文/姚國章 南京郵電大學數(shù)字經(jīng)濟研究所，南京郵電大學學報
眾所周知，能源是人類社會賴以生存和發(fā)展繁衍的基本物質基礎，人類歷史上每一次劃時代的巨大進步都離不開能源的升級和更替。新中國成立以來，尤其是改革開放40多年來經(jīng)濟與社會的快速發(fā)展，我國已當之無愧地成為世界上最大的能源生產(chǎn)和消費國，當前已形成了煤炭、電力、石油、天然氣、新能源和可再生能源協(xié)調發(fā)展的多元化能源供給體系。與此同時，能源對中國經(jīng)濟社會發(fā)展的制約瓶頸也正日益顯現(xiàn)，在疫情仍在全球肆虐蔓延、人員流動和跨境商貿(mào)活動全面受阻、世界經(jīng)濟深度衰退的今天，如何確保能源安全已成為關系到國家經(jīng)濟社會發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性和迫切性問題，對提升綜合國力、促進經(jīng)濟繁榮、改善人民生活和確保社會長治久安起著決定性的作用。
利用數(shù)字技術推動能源技術革命，切實解決能源發(fā)展中存在的各種復雜問題，是我國能源業(yè)所普遍面臨的重大任務。區(qū)塊鏈技術作為當前數(shù)字技術的耀眼明珠，因其具有分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制和加密算法等獨特功能，為能源業(yè)的技術進步和轉型升級提供了新的契機。
目前國際上能源區(qū)塊鏈發(fā)展正受到越來越多的關注，也已形成了不少成功的案例，國內相關的研究和應用也已開啟。中共中央政治局于2019年10月24日就區(qū)塊鏈技術發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢召開的第十八次集體學習，在確立了區(qū)塊鏈技術在我國的重要地位的同時還明確了“探索區(qū)塊鏈在能源電力等領域的推廣應用”的發(fā)展方向。本文旨在通過對國際能源區(qū)塊鏈發(fā)展進程的研究，能為我國能源區(qū)塊鏈的健康、有序和快速的發(fā)展提出切實可行的建議。
1 區(qū)塊鏈在能源中的應用價值
能源業(yè)具有產(chǎn)業(yè)鏈條長、參與方眾多、運轉過程復雜、交易結算環(huán)節(jié)多等特點，與具有去中心化(分布式)數(shù)據(jù)存儲、可信可追溯性、不可篡改與具有智能合約功能的區(qū)塊鏈有高度的業(yè)務重合性，兩者有彼此融合的需求。
1.1 區(qū)塊鏈的技術特點
一般認為，區(qū)塊鏈(Blockchain)是指由參與其中的成員通過去中心化和去信任的方式共同維護一個特定數(shù)據(jù)庫的技術方案，讓參與系統(tǒng)中的任意多個用戶節(jié)點把特定時間內用戶交互傳輸所積累的數(shù)據(jù)，通過特定的算法計算并記錄到一個數(shù)據(jù)塊(Block)，每一個數(shù)據(jù)塊分別記錄前一區(qū)塊的哈希值(HASH)、本區(qū)塊的時間戳、一個隨機數(shù)和本區(qū)塊的哈希值樹(HASHTREE)，前一個區(qū)塊的哈希值用于將本區(qū)塊與前一區(qū)塊構建彼此對應的映射關系，形成環(huán)環(huán)相扣的鏈，即為區(qū)塊鏈。
區(qū)塊鏈是通過計算機程序形成的開放式賬本，用以獨立記錄在區(qū)塊鏈上發(fā)生的所有交易數(shù)據(jù)，能在無須第三方干預的情況下，實現(xiàn)節(jié)點與節(jié)點之間、點對點式的互動交易。作為一項伴隨比特幣出現(xiàn)的新技術，當前正在各行各業(yè)中開展應用實踐。
1.2 區(qū)塊鏈在能源中的應用價值
區(qū)塊鏈在能源行業(yè)中的應用，將為能源業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造多方面的價值。
一是形成安全可靠的共享賬本。由于區(qū)塊鏈技術是以記賬的方式永久記錄參與者的所有交易行為，打破了過去不同能源參與機構獨立記賬的模式，避免了確認交易紀錄的重重限制，參與者可以從共享的賬本系統(tǒng)上看到被授權查看的交易紀錄，確保交易記錄的透明、公開和真實。
二是智能合約的應用實現(xiàn)作業(yè)的自動化。能源交易參與者可以將合約里的交易方式等商業(yè)條款以編碼的方式寫入以區(qū)塊鏈為核心的交易服務中，因此，系統(tǒng)會按照雙方同意且授權的合約內容自動進行相關交易，無論是能源服務方還是能源消費者都不用擔心交易作業(yè)機制會因為人為因素隨意發(fā)生變更。
三是有效保護交易者的隱私。雖然區(qū)塊鏈技術會自動記錄交易參與者的所有交易數(shù)據(jù)，但交易參與者并不需要將個人數(shù)據(jù)與交易信息捆綁在一起，同時可以指定哪些交易信息可以被授權查看，既能切實有效地保護交易者的隱私，又能滿足各類業(yè)務對數(shù)據(jù)的應用需求。
四是助力形成交易共識。無論參與者是以匿名或者是公開的身份加入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡，只要某個參與者發(fā)起一項交易請求，所有參與者都會在第一時間收到交易信息，并且通過區(qū)塊鏈技術的共識算法得以確認，避免人為干預。
五是消除能源流程中存在的痛點。目前能源各業(yè)務流程中普遍存在的效率瓶頸、交易時延和操作風險等痛點，很大程度上可以通過區(qū)塊鏈技術的應用得到解決。例如現(xiàn)有流程中大量存在的手工操作、人工驗證和審批工作都可通過區(qū)塊鏈實現(xiàn)自動化處理，紙質合同可以被智能合約所取代，交易處理環(huán)節(jié)不再會由于系統(tǒng)失誤而導致?lián)p失發(fā)生。
區(qū)塊鏈在能源中的應用所產(chǎn)生的價值將會隨著應用的不斷深入而得到逐步深化，不同的業(yè)務應用環(huán)節(jié)和不同的發(fā)展階段，所產(chǎn)生的應用價值也會有所不同，需要在實際發(fā)展中進行持續(xù)的探索。
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2 國際能源區(qū)塊鏈主要應用場景
區(qū)塊鏈技術的出現(xiàn)既為傳統(tǒng)的能源業(yè)的轉型升級帶來了生機，同時也為破解能源業(yè)存在的問題和創(chuàng)新發(fā)展模式提供了新的機遇。目前國際上針對區(qū)塊鏈在能源業(yè)發(fā)展中應用場景的探討相對較為豐富，主要表現(xiàn)為以下6個方面。
2.1 基于區(qū)塊鏈的分布式P2P交易
隨著能源技術的不斷進步、售電市場的不斷成熟，以太陽能為代表的清潔能源快速崛起，但在傳統(tǒng)的電力交易體系中，普遍存在著交易參與方眾多、峰谷電價差異大、記賬方式不統(tǒng)一、結算方式繁瑣以及賬期過長等問題，而且，太陽能、風能等作為分布式能源，需求側的用戶在扮演消費者角色的同時也開始擔當供應者的角色，這給傳統(tǒng)的電力市場體系帶來了極大的挑戰(zhàn)。
區(qū)塊鏈技術所具有的去中心化、去信任化、數(shù)據(jù)公開透明和分布性存儲等特點與當前能源發(fā)展的新要求高度吻合，因此，利用區(qū)塊鏈技術構筑分布式能源交易市場，促進P2P交易，既十分必要，也有極高的可行性。基于區(qū)塊鏈的P2P交易可以有效解決分布式發(fā)電所遭遇的計費、清算、結算等方面的困境，擺脫傳統(tǒng)的依托售電公司完成電力交易的桎梏，充分實現(xiàn)交易的去中心化，能有效提升交易效率、降低交易成本。目前，國際上這方面的案例已陸續(xù)呈現(xiàn)，紐約布魯克林基于區(qū)塊鏈智能微電網(wǎng)系統(tǒng)是其中典型的代表，下文將對此做專門分析。
2.2 基于區(qū)塊鏈的能源金融
新能源的建設需要大量的投資，離不開金融的支持，但由于缺乏合理的信用風險定價手段，導致在銀行貸款等環(huán)節(jié)遭遇困難。比如目前已經(jīng)非常普遍的分布式光伏電站，仍然沒有有效的技術手段做出合理的價值評估，而且當前的集中化數(shù)據(jù)管理容易產(chǎn)生虛假評估等情況。區(qū)塊鏈的分布式賬本在新能源評估中的應用可以擺脫中心化的束縛，既有助于證券化發(fā)起人能有效識別資產(chǎn)的數(shù)量和質量，又能有效監(jiān)督新能源產(chǎn)出和回報等情況，更能避免新能源資產(chǎn)所有者在抵押后的道德風險，為解決能源金融的棘手問題提供了可行的方法。
在國際上，致力于區(qū)塊鏈能源金融服務的項目正在相繼出現(xiàn)，WePower是一個由一家愛沙尼亞公司運作的區(qū)塊鏈能源項目，專注于綠色能源的專業(yè)服務。WePower平臺利用區(qū)塊鏈的智能合約將能源消費者、可再生能源生產(chǎn)商和綠色能源技術投資者連接起來，既可以讓參與者為新的綠色能源項目投資，又可以讓消費者以高效、安全和透明的方式采購自用的綠色能源。WePower平臺允許可再生能源生產(chǎn)商應用區(qū)塊鏈手段發(fā)行自己的能源代幣以籌集資金，代幣持有者可以優(yōu)先參與新能源代幣銷售拍賣，也可在新能源工廠建成運行之后直接使用這些代幣量的能源，還可以重新投入平臺進行再投資。
WePower應用物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈結合的手段，實現(xiàn)了與能源基礎設施以及能源交易市場的直接連接，為各種類型的投資者、能源市場參與者和最終能源消費者建立起多元融合的合作體系，為創(chuàng)新能源金融的發(fā)展模式做出了探索。
2.3 基于區(qū)塊鏈的碳交易
碳交易是聯(lián)合國為有效控制全球溫室氣體減排，減少全球二氧化碳排放所采用的市場機制。自1997年12月《京都議定書》正式通過以來，二氧化碳排放權作為一種可交易的商品在全球范圍內流通，參加這一協(xié)定的國家在一定時期內必須限定在承諾的減排目標之內排放，各國將排放指標分配給本國不同的企業(yè)。由于碳排放受額度控制，所以碳排放演變成了一種高價值的“資產(chǎn)”，簡稱為“碳資產(chǎn)”。由于在全球范圍內碳排放的測量缺乏統(tǒng)一標準，監(jiān)管制度也各不相同，各國之間就排放問題缺乏相應的信任，所以在過去很多年難以找到切實有效的應對措施。在過去，無論是企業(yè)還是各國政府都是通過中心化的服務器存儲碳排放的相關數(shù)據(jù)，由于缺乏透明度和可靠的監(jiān)督手段，數(shù)據(jù)的真實性和可靠性始終存疑，同時由于信息缺乏有效的共享和可信的追溯機制，使得碳排放的實際執(zhí)行效果受到極大挑戰(zhàn)。
運用區(qū)塊鏈技術來解決碳排放的難題，實現(xiàn)碳資產(chǎn)數(shù)字化，為促進公平、公開和公正的碳交易提供了可行的解決方案。利用區(qū)塊鏈可分布的節(jié)點共享、可追溯的特點能實現(xiàn)碳資產(chǎn)實時動態(tài)的跟蹤和記錄配額的合理分配，讓碳交易市場更加透明、有序，并且更容易實施。具體的做法是通過搭建碳排放權的認證和交易平臺，給予每一個參與碳排放交易的參與者分配專有的ID，通過加蓋時間戳把動態(tài)生成的碳排放數(shù)據(jù)存儲在區(qū)塊鏈中進行記錄，通過多節(jié)點的數(shù)據(jù)共享，保證數(shù)據(jù)的真實性、完整性和準確性。在此基礎上，將碳排放的控制通過區(qū)塊鏈的智能合約來實現(xiàn)，即實現(xiàn)碳排放額度自動化記錄和計算，使整個流程變得更加順暢和高效，以有效控制碳資產(chǎn)的生產(chǎn)和管理成本，對在全球范圍內減少碳排放起到積極作用。
國際上利用區(qū)塊鏈助力碳資產(chǎn)交易已有了一些實際的探索，并已取得了良好的成效。IBM在2018年5月與環(huán)保科技初創(chuàng)公司Veridium達成合作，將碳資產(chǎn)轉換成一種新型的可替代的數(shù)字資產(chǎn)CRB，這種資產(chǎn)可以在IBM合作的另一家初創(chuàng)公司Stellar創(chuàng)建的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡上進行兌換和交易，以有效消除碳資產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的不透明，并能降低購買和使用碳資產(chǎn)額度的成本及風險，使碳交易變得更加公平、公開和公正，對解決長期困擾的環(huán)保問題有了更加切實有效的應對措施。
2.4 基于區(qū)塊鏈的電動汽車共享充電
電動汽車既代表著汽車業(yè)轉型的重要方向，也越來越成為新型的電力能源消費載體。伴隨電動汽車高速增長的同時，充電樁基礎設施建設和使用效率問題越來越突出，尤其是如何提升現(xiàn)有充電樁的利用率成為一個廣受關注的話題，某種意義上可以說決定著電動汽車發(fā)展的未來。傳統(tǒng)充電樁的建設都通過中心化機構進行選址、獨立組網(wǎng)和封閉運營，充電協(xié)議和計量模式繁多、充放電的交互性差、充電過程不透明、充電數(shù)據(jù)無法共享等問題導致充電樁的效率低下。尤其是私人安裝的充電樁，基本都處在“一車一樁”的專用狀態(tài)，大部分時間處于閑置，而且由于充電樁固定在某個特定位置，對電動車遠距離出行帶來了極大的不便。如果將分布在各地、分屬于不同機構或個人建設的充電樁聯(lián)合組網(wǎng)，實現(xiàn)分布式的管理，真正做到資源共享、系統(tǒng)互聯(lián)、數(shù)據(jù)互通，將會構建起充電樁發(fā)展的新生態(tài)。
利用區(qū)塊鏈技術搭建一個去中心化的計費模型，并處理所有計費、支付和身份驗證等問題，使不同的充電樁單獨計費，開放給不同的用戶使用，并能完成自動充電和結算，必將使充電樁的利用率大大提升，電動汽車的充電難題迎刃而解。而且，通過區(qū)塊鏈采集到的精準充電數(shù)據(jù)可以幫助政府、汽車廠商和電力部門進一步優(yōu)化充電樁的布局，并提供相應的增值服務。
JuiceNet是總部位于美國加州的eMotorWerks公司開發(fā)的基于區(qū)塊鏈的分布式充電服務平臺，該平臺利用開放的API，可以控制任何通過WiFi連接的充電樁，實現(xiàn)以下3個方面的功能：一是通過綜合平衡充電樁的資源，最大限度地滿足電動汽車充電需求;二是提升充電樁運營商和個人業(yè)主的收益，實現(xiàn)資產(chǎn)價值的最大化;三是助力于充電樁布局的優(yōu)化，有利于電動汽車基礎設施配套的完善。JuiceNet項目實現(xiàn)了“共享”和“共建”兩個方面的目標：共享是指不但能實現(xiàn)不同充電樁服務商之間互聯(lián)互通，還能讓私人充電樁接入?yún)^(qū)塊鏈平臺，并與其他車主實現(xiàn)共享，充電樁提供者可以自行決定電費的收費標準并獨立收取相應費用;共建是指當充電業(yè)務需求足夠大的時候，將促進其他合作伙伴加入平臺，共建充電樁行業(yè)生態(tài)，共同滿足電動汽車充電服務需求。
“能源情報能源數(shù)字化”微信社群將組建，業(yè)內人士私信告知詳細信息：名字+公司+職務，并附上名片，核實后合適邀請。
2.5 基于區(qū)塊鏈的能源征信體系建設
能源消耗既是各類企事業(yè)單位也是各個家庭的基本開銷，相關的交易記錄一方面反映了消費主體的能源需求，另一方面也反映出了能源支撐業(yè)務發(fā)展的實際水平。對企業(yè)而言，用電數(shù)量和用電時間直接影響企業(yè)的經(jīng)營狀況，同時也有助于金融機構更好地掌握企業(yè)的信貸需求以及還款能力，能大幅度降低審貸成本，全面提升風險防范能力。
利用區(qū)塊鏈手段將企業(yè)能源消耗情況納入征信系統(tǒng)，對政府和金融機構服務企業(yè)的融資需求有著極大的幫助，尤其是對緩解中小微企業(yè)的融資難、融資貴、融資繁等長期存在的頑疾能起到很好的效果。
在國際上，基于區(qū)塊鏈的能源征信項目也已出現(xiàn)。區(qū)塊鏈能源項目Bitluments針對拉丁美洲偏遠農(nóng)村地區(qū)電力緊缺、消費能力弱、對用電需求迫切的實際，提供了運用物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術為當?shù)赜脩籼峁┛稍偕茉措娏托☆~貸款的解決方案，項目通過構建區(qū)塊鏈平臺向合作銀行提供申請購置太陽能電力套件居民的數(shù)據(jù)，并將太陽能設備的序列號、用戶手機與用戶的ID關聯(lián)，形成了完整的、不可篡改的信用記錄，為金融機構和電力需求用戶之間建立起了基于區(qū)塊鏈的連接，大大方便了業(yè)務的運作和管理，真正為那些平時難以享受小額信貸和輔助金融的用戶提供了便利，幫助他們解決了無法依托金融機構滿足用電需求的現(xiàn)實困難。
2.6 基于區(qū)塊鏈的能源綜合管理
隨著應用探索的不斷深入，區(qū)塊鏈在能源綜合管理中已取得多方面的進展：一是基于區(qū)塊鏈的能源全流程管控，主要利用聯(lián)盟鏈的架構建立起面向源、網(wǎng)、荷、儲全鏈互動的區(qū)塊鏈能源運營體系，通過智能合約的引入實行自動化的管理，為能源的生產(chǎn)、傳輸、存儲和使用提供支撐平臺，既能有效避免人為因素和外部因素的干擾，又可以達到更為靈活的控制和更為精準的決策;二是基于區(qū)塊鏈的資產(chǎn)和供應鏈管理，通過區(qū)塊數(shù)字資產(chǎn)和實物資產(chǎn)的相互對應，實現(xiàn)資產(chǎn)的全過程可追溯，提升供應鏈管理的透明度;三是實現(xiàn)多系統(tǒng)的協(xié)同，采用區(qū)塊鏈記錄不同能源系統(tǒng)的實時生產(chǎn)信息及其運行成本，在多個系統(tǒng)之間進行成本和價格的比較，從中形成最優(yōu)的供能方案;四是確定合理的線路損失，目前電力能源在轉換、傳輸和存儲等環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的線損，基本由電網(wǎng)公司單方面決定，利用區(qū)塊鏈進行線損管控，可獲得各個環(huán)節(jié)的實際線損數(shù)據(jù)，并能發(fā)現(xiàn)可能的改進之處，同時讓各方更加合理地分擔線路損失。
基于區(qū)塊鏈的能源綜合管理已在國際上有不少先行者，歐洲國家相關的電力服務商和新興的區(qū)塊鏈技術廠商參與者較多。在亞洲國家中，日本、新加坡等國家也有不少企業(yè)開始實踐?？傮w來看，當前特定領域、局部范圍的應用較為常見，要實現(xiàn)全方位、深層次和多角度的應用，尚有非常漫長的道路。
(未完待續(xù)……)
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