STEC研究｜第002期
【作者简介】 姚国章（1968—），男，浙江慈溪人。南京邮电大学管理学院教授，数字经济研究所所长，兼任江苏省首席科技传播专家，长期从事电子商务与数字经济等问题的研究，主持承担国家科技支撑计划项目1项，省部级以及相关政府委托研究项目20余项，已在北京大学出版社、中国社会出版社和电子工业出版社等出版著作和教材20余种，发表各类研究论文近200篇。
本文发表于《南京邮电大学学报（自然科学版）》,第40卷第5期（2020年10月）。转载请注明出处。
作者主讲《区块链与数字经济》课程
入选2020江苏省干部教育培训“名师名课”
【摘 要】能源业在国民经济和社会发展中发挥着战略性、基础性支撑作用，区块链技术由于具有分布式存储、点对点传输等独特优势，在促进能源业的转型升级方面有着多方面的应用。国际上能源区块链的应用主要基于区块链的分布式P2P交易、能源金融、碳交易、电动汽车共享充电、能源征信体系建设和能源综合管理等，比较有代表性的案例有纽约布鲁克林基于区块链的微电网智能系统和澳大利亚Power Ledger项目。国际能源区块链带给我国的启示：把发展能源区块链作为推进能源改革的重要抓手；以新基建为契机夯实能源区块链发展根基、以联盟链为重点建立各类应用示范、以发展能源区块链助力新能源壮大、以能源区块链激活电动汽车发展市场。
【关键词】区块链；能源区块链；新能源；分布式能源；智能合约；联盟链
引言
众所周知，能源是人类社会赖以生存和发展繁衍的基本物质基础，人类历史上每一次划时代的巨大进步都离不开能源的升级和更替。新中国成立以来，尤其是改革开放四十多年来经济与社会的快速发展，我国已当之无愧地成为世界上最大的能源生产和消费国，当前已形成了煤炭、电力、石油、天然气、新能源和可再生能源协调发展的多元化能源供给体系。与此同时，能源对中国经济社会发展的制约瓶颈也正日益显现，在疫情仍在全球肆虐蔓延、人员流动和跨境商贸活动全面受阻、世界经济深度衰退的今天，如何确保能源安全已成为关系到国家经济社会发展的全局性、战略性和迫切性问题，对提升综合国力、促进经济繁荣、改善人民生活和确保社会长治久安起着决定性的作用。
利用数字技术推动能源技术革命，切实解决能源发展中存在的各种复杂问题，是我国能源业所普遍面临的重大任务。区块链技术作为当前数字技术的耀眼明珠，因其具有分布式数据存储、点对点传输、共识机制和加密算法等独特功能，为能源业的技术进步和转型升级提供了新的契机。目前国际上能源区块链发展正受到越来越多的关注，也已形成了不少成功的案例，国内相关的研究和应用也已开启。中共中央政治局于2019年10月24日就区块链技术发展现状和趋势召开的第十八次集体学习，在确立了区块链技术在我国的重要地位的同时还明确了“探索区块链在能源电力等领域的推广应用”的发展方向。本文旨在通过对国际能源区块链发展进展的研究，能为我国能源区块链的健康、有序和快速的发展提出切实可行的建议。
一、区块链在能源中的应用价值
能源业具有产业链条长、参与方众多、运转过程复杂、交易结算环节多等特点，与具有去中心化（分布式）数据存储、可信可追溯性、不可篡改与具有智能合约功能的区块链有高度的业务重合性，两者有彼此融合的需求。
01
区块链的技术特点
一般认为，区块链（Blockchain）是指由参与其中的成员通过去中心化和去信任的方式共同维护一个特定数据库的技术方案，让参与系统中的任意多个用户节点把特定时间内用户交互传输所积累的数据，通过特定的算法计算并记录到一个数据块（Block），每一个数据块分别记录前一区块的哈希值（HASH）、本区块的时间戳、一个随机数和本区块的哈希值树（HASH TREE），前一个区块的哈希值用于将本区块与前一区块构建彼此对应的映射关系，形成环环相扣的链，即为区块链。
区块链是通过计算机程序形成的开放式账本，用以独立记录在区块链上发生的所有交易数据，能在无须第三方干预的情况下，实现节点与节点之间、点对点式的互动交易。作为一项伴随比特币出现的新技术，当前正在各行各业中开展应用实践。
02
区块链在能源中的应用价值
区块链在能源行业中的应用，将为能源业的发展创造多方面的价值：
一是形成安全可靠的共享账本。由于区块链技术是以记账的方式永久记录参与者的所有交易行为，打破了过去不同能源参与机构独立记账的模式，避免了确认交易纪录的重重限制，参与者可以从共享的账本系统上看到被授权查看的交易纪录，确保交易记录的透明、公开和真实。
二是智能合约的应用实现作业的自动化。能源交易参与者可以将合约里的交易方式等商业条款以编码的方式写入以区块链为核心的交易服务中，因此，系统会按照双方同意且授权的合约内容自动进行相关交易，无论是能源服务方还是能源消费者都不用担心交易作业机制会因为人为因素随意发生变更。
三是有效保护交易者的隐私。虽然区块链技术会自动记录交易参与者的所有交易数据，但交易参与者并不需要将个人数据与交易信息捆绑在一起，同时可以指定哪些交易信息可以被授权查看，既能切实有效地保护交易者的隐私，又能满足各类业务对数据的应用需求。
四是助力形成交易共识。无论参与者是以匿名或者是公开的身份加入区块链网络，只要某个参与者发起一项交易请求，所有参与者都会在第一时间收到交易信息，并且通过区块链技术的共识算法得以确认，避免人为干预。
五是消除能源流程中存在的痛点。目前能源各业务流程中普遍存在的效率瓶颈、交易时延和操作风险等痛点，很大程度上可以通过区块链技术的应用得到解决。例如现有流程中大量存在的手工操作、人工验证和审批工作都可通过区块链实现自动化处理，纸质合同可以被智能合约所取代，交易处理环节不再会由于系统失误而导致损失发生。
区块链在能源中的应用所产生的价值将会随着应用的不断深入而得到逐步深化，不同的业务应用环节和不同的发展阶段，所产生的应用价值也会有所不同，需要在实际发展中进行持续的探索。
二、 国际能源区块链主要应用场景
区块链技术的出现既为传统的能源业的转型升级带来了生机，同时也为破解能源业存在的问题并创新发展模式提供了新的机遇。目前国际上针对区块链在能源业发展中应用场景的探讨相对较为丰富，主要表现为以下六个方面。
1 基于区块链的分布式P2P交易
随着能源技术的不断进步、售电市场的不断成熟，以太阳能为代表的清洁能源快速崛起，但在传统的电力交易体系中，普遍存在着交易参与方众多、峰谷电价差异大、记账方式不统一、结算方式繁琐以及账期过长等问题，而且，太阳能、风能等作为分布式能源，需求侧的用户在扮演消费者角色的同时也开始担当供应者的角色，这对传统的电力市场体系带来了极大的挑战。
区块链技术所具有的去中心化、去信任化、数据公开透明和分布性存储等特点与当前能源发展的新要求高度吻合，因此，利用区块链技术构筑分布式能源交易市场，促进P2P交易，既十分必要，也有极高的可行性。基于区块链的P2P交易可以有效解决分布式发电所遭遇的计费、清算、结算等方面的困境，摆脱传统的依托售电公司完成电力交易的桎梏，充分实现交易的去中心化，能有效提升交易效率、降低交易成本。目前，国际上这方面的案例已陆续呈现，纽约布鲁克林基于区块链智能微电网系统是其中典型的代表，下文将对此做专门分析。
2 基于区块链的能源金融
新能源的建设需要大量的投资，离不开金融的支持，但由于缺乏合理的信用风险定价手段，导致在银行贷款等环节遭遇困难。比如目前已经非常普遍的分布式光伏电站，仍然没有有效的技术手段做出合理的价值评估，而且当前的集中化数据管理，容易产生虚假评估等情况。区块链的分布式账本的在新能源评估中的应用，可以摆脱中心化的束缚，既有助于证券化发起人能有效识别资产的数量和质量，又能有效监督新能源产出和回报等情况，更能避免新能源资产所有者在抵押后的道德风险，为解决能源金融的棘手问题提供了可行的方法。
在国际上，致力于区块链能源金融服务的项目正在相继出现，WePower是一个由一家爱沙尼亚公司运作的区块链能源项目，专注于绿色能源的专业服务。WePower平台利用区块链的智能合约将能源消费者、可再生能源生产商和绿色能源技术投资者连接起来，既可以让参与者为新的绿色能源项目投资，又可以让消费者高效、安全和透明的方式采购自用的绿色能源[[i]]。WePower平台允许可再生能源生产商应用区块链手段发行自己的能源代币以筹集资金，代币持有者可以优先参与新能源代币销售拍卖，也可在新能源工厂建成运行之后直接使用这些代币量的能源，还可以重新投入平台进行再投资。WePower应用物联网和区块链结合的手段，实现了与能源基础设施以及能源交易市场的直接连接，为各种类型的投资者、能源市场参与者和最终能源消费者建立起多元融合的合作体系，为创新能源金融的发展模式做出了探索。
WePower项目图
3 基于区块链的碳交易
碳交易是联合国为有效控制全球温室气体减排，减少全球二氧化碳排放所采用的市场机制。自1997年12月《京都议定书》正式通过以来，二氧化碳排放权作为一种可交易的商品在全球范围内流通，参加这一协定的国家在一定时期内必须限定在承诺的减排目标之内排放，各国将排放指标分配给本国不同的企业。由于碳排放受额度控制，所以碳排放演变成了一种高价值的“资产”，简称为“碳资产”。由于在全球范围内碳排放的测量缺乏统一标准，监管制度也各不相同，各国之间就排放问题缺乏相应的信任，所以在过去很多年难以找到切实有效的应对措施。在过去，无论是企业还是各国政府都是通过中心化的服务器存储碳排放的相关数据，由于缺乏透明度和可靠的监督手段，数据的真实性和可靠性始终存疑，同时由于信息缺乏有效的共享和可信的追溯机制，使得碳排放的实际执行效果受到极大挑战。
运用区块链技术来解决碳排放的难题，实现碳资产数字化，为促进公平、公开和公正的碳交易提供了可行的解决方案。利用区块链可分布的节点共享、可追溯的特点能实现碳资产实时动态的跟踪和记录配额的合理分配，让碳交易市场更加透明、有序，并且更容易实施。具体的做法是通过搭建碳排放权的认证和交易平台，给予每一个参与碳排放交易的参与者分配专有的ID，通过加盖时间戳把动态生成的碳排放数据存储在区块链中进行记录，通过多节点的数据共享，保证数据的真实性、完整性和准确性。在此基础上，将碳排放的控制通过区块链的智能合约来实现，即实现碳排放额度自动化记录和计算，使整个流程变得更加顺畅和高效，以有效控制碳资产的生产和管理成本，对在全球范围内减少碳排放起到积极作用。
国际上利用区块链助力碳资产交易已有了一些实际的探索，并已取得了良好的成效。IBM在2018年5月与环保科技初创公司Veridium达成合作，将碳资产转换成一种新型的可替代的数字资产CRB，这种资产可以在IBM合作的另一家初创公司Stellar创建的区块链网络上进行兑换和交易，以有效消除碳资产各个环节的不透明，并能降低购买和使用碳资产额度的成本及风险，使碳交易变得更加变得公平、公开和公正，对解决长期困扰的环保问题有了更加切实有效的应对措施。
数字资产CRB原理图（来源：Veridium）
4 基于区块链的电动汽车共享充电
电动汽车既代表着汽车业转型的重要方向，也越来越成为新型的电力能源消费载体。伴随电动汽车高速增长的同时，充电桩基础设施建设和使用效率问题越来越突出，尤其是如何提升现有充电桩的利用率成为一个广受关注的话题，某种意义上可以说决定着电动汽车发展的未来。传统充电桩的建设都通过中心化机构进行选址、独立组网、封闭运营的方式进行的，充电协议和计量模式繁多、充放电的交互性差、充电过程不透明、充电数据无法共享等问题导致充电桩的效率低下。尤其是私人安装的充电桩，基本都处在“一车一桩”的专用状态，大部分时间处于闲置，而且由于充电桩固定在某个特定位置，对电动车远距离出行带来了极大的不便。如果将分布在各地、分属于不同机构或个人建设的充电桩联合组网，实现分布式的管理，真正做到资源共享、系统互联、数据互通，将会构建起充电桩发展的新生态。
利用区块链技术搭建一个去中心化的计费模型，并处理所有计费、支付和身份验证等问题，使不同的充电桩单独计费、开放给不同的用户使用，并能完成自动充电和结算，必将使充电桩的利用率大大提升，电动汽车的充电难题即可迎刃而解。而且，通过区块链采集到的精准充电数据可以帮助政府、汽车厂商和电力部门进一步优化充电桩的布局，并提供相应的增值服务。
JuiceNet是总部位于美国加州的eMotorWerks公司开发的基于区块链的分布式充电服务平台，该平台利用开放的API，可以控制任何通过WiFi连接的充电桩，实现以下三个方面的功能：一是通过综合平衡充电桩的资源，最大限度地满足电动汽车充电需求；二是提升充电桩运营商和个人业主的收益，实现资产价值的最大化；三是助力于充电桩布局的优化，有利于电动汽车基础设施配套的完善。JuiceNet项目实现了“共享”和“共建”两个方面的目标：共享是指不但能实现不同充电桩服务商之间互联互通，还能让私人充电桩接入区块链平台，并与其他车主实现共享，充电桩提供者可以自行决定电费的收费标准并独立收取相应费用；共建是指当充电业务需求足够大的时候，将促进其他合作伙伴加入平台，共建充电桩行业生态，共同满足电动汽车充电服务需求。
JuiceNet云平台
5基于区块链的能源征信体系建设
能源消耗既是各类企事业单位也是各个家庭的基本开销，相关的交易记录一方面反映了消费主体的能源需求，另一方面也反映出了能源支撑业务发展的实际水平。对企业而言，用电数量和用电时间直接影响企业的经营状况，同时也有助于金融机构更好地掌握企业的信贷需求以及还款能力，能大幅度降低审贷成本、全面提升风险防范能力。
利用区块链手段将企业能源消耗情况纳入征信系统，并为政府和金融机构服务企业的融资需求有着极大的帮助，尤其是对缓解中小微企业的融资难、融资贵、融资繁等长期存在的顽疾能起到很好的效果。
在国际上，基于区块链的能源征信项目也已出现。区块链能源项目Bitluments针对拉丁美洲偏远农村地区电力紧缺、消费能力弱、对用电需求迫切的实际，提供了运用物联网和区块链技术为当地用户提供可再生能源电力和小额贷款的解决方案，项目通过构建区块链平台向合作银行提供申请购置太阳能电力套件居民的数据，并将太阳能设备的序列号、用户手机与用户的ID关联，形成了完整的、不可篡改的信用记录，为金融机构和电力需求用户之间建立起了基于区块链的连接，大大方便了业务的运作和管理，真正为那些平时难以享受小额信贷和辅助金融的用户提供了便利，帮助他们解决了无法依托金融机构满足用电需求的现实困难。
Bitluments原理图
6 基于区块链的能源综合管理
随着应用探索的不断深入，区块链在能源综合管理中已取得多方面的进展：一是基于区块链的能源全流程管控，主要利用联盟链的架构建立起面向源、网、荷、储全链互动的区块链能源运营体系，通过智能合约的引入实行自动化的管理，为能源的生产、传输、存储和使用提供支撑平台，既能有效避免人为因素和外部因素的干扰，又可以达到更为灵活的控制和更为精准的决策；二是基于区块链的资产和供应链管理，通过区块数字资产和实物资产的相互对应，实现资产的全过程可追溯，提升供应链管理的透明度；三是实现多系统的协同，采用区块链记录不同能源系统的实时生产信息及其运行成本，在多个系统之间进行成本和价格的比较，从中形成最优的供能方案；四是确定合理的线路损失，目前电力能源在转换、传输和存储等环节所产生的线损，基本由电网公司单方面决定，利用区块链进行线损管控，可获得各个环节的实际线损数据，并能发现可能的改进之处，同时让各方更加合理地分担线路损失。
基于区块链的能源综合管理已在国际上有不少先行者，欧洲国家相关的电力服务商和新兴的区块链技术厂商参与者较多。在亚洲国家中，日本、新加坡等国家也有不少企业开始实践。总体来看，当前特定领域、局部范围的应用较为常见，要实现全方位、深层次和多角度的应用，尚有非常漫长的道路。
三、国际能源区块链的发展进展与启示
如何真正使区块链技术能在能源行业中落地应用，目前在国际上相关的案例正陆续出现，其中纽约布鲁克林的微电网和澳大利亚的Power Ledger项目因发展时间早、应用成效好而受到更多关注。本文对这两个案例进行系统分析以期能为我国的发展和应用提供借鉴启示。
1、纽约布鲁克林基于区块链的微电网智能系统
根据美国能源信息署（EIA）的统计数据显示，2019年上半年太阳能发电占美国发电总量的2.7%，虽比2018年上半年的2.4%有所上升，但太阳能在总体电力结构中的占比还相对较低[[ii]]。之所以占比不高，主要有两方面的原因，一是因为美国石油、页岩气等成本较低，比太阳能电力更具有成本优势；二是因为太阳能电力资源没能得到有效的开发和利用。为了更好地开发和利用美国十分丰富的太阳能资源，解决太阳能利用中的瓶颈问题，总部位于纽约的初创公司LO3 Energy启动了基于区块链技术的微电网智能系统项目——TransActive Grid，并在纽约市布鲁克林区总统街进行了实践，已取得了十分明显的成效。
TAG项目场景图
过去，在纽约，拥有太阳能光伏面板的居民可以将自身生产电力的多余部分出售给电力公司并入其电网，但因为售价过低无法保本，而且在当电力公司计划在该区域停电时，居民们无法直接使用自己生产的电力进行供电，对此居民颇有怨言。LQ3 Energy公司为了解决这一难题，通过与德国西门子公司合作，采用区块链技术创建了一个试验性微电网，使得拥有太阳能光伏的居民可以通过区块链技术实现点对点的交易，将多余的电力卖给邻居，既使得电能损耗最小，又能让社区居民最大程度受益，同时还能摆脱公共电网的依赖。
LQ3 Energy公司开发了一个基于区块链的平台——TransActive Grid（简称“TAG”），允许本地居民使用现有的网格基础结构彼此进行去中心化的事务处理。参加试验的居民可以选择从本地光伏系统、区域性绿色能源或传统化石燃料提供的电力。TAG提供相应的服务，主要包括以下四种：一是提供不同类型的电力能源的实时价格，供用户选择；二是由于本地居民提供的太阳能光伏电力作为清洁能源可以得到相应的政府补贴，TAG帮助居民进行准确核算并获得相应的补贴；三是在本地遭遇电网断电时能直接启用本地光伏供电，更好地满足当地居民的应急用电需求；四是在紧急状况下可以直接将太阳能光伏生产的电能直接导向医院、避难场所以及临时急用电的场所，以解燃眉之急。
TAG项目是基于以太坊开发的区块链系统，通过用户节点和节点之间的交互，形成了具有智能合约功能的微电网智能系统。其运作原理如下：利用标准的电表和支持区块链的计算机设备来测量电能数据，并与微电网中的其他设备通信以激活能源交易，实际电流经正常的电力网络传输，经许可的区块链负责对交易信息的管理并运营相应的智能合约。用户只要通过专用的移动应用程序即可设置首选项，以决定选用哪种类型的电能并愿意为太阳能电力能源支付多少费用。这一项目采用了运用区块链技术的特殊仪表，能准确显示太阳能光伏所生产的电能，而不再依据传统的本地电力公司来计算电量，这种去中心化的计量方式是对传统计量方式的一种革命，对促进公开、公平和公正的交易作用重大。
TAG项目运行原理图
作为基于区块链的能源创新项目，其示范意义表现如下：一是实现了微电网与区块链的结合，从而为太阳能电力能源的生产和消费创造了本地市场，既可降低能源损耗，又创新了电力服务的模式；二是微电网与传统电网既可融为一体又可保持相互独立，正常情况下可以并网运行，在紧急情况下，可以以 “孤岛模式”利用当地的能源供应独立运营，确保了无论自然灾害还是其他突发事件，均能持续供电；三是允许拥有电力生产能力的居民可以直接向邻居出售电能，而无需通过中间人进行协调或提供财务支持，而且通过区块链支付，系统允许安全透明地记录在线交易，更好地保障了各方的利益，同时也降低了相应的管理和协调成本，达到了多方共赢的效果。
2、澳大利亚Power Ledger项目
澳大利亚的光照资源排名世界第一，根据澳大利亚能源委员会的数据显示，2020年第一季度末全国已安装了近240万套太阳能系统，是世界上太阳能利用普及率最高的地区之一，2019年全年屋顶光伏发电量总计达10.7吉瓦，相当于人口13倍多的美国光伏发电总量的60%[[iii]]。过去很长时间以来，澳大利亚居民将自身未使用完的太阳能电力提供给公共电网是无法得到经济补偿的，主要原因是计量困难和缺乏切实可行的结算机制，这样的结果在挫伤居民提供自有电力积极性的同时，也造成了大量太阳能电力的浪费。
有鉴于此，通过应用区块链技术构建一个分布式的电力交易网络，鼓励更多人进行太阳能等再生能源生产和交易并能获得公平回报的Power Ledger公司应运而生。这家成立于2016年5月、总部位于西澳大利亚的区块链初创公司开发了基于区块链、能实现点对点太阳能电力交易的系统，解决了长期存在的太阳能电力的结算难题，实现了电力生产者在无需信任的环境中向他人出售能源的功能，摆脱了传统的必须依赖中心化机构才能完成能源交易的束缚，大大促进了能源交易的便利性和广泛性，不但得到了澳大利亚政府的支持，而且受到了诸多国际能源公司的青睐，目前项目已经在泰国、印度和日本等国得以落地，成为利用区块链解决光伏能源高效利用并降低成本的典范。
Power Ledger的应用场景
Power Ledger通过区块链技术将太阳能电力能源引入P2P市场，利用智能合约来让过去颇为棘手的能源交易买卖得以在一个无需信任的环境下顺畅进行，可以让参与的居民能即时收到款项、可自由选择不同来源的电力、可购买近邻所产生的电力、可售卖过剩的太阳能电力来取得收入等。在交易过程中，智能合约可以在没有任何第三方进行系统调控的情况下完成交易，包括控制参与人的数据、价格制定、费用支付担保等，完全通过区块链来做协议调控，实现即时的结算。这是对于传统电力网络而言是不可想象的，而且在区块链上的所有交易都是透明、可追溯的，既显著降低了结算成本，又实现了交易的高效和透明。
为了建立起一个无需信任、透明和可互操作的能源交易平台，Power Ledger采用了双重代币体系，一个是被设计成通行证的POWR币（全称为Power Ledger Token），可用于进入交易平台，犹如生态系统的燃料；一种是SparkZ币，用于消费者购买能源时进行结算，Sparkz币会存在于用户的数字钱包当中，并可随时兑换为澳元。
Power Ledger生态系统可以支持多种能源交易应用，主要包括五个方面的应用场景：一是P2P交易，零售商授权消费者进行相互之间电力交易或消费者自行交易，实现电力交易自动化；二是微电网运营，可以进行电力计量、大数据获取、快速微交易等电网管理；三是电力批发结算，可以提供透明、高效、低成本的优化和管理，包括数据汇集、对账以及批发能源市场的结算；四是自主资产管理，能够购买和售出自有电力，实现自动把收入分配到特定的钱包地址；五是分布式市场管理，为资产拥有人提供随时优化配置网络资产的便利，包括提供优化的计量数据、大数据汇总、进入和调度资产的权限、快速交易结算、网络下载平衡以及需求测回应等。
Power Ledger的产品线
经过几年的发展，Power Ledger平台已发展成为一个覆盖面广泛的生态系统，既可以让不同背景的参与者通过其独创的代币体系实现互操作，又提供了一个透明的管理框架，允许世界各地的能源供求方与Power Ledger生态无缝连接，让更多的能源生产者和消费者从中获益。总体来看，这个生态系统具有较强的包容性和可扩展性，应用的场景和覆盖的范围正在不断扩展之中，将会给太阳能等新能源的开发和利用带来新的机遇。
四、我国能源业当前所面临的挑战
我国能源业在新中国成立以来主要依靠自力更生、奋发图强一步一步发展起来的，所取得的成就举世瞩目，能源支撑国民经济与社会发展所发挥的作用自然是毋庸置疑的，但在当前纷繁复杂的国际形势以及国内经济转型和产业升级需求的深度交织下，面临着多方面的挑战。
1、我国的总体能源结构亟需进一步优化
从人类社会能源演进的基本规律来看，长期赖以生存的传统化石能源由于存在对自然的破坏、对环境的污染以及开采成本不断上升等原因，总体处于不断下降趋势，低碳甚至无碳的能源逐步替代高碳的能源是基本的发展方向。
作为世界最大发展中国家，我国在改善能源结构方面所做的努力和取得的成绩是十分显著的。数据显示，长期来作为第一能源的煤炭在我国占我国能源消费总量中的由60年前的95%下降到目前的60%以下，石油占比已接近20%，一次电力、天然气、太阳能光伏等清洁能源占比上升较快。但我们还应看到，2019年我国总计为39.7亿吨标准煤的一次能源生产总量中，原煤占比高达97%；2019年全年全国发电总量75034.3亿千瓦时，其中火电占比高达70%。从消费结构来看，2019年我国清洁能源消费量占能源消费总量的23.4%，比上年提高1.3个百分点，总体我国清洁能源的消费占比正处在上升期，但占比还不足四分之一，能源结构优化还任重道远。
能源结构的优化是一个极为复杂的系统工程，绝非一朝一夕之功，区块链等数字技术的应用必然会起到推波助澜的作用，需要对此予以高度的关注和深入的探讨。
2、电力网络运营模式有待重新设计
随着电力传输技术的不断进步，目前电力能源能实现远距离传输，电力消费的范围也变得越来越广泛，尤其是大量的电动汽车需要随时随地接入电力网络参与电力消费，这样势必给传统的电力网络运营带来新的挑战。目前，我国的电网运营基本还保持着二元结构的特点，电力生产、电力配送与电力消费各自独立、业务运营相互割裂，个性化消费需求和分布式能源供给均不能得到有效的支持，而且电力生产、电力配送主要依赖人为的预测，尚未建立起互联互通的信息系统以实现数据共享，能源利用率处于相对较低的水平。
为更好地适应电力资源新的发展需求，必须改变当前电力网络的运营模式，最大限度地将电力生产方、配送方、消费方、电力生产设备和电子消费设备融合到一起，建立起支持便捷能源双向流动和信息双向高效处理的能源互联网是必须解决的技术问题，其中区块链可以发挥不可或缺的作用。
3、现有电力能源市场的格局有待激发活力
我国目前电力市场主体包括发电企业、交易机构、电网企业、售电主体和电力用户，其中国家电网和南方电网两大巨头共同负责我国电网的运营和电力配送；由中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国电力投资集团公司五大以发电为核心业务的央企共同构成了我国电力能源的生产方，形成了总体的电力供应格局。目前这种中心化的电力市场供电模式虽在一定程度上保证了效率，形成较为稳固的市场格局，但也缺乏相应的活力，并且相互之间的数据共享和信息交互尚存在较大的障碍，同时还需要在上下游之间形成新的业务联系，促进互联互通和数据共享。
面对太阳能、风能等新能源的快速兴起，传统的中心化的能源管理模式需要进一步优化，通过区块链技术的技术形成分布式、去中心化的新能源发展体系，必然能进一步激发活力、更好地适应电力能源发展新形势的需要。
4、分布式能源生产模式有待逐步建立
当前我国的能源生产方式基本处在集中化生产方式，未来的发展方向是分布式生产，将会形成参与主体众多、分布地点广泛、能源生产方式多样的能源供应新格局。由此而带来的变化主要包括四个方面：第一，发电方式将会从现在单一的集中式供电方式过渡到集中式供电和分布式供电相互并存的状态，电力供给的规模也将得到大幅提升；第二，在输电方面因为有大量分布式再生能源的加入，将形成既包括巨型的覆盖全国甚至全球的特高压传输网络，又包含局部的、区域性的微型传输网，巨网和微网相互补充，共同构成分布式传输网络；第三，在用电方面，消费者不再是单纯的电力消费者，同样可以将自身通过光伏等方式生产的电力销售给电网，形成电能双向流动的新模式；第四，在储能方面，随着技术的进步和成本的下降，无论是主要的电力供应方还是普通的电力消费者，都将采用更多更有效的手段，促进电力能源更好的利用。
分布式能源的生产方式需要采用分布式管理的技术手段，区块链所具有的分布式数据存储等特性可以为分布式能源生产提供相应的技术支撑。
五、国际能源区块链发展带给我国的启示
区块链技术正成为促进经济转型和社会进步的重要技术，随着应用的不断深入将会呈现出越来越强大的活力。在国内，区块链在能源发展中的应用只是刚刚起步，如何学习和借鉴国际发展的相关经验，切合中国实际，找到行之有效的发展道路，是我国能源业当前面临一项重要任务，为此提出以下建议。
01
把发展能源区块链作为推进
能源改革的重要抓手
改革开放四十多年以来，随着我国经济持续、快速发展、人民生活水平的不断提高，我国能源需求快速增长，品种结构也得到了持续优化改善，已发展成为世界最大能源消费国和最大能源市场，在电力能源方面，发电装机、发电量、电网电压等级、电网运行安全技术水平、供电可靠性等多个指标均已位居世界前列。但我国能源发展中还存在着产能过剩、结构臃肿、能源供给适应性和灵活性不足等复杂问题。总体来说，当前我国能源市场化改革的目标主要包括三个：一是确保持续稳定的能源供给；二是保持较为经济的能源价格；三是清洁能源比例不断提升。在当前疫情威胁尚未解除、中美紧张局势尚未缓解的背景下，我国能源业面临着更加复杂的形势，加快推动能源改革无疑是必然选择。
大力推动能源区块链的发展，无疑是促进能源改革的有力武器，将在以下三个方面发挥作用：一是区块链有助于推进能源业的数字化发展进程，以数字化促进能源业的转型升级，进一步激活能源业的发展动力和增长潜力，对扩大能源业的产出、确保能源供给有重要的支撑作用；二是区块链对促进能源业的公开透明的业务运作有直接帮助，有助于降低能源成本，保障能源价格的经济性；三是区块链有助于各类清洁能源的开发和利用，为加快清洁能源的发展步伐带来直接帮助。可以肯定，将发展能源区块链作为推动能源改革的重要抓手，必定能起到积极而又重要的作用。
02
以新基建为契机夯实能源区块链发展根基
长期以来，基础设施是指为社会生产、居民生活提供各类公共服务的工程设施，作为公共服务系统，支撑经济与社会的运转，是社会赖以生存发展的基本物质条件。新中国成立以来，大规模投资建设的基础设施是对促进我国经济快速发展、提高生产经营效率、提升人民生活品质起到了无可替代的独特作用。当前我国的传统基础设施建设已取得了让世人刮目相看的伟大成就，总体水平也越来越向发达国家靠拢。在疫情冲击下，以“创新驱动、数字赋能和信息网络”为基本特征的新基建建设正在成为激活经济动能、赢得新机遇的重要战略举措。新基建涵盖了信息基础设施、融合基础设施和创新基础设施三大建设内容，能源区块链既是信息基础设施的基本建设内容，也是能源与区块链融合的基础设施，同时还是支撑能源产业技术创新的基础设施。因此把握新基建发展机遇发展能源区块链，对促进行业发展意义重大。
能源区块链新基建主要围绕以下三个方面展开：一是建设基于区块链技术的能源综合交易平台，为简化交易程序、优化结算方式、降低交易成本提供支持；二是普及智能电表和物联网的应用，实现与能源相关的数据采集、数据接口和信息传输等功能；三是集中研发力量开发能源区块链地层支撑平台，为行业应用打下坚实基础。
03
以联盟链为重点建立各类应用示范
从我国能源管理的基本特点来看，应用区块链中的联盟链进行能源区块链的建设和管理是理想的选择。联盟链是指有若干机构或组织共同参与管理的区块链，他们各自运行着一个或多个节点，共同记录交易数据，数据只允许系统内各参与方之间共享。联盟链作为支持分布式业务运作的基础组件，更能满足多方对等合作与合规有序的发展要求。与具有完全去中心化特征的公有链不同，联盟链具有弱中心化的特征，只有经过许可的参与者才能加入联盟链，并获得记录数据、确认和验证等权限。
由于能源行业的上下游参与者十分广泛，每一个业务环节又有较多的参与者，以联盟链的形式构建包括各类参与企业、用户、监管者、系统开发和管理维护人员等在内的参与体系，形成多元化的数字生态，创新管理模式和运营机制。当前，能源联盟链的应用还不多，需要不断积累经验，并通过应用示范的方式能形成更多可以推广的案例，为行业推广应用提供更多的范例。
04
以能源区块链助力新能源发展壮大
国家发展改革委、国家能源局发布的《能源生产和消费革命战略（2016-2030）》明确，到2030年，非化石能源发电量占全部发电量的比重力争达到50%，为了实现这个目标，我国必须大力发展风能、太阳能，同时要提高发电效率，降低发电成本，促进新能源与常规电力展开同等竞争。新能源的发展必须克服发展过程中存在的各种障碍，能源区块链必将发挥十分重要的作用。
国网青海电力公司和深圳前海益链网络公司共同开发的“基于区块链的共享储能应用平台”，已成为我国新能源领域的开拓者，取得了很好的效果。青海是我国新能源装机占比最高的省份，建成了全国首条清洁能源特高压通道，但由于新能源发电的波动性强，使新能源电力的消纳成为制约因素，导致新能源的弃电率居高不下，2019年达到了5.8%。由于储能系统建设的投资大、加上新能源储能的市场和价格机制不完善，于是合作双方将区块链技术引入新能源辅助服务交易，搭建了以青海省电力调控中心为盟主的共享储能调峰市场交易联盟链，有效地解决了储能调峰交易结果数据存证、智能合约清分结算和财务通证记账以及电费资产证券化等问题，提升了市场交易的公信力。基于区块链的新能源数据存证流程十分简单，交易执行合约和结果作为交易凭据存取在区块链平台，依托区块链的智能合约功能完成交易清分和结算，保证了交易从组织申报、出清、执行、清分和结算等各个环节的安全、透明和可信。这一项目自2019年6月正式运营一年来，完成了基于区块链的共享储能交易累计成交1172笔，增发电量2624万千瓦时，创造直接经济效益2100余万元，有效解决了现行的新能源和储能辅助服务交易模式缺少受限判据及交易撮合依据，无法有效计算充放电效率、电量损失及违约失信、交易清分结算量大等难题，大大提升了新能源消纳交易效率和透明度，加快新能源及储能产业质量、效益和动力变革。
青海以通过应用联盟链技术构建能源区块链，切实有效地解决了新能源储能的难题，取得的成效十分明显，为我国有效推进能源区块链的发展提供了有益的借鉴。
05
以能源区块链激活电动汽车发展市场
汽车行业正面临着电动化、智能化、共享化、网联化和环保化的“五化”革命，加快电动汽车的发展是汽车产业转型升级的一个重要方向。经过多年的快速发展，我国电动汽车保有量有了很大的进步， 截至2019年底，在我国纯电动汽车保有量达310万辆，与2014年不足8万辆相比，短短五年时间增长了近40倍。但即使如此，在全国2.6亿的汽车保有量中还显得微不足道。与之相配套的充电桩的数量到2020年5月底总数为129.9万台，同比增长33.1%，其中公共和私人的充电桩保有量分别为55万和74.9万个。可以看出，我国电动汽车产业的发展很大程度上取决于充电桩的建设进度和利用能力，其中应用区块链技术为充电桩的共享、共用提供一个信任机制，对激活存量的充电桩资源、缓解电动汽车充电难的问题，将提供行之有效的解决方案。
电动汽车区块链应用概念图
美国JuiceNet公司基于区块链技术构建起了P2P的充电网络，实现了充电桩的资源共享和系统的互联互通，大大提升了充电桩的利用效率，为我们提供了很好的借鉴。在国内，杭州趣链科技正在开展基于区块链的充电桩系统的研究，基本的思路是通过汽车车主对充电行为进行确权并记录在区块链上，建立以“人、车、桩”为一体的信用体系，以提高多方协作效率，并解决车主支付难的问题，同时构建起以充电、停车、消费为一体的信用体系，是现有信用体系建设的有效补充。与此同时，该公司还将建设基于区块链的充电桩运营管理系统，为充电桩的产权方、运营方、电动车主之间建立起基于区块链的信任关系，为电动汽车摆脱充电的桎梏提供了新的思路。
结束语
广受关注的区块链技术正在加快与各行业的深度融合，能源业也正迎来与区块链融合发展的难得机会。加快能源区块链更加健康、可持续的发展对我国能源业的转型升级，并贯彻落实习近平总书记“四个革命、一个合作”（指推动能源消费、供给、技术和体制革命，加强国际合作）重大能源战略思想都具有重大意义。当前，我国能源区块链的发展还仅仅处在初级阶段，面临着监管政策、技术成熟程度、物理条件限制、成本制约、用户认同以及系统安全等多方面的挑战，必须提升认识高度，同时要采取行之有效的措施予以积极的推进。
毋庸置疑，能源区块链的发展是一个重大而又复杂的系统工程，有很多认识需要突破、技术需要研发、实践需要探索、障碍需要克服，力争通过若干年卓有成效的探索，走出一条适合我国国情的发展道路。
参考文献
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