源消耗等方面開展。
4.1 開發(fā)多種能源去中心化自治協(xié)同的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
從能源改革的趨勢來看，區(qū)塊鏈去中心化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與綜合能源分布式的發(fā)展模式相吻合，構(gòu)建多種能源自治協(xié)同的區(qū)塊鏈綜合能源系統(tǒng)，可有效解決可再生能源、化石能源、儲能與節(jié)能設(shè)備等各類能源生產(chǎn)主體信息不對稱的問題，促進系統(tǒng)多種能源梯級高效利用。由于現(xiàn)有的公有鏈網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要針對金融交易設(shè)計開發(fā)，網(wǎng)絡(luò)的運行效率與可拓展性較差，難以適用于綜合能源復雜多樣的物理結(jié)構(gòu)。因此，也可以構(gòu)建以聯(lián)盟鏈為底層架構(gòu)，針對綜合能源系統(tǒng)量身打造符合物理特性的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)盟鏈相對松散的共識機制使各節(jié)點達成共識時間更短，系統(tǒng)運行效率明顯提高，有助于綜合能源系統(tǒng)能源發(fā)、供、用的瞬時平衡。
聯(lián)盟鏈靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一定程度上提高了區(qū)塊鏈技術(shù)在綜合能源系統(tǒng)中的適用性，但也使各個綜合能源系統(tǒng)形成封閉式網(wǎng)絡(luò)，不利于各系統(tǒng)供需節(jié)點的互通互聯(lián)。因此，可以從以下方面進行探索和研究：一方面，開發(fā)通用的能源聯(lián)盟鏈平臺，充分結(jié)合可再生能源與各類節(jié)能設(shè)備的運行機理，建立可模塊化調(diào)用的能源設(shè)備智能合約，縮短能源區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)周期，降低系統(tǒng)開發(fā)成本，有助于區(qū)塊鏈技術(shù)在能源領(lǐng)域的推廣實踐；另一方面，充分發(fā)揮公有鏈的開源、開放特性，研究并搭建專屬于能源領(lǐng)域的公有鏈底層架構(gòu)，實現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)與能源電力技術(shù)，尤其是再生能源綜合利用技術(shù)、儲能技術(shù)，電網(wǎng)技術(shù)等的有效融合，實現(xiàn)不同區(qū)域的能源供需系統(tǒng)大規(guī)?；ネɑヂ?lián)。
4.2 打造高并發(fā)、智能化的能源交易平臺
與傳統(tǒng)交易方式相比，綜合能源區(qū)塊鏈平臺可在無中心機構(gòu)管理的情況下自動運行，開展可信交易，這種交易模式弱化了傳統(tǒng)售電公司的中心樞紐功能，降低了能源領(lǐng)域的整體交易成本，也為各類用戶帶來更多自由交易的選擇?；趨^(qū)塊鏈的綜合能源系統(tǒng)將構(gòu)建適合“源—網(wǎng)—售—荷”全環(huán)節(jié)的能源交易平臺，對各類能源供需方進行能量管理和提供交易服務(wù)。通過“代碼即合同”“代碼即法律”的智能合約技術(shù)，采用連續(xù)雙邊拍賣等機制進行點對點交易，有效解決能源交易雙方信息不對稱導致的信任缺失問題，為可再生能源就近消納與有效利用提供新路徑的同時，降低了能源交易過程中的人力、時間和溝通成本。
為持續(xù)打造高并發(fā)、智能化的能源交易平臺，以能源交易帶動綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展完善，使各參與主體利益最大化，可以在以下方面進行探索和研究：首先，鼓勵不同技術(shù)路線的科技研發(fā)，持續(xù)提高能源區(qū)塊鏈交易平臺的信息處理速度與并發(fā)效率，以滿足更多的參與主體進行點對點的能源交易；其次，研發(fā)先進的多區(qū)塊鏈信息交互技術(shù)，通過側(cè)鏈錨定、分布式私鑰控制等技術(shù)手段，破解各能源區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)之間無法進行數(shù)據(jù)交互與交易結(jié)算的難題，促進綜合能源區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的跨區(qū)域交易，以多元化市場交易機制帶動能源的供需平衡；最后，發(fā)掘區(qū)塊鏈與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G等技術(shù)深度融合應(yīng)用的可能途徑，在區(qū)塊鏈與其他新興科技之間搭建可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)橋梁，完善綜合能源系統(tǒng)的各項功能，提高能源區(qū)塊鏈交易平臺的智能化水平。
4.3 實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)的數(shù)字認證
區(qū)塊鏈的不可篡改特性是降低社會信用成本的重要特征，也是網(wǎng)絡(luò)安全的重要保障。區(qū)塊鏈的加密算法技術(shù)可將大量的能源數(shù)據(jù)分布式的存儲在每個能源供需主體之中，有效降低了價值信息被惡意篡改的可能性，能源信息的安全性大為提高。另外，為推進我國已實施的可再生能源配額機制，可將區(qū)塊鏈技術(shù)用于綠色證書交易市場，充分發(fā)揮區(qū)塊鏈的信息公開透明、可追溯等優(yōu)勢，簡化綠色證書的認證與交易流程，激勵清潔能源交易，促進節(jié)能減排。在綜合能源區(qū)塊鏈點對點能量傳輸與交易結(jié)算的框架下，第三方的約束與監(jiān)管較少，區(qū)塊鏈的數(shù)字技術(shù)將發(fā)揮更大作用，促進各參與單元達成共識[16]，并有助于建立透明、公正、平等的能源市場。
為實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)的數(shù)字身份認證，推動能源行業(yè)向數(shù)字化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，要加強能源區(qū)塊鏈數(shù)字技術(shù)的研發(fā)，通過加密通信、電子簽名等技術(shù)，給予能源供需主體相應(yīng)的數(shù)字化身份，將不同屬性的能源供應(yīng)節(jié)點、能源使用節(jié)點、能源傳輸與轉(zhuǎn)換節(jié)點進行數(shù)字化表征，給予物理能源相應(yīng)的數(shù)字化身份，提供去中心環(huán)境下的信任機制[17]，為數(shù)據(jù)安全流通提供技術(shù)保證；另一方面，加強能源區(qū)塊鏈技術(shù)，與儲能、節(jié)能等能源新技術(shù)融合，推動能源技術(shù)的數(shù)字化水平。
4.4 優(yōu)化共識機制，減少資源消耗
區(qū)塊鏈特有的共識機制使能源系統(tǒng)各主體的數(shù)據(jù)信息保持高度一致，實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)能量管理的穩(wěn)定、高效，并促進多系統(tǒng)的廣域協(xié)調(diào)。未來基于區(qū)塊鏈的綜合能源系統(tǒng)，要在滿足多元化供能和用能需求的同時，使多方達成共識機制，并減少資源消耗，提高能源使用效率。
要優(yōu)化綜合能源區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的運行方式，不斷提高綜合能源系統(tǒng)的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、社會效益，我們可以在以下方面進行探索和研究：積極探索適用于能源領(lǐng)域的共識機制，在保障區(qū)塊鏈去中心化、公開透明、安全可信、信息可追溯和不可篡改等技術(shù)優(yōu)勢的前提下，考慮將區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)從算力驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉打?qū)動，優(yōu)化共識機制，提高綜合能源系統(tǒng)的低碳屬性；建立區(qū)塊鏈應(yīng)用的科學評價體系，全面考慮區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)運行的安全、效率、經(jīng)濟、環(huán)保等指標，搭建可量化的評價系統(tǒng)，通過科學、全面的評價方法衡量各區(qū)塊鏈項目的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益，指導未來基于區(qū)塊鏈的綜合能源系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展；從技術(shù)融合發(fā)展到理念融合，以區(qū)塊鏈互信共享的共識機制為基礎(chǔ)，探索建立融合新科學技術(shù)、新商業(yè)模式、新共享范式的綜合能源互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)能源綠色低碳的可持續(xù)發(fā)展。
5 結(jié) 語
區(qū)塊鏈技術(shù)主要特征在于去中心化，通過分布式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、共識機制、非對稱加密等技術(shù)組合應(yīng)用，在促進數(shù)據(jù)共享、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程、降低運營成本、提升協(xié)同效率、建設(shè)可信體系等方面發(fā)揮積極作用。要加快推動區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，積極推進區(qū)塊鏈和經(jīng)濟社會融合發(fā)展，要提高區(qū)塊鏈技術(shù)在靈活性、并發(fā)性、安全性和環(huán)保性等四個方面的性能。即挖掘區(qū)塊鏈機理，采用靈活可拓展的技術(shù)架構(gòu)，實現(xiàn)多領(lǐng)域的區(qū)塊鏈項目落地；充分融合其他新興技術(shù)，研究多種鏈式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的高并發(fā)運行；采用數(shù)字身份識別技術(shù)保護參與主體信息，合理監(jiān)管區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)安全與隱私保護；采用合理的共識機制，在保障去中心化數(shù)據(jù)交互的同時，實現(xiàn)區(qū)塊鏈的低能耗運行。
基于區(qū)塊鏈的綜合能源系統(tǒng)要充分考慮能源信息交互的特殊性，在未來綜合能源系統(tǒng)中實現(xiàn)四化，即協(xié)同化、智能化、數(shù)字化和低碳化：將區(qū)塊鏈技術(shù)靈活應(yīng)用到能源系統(tǒng)之中，構(gòu)建自下而上的能源管理架構(gòu)，實現(xiàn)多種能源去中心化自治協(xié)同；要充分挖掘區(qū)塊鏈等新興技術(shù)優(yōu)勢，打造穩(wěn)定高效的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)各類能源供需主體的智能化交易；要采用先進的技術(shù)手段，將能源的物理屬性賦予數(shù)字化身份，實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)的信息可追溯和不可篡改；要優(yōu)化區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用形式，充分發(fā)揮綜合能源節(jié)能低碳的優(yōu)勢，實現(xiàn)能源工業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。
將區(qū)塊鏈技術(shù)與綜合能源系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)建適合我國經(jīng)濟發(fā)展的綜合能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)，促進區(qū)塊鏈技術(shù)與能源技術(shù)不斷融合、創(chuàng)新和實踐，一定會極大推動我國能源改革的進程，并為我國經(jīng)濟社會的發(fā)展提供源動力。
參考文獻
[1] 人民網(wǎng). 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區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展[2019-12-18].
http://hi.people.com.cn/n2/2019/1026/c231187-3475095.html.
[2] 周孝信, 陳樹勇, 魯宗相, 等. 能源轉(zhuǎn)型中我國新一代電力系統(tǒng)的技術(shù)特征. 中國電機工程學報, 2018, 38(7): 1893—1904.
[3] 胡偉,姚文慧. 基于區(qū)塊鏈的能源電力供需網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化模型. 系統(tǒng)管理學報,2019,28(6):1134—1142.
[4] Mengelkamp E, G?rttner J, Rock K, et al. Designing microgrid energy markets a case study: The Brooklyn Microgrid. Applied Energy, 2018, 210: 870—880.
[5] 趙曰浩, 彭克, 徐丙垠, 等. 能源區(qū)塊鏈應(yīng)用工程現(xiàn)狀與展望.電力系統(tǒng)自動化,2019,43(7):14—24.
[6] Andoni M, Robu V, Flynn D, et al. Blockchain technology in the energy sector: a systematic review of challenges and opportunities. Renewable and Sustainable Energy Reviews,2019,100: 143—174.
[7] 鄭觀,范克韜. 區(qū)塊鏈時代的信任結(jié)構(gòu)及其法律規(guī)制. 浙江學刊, 2019, (5):115—123.
[8] Pan ZG,Guo QL,Sun HB. Interactions of district electricity and heating systems considering time-scale characteristics based on quasi-steady multi-energy flow. Applied Energy, 2016, 167: 230—243.
[9] Noor S, Yang WT, Guo M,et al. Energy demand side management within micro-grid networks enhanced by blockchain. Applied Energy, 2018, 228: 1385—1398.
[10] 李彬, 覃秋悅, 祁兵,等. 基于區(qū)塊鏈的分布式能源交易方案設(shè)計綜述. 電網(wǎng)技術(shù), 2019, 43(3):961—972.
[11] Sikorski JJ, Haughton J, Kraft M. Blockchain technology in the chemical industry: Machine-to-machine electricity market. Applied Energy, 2017, 195: 234—246.
[12] 龔鋼軍, 王慧娟, 楊晟,等. 區(qū)塊鏈技術(shù)下綜合能源服務(wù)研究.中國電機工程學報: 1—13[2019-12-20].
https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.190062.
[13] 閆慶友, 米樂樂. 綜合能源服務(wù)商業(yè)模式分析—基于商業(yè)模式畫布. 技術(shù)經(jīng)濟, 2019, 38(5): 126—132.
[14] 邵奇峰, 金澈清, 張召, 等. 區(qū)塊鏈技術(shù)：架構(gòu)與進展. 計算機學報, 2018, 41(5): 969—988.
[15] 孫晉, 袁野. 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的反壟斷隱憂及應(yīng)對. 學習與實踐, 2019, (9): 81—90.
[16] Ahl A, Yarime M, Tanaka K,et al. Review of blockchain-based distributed energy: Implications implications for institutional development. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2019, 107: 200—211.
[17] 羅文華. 規(guī)則與共識: 從電子簽名到區(qū)塊鏈. 中國政法大學學報, 2019, 70(2):48—59+206.
作者簡介
張妍 管理學博士，畢業(yè)于中國人民大學商學院，英國劍橋大學訪問學者，現(xiàn)任華北電力大學新能源管理與評估研究所所長。近年來主要從事新能源管理與評估、環(huán)境資源會計、微能源與綜合能源系統(tǒng)等方面的研究工作，先后在國內(nèi)外學術(shù)期刊發(fā)表研究論文60余篇，出版教材論著2部，主持國家自然科學基金、教育部博士點基金等科研課題十余項，擔任多個學術(shù)團體任職和期刊的審稿專家。
