技术前沿 · 2018-05-18 15:13

2018年能源+区块链深度研究报告

区块链成为近两年热点话题,因其通过分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等技术的集成,可有效解决传统交易模式中数据在系统内流转过程中的造假行为,从而构建可信交易环境,打造可信社会。区块链技术在金融、IOT、数据、电信等场景具有广泛的应用前景,本文重点介绍区块链技术在能源领域的应用,并提出自己的见解,供参考。

目录

一、区块链概述

(一)   区块链的起源

(二)区块链的概念和特征

(三)区块链的核心技术

(四)区块链国内外产业政策现状

(五)区块链产业联盟发展现状

(六)区块链的典型应用场景

二、能源区块链

(一)能源行业大力迈入新格局,我国供给机构亟待优化

(二)全球能源互联网:我国能源供给侧改革的新契机

(三)分布式能源:能源互联网的天然区块链

(四)区块链技术优势:去中心化的能源系统

三、能源区块链:相关项目纷纷落地

(一)区块链能源的点对点交易

(二)分布式传统能源的构建

(三)电动汽车的区块链能源

(四)批发能源交易市场

(五)能源市场交易代币化

四、能源区块链的未来预测

(一)针对区块链进行的能源设施投资将呈现增长态势

(二)美国的能源设施将进入试点阶段

(三)能源批发贸易将努力实现商业化部署

(四)其他商业模型将实体化

五、我国能源+区块链刚刚起步

六、需要深入探讨的问题

(一)技术安全

(二)现有模式变革

(三)监管方面

(四)数据共享

(五)电网安全

(六)专业服务方面

(七)市场方面

(八)盈利方面

 

一、区块链概述

区块链成为近两年热点话题,因其通过分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等技术的集成,可有效解决传统交易模式中数据在系统内流转过程中的造假行为,从而构建可信交易环境,打造可信社会。所谓共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法。

近年来各国政府机构,国际货币基金组织以及标准、开源组织和产业联盟等在纷纷投入区块链产业的拉通和应用。随着区块链的产业价值的逐渐确定,区块链迅速成为一场全球参与竞逐的“军备”大赛,中国也开始从国家层面设计区块链的发展道路。2018年,区块链及相关行业加速发展,中国将领跑全球进入“区块链可信数字经济社会”,我们正面临区块链的重大产业机遇。

区块链的应用已由开始的金融延伸到物联网、智能制造、供应链管理、数据存证及交易等多个领域,将为云计算、大数据、承载网络等新一代信息技术的发展带来新的机遇、其构建的可信机制、将改变当前社会商业模式、从而引发新一轮的技术创新和产业变革。

(一)区块链的起源

探寻区块链的机制和发展,比特币是无法绕过的话题。区块链作为一种独立的技术出现,最早可以追溯到比特币系统中。2008年一个笔名为中本聪的人(或团队)发布了一篇名为《比特币——一种点对点的电子现金系统》的文章,又在2009年公开了其早期的实现代码,比特币就此诞生。抛出比特币价格的跌宕起伏,仅探讨比特币系统本身的设计,可以把它视作一次电子货币在概念和技术上的实验:在传统的电子支付系统中,有银行或支付服务提供方来对验证并记录系统中发生的交易,账本在中心机构手中;而比特币在人类历史上第一次实现了去中心化的电子货币和交易,即不需要一个中心化的第三方认证机构或账务管理系统对交易进行验证和记录,即不需要一个中心化的第三方认证机构或账务管理系统归队交易进行验证和记录,全网共同维护更新一份相同的账本,比特币的出现使得电子货币系统出现了由传统的“中心化账本+中介”的模式向“公共账本+共识”的模式转变的可能性,而这种转变正是由区块链技术实现的。

比特币白皮书中并没有直接提出“区块链”这一概念,但其解决交易记录真实有效并不可篡改的方案可以看做区块链系统的技术原理:客户端发起交易后向全网广播等待确认,系统中的节点将若干待确认的交易和上一个块的hash值导报放进一个块(block)中并审查块内交易的真实性以形成一个备选区块;随后试图找到一个随机数使得该候选区块的hash值小于某一个特定值,一旦找到该数后系统判定该区块合法,节点向全网进行广播,其他节点对该区块进行验证后公认该区块合法,此时该区块就会被添加到链上,进而区块中的所有交易也自然被判定为有效。此后发生的交易则依此法类推链在该区块之后,以此形成一个历史交易记录不断堆叠的账本链条。任何对链条上某一块的改动将会导致该块hash值的变化,进而导致后续块的hash值变化与原有账本对不上,因此篡改难度极高。比特币以上述方案为基础,由数千个分布式节点7*24*10小时不间断运行,期间并未出现过重大的漏洞。人们逐渐意识到承载比特币运营背后的区块链技术可能极具应用前景,它不该也不会仅限于在电子货币转账中使用,它可以被用于处理更广义上的截止转移:各类有形资产和无形资产的所有权归属和流通理论上都可以运用区块链技术进行记录和追踪,并完成点对点的价值交换。这对于社会商业的信息和资产管理而言将会是一次意义重大的革新。

然而由于比特币系统设计的非图灵完备性,其系统无法处理更为复杂的业务逻辑。受比特币启发,于2015年左右开发上线的公有区块链凭条以太坊则将区块链的应用更进一步,允许开发者在平台上部署智能合约,以处理更为复杂的业务逻辑。智能合约使得通过代码设定好的业务逻辑能够自动按照触发条件执行而无需人为干预,并且合约部署在区块链上公开透明。因此,区块链技术可以被广泛的运用在涉及合同处理、数据交换、所有权转移的金融、物联网、物流和共享经济等场景中。

如果从比特币诞生开始计算,区块链技术已有近10年的发展历史。目前的区块链的发展方向主要可以分为公有链和联盟链:前者以比特币和以太坊为代表,任何人都可以随时加入其中,链上记录对所有人公开;后者则由制定区块链的参与成员组成联盟,成员之间的业务往来信息被记录在区块链中,限定了使用规模和权限,典型代表如Linux基金会旗下的开源区块链项目Hyperledger等。

 区块链发展阶段表

区块链发展阶段 典型事件 作用
2009-2014(区块链1.0) 比特币系统公布 区块链技术起源
2014-2017(区块链2.0) 以太坊,超级账本等区块链开源项目发布 区块链协议城和框架层优化,智能合约支持,公有链和联盟链方向出现
2017-? 商业应用项目爆发出现,但仍未大规模落地 区块链在不同行业的应用探索,可能向3.0进化

资料来源:华为区块链白皮书

比特币和以太坊的比较

比特币 以太坊
核心算法 SHA256 Ethash
用户 持币者、矿工、开发者 机构或组织、持币者、矿工、开发者
编程语言 基于栈的编程语言 图灵完备的编程语言,撰写智能合约最受欢迎的语言是solidity
区块时间 1区块/10分钟 1区块/12-15秒
挖矿收益 新生币奖励、手续费 新生币奖励、手续费、叔块奖励、叔块引用奖励
奖励机制 12.5个比特币/区块 5个以太坊/区块
管理的去中心化 定义更为严格,分为完整节点去中心化,算力去中心化以及开发去中心化 分为完整节点去中心化和算力去中心化,开发过程完全中心化,可大大提升效率
定位 点对点的电子现金系统,通常作为支付交易媒介和价值储存手段 定位于去中心化应用的平台,使开发人员可建立并运行DApp。智能合约和以太坊虚拟机具有巨大的盈利空间

资料来源:以太坊白皮书、搜狐科技

业绩对区块链的声音很多,而在这么多针对区块链的声音中,一类声音是极度夸大区块链的功能,而另一类极端的身影是极力抨击区块链存在的缺陷。区块链技术是对现有技术的一种补充,其在现有的加密技术上,利用分布式账本和共识机制形成在数据流转过程中防篡改的一种机制障碍。区块链技术中采用的分布式账本,对于替代数据库来说是不存在的,其不会作为独立数据库使用;区块链也无法离开Internet、数据库等技术,反而脱离这些技术将无法形成技术体系,因此,区块链是“X+区块链”的技术形态。

(二)区块链的概念和特征

区块链技术最早由Inter的高级专家蒂姆梅于1992年提出。区块链是一系列现有成熟技术的有机组合,它对账本进行分布式的有限记录,并且提供完善的脚本以支持不同的业务逻辑。在典型的区块链系统中,数据以区块链(block)为单位产生和存储,并按照时间顺序连城链式(chain)数据结构。所有节点共同参与区块链的数据验证、存储和维护。新区块的创建通常需得到全网多数(数量取决于不同的共识机制)节点的确认,并向各节点广播实现全网同步,之后不能更改或删除。

由于区块链网络中的所有节点都保存着整个数据库的所有数据,因此区块链的存储容量较小、写入效率也较低。为了平衡区块链的优缺点,出现了面向不同范围用户开放的区块链类型,包括公有链、联盟链和私有链,通过部分“去中心化”,提升区块链的存储写入效率。

公有链:公有链是对所有人开放,任何人都可以参与的区块链,完全去中心化。公有链不受任何机构控制,账本完全公开透明,任何人都可以参与到区块链的维护和数据读取中来。其共识过程的参与者通过密码学技术以及内建的经济激励维护整个网络数据库的安全。公有链的项目包括比特币、以太坊、瑞波,还有大多数竞争币及智能合约平台。

联盟链:对特定的组织团体开放,参与区块链的节点是事先选择好的,节点间很可能有很好的网络连接。可以采用非工作量证明的其他共识算法,可以做到很好的节点之间的连接,成本低且交易速度非常快,交易成本大幅降低甚至为零。联盟链中的数据读取权限是分级别的,对外、对内以及内部各节点之间的权限也可以不一样,这就使得数据有了一定的隐私,联盟链是“部分去中心化”的代表。目前国内外大部分区块链项目都是基于联盟链进行开发的,如R3 联盟、京东金融ABS 云平台、云象区块链等。

私有链:对单独的个人或实体开放,参与节点只有自己,数据的访问和使用有严格的权限管理。有人认为这就是传统意义上的共享数据库,如果私有链在实践中不能充分利用公有链所构造的去中心化的信任基础,其发展空间将是非常有限的。

从外部来看,区块链系统应具有以下特征:

1.    多方写入,共同维护

区块链的记账参与方应当由多个利益不完全一致的实体组成,并且在不同的记账周期内,由不同的参与方主导发起记账(轮换方式取决于不同的共识机制),而其他的参与方将对主导方发起的记账信息进行共同验证。

2.    公开账本

区块链系统记录的账本应处于所有参与者被允许访问的状态,为了验证区块链记录的信息的有效性,记账参与者必须有能力访问信息内容和账本历史。但公开账本指的是可访问性的公开,并不代表信息本身的公开,因此,业界期望将很多隐私保护方面的技术应用到区块链领域,以解决通过密文操作就能验证信息有效性的问题。

3.    去中心化

区块链应当是不依赖于单一信任中心的系统,在处理仅涉及链内封闭系统中的数据时,区块链本身能够创造参与者之间的信任。但是在某些情况下,如身份管理等场景,不可避免的会引入外部数据,并且这些数据需要可信第三方的信任背书,此时对于不同类型的数据,其信任应来源于不同的可信第三方,而不是依赖于单一的信任中心。在这种情况下,区块链本身不创造信任,而是作为信任的载体。

4.    不可篡改

作为区块链最为显著的特征,不可篡改性是区块链系统的必要条件,而不是充分条件。有很多基于硬件的技术同样可以实现数据一次写入,多次读取且无法篡改,典型的例子如一次性刻录光盘。区块链的不可篡改基于密码学的散列算法,以及多方共同维护的特征,但同时由于这个特性,区块链的不可篡改不是严格意义上的,称之为难以篡改更为合适。

(三)区块链的核心技术

1.    分布式账本

分布式账本技术DLT(DistributedLedger Technology)本质上是一种可以在多个网络节点、多个物理地址或者多个组织构成的网络中进行数据分享、同步和复制的去中心化数据存储技术。相较于传统的分布式存储系统,分布式账本技术主要具备两种不同的特征:

传统分布式存储系统执行受某一中心节点或权威机构控制的数据管理机制,分布式账本往往基于一定的共识规则,采用多方决策、共同维护的方式进行数据的存储、复制等操作。面对互联网数据的爆炸性增长,当年由单一中心组织构建数据管理系统的方式正受到更多的挑战,服务方不得不持续追加投资构建大型数据中心,不仅带来了计算、网络、存储等各种庞大资源池效率的管理,不断推升的系统规模和复杂度也带来了愈加严峻的可靠性问题。然而,分布式账本技术去中心化的数据维护策略恰恰可以有效减少系统臃肿的负担。在某些应用场景,甚至可以有效利用互联网中大量零散节点所沉淀的庞大资源池。

传统分布式存储系统将系统内的数据分解成若干片断,然后在分布式系统中进行存储,而分布式账本中任何一方的节点都各自拥有独立的、完整的一份数据存储,各节点之间彼此互不干涉、权限等同,通过相互之间的周期性或事件驱动的共识达成数据存储的最终一致性。经过几十年的发展,传统业务体系中的高度中心化数据管理系统在数据可信、网络安全方面的短板已经日益受到人们的关注,普通用户无法确定自己的数据是否被服务上窃取或篡改,在受到黑客攻击或产生邪路实更加显得无能为力,为了应对这些问题,人们不断增加额外的管理机制活技术,这种情况进一步推高了传统业务系统的维护成本,降低了商业行为的运行效率。分布式账本技术可以在根本上大幅改善这一现象,由于各个节点均各自维护了一套完整的数据副本,任意单一节点或少数集群对数据的修改,均无法对全局大多数副本造成影响。换句话说,无论是服务提供商在无授权情况下的蓄意修改,还是网络黑客的恶意攻击,均需要同时影响到分布式账本集群中的大部分节点,才能实现对已有数据的篡改,否则系统中的剩余节点将很快发现并追溯到系统中的恶意行为,这显然大大提升了业务系统中数据的可信度和安全保证。

这两种特有的系统特征,使得分布式账本技术成为一种非常底层的、对现有业务系统具有强大颠覆性的革命性创新。

2.  共识机制

区块链是一个历史可追溯、不可篡改,解决多方互信问题的分布式(去中心化)系统。分布式系统必然面临着一致性问题,而解决一致性问题的过程我们称之为共识。

分布式系统的共识达成需要依赖可靠的共识算法,共识算法通常解决的是分布式系统中由哪个节点发起提案,以及其他节点如何就这个提案达成一致的问题。我们根据传统分布式系统与区块链系统间的区别,将共识算法分为可信节点间的共识算法与不可信节点间的共识算法。前者已经被深入研究,并且在现有流行的分布式系统中广泛应用,其中Paxos和Raft及其相应变种算法最为著名。对于后者,虽然也早就被研究,但直到近年区块链技术发展如火如荼,相关共识算法才得到大量应用。而根据应用场景的不同,后者又分为以PoW(Proof of Work)和PoS(Proof of Stake)等算法为代表的适用于公链的共识算法和以PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)及其变种算法为代表的适用于联盟链或私有链的共识算法。

工作量证明PoW算法是比特币系统采用的算法,该算法于1998年有W.Dai在B-money的设计中提出。以太坊系统当前同样采用PoW算法进行共识,但由于以太坊系统出块更快(约15秒),更容易产生区块,为了避免大量节点白白陪跑,以太坊提出了Uncle块奖励机制。POS算法最早由SunnyKing在2012年8月发布的PPC系统中首先实现,而以太坊系统也一直对PoS抱有好感,计划后续以PoS代替PoW作为其共识机制。PoS及其变种算法可以解决PoW算法一直被诟病的浪费算力问题,但其本身尚未经过足够验证。PBFT算法最早由Miguel Castro和Barbara Liskov在1999年的OSDI99会议上提出,该算法相较原始拜占庭容错算法具有更高的运行效率。假设系统中共有N个节点,那么PBFT算法可以容忍系统中存在F个恶意节点,并且3F+1不大于N。PBFT共识算法虽然随着系统中节点数增多而可以容忍更多的拜占庭节点,但其共识效率确实以极快的速率下降,这也是我们能看到的应用PBFT做共识算法的系统中很少有超过100个节点的原因。无论是PoW算法还是Pos算法,其核心思想都是通过经济激励来鼓励节点对系统的贡献和付出,通过经济惩罚来阻止节点作恶。公有链系统为了鼓励更多节点参与共识,通常会发放代币(token)给对系统运行有贡献的节点。而联盟链或者私链与公有链的不同之处在于,联盟链或者私链的参与节点通常希望从链上获得可信数据,这相对于通过记账来获取激励而言有意义得多,所有他们更有义务和责任去维护系统的稳定运行,并且通常参与节点数较少,PBFT及其变种算法恰好适用于联盟链或者私链的应用场景。

3.  智能合约

智能合约是一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议。智能合约允许在没有第三方的情况下进行可信交易。这些交易可追踪且不可逆转。其目的是提供由于传统合同方法的安全,并减少与合同相关的其他交易成本。

智能合约作为一种计算机技术,不仅能够有效地对信息进行处理,而且能够保证合约双方在不比引入第三方权威机构的条件下,强制履行合约,避免了违约行为的出现。智能合约的优点有:合约制定的高效性,合约维护的低成本性,合约执行的高准确性。虽然智能合约较传统合约具有明显的优点,但对智能合约的深入研究与应用仍在不断探索中,新兴技术的潜在风险依然存在。智能合约作为区块链的一项核心技术,已经在以太坊、Hyperledger等影响力较强的区块链项目中,得到广泛应用。

4.  密码学

信息安全及密码技术,是整个信息技术的基石。在区块链中,也大量使用了现代信息安全和密码学的技术成果,主要包括:哈希算法、对称加码、非对称加密、数字签名、数字证书、同泰加密、零知识证明等。在区块链分布式账本公开的情况下,最大限度地提供隐私保护能力。这方面的技术,还在不断发展完善中。

区块链安全是一个系统工程,系统配置及用户权限、组件安全性、用户界面、网络入侵检测和防攻击能力等,都会影响最终区块链系统的安全性和可靠性。区块链系统在实际构建过程中,应当在满足用户要求的前提下,在安全性、系统构建成本以及易用性等维度、取得一个合理的平衡。

(四)区块链国内外产业政策现状

中欧在区块链产业政策中逐渐引领全球,欧盟在2018年2月已成立欧洲区块链观察论坛,主要职责包括:政策确定、产学研联动,跨境Baas(Blockchain as a Service)服务构建,标准开源制定等,并且在Horizon2020投入500万欧元作为区块链研发基金,预计三年内(2018-2020)区块链方面投资达3.4亿欧元。美国则由于各州之间政策不易,虽然区块链在美国初创企业中仍然是热潮,但产业政策推动一直较慢。中东地区以迪拜为首在引领区块链的潮流,由政府牵头,企业配合以探索区块链的新技术应用。亚太区域日韩相对活跃,日本以NTT为主,政府背后提供支撑,韩国以金融为切入点探索区块链应用。

中国2013年12月发布了名为《关于防范比特币风险的通知》,将比特币定性为“虚拟商品”,要求各金融机构不得参与到比特币相关的业务中,同时要求交易平台做好备案和反洗钱的义务。

2017年9月,中国监管层窗口指导,各比特币交易平台停止境内比特币交易业务。

中国国务院印发《“十三五”国家信息化规划》,区块链与大数据、人工智能、机器深度学习等新技术、成为国家布局重点。

中国人民银行印发了《中国金融业信息技术“十三五”发展规划》,明确提出积极推进区块链、人工智能等新技术应用研究,并组织进行国家数字货币的试点。

2017年10月,工信部发布《中国区块链技术和应用发展白皮书》,这是收购落地的区块链官方指导文件。

各地政府,特别是沿海地区纷纷成立了区块链试验地、研究院。目前,深圳、杭州、广州、贵阳等地政府都在积极建立区块链发展专区,给予特别扶持政策。其中在广州2017年12月正式发布广州区块链10条策略,在黄浦区和开发区打造区块链企业技术创新区。深圳在2018年3月由深圳市经济贸易和信息化委员会发布《市经贸信息委关于组织实施深证市战略性新兴产业新一代信息技术信息信息安全转型2018年第二批扶持计划的通知》,区块链在扶持方向之列,这是继广州、贵阳、青岛、杭州之后,国内第5个地方政府,出台的关于区块链的扶持政策。

(五)区块链产业联盟发展现状

R3:2015年9月,R3区块链联盟由R3CEV(R3crypto Exchange Venture)公司发起,吸引了众多金融机构的参与,包括富国银行、美国银行、德意志银行、汇丰银行、摩根斯坦利、花钱银行等。目前R3联盟已经吸引了超过100家会员。R3致力于为银行提供区块链技术以及建立区块链概念性产品。2016年,R3宣布了其为金融机构量身定做的区块链技术平台项目Corda,并与2017年将Corda项目代码开源。

CBSG运营商区块链联盟(CarrierBlockchain Study Group):2017年2月,美国电信运营商Sprint、美国加州区块链初创公司TBCASoft、日本软银合作,成立CBSG,使用TBCASoft开发的一个平台将Sprint的系统连接在一起。利用Sprint 底层核心网络,构建TBCSoft区块链平台层,多个基站子系统(BSS)接入区块链平台,在多个应用之间共享账本。CBSG在跨运营商的支付平台系统上完成充值、移动钱包漫游、国际汇款和物联网支付。目前为止,该联盟已经成果测试了移动支付系统,并通过该平台为不同运营商的预付费电话充值。将来,该组织会退出连接计算、个人认证和债务清算的应用程序。在2018年的MWC上CBSG宣布又增加了5个成员:KT、LGU+、FLDT和Etisalat。

TloTTA可信物联网联盟(Trusted loTAlliance):2017年9月,思科、Bosch、ConsenSys、IOTA等公司联合成立,成员还包括BNY Mellon、U.S.Bank、BigchainDB等。可信物联网联盟将会建立基于区块链的、可信赖的物联网生态系统,提升物联网的安全性及可信性,同时也将制定开源区块链协议的标准,来加强物联网的安全性。根据路线图,可信物联网联盟将会支持基于超级账本、比特币和以太坊技术的区块链实现。

BiTA区块链货运联盟(Blockchain inTransport Alliance):BiTA成立于2017年8月,成员包括联邦快递、UPS、Penske、GE运输、SAP、Salesforce、京东物流等,目前已经超过100家。BiTA整合货运及物流行业各方,共同探讨区块链在货运行业的应用,开发货运行业的区块链标准,从而提高货运流程的透明度及效率,使该行业变得更加先进。

B3I区块链保险行业倡议(BlockchainInsurance Industry Initiative): 2016年10月,荷兰全球人寿保险公司(Aogon)、德国安联保险公司(Allianz)、德国慕尼黑再保险公司(Munich Re)、瑞士再保险公司(Swiss Re)、苏黎世保险集团(Zurich)五大保险巨头联合发布保险行业区块链倡议B3I,旨在研究区块链在保险业的可行性,并开发基于区块链的保险概念证明。

中国区块链技术和产业发展论坛:2016年10月18日由工信部信息化和软件服务公司、国家标准委工业标准二部指导在北京成立,联盟凝聚政、产、学、研等各方资源,跟踪研究区块链技术和应用发展趋势,研究标准,构建我国区块链发展路线图,同时组织对外交流。

金融区块链合作联盟:2016年5月,深圳市金融科技协会等二十多家金融机构和科技企业共同发起设立,目标是在3至5年内研发一条或多条金融区块链。

可信区块链联盟:为落实《“十三五”国家信息化规划》,搭建政产学研合作平台,推进区块链技术与实体经济深度融合,在工业和信息化部的指导和支持下,中国信息通信研究院牵头成立“可信区块链联盟”。目前联盟约150+企业参与,华为、京东金融、智链、腾讯、中国移动、中国电信等都参与联盟。

(六)区块链的典型应用场景

区块链的典型应用场景

典型场景 说明
数据 数据存证、交易 搭建可信的数据交易平台,实现数据资产的登记、交易、溯源,帮助企业进行数据资产变换。
身份认证 实现IOT设备/用户的接入鉴权、固件管理等,提供系统安全性
行业应用
IOT 新能源 搭建新能源点对点交易系统,实现可信交易和价值转移
供应链溯源 实现数据共享,打通各环节流程,提高数据透明性、可追溯性。
车联网 共享汽车的里程、速度等信息,供相关利益方(保险、车厂等)获取
电信 多云多网协同 多云+多网可信接入,使能“多云+多网”云业务全球无缝漫游。
金融 供应链金融 金融系统进入企业的业务系统,实现对供应链上下游企业的可信放贷
普惠金融 构建个人的可信信息,降低身份审核成本,提升金融业务的人群覆盖面,促进整个经济的发展。

新能源:打造清洁能源交易信任基石。在新能源领域,区块链技术的应用正在该表现有的行业结构,降低交易成本,并保留更有效的记录,实现能源互联网从数字化向信息化最后向智能化发展的路径。随着分布式光伏、储能的成本大幅降低,以区域自治为核心的能源微网社区将逐步凸显经济性。同时,诸如太阳能这类新能源往往具有分布式的特点,发电厂及住户都可以使用太阳能板来进行储能,能源认领可以发生在生产者和消费者之间,因此,可以通过区块链和智能电表,对不同主体的发电量进行计量和登记以形成一个不可篡改的发电量账本;同时通过智能合约来实现多余电力的点对点认领和交易。另一方面,区块链还可以促进新能源给社会带来巨大的公益和环保价值。通过区块链和智能电表,对不同主体的发电量进行计算和登记以形成一个不可篡改的清洁电力发电量账本,相关环保和公益机构完全可以在这笔交易在区块链中被验证有效时向用户和发电厂发放清洁能源生产和使用证书,以鼓励双方生产和使用新能源的行为。

区块链点对点认领方案

二、能源区块链

(一)能源行业大力迈入新格局,我国供给机构亟待优化

近年来,全球能源需求增长缓慢,能源转型推动新能源快速发展,能源消费结构清洁化趋势明显。在新政策情景下,我国的能源需求增长速度每年下降1%左右,从2004年高达16.84%的增速一路下降至2015年的地点0.96%,不到自2000年以来的年平均水平的六分之一。截止2016年,我国能源消费构成中,煤炭和石油占比已经从2000年的90.5%下降至80.3%,而能源供给构成中,天然气、水电、核电和风电等能源供给也一直在稳步增加。然而我国能源供给结构依然存在大量痛点,包括供给垄断、结构转变缓慢、清洁化不足、价格非理性和供给动力不足等问题。自09年以来,国家开始大力推进能源行业的供给侧改革,卓有成效但阻力依旧。

(二)全球能源互联网:我国能源供给侧改革的新契机

全球能源互联网是指以国家电网为代表,侧重全球电力互联,利用电力网络在空间上的扩大,将不同区域电网互联,实现不同区域不同类型新能源跨区消纳的能源互联网。全球能源互联网是以特高压电网为骨干网架(通道)、以输送清洁能源为主导、全球互联泛在的坚强智能电网,复合两个替代(清洁替代和电能替代)的需求。全球能源互联网由跨洲、跨国骨干网架和各国各电压等级电网构成,连接“一级一道”(北极、赤道)等大型能源基地一级各种分布式电源,能够将可再生能源输送到各类用户,是服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源配置平台,具有网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的特征。

(三)分布式能源:能源互联网的天然区块链

分布式能源通常是布置在用户所在地,耦合连接在区域电力系统的发电设施,包含可再生能源系统、热电联产系统、工业能量回收利用系统,并具有需求侧管理功能。分布式能源已成功实现商业化利用,并且是综合效率最高的一种利用方式,能效可达80%以上,且输配电损耗显著降低,能有效降低电网崩溃的概率,提高供电可靠性。分布式能源技术主要包括往微型燃气轮机、工业燃气轮机、热点联产系统、光伏、风电系统、燃料电池等。其中燃料电池的发电效率将可能达到80%,是未来最具发展价值的技术。这些技术将和智能控制与优化技术、综合系统优化技术等集成起来,成为能源互联网的核心技术。目前,分布式能源在天然气和光伏发电领域已经取得快速发展。2015年天然气分布式能源在我国开始加速发展,共建有127个项目,装机1405.5MW。预计到2020年,我国规模以上城市均使用分布式能源系统,装机容量达到4000-5000万kW。我国天然气分布式能源发展有进一步加速的趋势。到2020年,我国燃气轮机将实现自主研制及应用,系统集成能力将得到大幅度提升。由于天然气分布式调峰能力强、运行稳定,与太阳能光伏、光热、地源热泵等互补的分布式能源系统将得到大力发展。2015年我国已成为新能源装机容量世界第一的国家。在“十三五”能源规划中,分布式光伏成为国家未来几年扶持的重点,结合天然气分布式能源的发展,两者优势互补,将形成我国分布式能源的新特征。分布式发电是用清洁能源、生物质、可再生能源等为一次能源,将规模不一的发电、热点等设备加以集成,以分散的方式布置在用户附近的能源系统,相当于一个可独立输出热、电等能源的多功能小电站。开展分布式发电市场交易需要遵循信息对等、共享、透明,交易分散等基本原则。而区块链技术本身是一个特殊的数据库结构,因为具备去中心化、可以分散等特点,在分布式发电市场交易上将非常有效。

(四)区块链技术优势:去中心化的能源系统

能源行业应用区块链技术的目标是提供一种完全去中心化的能源系统,能源供应合同可以直接在生产者和消费者之间传达。区块链技术有助于加强个人消费者和生产者的市场影响力,这也使消费者直接拥有购买和销售能源的高度自主权。区块链技术用在能源领域显示出强大的应用前景,除了可以执行能源供应交易外,区块链技术还可以提供计量,计费和结算流程的基础。

区块链技术同能源互联网概念有较强的内在一致性,智能合约得以实现无人化智能能源互联网。从本质上来讲,能源互联网同区块链技术都必须构建于普遍的智能设备物联网之上,设备的普遍智能化和互联网化将和能源互联网的发展互为表里。而区块链技术同样强调价值网络参与主体的物联化和智能化,基于区块链的智能合约,其作用并不是仅仅如其字面所显示的,只能实现实体或者数字资产交换功能,其实智能合约的真正作用在于基于区块链的不可篡改和集体共识特征,预先写入的代码可以在无人干预或者少人干预的情况,直接调用区块链上的数据,执行所有可以计算的逻辑功能并输出和执行结果,因此,智能合约的真正意义其实是为区块链在各主体间的互动提供了智能化的规则,并且可以在无人参与的情况下,实现各种复杂逻辑功能,这种特征称之为图灵完备。从这个角度来看,能源互联网的智能设备网络如果要实现完全的无人化智能,离不开区块链技术的帮助,尤其是布置在区块链上的智能合约技术。

区块链天然的去中心化和可分散的特点可以构建一个去中心化的能源系统,具有以下三个优势:

1.搭建分布式能源交易和供应体系。区块链技术能够支持去中心化的能源供应系统,这将有助于简化多层系统,其中电力生产商、配电系统运营商、传输系统运营商和供应商,通过区块链网络直接将生产者和消费者联系在各个层次上进行交易。

2.制定能源管理部门的区块链智能合约。在区块链技术和智能合约的帮助下,可以有效地控制能源网络,智能合约将向系统发出信号,制定如何启动交易的规则。此类流程将基于智能合约的预定义规则,可以确保所有的能量和存储刘都是自动控制的。这有助于平衡供给和需求。例如,当产生比需求更多的能量是,智能合约可以确保这些多余的能量被自动地传送到存储器中。

3.安全存储能源交易数据。将所有能源交易数据分散的存储在一个区块链上将有可能保持所有能量流和业务活动分布式和安全记录。由智能合约控制的能量和交易刘可以以防篡改的方式记录在区块链上。因此,分布式能源市场的逐步数字化,为区块链技术提供了创新开发和新商业模式的难得机遇。

三、能源区块链:相关项目纷纷落地

目前能源区块链项目主要集中在发达国家,美国依然具备着能源区块链创业的最佳土壤,美国的硅谷以及纽约聚集着大批能源区块链创业者。欧洲尤其是德国也有不少能源区块链项目,德国对区块链技术整体持较为支持的态度,加上德国较为发达的分布式可再生能源,使得区块链在能源领域的应用十分有前景,柏林较好的创业环境和氛围也聚拢了大量欧洲极客在此。

能源区块链项目地理分布

 

现阶段已有多家项目公司在这些能源区块链场景达成应用,包括LO3 Energy的微电网、Electron的分布式天然气和电力计量系统、Power Ledger的代币化区块链能源较市场、Enerchain的集成化能源批发交易系统和Innogy的区块链电动汽车充电系统,这些项目都收获了多家巨头的注资。

主要在以下多个场景中发挥作用:

(一)区块链能源的点对点交易

在传统电力交易市场上,电力交易掌握在少数寡头手中,而事实上过去也只有少数寡头能够承担如此高昂的基础设施建设费用。然而随着光伏技术的提升,越来越多的家庭部署了家用光伏发电设备,光伏发电设备安装成本较大,但是这其中产生的多余电力却未被充分利用,无论是对于家庭还是社区都是一种隐形损失。越来越多的家庭想要将自家的余电上网出售给其他用户,清洁电力来源也希望降低价格吸引更多用户。受地域、经济等的限制,电力需求和电力供给之间的不匹配是一个长期以来存在的问题。智能电网能使得这一问题得到有效解决,而区块链技术则是搭建智能电网的最优选择。通过电网的数字化、智能化,自主运行、自我优化,电力生产与消费都将更加精准化和精细化,资源利用将更加集约、高效,决策判断将更加具有前瞻性。目前,大部分区块链能源项目都集中在P2P能源市场平台。区块链能源点对点交易是目前区块链在能源行业的主要应用场景,区块链的去中心化和分布式特点,让电力生产者、售电部门和消费者可以实现“直连”,可以大幅度降低电力的交易成本,提升交易效率。

案例1:2016年4月美国的能源公司LO3公司与西门子数字电网(Siemens Digital Grid)以及比特币开发公司(Consensus Systems)合作,建立了布鲁克林微电网(BrooklynMicrogrid)。该项目是全球第一个基于区块链技术的能源项目。这个微网项目实现了社区间居民的点对点电力交易,允许用户通过智能电表实时获得发、用电量等相关数据,并通过区块链向他人购买或销售电力能源。这意味着,用户可以不需要通过公共的电力公司活中央电网就能完成电力能源交易。此外,拥有太阳能电池板等能源生产资质的公司,也可以通过微网将未使用的能源出售给社区。LO3 Energy的Exergy平台的搭建主要为以下几方面:加密分布式账本技术,以防篡改的方式安全保存所有数据;可扩展智能合约,自动化处理所有交易流程;链上微网控制系统,高效管理微网电流和交易流。

区块链和微网的结合使得建筑物屋顶光伏系统供应商在布鲁克林能够将过剩的电力回馈到现有的本地电网,并直接从购买者那里收到付款。区块链技术允许在多个参与系统和各种利益相关者之间进行透明、高效的交易,同时也把网络特定的要求考虑在内。

在纽约州,公共事业费用很高:比如电线和变电站维护费用等。这些费用基本上都是来自于用户在市场上的能耗支付所得。传统电网通常是以净耗电量来计算电费,而且消费者也没有任何选择权。相比于从中央电网购买电力,P2P能源销售的优势在于价格更加便宜。而有些消费者比如那些在自己屋顶上安装太能光伏板的人,可以在区块链的帮助下出售自己没有使用过的多余能源。布鲁克林作为该项目的一个试点,将能够让社区电力的生产者和消费者之间进行基于区块链的本地能源交易,并平衡当地的生产和消费。英国跨国公共事业公司Centrica, Braemar Energy Ventures,以及德国西门子都投资了LO3公司。

案例2:Conjoule:打造高效能源交易社区。Conjuele于2017年由innogy Innovation Hub成立,正在为可再生能源的生产者和消费者,以及电池拥有者和其他灵活能源开发一个P2P市场,无需中介机构就可进行交易。2016年10月,这个平台和发行产品正在德国的两个城市进行试点,允许在家中安装光伏板的住宅用户向当地消费者出售过剩的电力,且所有交易都会被记录在区块链平台上。这平台上,居民可以自由选择他们销售电力的对象,包括当地的公司、学校以及电力公司等,有助于构建更高效的城市生态。Conjoule此前曾获得了日本东京电力公司和德国能源公司RWE的子公司Innogy Innovation Hub的投资。

案例3:The Sun Exchange:连接世界的能源区块链。尽管太阳能可以改变许多社区,但是对于那些偏远地区而言,安置光伏发电设备依然难以实现。为了改变这一点,The Sun Exchange旗下的P2P能源交易模式已经不局限于本地社区,他们允许用户在全世界各地购买太阳能,然后把这些能源出售给其他消费者。The Sun Exchange 和太阳能公司合作在太阳能安装贫瘠地区(主要是南非)搭建太阳能发电设施,而安装费用则是通过评估挂在其网站上。投资者可以通过购买太阳能区块来投资这个项目,安装完成后电力会出售给当地社区,投资者则会获得其相应份额的回报。而整个网络则是采用了区块链技术,代币的使用不仅可以避免交易所等中介减少交易成本,还免去了不同国家货币转换的麻烦。该公司目前已在欧洲等地区搭建了5个项目,累计出售了超过150kW的太阳能。该公司已经募集到了几轮早期阶段投资,也获得了Plug and play Accelerator,Techstars,以及BarclaysAccelerator等创业加速器的支持。

(二)分布式传统能源的构建

分布式能源系统,既具有了互联网的基本特征,又具有互联网经济要解决的核心问题,如能源和信息的双向流动、数据的记录和管理等。通过区块链,支付可以通过加密货币作为安全保障,而合同将只是数字。所有的交易都可能被数千人“证人”验证,如果使用公共链接,将会引入潜在的免手续费模式。这种激进方式的美妙之处在于,每笔交易都将以防篡改的方式进行记录。由于验证交易的过程是通过大量的分布式计算系统的数据模式进行,而不是以有限的中央系统进行交易,因此在区块链上交易能源将允许交易的“即时”批准。在消费者和生产者之间直接进行交易是存在免费可能性的。目前传统的交易模式是,交易人员执行交易,银行确认账户是否有足够的款项可供支付,中央权力系统监管监视记录交易发生。而区块链技术的优势在于交易可以直接进行,不需要中央权利机构进行监督也不需要银行机构的进入,这样的结果大大的降低了中间手续费的产生。

案例4:Electron:打造能源界的eBay。Electron是一家总部位于英国的公司,旨在利用区块链技术,建立一个分布式的天然气和电力计量系统。该公司已经建立了区块链平台“生态系统”,包括资产注册、灵活交易和智能计量表数据保密系统。最近,该公司正在开展落户公共事业切换工作,使用虚拟数据来测试超过5500万个供应站,使客户可以在短短15秒内从一个供应商切换到另一个供应商,目前英国没有统一的电力和天然气计量表,用户在两种能源之间的切换服务需要两到三周的时间,而Electron通过区块链技术对能源计量表进行有效的管理,可以把这个能源切换过程缩短至几分钟。Electron的终极目标是打造能源界的eBay。目前该公司正在打造一个新的交易平台,将是“一个能源资产的共享市场,能够快速响应价格信号”,它的目标是支持电网运营商和公用事业公司推出的灵活性的产品。Electrony已经建立了一个能源联盟。2017年年底Electron获得了东京电力公司的投资。

案例5:碳链:碳资产区块链平台。在中国CCER碳资产,从发起到上市,交易和流通至少需要十个月,复杂而又耗时长会给减排企业和控排企业带来不小的经济成本,对于整个未来能源的清洁化、分布化、金融化会带来巨大的挑战。2016年5月,全球首个能源区块链实验室在北京成立。该团队拟通过区块链技术与碳市场应用场景的深度融合,打造了一款低成本、高可靠的碳资产开发和管理的区块链平台,产品以基于区块链的互联网服务作为表现形式,提供基于区块链的便利化碳资产开发平台。通过发行以核证减排量(CCER)为基础资产的数字资产——碳票,平台将碳资产开发各环节的参与方纳入基于区块链的共享协作分布式可信账本,实现基于区块链的文件和数据传递、以及评审和开发过程中的参与方互动,通过过程重塑,打造碳资产开发高效协作网络。碳资产管理应用仅仅是能源区块链实验室开发的多款应用之一,实验室正携手合作伙伴同时开发多款基于区块链技术的能源互联网应用,包括电动汽车账户管理、分布式光伏售电结算、虚拟电厂考核计划等,覆盖能源生产、配送、消费、交易、管理等多个环节。

(三)电动汽车的区块链能源

数字化是电动汽车区别传统汽车非常重要的特征。在电动车领域,区块链可以有效地用于动力电池的溯源。电池的梯级利用是非常重要的应用场景。基于区块链技术可以把电池全生命周期的数据不可篡改地记录下来,这样的数据有利于形成电池长期评估标准。

案例6:Innogy:区块链电动汽车充电系统。Innogy是德国能源公司RWE公司的子公司,推出了其开发的依靠以太坊网络来处理其运营的“Share&Charge”区块链平台,在德国已建成几百个基于区块链的电动汽车充电桩。德国近50000个电动车主中,有92%在自己的家里为电动汽车充电,“Share&Charge”平台提倡以付费方式共享其家庭充电站,从而提高对清洁能源的运用。同时,区块链技术显著降低了德国能源公司Innogy SE 的运营成本。一旦用户在平台注册登记了车辆信息,就能把法定货币转到数字钱包里。之后,不管在什么时候,只要他们连到充电桩,以太坊区块链就会把对应的充电费用转给充电桩运营商。随后,旧金山创业公司Oxygen Initiative加入“Share&Charge”,在美国推出了为司机服务的基于区块链的平台。使司机可以处理与清洁能源相关的所有操作。包括允许司机共享他们的充电桩、支付通行费和充电电动汽车。

(四)批发能源交易市场

批发能源交易市场的流程中采用的一般是孤立的IT系统和低效的通信,几乎是依赖于手动操作,在交易所和经纪商、定价机构之间存在着高昂的交易成本,而核对问题的耗时和后端流程的耗资都带来了高昂的操作成本。利用区块链技术,可以大幅度消除这些交易流程痛点。

案例7:BTL:解决核心问题。2015年成立的BTL(Blockchain Technology Limited)起初活跃于金融服务业,与Visa合作完善跨境结算,之后进入能源行业。在批发能源交易中,BTL发现交易确认和核对问题是可以首先用区块链解决的问题。贸易商之间部署共享账本,大多数交易后的通信是手动进行的,即对手方通过邮件和传真验证和核对数据的不符点。BTL则提议通过采用贸易商之间部署的共享账本来调整,在区块链上记录交易信息。这个系统让交易员不再各自存储数据,而是共享安全的媒介,其中存储的信息做到透明、精确化、验证过,可以加速工作流程,降低人为错误的可能性。各双边关系配备区块链。批发能源交易中还存在隐私性和扩容性的问题。为解决这个问题,BTL开发了私有链平台Interbit,而不是依赖如以太坊的其他已有区块链目录。其构思是在每个双边关系配备一个区块链,这所有的区块链接到一个通用的区块链目录。BTL没有走传统的风投路线,而是于2015年11月在TSX Venture Exchange交易所上市(TSXV:BTL)。通过与Wien Energy、BP等领先的能源公司的合作,BTL最近进行了12周的试点项目,重点是欧洲天然气市场的交易核对问题。通过这个创收的项目试点,BTL想获得Interbit基础设施执照,扩展到下游应用,比如交易计划、发票、监管报告和现金结算,满足个人客户的需要。最终BTL将以应用层为主,还有Interbit基础设施的许可。

案例8:Ponton Enerchain:搭建集成化交易系统。Ponton 总部在德国,是2000年开始为B2B市场提供软件集成解决方案的公司,核心业务是批发能源与商品市场的商业流程的标准化与自动化。在能源交易周期的第一步交易执行一般是由第三方机构提供网上交易,市场情况和交易信息等也往往掌握在这些第三方机构上,不仅带来了不小的中介费用,还带来低效的时间成本。Ponton的目标是通过部署Enerchain中间网络,进行交易流程的去中介化。这个系统中,交易员可以直接P2P提交和执行交易,避免第三方提供的网上交易。使用基于区块链的去中心化执行交易,可以大幅度降低交易成本、运行维护成本。2016年11月在阿姆斯特丹举行的EMART能源交易会上,23家能源交易公司结盟开发使用能源区块链,由PONTON开发的Enerchain作为交易工作,能让使用加密技术的交易机构以匿名方式发送订单,另一家交易机构可以查看该订单,整个过程没有第三方运营的中心化市场。该联盟旨在探索区块链技术是否可以支持现有市场主导的交易量和交易速度,用以提升运行效率,降低交易成本。

(五)能源市场交易代币化

案例9:Power Ledger:能源代币交易。Power ledger是一家区块链能源市场提供商,P2P能源交易平台。平台通过可交易和无成本的能量交易代币SparkZ,支持不断扩大的能源应用生态系统。这个系统在电能的生产者和使用者之间建立了直接的联系,他们可以直接进行交易,而不是通过一个充当中介的电力公司。该公司在初始代币发行期间募集了3400万美元,并获得了澳大利亚政府800万美元的资金支持。

案例10:WePower:基于区块链的绿色能源交易平台。Wepower是一个绿色能源拍卖平台,它允许可再生能源生产商发行自己的能源代币筹集资金,其中0.9%分配给WPR的代币持有者。在这个平台上WPR代币持有者有好多好处,一方面代币持有者可以优先访问WePower平台上的新能源代币销售拍卖,另一方面拥有的WPR代币越多,获得的能源分配就越多。在生产商构建成能源之后,代币持有者可以使用这些代币量的能源,也可以重新投入平台进行再投资。WePower解决了当前可再生能源开发商获得资金的问题,并直接为最终消费者,任何类型的投资者和能源市场创造者提供对有利可图的项目的投资。这是通过区块链上的智能合约以快速透明的方式完成的。可再生能源开发商可以销售未来将要生产的能源的前期部分。为了使其快速、全球化和透明化,这种能源被标记化,并且每个购电协议都为一个智能合约,确保了流动性。另一方面,最终的消费者,投资者和能源做市商能够以折扣的方式购买未来的能源,降低消耗的能源成本,或者在能源价格的某一时刻被生产。此外,WePower与能源基础设施和能源交易市场相连接,以便记录区块链数据,如果平台上没有足够的需求,可以将能源交易和能源销售直接推向市场。基于这种模式可以准确记录生产能源的类型,推进绿色能源在市场的流动并带来透明度,这将减少排放到大气中的二氧化碳造成的污染,经合组织估计每吨至少35欧元的负面影响,或每年1.13万亿美元。在Wepower存在的国家中,可再生能源已经比传统能源更便宜了,Wepower为全球建立可再生能源发展提供了可持续发展的经济激励路径。

四、能源区块链的未来预测

GTM Research 最新发表的《2018年区块链在能源领域的发展》对目前全球范围内的能源区块链进行了讨论并对该领域在未来一年的发展做出了四个预测。

(一)针对区块链进行的能源设施投资将呈现增长态势

通过传统风险投资对区块链能源设施投资将加速增长,基于区块链的能源设施是该领域一个十分重要的风向标,对该领域的动向起着监督作用。另外,越来越多的企业已经在区块链试点项目取得成功。东京电力公司、德国Innogy和英国最大的煤气供应商森特理克集团已经以直接投资的方式投资了5家创投企业。此外,他们还联合其他设施公司,比如太平洋瓦电公司投资了一些联盟性质的区块链团队,其中就包括因募集1700万美金而引人关注的能源网基金团队。

(二)美国的能源设施将进入试点阶段

太平洋瓦电公司曾在加州提交过预算,用以为两个区块链试点项目提供资金,该公司正在招募区块链项目经理,主要负责监管即将出台的各项区块链能源项目的实施工作。Ameren计划于Omega Grid合作开展区块链能源试点项目。

(三)能源批发贸易将努力实现商业化部署

点对点能源交易是大多数试点项目关注的焦点,占计划和完成项目的59%。但是,此类项目并不是商业化可行性最高的一类。此前两家欧洲企业与几十个行业伙伴合作开展的试点项目取得了巨大成功。其中一家试点项目的领航者BTL在今年1月宣布将会建立商业交易平台OneOffice,并利用区块链技术运营。另一家试点项目的领航者Ponton表示要在2018年全面部署其批发贸易平台。LO3正在测试一种新方法,并准备将其投放能源批发贸易市场。它正在与德国的EpexSpot合作,使消费者与批发市场建立直接联系,实现去中心化能源交互。

(四)其他商业模型将实体化

电动汽车充电和可再生能源信用交易将成为区块链在能源领域的首批应用案例并具有盈利功能。在电动汽车充电的情况下,充电基础设施有限,并没有用于计费、日程安排和支付软件的统一标准,对新概念和新技术产生的阻力较小。对于REC,区块链可以代替传统平台并减少重复计算的可能性。

五、我国能源+区块链刚刚起步

相比国外的能源区块链投资与应用的活跃程度,我国的能源区块链依然基本是刚刚起步。“能源互联网”是我国能源发展的一个重要战略,而区块链在能源领域的应用也逐步提上议程。

能源区块链研究刚刚起步。2016年之前,“能源互联网的规划、运行与交易基础理论”已经被相关文件界定为“智能电网基础支撑技术”项目下的基础研究类题目。该项目的实施周期为5年(2016-2020),2016年首个区块链能源实验室的成立,并推出了能源区块链主链Demo,标志者我国探索者在该领域的努力。

国企纷纷布局。2017年11月,国家电网向国家知识产权局提交了一项名为“关于区块链的电力交易管控方法及装置”的专利申请。

2018年4月13日,这项申请正式对外公布。据申请文件显示,该项发明涉及一种能源互联网系统,目的是解决如何克服能源互联网中心化机构管理方案中运行成本高、安全性差以及用户隐私难以保证的问题。

2018年4月27日,国家电网公司科技项目《区块链技术在能源互联网的应用研究》中期督导会在杭州举行,国家电网原副总工程师李向荣领衔的督导专家组认为:该项目执行情况良好,研究进度符合计划进度安排,技术路线符合任务书要求,阶段性考核指标全部完成。作为国家电网公司“网上国网”建设项目的试点单位,国网浙江公司正在开展基于区块链技术的电子数据保全、积分兑换、数据交易等方面的应用研究。后续还将结合嘉兴城市能源互联网综合试点示范项目和“互联网+智慧能源”双创基地综合能源服务示范工程,开展基于区块链技术的相关研究,打造低碳能源示范应用。

国网浙江公司自2017年9月开始组建研发团队,与国网信息通信产业集团共同开发拥有自主知识产权的区块链平台。该项目尝试在区块链上运行电子合同管理,电子合同签署后,同步发送给公证处和司法鉴定机构,通过区块链技术确保各方存储数据一致。公证处和司法鉴定机构为数据背书,增加数据的权威性、真实性、可信性。

此外,中化集团下属中化能源科技有限公司成功用区块链技术完成了一船从中国泉州到新加坡的汽油出口业务,并为全球第一单有政府部门参与的能源贸易区块链应用项目。

六、需要深入探讨的问题

区块链技术具有去中心化、公开透明、安全可信的特点,在以电力市场和能源供给侧改革为时代背景,为解决能源系统中的交易摩擦提供了重要技术手段。但依然面临很多不确定性:

(一)技术安全

在信息安全问题上,区块链的去中心化分布式数据架构,以及加密和共识机制是对于数据库结构的一次革命,因此,目前信息安全学界和业界并没有深入探讨如何设计适应区块链架构的信息安全体系和战略,对于信息安全界来说,需要完全不同于以往的新范式,而且,考虑到在电力能源网络内大量的物联网设备,区块链+物联网的信息安全存在挑战。

虽然区块链技术大大提升了数据篡改的难度,但依然存在遭受网络攻击等隐患。2017年多重签名的以太坊钱包Parity宣布了一个重大漏洞,这个漏洞会使多重签名的智能合约无法使用,该漏洞导致了价值1.5亿美元的以太坊资金被冻结。无独有偶,2018年2月,新加坡国立大学、新加坡耶鲁大学学院和伦敦大学学院的一组研究人员发布了一份报告声称,他们运用分析公司Maian,分析基于以太坊的近100万个智能合约,发现34,200个合约含有安全漏洞,予黑客可乘之机,可窃取以太币或是冻结资产、删除合约。

(二)现有模式变革

我国电力产业目前主要是中心化模式,从而使得价值被少数寡头所垄断。我国国家电网和南方电网把持着全国99%以上的输配电资源,电力交易市场一旦大规模通过区块链技术进行交易,区块链的去中心化特点将冲击电网公司的市场份额和收入,预计会受到电网公司的强力抵触。在现有输配电一体化的大背景,区块链技术在电力系统很难大规模应用。

(三)监管方面

政策方面,能源是强监管、强政策的基础行业。能源供应属于国家基础设施建设的一部分,能源项目需要得到政策允许或购得资质、牌照等才能推行。国家政策方针,对区块链技术和能源的结合影响重大。

从政策方面来看,区块链是基于比较成熟、充分的市场化背景上,再去中心化。结合中国当前的实际情况来看,不管是油气市场还是电力市场都是强监管,电力体制改革,也在进行中,没有彻底落地。电力市场,也只是基于雏形,所以能源市场在中国市场化还没完成,因此去中心化言之尚早。从中国的实际情况来说,能源相关管理职责涉及多部门。能源产业链的部分职能分散于多个政府部门等。能源是强监管、强政策的基础行业,技术再好,政策跟不上,监管层不认可,则区块链的推进则举步维艰。

(四)数据共享

区块链+电力更为重要的是物联网的接入,电力是一个物理量,而物理量需要有相关物联网的数据采集、网管、数据接口、信息传递的网络,但这就目前来说还不完备。比如,每家都要电表,但是绝大部分电表都是电网公司所有,电网公司的电表数据所有权是电网公司的,它不会向电力的生产者或者消费来进行分享,这就限制了在中国要去做电力+区块链的一些公司。

(五)电网安全

电力不同于数据交易和金融交易,必须满足电力网络的物理约束条件,而区块链售电在机制设计的时候强调去中心化,强调用户间的自协调和自撮合,但是分布式发用电存在波峰波谷较大,不确定性较大、用户习惯趋同性、交易非理性、市场力过于集中等问题,因此,非常容易造成区块链上的点对点电力交易需求暴增或者暴减的问题,并且,如果没有精妙设计的电力价格形成机制作为支撑的话,容易在系统内造成电网系统性风险。

(六)专业服务方面

能源领域的大部分能源形式受到规模效应的影响,中心化的发电和运输不仅可以保证电力供应的充足、减小运输损耗,还可以提供专业的运营管理服务,防范系统风险,这些都是区块链点对点的方式无法提供的。

(七)市场方面

无论对于生产者还是消费者而言,电能都只是一种商品,不同供应商提供的一度电和一度电之间并没有区别,在能量上是同质的,不管是什么地方生产,用户关心的是是否安全、稳定和廉价。目前电能有一个很强的特性就是规模效应,规模越大,成本越低,所以它是天然的规模经济,只要求便宜。因此从消费者角度来说,对能源的去中心化,并没特别大的需求。在供电行业由国家电网一家独大的前提下,不具备能源去中心化的物理基础条件。

(八)盈利方面

将区块链技术引入电力行业,根本的目的还是未来盈利。因此,在去中心化之后,点对点自组织之后,企业靠什么盈利成为当下首要的问题。目前全球绝大部分的区块链项目都是靠发行代币融资,并通过代币的增值盈利,但是代币同大部分国家的货币管理政策和金融管理政策并不兼容,尤其是在中国,已经明确禁止代币交易所,以及各种基于代币流通的商业模式,如果企业如果希望通过区块链的去中心化售电盈利,还需思考合法具体的盈利方案。

(完毕)

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