能源区块链技术概述与典型应用案例分析

|科技前沿 2019-03-25 78454 来源:中国信息安全
摘要:区块链的特性和优势可以帮助能源企业在安全的基础上创新性地解决以上问题并促进能源价值链重塑。区块链是指通过去中心化和去信任的方式,集体维护一个可靠数据库的技术方案,具有去中心化、透明

一、背景

由于全球经济发展放缓、对环境可持续发展的要求更加严格,能源行业的发展进入了一个瓶颈。一方面,能源企业的传统业务模式和盈利模式不再适应数字化、低碳化的新经济格局的需求;另一方面,以能源用户为主导的能源变革如火如荼,企业既有系统无法管理越来越复杂的交易请求,并难以满足监管方和能源用户对能源供应安全和分布式能源接入的旺盛需求。


区块链的特性和优势可以帮助能源企业在安全的基础上创新性地解决以上问题并促进能源价值链重塑。区块链是指通过去中心化和去信任的方式,集体维护一个可靠数据库的技术方案,具有去中心化、透明化、可追溯性的特点,被誉为继大型机、个人电脑、互联网、移动/社交网络之后计算范式的第五次颠覆式创新。区块链技术作为一种新的数据库技术,可增加能源互联网中多利益主体的相互信任,其去中心化、公开、透明等特性与能源互联网的理念相符,在未来能源领域具有广泛的应用的潜力,正成为当今能源领域的一个重要的新方向。


二、能源区块链概念分析

目前,学术界对能源区块链尚未形成统一的定义。但一般而言,能源区块链是指区块链技术在能源领域的应用。具体为:电力、石油、天然气、供冷、以及供热等各能源子系统节点,利用有序链接的加密区块来验证并存储相关能源交易数据信息,使用共识机制进行分布决策及维护全网数据的一致性,利用智能合约自动完成有关数据信息的传递、相互验证或执行的革命性的去中心化能源互联的数据结构。能源区块链的工作原理如图(1)所示。


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图(1)能源区块链示意图


随着区块链去中心化、公开透明、数据安全性、系统自治性等应用优势的日益突显,区块链与能源互联网理念的契合性也吸引了来自能源领域的目光。区块链成为解决能源互联网发展“瓶颈”的重要突破口,利用区块链技术可以更好地服务于能源互联网的建设。


1.区块链和能源互联网都体现了去中心化的思想。


区块链系统中,不存在中心化的数据库,每个节点都保存了区块链的全部信息,权利和义务对等;能源互联网中分布式能源和微电网将成为重要的组成部分,“消费者即生产者”,强调个体之间平等进行能源的分享。


2.区块链和能源互联网都体现了自治协同性。


区块链系统由网络中的所有节点运行和维护,不存在统一的管理机构;在能源互联网中强调系统的自调度和生态化运行。


3.区块链和能源互联网都能够促进建立市场化与金融化平台。


利用区块链技术能够建立公平开放的市场机制,同时可以很好地服务于其他金融产品的交易;能源互联网中则强调建立开放的能源市场,也将促进能源的金融衍生品的形成。


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图(2)能源互联网与区块链技术的契合性


由图2可知,物理维度上,分布式对等网络下的多主体参与能有效承接分布式能源接入对平行对等地位的需求,基于共识机制的分布式决策技术可为分布式设备的广域协调提供解决方案;信息维度上,分布式数据校验、记录和存储技术可有效满足能源互联网在数据真实可信、开放共享和安全可靠方面的需求;价值维度上,智能合约和非对称加密技术下的众筹融资、去第三方交易可分别对应能源互联网在商业模式和交易机制方面的创新需求。


三、能源区块链应用案例

1. 美国案例分析


2016年4月美国的能源公司LO3公司与西门子数字电网以及比特币开发公司Consensus Systems合作,建立了布鲁克林微电网,是世界上最早的能源区块链应用。该项目是全球第一个基于区块链技术的能源市场。这个微网项目实现了社区间居民的点对点电力交易,允许用户通过智能电表实时获得发、用电量等相关数据,并通过区块链向他人购买或销售电力能源。用户可以不需要通过公共的电力公司或中央电网就能完成电力能源交易。此外,拥有如太阳能电池板等能源生产资源的公司,也可以通过微网将未使用的能源出售给社区,工作模式如图(3)所示。LO3 Energy 的Exergy 平台的搭建主要为以下几方面:


加密分布式账本技术,以防篡改的方式安全保存所有数据。


可扩展智能合约,自动化处理所有交易流程。


链上微网控制系统,高效管理微网电流和交易流。


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图(3)Exergy P2P 能源交易模式


2. 欧盟案例分析


欧盟推出的Scanergy项目是投入较早的能源虚拟货币和虚拟交易体系。电能生产者向配电网输入、售出绿色电能时,配网运营商会进行确认,确认成功后智能合约将会生成相应的虚拟代币(NRGcoin)并将代币提供给绿色电能生产方。当购电方期望购买绿色清洁能源时,需使用NRGcoin支付。可使用欧元、美元等货币在外部交易市场购买NRGcoin,1kW•h的绿色电力被规定永久等价1个NRGcoin,无论外部电价如何上涨,原先低价购买的NRGcoin仍然可以购买1kW•h的能源,不可更改的区块链智能合约消除了绿色能源生产者对市场政策变更的担心,为消费者提供更加优惠的绿色能源。Scanergy项目整体架构如图(4)所示。


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图(4)欧盟Scanergy项目整体示意图


德国Share&Charge项目是将区块链技术应用在共享充电桩领域的项目之一。如图(5)所示,私人和商业充电站可以在Share&Charge平台上将充电桩进行共享出租,并可以设置充电价格、费率等信息。当电动汽车需要充电时,车主通过手机软件搜索附近的共享充电桩并可查看相关电价信息。充电时,通过智能插座与共享充电桩进行连接并使用手机进行确认,同时,可查看充电数据、交易记录等信息。通过区块链技术的分布式记账实现交易双方的计费透明化,增进交易双方信任。该项目可激励私人充电桩进行共享,增加充电桩的使用率,解决电动汽车充电难的问题,促进电动汽车的发展,实现节能减排与能源转型。


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图(5)德国Share&Charge项目整体示意图


3. 国内案例分析


我国目前在能源区块链领域也进行了一定的探索,如:能链科技推出的碳票项目、浙江电力营销合同管理应用项目等, 2016 年5 月,全球首个能源区块链实验室在北京成立。该团队通过区块链技术与碳市场应用场景的深度融合,打造了一款低成本、高可靠的碳资产开发和管理的区块链平台,产品以基于区块链的互联网服务作为表现形式,提供基于区块链的便利化碳资产开发平台。通过发行以核证碳减排量(CCER)为基础资产的数字资产——碳票,平台将碳资产开发各环节的参与方纳入基于区块链的共享协作分布式可信账本,实现基于区块链的文件和数据传递、以及评审和开发过程中的参与方互动,通过过程重塑,打造碳资产开发高效协作网络。碳资产管理应用仅仅是能源区块链实验室开发的多款应用之一,实验室正携手合作伙伴同时开发多款基于区块链技术的能源互联网应用,包括电动汽车账户管理、分布式光伏售电清结算、虚拟电厂考核计划等,覆盖能源生产、配送、消费、交易、管理等多个环节。


从全球角度来看,目前世界上较为成型的能源区块链项目主要集中在欧美国家和澳大利亚,该地区政策支持较为开放。我国目前基于国家安全的考虑,对能源行业的监管比较严格,政策上对于能源区块链区块链技术的态度尚不明确,从国外经验来看,能源区块链技术如想得到规模化的发展,只靠民营资本的力量是远远不够的,必须要有“国家队”的参与。技术上,区块链作为一种新兴技术,目前仍处于发展当中,在能源领域应用案例较少且规模较小,实际运营经验不足。



四、总结

区块链技术作为一种分布式共享数据库技术在各领域的应用研究方兴未艾。区块链技术的去中心化、透明性、公平性以及公开性与能源互联网理念相吻合,其在能源互联网中的应用也将进一步推动能源互联网的建设。


本文从区块链技术本身出发,从物力维度、信息维度和价值维度剖析了区块链技术的特点及其与能源互联网理念的一致性,并对国内外能源区块链的发展和实践进行了梳理;在此基础上,总结了我国能源区块链发展现状和瓶颈,为能源互联网研究者对区块链技术及其应用的研究提供参考。


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标签: 区块链

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