区块链技术在电力供需互动领域的应用与设想

一、区块链技术在电力领域发展概况

(一)区块链发展阶段

区块链技术的演进主要经历三个阶段：第一阶段以比特币为代表，实现虚拟货币的流通和交易;第二阶段以以太坊为代表，引入可编程智能合约并将其应用于金融领域;第三阶段将区块链的应用延伸到各行各业，满足更复杂的业务逻辑，实现信息共享、降低信任成本、提高整个系统的运行效率。（来源：能源俱乐部 ID:nyqbyj）

注：图中共识层三个框线由内到外依次代表第1、第2和第3代区块链的内容

图1 区块链技术发展阶段图

(二)区块链在电力领域的应用

区块链技术作为继大数据、云计算和人工智能之后的一项新技术，以其可追溯性、分布性和不可伪造性等特点，受到了政府、行业和学术界的关注。在全球范围内，区块链在能源电力领域已经拥有众多应用案例，虽然美、英、德等国是较早将区块链引入能源领域的国家，但业内普遍认为，从2020年开始，亚太地区将成为全球能源领域区块链发展的新主导。

当前区块链在我国电力领域的应用主要分为三个方面，首先是区块链与电力系统相结合，保证业务数据上链的安全性和可追溯性，利用智能合约技术实现业务办理自动化，主要包括电力交通方面(电动汽车充电)、点对点交易、可再生能源证书管理等;其次是区块链与电力金融相结合，主要包括供应链金融、电子合同、电费金融等;第三是区块链与电力企业管理相结合，主要包括电力审计、企业安全管理、电网管理等方面。

表1 目前区块链在我国电力领域的主要应用

二、国内外相关实践案例

当前，我国电力需求响应相关技术已经展开试点，但是在商业模式、政策等方面依然不够成熟。区块链自带的一些特点和技术刚好可以解决电力供需互动领域中的一些典型问题，下面将介绍区块链在电力供需互动领域应用取得的一些实践成果。

(一)国外实践案例

目前，国外已经有很多相关技术的项目实施方案和示范应用。日本富士通开发了区块链交易系统，它通过系统进行能源控制，促进电力稳定供应，这个交易系统可以用来处理消费者之间的电力短缺与过剩问题。2019年12月，瑞士的能源网络基金会(EWF)推出了一个为能源行业量身定做的区块链平台——能源区块链，该平台主要用来支持和验证能源交易行为，这个平台的推出也促进了电力需求响应的程序开发，并且使其更多地应用在电网服务行业和能源交易市场。英国Bittwatt公司改变传统运营电力系统的方式，建立一个智能灵活的系统，部署了Bittwatt区块链平台，该平台利用区块链技术实现数据的实时共享，实现实时匹配电力供需，一些消费者可以在用电高峰期出售自己的电力来实现供需平衡，也可以以此激励更多的消费者参与到需求响应计划中来。2020年8月底，德国联邦能源署(DENA)推出了一个能源实验室，它允许以AI和区块链等创新技术作为基础能源解决方案来进行试验，且该实验室包含BMIL可视化解决方案和智能合约登记册的试点项目。2020年10月，DENA与Energy Web合作开发一个区块链身份注册和可再生能源信用跟踪项目，在美国试点可再生能源信用追踪，为德国各地的分布式能源资源(DERs)建立数字注册中心，这些能源资源包括一些太阳能电池板、电池或恒温器。在此次项目中，BMIL将使用Energy Web的去中心化系统(EW-DOS)，然后将EW-DOS与KILT区块链协议一起使用，使企业能够构建自定义区块链，这种解决方案也成为第一个“多区块链体系结构”的能源项目。

(二)国内实践案例

目前，我国各地方政府正积极推出区块链产业扶持政策，助力区块链在电力物联网中落地。早在2017 年，国家发展改革委就发布政策，支持分布式能源用户间的直接交易。2019 年，江苏省出台了《关于积极推进分布式发电市场化交易试点有关工作的通知》，为区块链的应用提供了依据。国内的能源企业也正在大力推进区块链技术发展。2019年3月，工信部区块链重点实验室电力应用实验基地在国网电子商务有限公司(国网雄安金融科技集团)揭牌成立;同年4月，面向电力“互联网+”业务的可信区块链公共服务平台入选工信部网络安全技术应用试点。2020年7月22日，全国首张基于区块链的“实时需求响应电子凭证”在广东东莞诞生。该凭证将电网和用户在执行需求响应过程数据纳入区块链校验记录，然后运用区块链技术对所有数据进行校核，运用智能合约自动生成电子约定，这样不仅具有唯一的数字识别，还可以形成多方互信的数据证明，并实现实时可追溯。2020年8月4日，国网宁夏电力研发的国内首台融合区块链与边缘计算为一体的区块链一体机成功接入“国网链”并上线试运行。该一体机突破了链上链下高效协同的技术瓶颈，破解了电网侧与负荷侧信息交互壁垒和难以协同互动的行业难题，实现了对负荷侧数据的采集、监视、分析，将有力保障负荷侧资源辅助服务市场交易的真实可信。

三、区块链在电力需求响应业务中的应用

将区块链技术应用到电力供需互动业务中，可建立基于需求响应的智能DR合同，利用加密技术与共识机制相结合建立一种DR管理方式，处理业务中出现的突发情况，将参与的用户在业务网络中共识记账，解决交易安全。将智能合约应用到电力商品的价值利益分配当中，可实现多主体利益分配。下面将从四个方面展开分析。

(一)基于区块链的智能DR合约

在基于区块链技术的自动需求响应系统当中，通过智能合约可以实现多级需求响应投标链的同态安全交易，可以进一步构建业务的执行逻辑，智能合约的技术实现应当基于电网侧、用户侧的实际信息，还应当利用OpenADR 的互动消息支撑以及 EI 标准的事件发布机制，才能构建分布式的智能合约，基于上述实现方式可以组建电力市场中与自动需求响应业务相关的任何一种高级应用。在DR用户、负荷集成商、电网企业之间构建包括购售电合约、负荷削减合约、新能源消纳合约、辅助服务合约等，为未来复杂的电力市场交易提供灵活的技术支撑。

区块链技术的智能合约允许创建一个分布式系统，客户可以直接、透明地交流，并采用安全、可追踪的方式，由电网运营商提供灵活性支持。将区块链用于DR管理中应考虑以下几个方面：首先，区块链记录客户能耗或生产情况，然后，智能合约开始计算基线和为满足客户需求提供的潜在支持。同时考虑到客户对发电和负载的可用性配置调制，将区块链技术应用于需求响应客户端，还可以考虑保护隐私的问题。

利用区块链和智能合约还可以提供安全、隐私保护、防篡改、可审计和可靠的DR框架，激励消费者积极参与。此外，利用智能合约能够在点对点的基础上设计和实现完全自动化利益相关者之间的合同协议，通过编写合约可以在区块链中编码、执行任意协议。智能合约可以有效支撑DR的交换信号与智能合约的自主参与，调解和监督交易的参与者，执行合同条款，规范能源供应和处理付款/罚款。

图2 基于区块链的智能DR合约

(二)加密共识机制

加密共识机制就是加密技术和共识机制相结合，应用在供需互动服务中。加密技术即非对称加密技术。而共识机制，是指在基于区块链技术的供需互动服务中，采用的是权益证明机制(PoS)，它与其他应用到电力领域中的共识机制不同的是，在传统基于区块链的应用系统大多都是采用工作量证明机制(PoW)，因为PoW可以实现区块链的一致性，但PoW是一种能量密集型机制，存在严重的效率问题，资源损耗非常高，从节能的角度来考虑，与智能电网节能发展的理念相违背。所以运用基于PoS的系统更节能，也能提高系统效率，同时又能解决能耗问题，而且采用PoS机制的加密货币对硬件要求很低，非常适合大规模应用及推广。

(三)互联共识记账

将区块链技术与大数据技术相结合，可以改变以往大数据中心化的存储方式，变为区块链的多中心化即分布式存储方式，共识的协商认证多用于需求响应中检验需求响应计划，且可以提供灵活的财务结算方式完成对供应商的支付，因此也可以解决供应商在交易过程中的不确定性。

对经过区块链授权后的所有参与电力供需互动的实体用户进行统一管理，任何电力用户都可以通过注册机制参与到区块链的运算，在电网辅助服务市场建立一个总账本，运用去中心化的大数据系统检验后参与到电网交易中。大量电网基础设施、用户设备加入电力市场，由电力企业、能源服务商、负荷集成商、政府以及第三方机构共同记账，在电力市场中所有的交易都会在参与节点记录下来，建立联系。由于所有参与的电力用户行动都会被记录和追溯，所以要想改变历史数据基本是不可能的，这样也就可以保障在需求侧参与电力供需互动的正常交易。

(四)多主体利益分配

为了实现多个参与实体利益分配的公平和公正，应该充分发挥智能合约技术在多主体利益分配中的自动化和智能化。通过构建电力供需互动领域中各参与实体的利润函数，构建不同的区块链智能合约，并根据供应链利益分配方式进行自动匹配结算，全程无需第三方参与，促使电力供应链中的各个参与实体在使自身权益最大化，并保持电力供需互动领域多个参与实体间的长期稳定合作关系。

四、总结与展望

区块链技术可以解决电力供需互动流程中存在的一些安全问题，它在该领域有广泛的应用价值，但目前大多数研究都关注在区块链与能源互联网结合的普适性应用，对于区块链在电力供需互动业务深度融合的领域研究还较少，缺乏对业务流程的全面思考，未来还具有较大的提升空间。

因此，我们对区块链技术的未来发展趋势作如下预测：一是区块链技术在能源行业的应用发展迅速，将逐步从通用领域向特定业务领域延伸和拓展;二是在电力供需互动领域的区块链，将主要采用联盟链和私有链结合的发展思路;三是在未来，区块链与大数据、人工智能和边缘计算的结合将会更加紧密;四是区块链技术的安全问题也将受到重视，需要技术和管理的统筹考虑。

原文首发于《电力决策与舆情参考》2020年10月23日第41期