互聯(lián)網(wǎng)作為第三次工業(yè)革命的代表技術(shù)，改變了現(xiàn)代社會的生活方式和經(jīng)濟發(fā)展方式，而以分散化和信任機制為特征的區(qū)塊鏈技術(shù)則是新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。本文首先總結(jié)了分塊鏈的定義和技術(shù)框架，給出了塊鏈的特點和意義，然后介紹了塊鏈在一些領(lǐng)域中的應(yīng)用。最后，總結(jié)了砌塊鏈在能源系統(tǒng)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。在他的書中，著名的美國學者杰里米·里夫金首次提出了“能源”。能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的概念和愿景已引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。能源互聯(lián)網(wǎng)的初步定義：能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是基于互聯(lián)網(wǎng)等前沿信息技術(shù)，以電力系統(tǒng)和分布式為基礎(chǔ)的。

        可再生能源是我國主要的一次能源和天然氣網(wǎng)絡(luò)，能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將改變傳統(tǒng)的電、熱、冷、氣等能源在生產(chǎn)、傳輸、儲存等方面的“并行流”。由于各種環(huán)節(jié)的耦合，如消耗，不同形式的能量可以在多個環(huán)節(jié)相互轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)多流網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同運行。能源互聯(lián)網(wǎng)不僅可以用于工業(yè)系統(tǒng)，也可以用于居民區(qū)甚至家庭。到目前為止，對能源互聯(lián)網(wǎng)的研究在理論研究和建筑設(shè)計方面還很少見。能源互聯(lián)網(wǎng)可以有效地傳遞能源和信息，但能源產(chǎn)業(yè)。
        價值鏈并沒有打開道路。網(wǎng)絡(luò)、負載、存儲和許多其他鏈接尚未深入地集成到各個鏈接之間的事務(wù)中。隨著分布式電源、儲能、電動汽車、燃氣等設(shè)備在能源互聯(lián)網(wǎng)上的迅速發(fā)展，能源消費者可能會逐漸成為生產(chǎn)者的參與者。由于多系統(tǒng)的復雜性和模糊資源的多樣性和分布性，能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)導致了能量流和信息流。在能量流和價值流的過程中，交易管理的成本大大增加。
        以電力市場中的電力調(diào)度為例，調(diào)度中心被批評為調(diào)度方式不公平、不透明。事實上，即使調(diào)度是公平的，外界也不會相信這個信任問題是由集中式調(diào)度引起的。如何對調(diào)度程序進行適當?shù)谋O(jiān)督，并要求其向市場參與者披露相關(guān)信息，以說服市場參與者。能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以有效地傳遞能量和信息，但是參與者之間的信任問題會給交易帶來很高的額外成本。
        2015年10月31日《經(jīng)濟學人》刊發(fā)了一篇題為f the blockchain; the trust machine”的封面文章的認為區(qū)塊鏈( blockchain)技術(shù)具有改變?nèi)伺c人合作模式和商業(yè)合作模式的巨大潛力是“創(chuàng)造信任”的技術(shù)。這篇文章的發(fā)表使得區(qū)塊鏈技術(shù)開始受到廣泛關(guān)注。區(qū)塊鏈基于密碼學原理解決交易過程的所有權(quán)確認問題保證交易系統(tǒng)對價值交換活動的記錄、傳輸、存儲結(jié)果都是可信的。區(qū)塊鏈記錄的信息一旦生成將永久記錄,且無法篡改。區(qū)塊鏈被認為是繼大型計算機、個人電腦、互聯(lián)網(wǎng)、移動/社交網(wǎng)絡(luò)之后計算范式的第5次顛覆式創(chuàng)新是人類信用進化史上繼血親信用、貴金屬信用、央行貨幣信用之后的第4個里程碑。
        區(qū)塊鏈技術(shù)屬于分布式存儲技術(shù)數(shù)據(jù)保存在網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點,由所有節(jié)點共同維護難以篡改這樣就能夠有效解決交易雙方間的信任問題。針對能源互聯(lián)網(wǎng)的特征對區(qū)塊鏈技術(shù)進行重構(gòu)與二次開發(fā)是解決能源互聯(lián)網(wǎng)中參與者間信任問題的有效途徑。區(qū)塊鏈是一個很新的概念,尚不存在公認的定義其所包括的研究和技術(shù)內(nèi)容與范圍還沒有清楚的界定理論和應(yīng)用研究都在快速發(fā)展之中。在此背景下本文首先介紹區(qū)塊鏈的定義、意義及其發(fā)展歷程之后概述區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀著重介紹其在能源行業(yè)的應(yīng)用潛力:最后對區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用前景進行展望。
        區(qū)塊鏈技術(shù)源于比特幣系比特幣的底層技術(shù);比特幣也是區(qū)塊鏈技術(shù)最早的應(yīng)用對象。在2008年全球金融危機爆發(fā)后,一位自稱中本聰( SatoshNakamoto)(其真實身份至今不明)的人發(fā)表了一篇題為“ Bitcoin: a peer-to-peer electronic cashsysten”6的論文。2009年1月4日比特幣正式誕生。不過因其投機風險過大且易被用于販毒、走私、洗錢等非法活動中國人民銀行聯(lián)合工信部、銀監(jiān)會、證監(jiān)會和保監(jiān)會于2013年12月5日印發(fā)了《關(guān)于防范比特幣風險的通知》要求金融機構(gòu)和支付機構(gòu)不得開展比特幣相關(guān)業(yè)務(wù)比特幣在國內(nèi)遭到封殺。國際上對比特幣雖然有較大爭議但隱藏在比特幣背后的區(qū)塊鏈技術(shù)卻逐步獲得廣泛認可。IBM和 Intel等幾十家國際科技巨頭參與了超級賬本項目( Hy perledger Project其中的核心就是區(qū)塊鏈技術(shù);萬達集團已加入該項目并成為第一個來自中國的董事會核心成員。區(qū)塊鏈聯(lián)盟R3則致力于采用區(qū)塊鏈技術(shù)解決跨境銀行支付、交易和結(jié)算成本高的問題,已有近50家正式成員其中包括花旗、摩根大通、高盛等銀行業(yè)巨頭中國平安和香港友邦也已加入(近期高盛等部分成員退出該聯(lián)盟獨自開展區(qū)塊鏈技術(shù)研究)。國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)科技巨頭如百度、阿里巴巴、騰訊(BAT)等都已經(jīng)對區(qū)塊鏈技術(shù)進行了戰(zhàn)略布局。百度投資區(qū)塊鏈支付應(yīng)用公司 Circle;阿里巴巴旗下的螞蟻金服宣布開發(fā)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的支付寶愛心捐贈平臺;騰訊旗下的微眾銀行加入金融區(qū)塊鏈合作聯(lián)盟。至此國內(nèi)外多個著名的互聯(lián)網(wǎng)科技與銀行巨頭已實際參與或密切關(guān)注區(qū)塊鏈技術(shù)研究。
        2016年12月28日在公安部、工信部、中國科學院等相關(guān)部門的大力支持下,“首屆中國區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用大賽”由中關(guān)村區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主辦國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院、微軟(中國)有限公司、IBM(中國)有限公司等單位協(xié)辦,共同為國內(nèi)外廣大區(qū)塊鏈研發(fā)人員提供了交流與展示平臺旨在推動區(qū)塊鏈技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用,引起巨大反響。雖然區(qū)塊鏈技術(shù)在2016年受到了非常廣泛的關(guān)注但到目前為止尚沒有公認的定義。美國學者Melanie swan在其《區(qū)塊鏈:新經(jīng)濟藍圖及導讀》書中給出了區(qū)塊鏈的定義:區(qū)塊鏈技術(shù)是一種公開透明的、去中心化的數(shù)據(jù)庫。這個定義強調(diào)了區(qū)塊鏈的2個特點但過于籠統(tǒng)。在工信部發(fā)布的國區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書(2016)》13中區(qū)塊鏈被定位為分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術(shù)的新型應(yīng)用模式。工信部的這個定義點出了所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)但未說明這些關(guān)鍵技術(shù)之間的關(guān)系。區(qū)塊鏈技術(shù)是利用加密鏈式區(qū)塊結(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)、利用自動化腳本代碼(智能合約)來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的去中心化基礎(chǔ)架構(gòu)與分布式計算范式。該定義明確了區(qū)塊鏈技術(shù)是由加密算法、共識機制等關(guān)鍵技術(shù)有機組合而成的種去中心化的技術(shù)框架相對比較全面。區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一個數(shù)據(jù)庫主要通過安全散列算法( secure hash algorithm SHA)、非對稱加密等密碼學原理、共識機制等一系列技術(shù)巧妙配合所形成的技術(shù)集合。筆者嘗試在文獻[14]的基礎(chǔ)上給出如下定義:區(qū)塊鏈技術(shù)是基于時間截的“區(qū)塊+鏈式”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、利用分布式節(jié)點共識算法來添加和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學方法保證數(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)的一種全新分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計算范式。
        區(qū)塊鏈的核心技術(shù)框架主要包括數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層激勵層、合約層和應(yīng)用層(對于不同的項目和平臺,細節(jié)方面也有所不同。2016年1月20日中國人民銀行數(shù)字貨幣研討會在北京召開行長周小川要求進一步明確央行發(fā)行數(shù)字貨幣的戰(zhàn)略目標做好關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)研究數(shù)字貨幣的多場景應(yīng)用爭取早日推出央行發(fā)行的數(shù)字貨幣。央行數(shù)字貨幣研究所已于2016年12月正式成立并已取得階段性成果原型方案已初步確定法定數(shù)字貨幣的原型系統(tǒng)有望在2017年春節(jié)后推出9。2016年12月國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”國家信息化規(guī)劃》中包括了區(qū)塊鏈技術(shù)。在數(shù)字貨幣的即將推出和十三五規(guī)劃政策助力的背景下區(qū)塊鏈患發(fā)展。
        區(qū)塊鏈目前主要應(yīng)用于金融業(yè)不過國內(nèi)外已開始研究“區(qū)塊鏈+能源”井取得了初步成果,尚處于概念證明階段或前期研究沒有商業(yè)化應(yīng)用報道。Grid singulariy公司開發(fā)了能源支付捐贈平臺,捐助者可將錢直接發(fā)送到比特幣驅(qū)動的預(yù)付費電裘,無須通過中介組織保證捐贈款不會被挪用。能源公司LO3和區(qū)塊鏈公司 Consensus一起開展了Trans Active grid項目驗證了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式P2P能源交易可成功將居民家中太陽能板產(chǎn)生的過剩電能賣給鄰居。目前,西門子公司的nex147部門也加入了 Trans Active grid項目。德國RWE與區(qū)塊鏈公司 Slock,iⅱt合作研發(fā)出基于區(qū)塊鏈技術(shù)的電動汽車支付系統(tǒng) Block charge用戶直接與機器,而非與人或公司簽訂合同美國的 Filament公司計劃在澳洲利用區(qū)塊鏈技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過在電線桿上裝設(shè)的傳感設(shè)備將其數(shù)據(jù)通過區(qū)塊鏈傳輸出去,以及時報告停電隱患。在物聯(lián)網(wǎng)中 Filament采用無線傳感器組件使各個智能設(shè)備進行獨立溝通和交互。同時這些智能設(shè)備還能進行價值交換,包括比特幣、數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)接口在內(nèi)的多種內(nèi)容都能進行交換。另外設(shè)備間的交易是由智能合約直接管理的因此是自動執(zhí)行的。美國的 IDEO Colab采用區(qū)塊鏈技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的太陽能電池板設(shè)備利用 Filament的接口直接與納斯達克平臺聯(lián)系在追蹤記錄發(fā)電量的同時自動形成可再生能源證書/補貼(RECs)。這可以激勵可再生能源市場的發(fā)展并保證RECs市場的透明性。國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院承擔了國家電網(wǎng)公司第一個區(qū)塊鏈科技項目是國內(nèi)最早將區(qū)塊鏈應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的科研機構(gòu)。萬向區(qū)塊鏈實驗室將投資2000億元在杭州建設(shè)新聚能城在云端使用區(qū)塊鏈技術(shù)來重構(gòu)“數(shù)字化城市”,建設(shè)集物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)于一體以研發(fā)、孵化、轉(zhuǎn)化生產(chǎn)、運營為生命全周期以智能生活、智能交通、智能服務(wù)為內(nèi)容的萬物互聯(lián)互通的智能城市。
        能源區(qū)塊鏈實驗室將建成能源區(qū)塊鏈主鏈發(fā)行以核證碳減排量( Chinese certified emissionreduction,CCER)為基礎(chǔ)資產(chǎn)的數(shù)字資產(chǎn)即碳票并以碳票為應(yīng)用結(jié)算單位。文獻[7]介紹了碳排放權(quán)認證、信息物理系統(tǒng)安全、虛擬發(fā)電資源交易以及多能源系統(tǒng)協(xié)同等應(yīng)用場景。
        能源系統(tǒng)中各個市場主體間如果缺乏信仼就容易導致交易摩擦而在參與者眾多的情形下這一般難以避免。區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、公開透明、安全可信的特點為解決能源系統(tǒng)中的交易摩擦提供了重要途徑。雖然區(qū)塊鏈技術(shù)在能源等行業(yè)有不同程度的應(yīng)用研究但總體上處于初期階段仍存在著效率較低、資源浪費等技術(shù)難題,導致區(qū)塊鏈技術(shù)尚未得到廣泛應(yīng)用。本文概述了區(qū)塊鏈技術(shù)的定義、技術(shù)特點、意義與應(yīng)用等,以促進區(qū)塊鏈技術(shù)在能源系統(tǒng)中應(yīng)用的研究與開發(fā)。