区块链技术及其在能源互联网的应用

 自2016年10月工业和信息化部发布《中国区块链技术和应用发展白皮书(2016)》及2016年12月区块链首次被作为战略性前沿技术技术写入国务院发布的《国务院关于印发“十三五”国家信息化规划的通知》以来，区块链技术日益受到我国政府的重视和关注。作为新一代互联网技术的重要组成部分，区块链技术很有可能推动现有计算模式的变革，对能源互联网的发展将产生广泛而深远的影响。

什么是区块链技术?

2008年11月，一位自称中本聪的科学家发表了一篇名为《比特币：一个P2P电子现金系统》的论文，提出了一种基于P2P组网技术、数学、密码学技术、演算法与经济模型等技术的电子现金系统的构架理念，从此比特币诞生了。作为比特币系统的底层核心技术，区块链技术逐步进入人们的视野。

区块链技术是基于时间戳的“区块+链式”数据结构、利用分布式节点共识算法来添加和更新数据、利用密码学方法保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新分布式基础架构与计算范式。区块链目前分为三类：私有链、公有链、联盟链。区块链技术具有以下几个主要特点：

去中心化：区块链技术基于P2P的系统结构，不存在中心节点，网络中每个节点的地位均等，互为备份，增加数据库的鲁棒性。

访问权限控制：区块链系统对授信用户开放，未经授权，节点无法访问区块链数据。(但对公有链而言是完全透明的)

数据安全性：区块链通过链式结构、数字加密、共识算法等技术保证了区块链数据不可虚构，不可伪造，不可篡改，不可删除，保证数据稳定可靠、安全且可追溯。

区块链通过共识算法、智能合约等技术保证了系统无需信任背书或第三方监督也能正确执行、自行运转。

区块链技术的发展现状

在政策支持方面，当前各国都在大力发展区块链技术,美国、英国等发达国家通过推出创新政策、发放补贴等方式动员高校、企业以及其他机构参与研发。近年来，我国政府对区块链技术也十分重视。2017年，国务院先后在《关于创新管理优化服务培育壮大经济发展新动能加快新旧动能接续转换的意见》《关于印发新一代人工智能发展规划的通知》《关于进一步扩大和升级信息消费持续释放内需潜力的指导意见》《关于积极推进供应链创新与应用的指导意见》等文件中，多次提出鼓励开展区块链技术研究及试点应用，建立新型社会信用体系。

在技术发展方面，区块链技术是具有普适性的底层技术框架。按照目前区块链技术的发展脉络，区块链技术会经历以可编程数字加密货币体系为主要特征的区块链1.0模式、以可编程金融系统为主要特征的区块链2.0模式和以可编程社会为主要特征的区块链3.0模式。目前，一般认为区块链技术正处于2.0模式的初期，股权众筹和P2P借贷等各类基于区块链技术的互联网金融应用相继涌现。然而，上述模式实际上是平行而非演进式发展的，区块链1.0模式的数字加密货币体系仍然远未成熟。

在行业应用方面，区块链最先的应用是实现货币和支付手段的去中心化，试图脱离本质为国家信用担保的法币体系，建立新的数字货币体系，如比特币的开发与应用。继比特币提出后，其他数百种基于区块链的加密数字货币也相继出现。跨国大型金融集团诸如纽交所、花旗、纳斯达克等都在2015年以创投的形式进入了区块链领域。而我国央行研发的数字货币，率先探索了区块链技术的实际应用，基于区块链的数字票据交易平台也测试成功。今年2月，由央行发行的法定数字货币也在该平台试运行，这意味着在全球范围内，中国央行将成为首个发行数字货币，并开展真实应用的中央银行。

除了金融领域，区块链技术的应用场景也在逐步向医疗、物联网、物流等领域拓展，在能源互联网领域也开始崭露头角。中国电科院正在积极探索区块链技术在电力调度与交易领域的应用场景，并已启动基于区块链技术的电力系统调频业务考核管理、分布式源—荷市场化交易等关键技术研究和原型系统研发工作。

区块链在能源互联网的应用前景

能源互联网是以电力系统为核心，以互联网及其他前沿信息技术为基础，以分布式可再生能源为主要一次能源，与天然气网络、交通网络等其他系统紧密耦合而形成的复杂多网流系统。相比现有的电网，能源互联网涉及了更多样的能源形式和更广泛的参与主体，并在信息的交互模式上进行了改革。区块链技术具有不可伪造、难以篡改的特点，能够有效解决复杂系统中各主体间的信任问题。同时，区块链技术在去中性化、系统自治等方面的特点与能源互联网的理念具有一定程度的相似性。因此，区块链技术将能在能源互联网的构建、发展与升级过程中发挥重要作用，其应用前景将主要体现在以下几个方面：

能源供给。分布式和集中式的结合是未来能源供给领域的典型模式，区块链的去中心化与分布式电源之间的物理特性具有较强的耦合性，而基于区块链技术的实时更新有助于实现集中式和分布式之间的实时信息共享，避免多种能源的重复建设，减小能源供给系统的浪费，可应用的场景包括：基于私有链的分布式能源多能互补之间的计量;基于联盟链的大型能源基地之间的打捆模式等。

能源输送。参与能源输送的角色众多，且存在广义的博弈竞争，区块链技术能够实现多个角色之间的强制信任和角色之间交易的透明化，能够实现多种能源之间的协调和优化传输，提高系统的效率。典型的应用场景包括：基于私有链的能源传输系统的阻塞管理和损耗分摊计算;基于联盟链的能源传输系统的实时监测和协调控制等。

能源分配。分布式能源的广泛接入改变了能源分配系统的拓扑结构，多种能源之间的交叉转化和时空耦合对能源系统的计量提出了新的要求。基于区块链技术的自动执行和广泛共享将会显著提升能源分配的合理性，典型的应用场景包括：基于联盟链区域能源系统的自动计量，基于联盟链的储能系统的规划运行一体化分析等。

能源消费。基于分布式账本和智能化合约的区块链技术的应用，将会极大地提升能源消费侧和能源供给侧的透明度，从而改变区域能源系统的用能需求曲线，实现多种能源之间的合理利用和泛在交互。典型的应用场景包括：基于私有链的需求侧管理、家庭能量管理、电动汽车充放电智能支付系统等。

能源交易。结合国内外现状的分析，区块链将会率先在能源交易领域得到应用，典型的场景包括：基于私有链的电费结算;基于联盟链的微电网中多元化角色的内部交易;基于公有链的分布式能源系统内部各种多样化能源之间的交易;基于公有链的国家之间的能源交易体系和商业模式等。

需要关注的问题

区块链技术在能源互联网的应用中，需要重点关注以下几方面问题：

效率问题。区块链技术本身处在一个不断完善和成熟的过程中，当前区块链在计算效率方面难以满足能源系统产销实时性的要求。未来区块链系统需要在吞吐量方面进行优化，包括在减少区块生成时间和区块确认时间等方面开展相关研究。

安全问题。区块链技术中，允许节点在区块中加入自定义信息。若附加信息中包含恶意代码，将会对整个区块链网络产生影响。另外，区块链中的每个节点都会有一份完整的账本，对所有用户都公开透明，敏感信息容易被泄露。这些安全风险可以考虑利用硬件加密措施、加大区块链审计(防篡改、可溯源是区块链的优势，也是数据话语权的体现)力度和进一步研究相关匿名算法来解决。

政策问题。能源行业是国家强监管的基础性行业，与国家政策的依附性非常强。当前很多应用在技术上是可行的，但若无国家相关政策指引，仍无法实现落地。随着“管住两头，放开中间，售点侧改革，交易平台独立”新电改政策的全面推广实施，给区块链在能源领域的应用带来了新的契机。但在具体领域的实施过程中，仍需要国家相关政策的跟进和落实。

人才问题。区块链技术是包含了数据库技术、密码学技术、P2P技术、数字认证等多学科融合的技术体系，在能源互联网中应用时，还需要进一步结合能源互联网的相关业务模式。此外，还需要进一步结合金融交易相关知识。复合型人才的缺失是区块链技术在能源互联网中进一步推广的一个瓶颈。

(作者单位：中国电科院)