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摘 要： 摘要：區塊鏈技術將解決能源互聯網中的信任問題，引導能源互聯網的構建、發展與升級。從區塊鏈的去中心化、信息完備公開透明、分布式記錄存儲、可編程腳本4大核心應用優勢出發，分別討論了區塊鏈在能源交易、電子數據保全、物聯網、負荷側響應中的應用場景，
摘要：區塊鏈技術將解決能源互聯網中的信任問題，引導能源互聯網的構建、發展與升級。從區塊鏈的去中心化、信息完備公開透明、分布式記錄存儲、可編程腳本4大核心應用優勢出發，分別討論了區塊鏈在能源交易、電子數據保全、物聯網、負荷側響應中的應用場景，并介紹了相應的應用案例，展現了區塊鏈技術在能源行業廣闊的應用前景。
關鍵詞：能源互聯網;區塊鏈;應用優勢;應用場景;案例
0引言
隨著傳統燃料的日益枯竭以及全球環境的逐漸惡化，分布式能源、電動汽車、智能家居等設備漸漸進人人們的生活。構建一張能消納新型電氣設備、實現點對點能源共享的能源互聯網(EnergyIntemet)是傳統電網轉型方向之一。然而，如何在系統中建立信用機制仍是構建能源互聯網的一'大挑戰。區塊鏈技術是比特幣(Bitcoin)的底層技術，具有去中心化、透明化、數據安全性、系統自治性的特點，在金融、教育就業、文化娛樂、公共服務、信息安全、醫療健康、供應鏈、物聯網等領域已有了較為廣泛的應用。然而，區塊鏈在能源行業的應用才剛起步，具有很大的發展潛力。以下從區塊鏈的核心應用優勢出發，討論區塊鏈在能源互聯網中的應用場景，并結合目前區塊鏈在能源互聯網中的應用案例，進一步闡述區塊鏈技術在能源行業的發展前景。
1能源互聯網概述
能源互聯網概念首次出現在《第三次工業革命》一書中[1]。該書提出隨著傳統燃料的日益枯竭以及全球環境的逐漸惡化，人類將進人一種結合了新能源技術和新信息技術的能源互聯網體系。在此基礎上，能源互聯網被初步定義為“以電力系統為核心，以互聯網及其他前沿信息技術為基礎，以分布式可再生能源為主要一次能源，與天然氣網絡、交通網絡等其他系統緊密耦合而形成的復雜多網流系統冶[2]。文獻[3]則進一步闡述了其利用互聯網技術消納可再生能源、電動汽車、分布式存儲裝備等設備，從而形成一張能源共享網絡的愿景。
相比現有的電網，能源互聯網涉及了更多樣的能源形式和更廣泛的參與主體[4]，并在信息的交互模式上進行了改革。首先在能源形式上，它不僅包含了電能，也包括了可再生能源、天然氣等;參與主體方面，它不再局限于傳統的“發電、輸電、配電、用電”環節，一系列新的角色諸如售電商、代理商、運營商以及基于信息等增值服務的承包商也都加人其中;此外，為促進能源綜合利用率，能源互聯網還旨在實現去中心化、點對點的泛在交互。
多樣的能源形式、多元的參與主體、去中心化的交互模式，這些維度的升級不僅增加了能源互聯網的復雜性，也對系統內信任的建立提出了很大的挑戰。而另一方面，由于其內生的理念和概念缺陷，能源互聯網所提倡的“精確計量、泛在交互、自律控制、優化決策、廣域協調”五大特征在缺乏共識與信任的情況下也難以得到保障[5]。由此可見，能源互聯網亟需一種能構建去中心化、可信交互的技術支撐。
2區塊鏈簡介
區塊鏈，顧名思義就是一條指由數據區塊有序連接而形成的鏈式數據庫。數據區塊之間的連接通過密碼學方法保護，數據庫由網絡中的所有節點共同保存、共同維護，因而具有不可偽造、難以篡改的特點，有效解決復雜系統中各主體之間的信任問題。此外，區塊鏈技術在去中心化、協同自治、市場化、智能合約等方面的特點也與能源互聯網的理念具有一定程度的相似性[4]。因此，區塊鏈技術將在能源互聯網升級構建中發揮巨大潛能。
2.1區塊鏈的起源
2008年11月，一篇署名為中本聰(SatoshiNakamoto)的論文《比特幣：一種點對點電子現金系統》提出了一種基于P2P網絡、密碼學的數字貨幣，并將其命名為比特幣。該貨幣體系創新性地構建了一套無需第三方公證即可完成交易的信任機制。自2009年1月創世區塊誕生以來，比特幣的全球認可度與自身價值逐漸攀高，現在已成為一種全球范圍內可交易的電子貨幣。然而，作為比特幣的底層技術，區塊鏈技術卻在2013年以后才逐漸受到關注。
2.2區塊鏈的含義
區塊鏈由一系列數據塊(即區塊)以密碼學方法按時間順序有序連接，構成一條鏈條淵即數據庫)，其結構如圖1所示[6]。在比特幣的應用場景中，每個區塊數據中都記錄著一定時間范圍內由參與節點發布的系統交易數據信息(圖1中的Trans)。這些交易信息包括發送和接受方的身份證明、交易金額、交易時間以及其他附加信息等。每個數據區塊中除了上述交易數據之外，還包含了區塊ID、時間截(圖1中Timestamp)、與上一■區塊的連接關系(圖1中Reference)等其他信息，使其相互連接成一條記錄了整個網絡所有歷史交易信息的鏈條。這些數據塊被實時廣播到整個共享網絡中，一旦通過確認并加人到鏈條之后便具有不可抵賴、難以篡改的特點，從而保證了整個數據庫的透明性和可靠性。
文獻[7]分別從狹義、廣義2個層面對區塊鏈這一概念做出描述：狹義上將其界定為一種數據區塊按時間順序組合相連的鏈式數據結構，并由密碼學保證該分布式賬本的不可篡改性與不可偽造性;廣義上則將這一技術拓寬到一種分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術在互聯網時代的創新應用模式。文獻[8]進一步給出如下定義：區塊鏈技術是基于時間戳的“區塊+鏈式”數據結構來驗證與存儲數據、利用分布式節點共識算法來添加和更新數據、利用密碼學方法保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數據的一種全新分布式基礎架構與計算范式。
2.3區塊鏈的特點
區塊鏈技術具有4個主要特點[4,5,8]:去中心化、透明化、數據安全性、系統自治性。
(1)去中心化：區塊鏈技術基于P2P的系統結構，不存在中心節點，網絡中每個節點的地位均等，互為備份，增加數據庫的魯棒性。
(2)透明化：區塊鏈系統對所有人開放，所有數據除被加密的節點隱私信息之外對任何參與者公開，整個系統運作規則高度透明。
(3)數據安全性：區塊鏈通過鏈式結構、數字加密、共識算法等技術保證了區塊鏈數據不可虛構，不可偽造，不可篡改，不可刪除，保證數據穩定可靠、安全且可追溯。
(4)系統自治性：區塊鏈通過共識算法、智能合約等技術保證了系統無需信任背書或第三方監督也能正確執行、自行運轉。
3區塊鏈在能源互聯網中的應用
區塊鏈技術源自比特幣，毋庸置疑，比特幣是區塊鏈的第一個應用。隨著其去中心化、透明化、數據安全性、系統自治性的優勢逐漸突顯，它迅速延伸到諸如數字貨幣、跨境支付、股票交易、貿易清結算、客戶識別、共享經濟等眾多金融領域。同時，數字資產的形式也從現金貨幣拓寬到包括學歷證書、知識產權、土地資產、選舉投票權、個人信息等方面，從而在教育就業、文化娛樂、公共服務、信息安全、醫療健康、供應鏈、物聯網等領域都發揮作用[6-9]。
而在能源領域，區塊鏈技術的去中心化、公開透明、協同自治與能源互聯網的理念相吻合[4]。利用區塊鏈技術，有望進一步推動將精確計量、泛在交互、自律控制、優化決策、廣域協調的能源互聯網升級為可信計量、可信交互、智能控制、民主決策、集群智能的能源區塊鏈[5]。
文獻[9]提出了區塊鏈4個核心應用優勢：去中心化、信息完備公開透明、分布式記錄存儲、可編程腳本。以下將結合目前區塊鏈技術在能源互聯網中的應用案例，對上述4方面在能源行業的應用場景作進一步的介紹。所列案例既包括已投人運轉或正在優化的應用項目，也包括尚在研發或計劃階段的概念模型。
3.1去中心化與能源交易
區塊鏈解決了價值交換中的中間成本問題，保證了系統高效率、低成本運營[9]。這一優勢可廣泛應用于能源交易領域，替代原本由中心機構處理的交易流程，轉向P2P交易的新模式。
分布式能源及存儲設備憑借其靈活、清潔的特點，在提高局部供電可靠性、降低輸電損耗、增加能源利用以及減少環境污染方面具有很好的應用前景[10]。基于區塊鏈的P2P能源交易模式能為含有分布式能源、分布式存儲設備的微網系統提供高效、低廉、公開、可信的交易平臺。
美國能源公司L03Energy和基于以太坊區塊鏈創業公司ConsenSy合作開展TransActiveGrid項目。該項目在美國布魯克林的一個微網中建立了全球第一個基于區塊鏈技術的能源市場，通過智能電表實時獲得發、用電量等相關數據，并利用區塊鏈使居民可以成功地將屋頂太陽能生產的余電以點對點形式賣給鄰居。
TansActiveGrid的成功引來了行業的巨大興趣與投資熱情。目前荷蘭Vattenfall能源公司旗下的Powerpeers平臺也基于區塊鏈技術推出了一個網站，以滿足發電者和購電者繞過中間機構完成點對點線上互動交易的需求;歐盟的Scanergy項目也有意基于TransActiveGrid的原型建立一個實時能源市場系統NRG-X-Change，基于NRG幣(原理同比特幣)以15min為單位結算社區內各用戶的能源交易;奧地利最大的公用事業公司WienEnergy近日也宣布將于2017年3月開展與溫哥華區塊鏈公司BTL集團的合作試點項目，在能源交易中引人BLT公司的匯款平臺(InterbitRemittancePlatform)，希望探索能源資產追蹤的新途徑，從而達到降低成本的目的。
此外，奧地利的GridSingularity公司希望結合“能源市場+數據服務”的組合模式，在打造去中心化的能源交易平臺的同時，進一步利用該平臺的交易數據提供數據分析、智能電網管理、投資交易決策建議等一系列增值服務。
3.2信息完備公開透明與電子數據保全
區塊鏈的信息完備公開透明。一方面，它獨特的加密方式和數據結構保證了其數據不可虛構，不可篡改，任何數據都可追本溯源，保證數據穩定可靠;另一方面，它的透明性又進一步增進了公眾對它的信任。
隨著電力市場改革的推進，市場主體也將日益增多，電力交易也將更加活躍。傳統的電力交易都是由電網公司背書，而在電力市場環境下如何在做到信息公開的同時又能保護數據安全是電力市場推進中面臨的重要難題。尤其是像電力交易中心、調度中心這種作為第三方參與者的公信力是保證電力市場有序健康發展的重要基礎。
國網浙江省電力公司正在大力開展“互聯網+電力營銷”工作，單據電子化是其中重要的工作內容，今后將會出現大量的電子合同、電子發票、電子票據等。電子化單據存在容易篡改、丟失等問題，而如何防止這些數據被惡意攻擊或篡改，增加其真實性與可信度則是未來能源互聯網將要面臨的挑戰。
基于區塊鏈的電子數據保全技術可提升能源互聯網的數據信息安全性，避免由于外部黑客攻擊或內部管理不當導致的電子數據丟失或篡改，可為電力市場參與者提供信用背書。
3.3分布式記錄儲存與物聯網
區塊鏈不存在中心節點，由每個節點記錄、存儲信息，所有參與節點共同維護數據庫，保證了數據的高可持續性，從而解決了物聯網的核心缺陷[9]。事實上，區塊鏈與物聯網技術的結合在構建能源互聯網上具有很好的前景。
電動汽車以電代油，它的大力推行將有效緩解能源枯竭與環境問題，然而自問世以來，其充電難問題一直是制約該行業發展的瓶頸之一[11]。德國基于以太坊區塊鏈創業公司Slock.it開發了一款名為Share&Charge的產品，利用定制插頭、手機APP、以及基于區塊鏈技術的智能合約和分布式總賬技術，以實現充電粧資產經濟共享，并完成該應用場景下認證、充電、付款的自動化管理。在最新的測試版本中，該款產品除了其合作伙伴德國能源公司RWE的充電粧以外，還允許私人用戶在手機APP上共享個人充電粧。
美國公司Filament利用“區塊鏈+物聯網”的組合，計劃對澳洲的輸電設備進行以下創新：在電線桿上裝設傳感設備，將其轉化為物聯網的數據節點，并將數據通過區塊鏈以點對點方式向全網傳播，從而保證電力及其設備的安全管理。此外，Filament公司還和美國IDEOColab、納斯達克建立合作關系，共同研發一款基于區塊鏈技術的太陽能電池板設備，以追蹤記錄設備產能，并實時生成可再生能源證書，從而將太陽能發電、新能源補貼、去中心化電力支付三大應用結合起來。
另外，德國西門子的Next-47項目也將物聯網方向列人其區塊鏈白皮書。
3.4可編程腳本與負荷側響應
由于區塊鏈中記錄的每筆交易信息基于可編程原理內嵌了腳本的概念，基于區塊鏈的交易活動都具有升級為可編程智能合約模式的潛能。智能合約自動判斷預寫人的條件，在所有條件都滿足時自動執行合約內容，可有效提高合約執行效率，規范市場秩序，實現系統的自協作。
未來的能源互聯網將會迎接大量智慧用電負荷的接人，如智能電家居、電動汽車等。芬蘭的Fortum公司計劃開展基于區塊鏈的智能負荷需求側響應項目，根據發電市場的實時信息，借助區塊鏈技術解決計劃確定、負荷考核、收益分配等問題，調動智能電器動態參與負荷側響應。
4結語
構建“精確計量、泛在交互、自律控制、優化決策、廣域協調”的能源互聯網，必須提供一種能構建去中心化、可信交互的技術支撐。區塊鏈技術憑借其創新的技術架構以及去中心化、透明化、數據安全性、系統自治性的特點，能有效解決能源區塊鏈系統中的信用問題。
從區塊鏈的去中心化、信息完備公開透明、分布式記錄存儲、可編程腳本4大核心應用優勢出發，分別討論了區塊鏈在能源交易、電子數據保全、物聯網、負荷側響應中的應用場景，并介紹了相應的應用案例。所列案例既包括已投人運轉或正在優化的應用項目，也包括尚在研發或計劃階段的概念模型，為區塊鏈技術在能源互聯網中的應用提供了寶貴的經驗與啟發，展現了區塊鏈技術在能源行業廣闊的應用前景。
隨著能源互聯網中區塊鏈技術應用的逐步深化，能源互聯網或將迎來2.0時代，從“精確計量、泛在交互、自律控制、優化決策、廣域協調”進一步升級為“可信計量、可信交互、智能控制、民主決策、集群智能”的能源區塊鏈[5]。
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