能源区块链应用现状及落地路径研究(能源区块链应用现状及落地路径研究论文)
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能源互联网作为能源产业数字化转型的重要抓手，当前发展过程中普遍存在主体间信任不足、数据安全隐患以及业务协同低效等问题。随着区块链技术与能源领域的深度融合，能源区块链基于其难以篡改、多方共识等特性，能够有效解决能源互联网信任难题，为能源产业转型和高质量发展提供新的契机。本文从能源互联网与能源区块链背景出发，梳理了国内外能源区块链典型应用项目，提出了能源区块链的具体落地路径，以期为能源及相关领域从业者提供参考。
能源互联网与能源区块链
当前，能源、环境、气候变化等问题正在成为制约全球可持续发展的重要因素，构建能源互联网能够有效改革能源供给结构，加快清洁能源共享，促进绿色产业发展。在习近平总书记提出的“四个革命、一个合作”能源安全新战略指引下，我国能源转型发展和产供储销体系建设深入推进，供给体系不断完善，能源互联网取得长效发展。能源互联网通过构建冷、热、水、气、电等多能协同的能源网络，能够有效支撑经济社会绿色、高效、协调发展，助力我国“双碳”战略目标实现。
能源互联网推动传统中心化电力网络向新型分布式电力网络变革，一方面可以显著优化能源供给格局，大大提升了可再生绿色能源比例；另一方面能够有效改善能源系统运行效率，通过多能协同运行降低传统能源独立管理的高额成本。然而，随着能源互联网的加速发展，诸多问题也逐渐暴露，在国家能源局的55个首批能源互联网项目中，有41个项目被延期或取消[1]，能源行业之间的信任壁垒仍未打通，源、网、荷、储等多环节之间也难以实现有效协调互动。究其原因，主要是各主体、各层级之间的数据信任机制尚不完善。能源互联网参与主体众多、数据类型复杂，能源流、信息流、资金流等“多流”难以合一，导致业务协作难以开展、管理成本居高不下、信任价值无法传递，亟待运用区块链等新一代信息技术加以解决。
能源行业具有产业链条长、敏感数据多、参与主体多元化等特点，与区块链技术多方共识、难以篡改等特性高度契合，是区块链的天然应用土壤。能源区块链能够在分布式能源网络构建、点对点能源交易、能源可靠计量、交易数据授权共享、多主体业务协同、可再生能源电力消纳、绿电溯源、碳市场交易等场景中发挥重要价值，有效解决能源互联网建设中的信任难题，为建立现代能源体系、保障国家能源安全打造新型可信基础设施。
能源区块链应用现状
当前，全球能源区块链发展方兴未艾，国内外已有一系列项目实施落地。我们通过对这些典型应用实践进行归纳梳理，一方面为企业构建能源区块链系统给出可参考的模式和路径，另一方面也为发掘能源区块链的广泛应用潜力提供新的思路和方向。
国外能源区块链应用现状
分布式能源建设方面，澳大利亚能源市场运营商 (AEMO) 正在启动“Project Edge”可再生能源并网试验，旨在引入区块链技术将风能和太阳能电池板 (PV) 等分布式能源纳入主电网，利用区块链技术透明化的特性为家庭用户制定符合其需求的售电方案，以平衡高峰时段的能源需求。美国Filament公司在澳洲推出智能电网项目，通过对传统电网中的传输设备进行升级改造，把电线杆建设成物联网的数字化节点，将区块链技术和电力网状网络结合，用点对点物联网保证设备管理和电力安全。
能源交易方面，印度配电公司Tata Power DDL开展基于区块链的准消费者能源交易试点项目，该项目通过区块链技术实现分布式能源基础设施和电力交易资源的开发，鼓励消费者通过在点对点市场上出售他们多余的屋顶太阳能电力助力印度实现其可再生能源目标。英国建立了基于区块链的可持续能源系统—BittWatt交易管理平台，通过连接生产商、能源供应商、运营商、消费者，生产商、供应商、电网运营商和消费者，运用智能合约技术匹配供需双方，在负荷高峰时期，给予降低用电需求的消费者一定的代币奖励，从而缓解高峰时段的电网阻塞，奖励的代币可用于购买电能。
可再生能源管理方面，沃达丰与企业区块链平台Energy Web合作, 通过物联网（IoT）和区块链技术连接数十亿的分布式能源资产，提高包括风力涡轮机、热泵和太阳能电池板在内的一系列可再生和分布式能源资产安全性。WePower提出了一个基于区块链的绿色能源交易平台，作为一个绿色能源拍卖交易平台，其允许可再生能源生产商发行自己的能源代币筹集资金，旨在为全球发展可再生能源提供可持续发展的经济激励路径[2]。
新能源设备充电方面，德国博世(Bosch)测试了基于以太坊区块链的汽车充电站项目，其所有交易、预定以及支付都是在区块链上自动完成，为电动汽车充电提出了新的愿景。德国Innogy公司开发的 “Share＆Charge”区块链电动汽车充电系统，通过区块链技术的分布式记账实现交易双方的计费透明化，增进交易双方信任。该项目可激励私人充电桩进行共享，增加充电桩的使用率，解决电动汽车充电难的问题，促进电动汽车的发展，实现节能减排与能源转型[2]。
国内能源区块链应用现状
分布式能源建设方面，国网山东电力开展了基于区块链的光储充一体化站分布式能源交易示范应用，通过构建区块链分布式能源交易平台，实现微网内光伏发电、储能、风电、电网等不同主体之间的购售电交易，有效提高了交易透明度，降低了能源交易成本。江西南昌部分园区落地“区块链+”园区分布式能源交易应用，构建各大园区内用电用户、发电用户以及用发电一体化用户的能源的交易能力，实现了微网、园区内分布式能源的自由交易。
碳排放管理方面，由中国移动、中国质量认证中心、金融壹账通合作完成的“面向碳达峰碳中和的碳排放数据管理系统”，采用区块链、数据安全等技术，实现规模电厂等场景的原始数据采集、碳排放核算、数据存证、核验报告等功能。蚂蚁集团提出的企业碳中和管理SaaS产品——碳矩阵，基于区块链技术实现碳排放、清结算、监管、审计等过程公开透明，相关记录可随时追溯查证，同时实现企业碳中和数据统一平台管理以及数据可视化。
绿电溯源方面，国家电网针对2022年北京冬奥会、冬残奥会将可再生能源的发电、配套电网输电、冬奥场馆用电等关键环节的数据上链，首次建立了基于区块链的绿电溯源机制，并制定了京津冀绿色电力市场化交易规则，构建了按需生产、合理调度、智能交易的绿色电力保障方案。国网天津电力深入研究区块链绿电溯源技术为市民发放“绿电溯源凭证”，保障原始数据可追溯、过程数据可信任、结果数据易共享，为用户提供权威、可靠的绿色用电交易消费证明。
能源计量方面，林洋能源打造的区块链电表应用平台针对当前用电采集数据在传输、存储、读取、调用过程中可能被非法获取、篡改、伪造或者丢失，导致结算流程不透明、数据时效性差和追溯难等问题，通过建立数据查证和溯源机制，确保智能电表源头数据的真实性、准确性，帮助电力公司减少消耗在人工操作、保障数据可靠性等方面的成本，增强企业公信力。国网河南电力正式上线基于区块链技术的可信计量应用，运用电子签章和区块链智能合约技术在线自动生成电子检定证书，实现电能表检定数据、客户申校全业务流程信息链上存证、可信留痕，促进政企信任传导、数据融合与业务协同。
能源区块链落地路径探讨
能源区块链发展目前仍处于起步阶段，技术能力、应用场景、配套支撑等因素尚未成熟成为其规模化、深层次发展的重要瓶颈，通过对现有能源区块链应用模式进行总结提炼，提出明确可落地的实施路径，能够进一步推动区块链在能源、双碳等领域中的深化应用，有利于加快构建现代能源体系，助力实现碳达峰碳中和目标，支撑经济社会高质量发展。
能源区块链要选定业务场景
能源区块链与能源互联网的高度契合决定了其在诸多领域具备应用潜力，但技术本身并不是万能的，其多方共识、难以篡改、全程追溯等鲜明特点，可在限定场景中发挥较大的应用价值。目前，市面上已经涌现出许多较为成熟的应用案例，其中大部分聚焦于分布式能源、碳核查、碳资产管理、绿电溯源等业务场景。因此，相较于新业务场景创新，能源企业应在充分考虑自身业务需求的基础上选择相对成熟的场景开展区块链技术应用，一方面针对性解决企业需求痛点，另一方面落地路径更为清晰，风险相对可控。
能源区块链明确技术选型
区块链作为分布式存储、共识算法、密码学、网络传输等多种技术融合的集成创新，底层开发运维难度较大，传统能源企业信息化相关能力相对薄弱，因此在开展技术选型方面应充分考虑后续建设运营成本，提升系统可用性。当前，大多数区块链厂商均提供基于底层链的区块链服务平台（BaaS），通过BaaS平台能够有效帮助用户实现配置和部署能源区块链应用，同时支持对区块链全生命周期的管理运维，方便应用企业专注于上层应用的创新和开发。同时，未来随着区块链基础设施建设的不断成熟，能源企业也可以选择相应的区域级、行业级区块链基础设施使用相关技术服务，进一步降低运营成本。此外，能源安全作为国家安全的重要组成部分，企业在开展技术选型时应尽可能选择自主可控的底层区块链技术，避免因外部因素导致的技术供应风险。
能源区块链开展试点应用
能源区块链试点应用过程中需要充分考虑技术融合和场景融合，保障区块链技术真正实现可落地可应用，充分发挥其在能源领域促进数据共享、优化业务流程、降低运营成本、提升协同效率、建设可信体系等方面的关键作用。技术融合方面，区块链技术需要深化与物联网、人工智能、大数据、隐私计算等新技术的融合，提升可扩展性、安全性、互操作性水平，扩展应用场景和现有局限，带来更多显性化价值提升。例如在碳排放核查方面，排放源头可应用物联网技术保证数据来源和采集过程的真实可信，再结合区块链技术保障数据存储和流转过程中的不可篡改。场景融合方面，企业需要进一步深挖具体业务场景，梳理出区块链技术能够在哪些环节发挥价值，明确上链数据类型、各方参与主体、节点部署方式、联盟链治理策略等各类因素，加强区块链技术与业务场景融合深度，赋能企业实现降本增效。同时，面向数字经济时代下的新发展要求，企业也需不断提升区块链技术应用融合创新能力，依托小范围试点等方式探索应用新业态新模式，推动行业整体发展。
能源区块链规模应用推广
以产业数字化激发经济发展新动能，推动能源区块链应用规模化发展是关键。企业在前期能源区块链试点应用成熟的基础上需要对已有的良好模式经验进行提炼总结，形成一套可复制、可落地的区块链应用解决方案并实施推广，这样既能为业界使用能源区块链提供具备高可行性、高价值的路径参考，也能为自身带来相应的经济价值，助力区块链技术在能源领域大规模、深层次的融合应用。在能源区块链规模化推广过程中，需要解决应用效果、融合深度、覆盖领域等方面不足的难题，统筹各方力量，加快形成建用结合的良性发展模式，也需要相关部门通力合作，加大支持和引导力度，让突破性进展和成熟应用加速复制推广至整个能源行业。
构建能源区块链产业生态
随着能源区块链应用规模和应用深度的不断提升，参与主体、应用环节、覆盖区域也将不断扩大，构建区域性、行业性的产业生态将成为必然选择。当前，能源区块链整体应用相对割裂，类似应用场景下的重复建链及信息孤岛问题突出，相同应用间无法互通，产业生态构建中需要针对性解决区块链互操作问题，面向多主体参与、多业务协同、跨地区合作、数据有序共享流动等场景开展实践探索与创新突破。此外，配套设施也是能源区块链生态构建的重要基础，其中包括标准研制、人才培养、机制创新等各类要素，能源企业尤其是行业龙头企业需要注重充分发力精准发力，提前做好规划布局，有力支撑产业生态体系的不断完善。参考文献：
[1] 《从能源互联网到能源区块链：基本概念与研究框架》，电力系统自动化，2022年1月[2] 《能源区块链的架构、应用与发展趋势》，郑州大学学报，2021年12月[3] 《澳大利亚AEMO为家用电池储能提供电力交易机会》，全国能源信息平台，2020年12月[4] 《全球电力行业区块链主要应用场景分析》，电力决策与舆情参考，2021年1月[5] 《首个太阳能现场交易项目亮相德里》，全国能源信息平台，2020年4月[6] 《区块链技术在电力供需互动领域的应用设想》，能源研究俱乐部，2020年11月[7] Vodafone to Connect 'Billions' of Energy Producing Devices Using Blockchain，Cointelegraph，2020年6月[8] Bosch is testing car charging station on Ethereum’s blockchain，Cryptolinenews，2019年5月[9] 《构建区块链分布式能源交易平台 实现储能、电网等之间的购售电交易》，中国能源报，2019年12月[10] 《区块链白皮书》，中国信息通信研究院，2021年12月[11] 《绿色冬奥“电力十足”》，中央纪委国家监委网站，2022年2月[12] 《天津首张个人充电“绿电溯源凭证”开出》，天津日报，2021年12月[13] 《林洋能源打造区块链智能电表应用平台》，仪表网，2019年7月[14] 《区块链技术在国家电网公司能源计量领域首次应用落地》，国家电网报，2021年8月
作者简介刘宾，中国信息通信研究院云计算与大数据研究所区块链工程师，主要从事区块链评测、产业研究、政策与标准研究等相关工作。
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