摸索中前行：能源區塊鏈研究及應用方向、面臨挑戰

2018-04-08 11:05:18 分析師　點擊量：評論 (0)

能源區塊鏈是一個復合概念，顧名思義，將區塊鏈技術運用到能源相關領域。目前，對于能源區塊鏈的研究大多處于初級階段，其目標是借助區塊鏈

能源區塊鏈是一個復合概念，顧名思義，將區塊鏈技術運用到能源相關領域。目前，對于能源區塊鏈的研究大多處于初級階段，其目標是借助區塊鏈“去中心化”、“去信任”的稟賦優勢，實現對能源相關系統的效率提升和優化運營。作為能源領域的一個發展分支，能源區塊鏈研究應用的源動力來自于區塊鏈技術。因此，為了幫助理解，我們從區塊鏈本身的技術特點和稟賦優勢開始，介紹能源區塊鏈這一趨勢創新。

1、區塊鏈結構及關鍵技術解析

區塊鏈的概念最早是2008年由“中本聰”在論文《比特幣：一種點對點的電子現金系統》中明確提出。其工作原理簡要來說就是：若干個數據節點在自由拓撲的網絡中進行數據交互，每次數據交互的記錄都公布到全網，每隔一段時間將所有該時間段內的數據交互記錄打包成“區塊”，由全網所有節點共同記錄。“區塊”一經形成不可修改。每次數據交互時將對節點保存區塊信息進行核證，如發現篡改行為則該節點所記錄的區塊數據作廢，需要從其他節點拷貝一份正確的區塊鏈記錄作為公平交互的基礎。因此，區塊鏈從本質上來說是一種人類大規模協作的工具，可以幫助人們在去信任的環境中進行合作交互。區塊鏈組網模式如圖77所示。

在中本聰的論文中，區塊鏈被表述為“Block-Chain”，也即“區塊-鏈”。這一表述形象地描述了區塊鏈的內部形態：由“區塊”按時間序列自然形成的鏈式數據結構。在該結構中，“區塊”作為共享數據存儲的主要載體，記錄了一段時間內全網數據交互的所有要素信息。“區塊”內部的存儲空間主要分為“區塊頭”和“區塊主體”。“區塊主體”記載了一段規定時間內(比特幣中為10分鐘)全網所有的數據交互記錄，而“區塊頭”則記錄了代表本區塊所有特征的信息要素。區塊鏈數據結構及區塊存儲信息組成如圖78所示。

作為區塊鏈“去中心化”、“去信任”機制形成的關鍵之一，區塊存儲信息中包含如下幾項關鍵要素。

1) Merkle根：由“區塊主體”中所有數據交互記錄進行逐級兩兩哈希計算得出，如果數據交互記錄發生任意變化，則該區塊的Merkle根值也將隨之改變;每個區塊的Merkle根值包含在“區塊頭”存儲信息中。

2) 本區塊哈希值：綜合本“區塊頭”所有信息，并通過哈希算法映射得出的值。同樣的，如果區塊頭存儲的信息發生任意變化，該哈希值同樣將完全變化。

3) 前區塊哈希值：每個區塊的哈希值都會被“繼承”至下一個區塊，由此環環相扣，單個區塊的信息改變將會使得后續所有區塊的信息內容都發生變化，產生類似于“蝴蝶效應”的影響。

通過上述情況我們可以發現，一個區塊的“頭哈希值”包含了其自身以及所有前序區塊所存儲信息的證明。

在這里我們多處提到了“哈希算法”。哈希算法(Hash算法)一般指“安全散列算法”(Secure Hash Algorithm，縮寫為SHA)，是一類起到固定作用算法的集合，其作用是能夠將任意長度的二進制值映射為一個固定長度的二進制值(后者數據長度通常較短)，作為結果得出的二進制值被稱為哈希值。在區塊內部，所有的區塊特征信息和數據交互記錄都以二進制的形式存儲，運用哈希算法相當于為所有這些信息拍攝了一個“縮影”。在這里我們之所以稱之為“縮影”，是因為哈希值對所映射的信息內容是完全敏感的，任何細微的改變都會導致對應哈希值的顯著變化，這一點由哈希算法的高度散列性特點保證。另外值得一提的是，哈希值“縮影”無法被還原成輸入信息，也即在區塊鏈中不用擔心因哈希值公示而導致的信息泄露，這也是哈希算法的特點之一。

在區塊鏈機制中，哈希算法主要起到“簡化確認”的作用。上文中我們提到，在區塊鏈中進行數據交互時會進行區塊信息的核證，指的就是對區塊的哈希值ID進行比對。哈希算法作用機制的示意圖如圖79所示。如果某個節點的區塊信息被修改，則其對應的哈希值映射ID必然產生顯著變化，從而與其他節點產生不同，以此進行失效判定。因此，除非能夠同時控制系統中超過51%的節點或算力，否則在單個節點上對區塊數據進行修改是無效的。比特幣當前采用的哈希算法為SHA256，隨著未來密碼學的不斷衍進，該算法也存在被升級替代的可能性。

區塊鏈的另一大機制特色就是“智能合約”。智能合約并不是新生事物，舉個例子，“信用卡自動還款服務”就屬于一種智能合約：在設定的日期，當還款條件被滿足時(如：賬戶余額大于等于信用卡還款額的情況下)，系統會自動完成這筆交易。因此我們可以看到智能合約并非區塊鏈的專利。我們認為，只要一種合約符合“數字化描述”、“數字化簽約”、“數字化監測”、“數字化觸發執行”的特點，就都可以稱作智能合約。

但為什么現在人們一提到智能合約就會不由自主地打上“區塊鏈”的標簽呢?原因就是區塊鏈解決了智能合約中的一個重要問題：合約信任。在計算機世界中，合約記錄在代碼里，被黑客攻擊和被惡意篡改的風險很大，除非是像銀行或是支付寶這樣既受大家信任又具備抵御入侵能力的主體，其他情況下一旦發生糾紛而合約又保存在對方的服務器中，作為用戶的權益很難得到保障。而在區塊鏈系統中，由于其信息不可篡改和信息對稱，如果合約的一方單獨篡改條款，則會立即被系統機制檢測到并追溯其改動行為，最終會按照初始合約保障執行，從而防止了可能發生的風險。在這樣一個“去信任化”的環境下，智能合約才具備了廣泛適用的可能性。區塊鏈智能合約的運行模式如圖80所示。

區塊鏈的四大優勢特性

基于上述技術和機制，區塊鏈體現出如下幾大優勢特性：

不可篡改性：如上文所述機制，信息一經驗證并添加至區塊鏈，即永久封存，除非能夠同時控制系統中超過51%的節點或算力，否則在單個節點上對區塊數據進行修改是無效的，反而會導致該節點記錄的失效，由此保障區塊鏈數據的不可篡改性。

開放性與匿名性：區塊鏈中的所有行為是公開透明的，區塊記錄每個節點都有完整的存儲，同時任何節點都可以通過公開的接口查詢區塊鏈數據與合約;同時由于上文所述的“不可篡改性”作為保障，區塊數據記錄實際上提供了一套非常良好的溯源機制。基于上述“信息對稱性”和“不可篡改性”，區塊鏈中的數據交互實際上并不依賴公開身份信息建立信任，而僅需要通過智能合約進行條件驗證。因此在交互過程中，節點的私有信息如：身份、資產等，是無需公開的。一些區塊鏈技術中甚至采用了“零知識證明”(指證明者在不向驗證者提供任何有用信息的情況下，使驗證者相信其真實性)等相關技術來實現隱私條件下的信任，具體方法在此不多作贅述。

自治性(去信任)：如上所述，區塊鏈中的數據交互可以完全通過本身機制和智能合約來進行信用安全保障，不必依賴于中間機構的數據備份和信用背書。這樣一來，將對“人、組織”的信任變為對“機器、規則”的信任，節點之間的數據交互均可“自發、自助”地完成，排除了人為干預的影響，同時也提升了自由度和過程效率。

去中心化：所有上述特點賦予了區塊鏈技術在節點組網時能夠“自由拓撲”的稟賦，去中心化更像是一種水到渠成。與傳統中心化數據交互中必須依賴和通過某個中心媒介進行操作的模式不同，區塊鏈采用分布式核算和存儲的模式，任意節點的信息基礎、權利、義務都是均等的。這樣一來既消除了數據孤島、避免了中心數據的安全問題，也使整個組網結構更具擴展潛力。

2、能源區塊鏈的研究及應用方向

隨著能源系統的不斷發展，能源品類的豐富化、能源系統的分布化、能源交易的市場化以及電網智能化成為越來越清晰的發展趨勢。而“區塊鏈”與能源系統的結合恰好可以助推這一趨勢的發展：通過“去中心化”的自由組網，有利于加速實現“分布式能源”發展中的各種多能互補、計量結算場景;通過“去信任”的智能合約機制，有利于加速實現電網智能調度、市場自由交易的系統形態。

目前在“能源區塊鏈”發展領域，主要有以下幾個研究方向：

1) 分布式能源調度管理

據數字貨幣資訊報道，歐洲輸電系統營運商Tennet與IBM、能源儲存公司Sonnen、可再生能源公司Vandebron共同合作進行基于區塊鏈能源技術的“智慧電網先導計劃”。該計劃在德國和荷蘭利用區塊鏈技術網絡管理分布式能源(DER)，以提升分布式能源電網供電的平衡性與穩定性。

2) 能源交易和結算

用區塊鏈技術實現能源交易和結算目前還處于研究與小范圍測試階段。

根據報道，在2016年11月阿姆斯特丹舉行的EMART能源交易會上，共有23家能源交易公司參與結盟，共同開發使用能源區塊鏈交易系統，其中PONTON開發基于區塊鏈機制的交易工具Enerchain，Yuso和PriogenTrading等能源公司參與測試應用。該聯盟旨在探尋：采用運用區塊鏈機制是否能夠支持現有能源市場的交易體量和交易速率，實現提升過程效率、降低交易成本的效果。該交易過程中將不包含中心化的運營機構，通過加密技術使交易機構進行匿名交易，其他機構能夠查詢訂單信息。

另據搜狐網報道，紐約初創公司LO3Energy和ConsenSys合作，在紐約布魯克林區實現了一個點對點交易、自動化執行、無第三方中介的能源交易平臺，初步在10個住戶之間構成了一個區塊鏈網絡以實現能源交易和共享。

3) 綠證核發和追蹤

綠色電力證書是證明綠色能源發電量的憑證，電力消費者通過購買綠色電力證書來代表自身使用的電力來自于綠色能源發電。2017年1月18日，我國國家發改委、財政部和能源局共同發布了《試行可再生能源綠色電力證書核發及自愿認購交易制度的通知》，在全國范圍內試行可再生能源綠證核發及認購交易制度，自7月1日起開展認購。然而目前的綠色證書大多基于發電量的估值，在通過發證機構發證機構向能源企業核發，實際發出的電量與綠證核算的電量不一定相等。根據報道，為了減少電量誤差并簡化綠證核算流程，IDEOCoLab、Nazdaq和物聯網設備公司Filament三家公司已經開始合作開發“自動創建可再生能源證書(REC)系統”，通過在光伏電池板和儲能系統上安裝計量單元，采集光伏電力產生和存儲的數據，實時上傳到系統，系統將基于數據向能源商核發RECs(自動創建的可再生能源發電證明)。目前該系統仍處于研究階段。

4) 電動汽車共享充電

電動汽車共享快速充電樁是目前區塊鏈技術在能源領域操作性較強、應用范圍較廣的領域。根據報道，2016年德國電力公司萊茵集團(RWE)與汽車技術公司采埃孚(ZF)、瑞士銀行合作，為電動汽車創造基于區塊鏈技術的電子錢包，車主在進行充電收費、停車甚至高速公路收費時，其全過程包括身份驗證和費用支付都能夠實現自動完成，不需要第三方人工確認。該方案已于2017年被美國加利福尼亞的初創公司Oxygen Initiative引入，并致力于在該州進行推廣。

其他能源區塊鏈應用諸如：基于區塊鏈技術的可再生能源貨幣、引入比特幣用于能源支付結算等，由于篇幅所限，不作詳細陳述。

能源區塊鏈在中國的產業化推進

國內在能源區塊鏈方面的研究和開發，目前已起步。

北京能鏈眾合科技有限責任公司在中國能源區塊鏈領域享有較高知名度，其主要產品包括：“碳鏈”也即一種基于區塊鏈的碳資產開發和管理平臺;“綠色資產證券化云平臺”也即一種基于區塊鏈的資產證券化全流程開發和管理平臺。能鏈眾合于2016年5月發布設立全國首家能源區塊鏈實驗室，該實驗室目前是國際區塊鏈聯盟Hyperledger唯一的能源行業會員。該公司2016年11月獲得由北京金科君創和上海古蓮資本領投的千萬元級天使輪融資，2017年8月完成Pre A+融資。

泰豪科技于2018年1月23日在上證e互動平臺中提到，公司已經推出了能源互聯網2.0的定義，其中不僅包含能源互聯網和碳的結合，也包括對區塊鏈技術的應用，公司在中國貴州和德國的團隊正在開展該領域的研發和應用。

愛康科技近年來在能源區塊鏈領域動作頻繁。2016年6月6日，公司控股股東愛康實業集團向湖南大學捐款設立“湖大-愛康區塊鏈金融研究中心”和“湖大-愛康區塊鏈能源研究中心”，開展關于區塊鏈的理論技術、政策市場、應用場景等研究。2017年7月9日，公司公告收購子公司愛康能源研究院100%股權，標的核心業務為區塊鏈能源互聯網研究及區塊鏈供應鏈金融研究，包括：1)區塊鏈商業票據系統原型開發，實現通過“智能合約”進行開票、貼現、兌付;2)基于區塊鏈及物聯網的新能源租賃業務系統設計研究;3)基于碳資產的愛康積分系統研究：以碳排放權為定價依據的區塊鏈跟蹤評估及結算、交易體系;4)區塊鏈理論。公司原控股子公司“新疆愛康慧誠”曾在新疆、青海等地開展比特幣挖礦機運維業務，后由于響應政府“有序退出”挖礦業務的引導，以6,000萬元出售“新疆愛康慧誠”100%股權，收益約4,163萬元，但仍保留部分區塊鏈業務，由子公司“上海慧喆”繼續開展，主要包括：1)研究基于區塊鏈、大數據的交易體系，特別是能源消費體系;2)研究區塊鏈數據確權、隱私保護、智能合約等技術;3)研究構建基于區塊鏈技術的多種能源交易體系;4)基于區塊鏈技術的能源交易與結算等。2018年1月11日，愛康科技公告設立“愛康能源研究院上海分公司”，負責未來區塊鏈理論及前沿的研究工作。

H股上市公司熊貓綠能2018年1月9日披露，攜手華為、新能源交易所，在深圳正式啟動區塊鏈計劃。公司委托新能源交易所打造智能電站區塊鏈管理系統，并啟動熊貓幣的開發。據悉，熊貓幣是以中國政府和聯合國共同打造的熊貓電站為資產載體的數字貨幣，未來計劃在全球范圍內令投資者可以通過熊貓幣對太陽能、風能及水電等新能源資產進行認購和交易。合作方之一的新能源交易所，是一家能源互聯網新生態服務供應商，提供基于區塊鏈技術的能源互聯網整體解決方案。新能源交易所成立于2012年，并于2017年中建立專家團隊開展區塊鏈相關的技術研發與應用業務。

后據報道，由招商局慈善基金會與TÜV NORD、新能源交易所、熊貓綠能、華為共同發起的能源區塊鏈項目簽約儀式于2018年2月28日在深圳蛇口舉行，該項目旨在建立區域能源區塊鏈平臺以進行自愿綠色能源交易。據報道，該項目由熊貓綠能提供其位于蛇口南海意庫的新能源分布式電站，并接入能源互聯網平臺;由華為提供電站的數據接入技術支持;項目將從蛇口地區挑選首批自愿報名的用戶參與清潔能源虛擬交易。用戶可以在能源區塊鏈平臺上選擇使用傳統能源或清潔能源，如選擇使用清潔能源，能源區塊鏈平臺將自動生成智能合約，直接將用戶與新能源分布式電站配對以進行點對點虛擬交易，同時由TÜV為用戶即使出具具有權威效力的電子證書以證明其所使用的是清潔能源電力。我們認為，該項目充分發揮了區塊鏈技術智能合約的優勢，形成了一個典型的能源區塊鏈應用場景，是一次具有創造性的實踐。

3、區塊鏈應用尚需解決的問題

區塊鏈技術并非“萬靈藥”。就目前而言，區塊鏈結合應用仍然存在繼續研究解決的問題，歸納如下：

1)操作不可撤銷：在區塊鏈交易中，如果由于用戶因沒有充分了解交易對方、交易內容和交易合約導致錯誤交易，該交易將不可撤銷。因此，在區塊鏈交易中應謹防信息忽略或考慮不周導致的交易失誤。

2)信息內容安全：由于區塊鏈網絡中每個節點都保存有完整的區塊信息交互記錄，理論上講存在從單個節點破譯并獲取區塊信息的可能性。因此，目前結合區塊鏈應用宜首先考慮交互內容可公開的領域方向。

3)存儲與算力需求較大：中心化的數據交互信息僅在中心存儲單元保存，而區塊鏈信息在每個節點均進行備份，如交互信息量較大，則會對通信速率和存儲能力有較高的要求。因此，目前進行區塊鏈結合應用應首先考慮交互數據量較小，數據交互頻次較低的領域。

我們認為，能源區塊鏈仍處于發展初期，如推進順利，將為碳交易、智能微電網等新興產業的發展注入新鮮活力。

原標題:浙商·電氣新能源 | 能源區塊鏈：摸索中前行