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区块链技术与电力行业

时间 :2019-11-22   

一、区块链技术的来源及定义

“区块链”(Block Chain)的概念起源于“比特币”。2008年11月1日, 一位自称中本聪(Satoshi Nakamoto)的人在网上匿名发表了《比特币:一种点对点的电子现金系统》一文,阐述了一种基于P2P网络技术、通过加盖时间戳、参与各方一同记账、一同公证、每十分钟确认一次交易的分布式记账系统,标志着比特币的诞生。随后,该理念很快步入实践。2009年1月3日第一个序号为0的创世区块诞生,6天后出现了序号为1的区块,并与序号为0的创世区块相连接形成了链,标志着区块链的诞生。

然而,目前尚未形成关于区块链的统一定义。狭义的定义为:“区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构,并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本”。广义的定义为:“区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证传输和访问的安全、利用自由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的分布式基础构架与计算方式”。目前比较通行的定义为:“区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式”。区块链技术是比特币的底层核心技术,其本质是一个去中心化的数据库,任何一笔交易都会通过数据库发给全网的其它每个节点。与传统数据库技术相比,区块链技术具有去中心化、数据不可篡改、集体维护、信息公开透明、智能合约、可追溯性、开放性、无需信任系统等特点。

二、区块链技术在电力行业的应用现状

自2014年以来,随着各种数字货币“莱特币”、“以太币”等的兴起,区块链技术也引起了社会各界的广泛关注和讨论,甚至被很多人称之为未来的“革命性技术”。2019年10月24日,中共中央政治局就区块链技术的发展现状和趋势进行了第十八次集体学习,并强调把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口。为此,区块链技术即将迎来属于它的黄金时代。作为一种全新的前沿技术,区块链受到了越来越多人的关注和认可。事实上,早在三四年前,备受金融行业追捧的区块链技术就开始渗透进能源行业,并在很多个国家和地区开展起来。

1. 国外

目前,能源区块链技术的初创型公司还主要集中在欧美日等国家。

(1)欧洲区块链项目正在推进

位于德国柏林的Lition公司正在开发一种可扩展的公私合营区块链,该区块链具有数据可删的功能,专为商业产品而设计。该区块链基于Lition的实时P2P交易案例而设计,并与德国软件公司SAP共同合作开发。目前,已经有几个基于区块链的能源解决方案发布了ICO首币,Lition 的能源交易市场也开始全面运作,范围覆盖了约4100万户家庭。Lition公司还计划将其能源生态系统与能源零售商、电动汽车(EV)充电站供应商、智能电表制造商以及电网公司等合作开发,以建立Lition能源区块链提供支持的全球能源生态系统。

同样位于德国的Conjoule公司于2018年7月获得了日本东京电力公司(TEPCO)领投的450万欧元A轮融资,Conjoule专注于开发区块链点对点能源交易解决方案,主要业务落地点是为屋顶光伏生产者与对光伏感兴趣的采购者提供低成本的交易平台方案。

德国西门子公司(SIEMENS)正通过其数字电网部门和其下名为next47的初创金融企业与美国的布鲁克林微型电网的LO3 Energy合作,SIEMENS的能源管理和发电服务部也正与Morris的EWF集团进行合作。SIEMENS表示,区块链技术能够安全有效地验证分布式网络中的交易,从而为普通用户、专业消费者、电力生产商和电网运营商之间的电能交易和灵活性交易创造新的商业模式,并且会同时兼顾用户偏好和电网限制。最终,区块链应用程序和商业模式将有助于提高未来能源网络的整体效率,形成新形式的资产和项目融资。

此外,奥地利的GridSingularity是将区块链技术应用到能源领域的主要欧洲开发商,2018年5月,落基山研究所(RMI)与GridSingularity合作建立了能源互联网基金会(EWF),该基金会旨在促进区块链项目在能源领域的商业部署等。

(2)美国区块链项目尚处于早期阶段

2016年,美国纽约市首次开展了区块链P2P能源交易,拉开了区块链电力交易项目的序幕。在此项目中,布鲁克林总统街一侧的5个家庭将多余的电力出售给街道另一侧的5个家庭,为当前布鲁克林的微电网提供了支撑,也为区块链如何应用于发电领域提供了一个蓝图。总部位于纽约的Indigo咨询公司与公用事业和能源公司合作,致力于包含区块链在内的市场战略、技术和创新服务,它们的研究对象包括分布式发电、电网管理、计量、电动汽车(EV)充电以及物联网(包括“联网家庭”市场的区块链应用)的应用等。

美国通用电气公司(GE Power)在2018年加入了德国能源机构Deutsche Energie Agnetur的一项研究,旨在评估区块链技术在能源工业中的应用情况。该研究着眼于解决能源区块链的经济性和可靠性,将探索区块链相对于其他替代系统的附加价值,寻找应用案例,并对其进行模拟。此外,GE Power还正在研究如何将区块链技术纳入虚拟发电厂,这将是对电力行业从大规模、集中式电力生产方式向分布式转型作出的实际响应。目前,美国已有一大批初创公司已经进入区块链领域,但大多数项目目前仍处于概念阶段。

(3)日本区块链技术响应积极

在区块链技术的研发与应用方面,日本政府和企业态度较为积极,且各行业对区块链技术表现出相当高的重视与热情。目前,日本对区块链的研究已经渗透到多个领域,且区块链技术应用已经逐渐由试用阶段逐渐走向实用阶段。其金融机构、互联网公司等都推出了不同的区块链产品,在电力行业领域,日本区块链技术也作出了实质性的努力。

比特币的崛起和2011年福岛核电站灾难后,日本政府鼓励扩散分散式太阳能,鼓励生产更多的节能建筑和汽车,这导致太阳能行业开始使用区块链技术。2018年6月,日本推出沙箱机制,加快引进区块链、人工智能、物联网等新型商业模式和创新技术。2019年8月12日,澳大利亚能源技术公司电力总帐(Power Ledger)和日本关西电力公司(Kansai Electric PowerCo.)宣布在大阪完成了一项基于区块链的点对点交易系统的联合试验,该系统适用于对上网的过剩太阳能发电的交易。丰田汽车公司与东京大学可再生能源和在线零售商Trende合作,以测试高效太阳能电池电动汽车的点对点汽车电网电力交易,通过使用区块链技术,可以对电动汽车与电网通信电力进行买卖,消除峰值和低谷的时间。日本丸红株式会社(Marubeni Corp.)支持了一个名为WePower的区块链电力采购平台,为中小型企业从太阳能项目开发商那里购买电力提供了便利,该平台提供标准化的数字电力采购协议。

此外,日本的四个大型集团——关西电力公司、IT服务管理公司Nihon Unisys、三菱UFJ银行和东京大学也正在合作研究区块链技术在配电领域的应用前景,并考虑允许太阳能发电商使用区块链销售多余的电力。

(4)其他国家

来自澳大利亚的软件公司Power Ledger以其在澳大利亚和新西兰的项目而闻名,致力于为世界人民开发尖端的区块链能源解决方案。该公司于2018年4月部署了其在美国的第一个商业项目,这是一个位于伊利诺斯州埃文斯顿西北大学校园的基于区块链的P2P能源交易系统。该平台与佛罗里达州的清洁能源区块链网络合作,使学校能够利用现有的电表在校园内和其他校园之间进行能源交易。此外,截至2018年11月,澳大利亚的能源区块链公司(PowerLedger)发行的项目已经吸引了15000名参与者以及2400万美元投资资金,PowerLedger已经在澳大利亚和新西兰试运行了几个区块链平台项目等等。

2.国内

相比国外能源区块链技术投资与应用的活跃程度,我国的能源区块链领域起步相对较晚,但近年来电网领域也出现了探索者:例如国家电网公司和南方电网公司。

(1)国家电网:推进可信区块链技术在新能源云、电力交易等领域深度应用

2019年8月22日,国网电子商务有限公司所属国网区块链科技(北京)有限公司揭牌成立,入驻中关村科技园西城园。揭牌仪式上,国网区块链科技公司发布了电子合同、电力结算、供应链金融、电费金融、大数据征信等五大区块链金融核心产品和智能风控、智能投顾等“人工智能+金融科技”产品应用。成立国网区块链公司,是加快泛在电力物联网建设、打造自主可控核心技术产业化应用体系的重大战略部署,也是国网电商公司(国网金融科技集团)优化金融科技产业布局、推动区块链技术产业化发展的重要举措。下一步,国网将持续完善以可信区块链为底层技术支撑的泛在电力物联网基础设施,依托国家电网公司资源和产业链优势,推进可信区块链技术研究成果在新能源云、电力交易、大数据征信等领域深度应用。国网区块链科技公司具有以下特点:

a.国网打造了基于区块链的电子合同、电力结算、供应链金融、电费金融、大数据征信等金融科技全产业链产品,适应担保、融资、交易等多类型应用场景,形成了“1+5+N”区块链金融风控架构体系,通过建立区块链治理新机制,推动风控技术升级,增强金融行业风险管控能力。

b.国网区块链公司聚焦区块链技术研究、产品开发、公共服务平台建设运营等业务,将区块链技术形态与国家电网公司的泛在电力物联网建设高度契合,能够推动上下游产业互信,实现数据高效共享,提升风险防范能力,有效解决泛在电力物联网建设过程中面临的数据融通、网络安全、多主体协同等问题。

c.可信区块链公共服务平台使发电量、上网功率等多方信息交叉验证、公开透明,在网络环境下构建公平的交易机制。国网基于区块链技术自主打造的电e贷、电e票等金融服务产品,为电费金融类应用提供票据保存、链上审核、票据溯源、流转管理等功能,实现了票据全程可查、可验、可信、可追溯。

d.实行统一积分系统,消除数据融通,促进新能源消纳等。

(2)南方电网:以区块链技术破解当前绿证制度困局

从2017年开始,我国开始在政策层面酝酿可再生能源配额制,即规定可再生能源在电力结构份额中的比重。2019年5月,国家发改委、国家能源局联合印发通知,决定对各省级行政区域设定可再生能源电力消纳责任权重,建立健全可再生能源电力消纳保障机制。为化解分布式可再生能源配额制执行中大规模配额发放、分布式配额交易、配额完成情况有效监审等一系列复杂问题,南方电网公司依托国家能源局首批“互联网+”智慧能源示范项目——《支持能源消费革命的城市-园区双级“互联网+”智慧能源示范项目》。将绿证(即绿色电力证书,是国家对发电主体每兆瓦时非水可再生能源上网电量颁发的具有唯一代码标识的电子凭证)交易与区块链技术相结合,在珠海开展了基于区块链技术的绿证交易平台试点示范。

该项目构建了基于区块链技术的分布式可再生能源绿色证书分布式交易模式,是国内“区块链+能源”领域最早的探索应用。该项目还引入了基于国产加密算法和电网私有链技术,建立绿证交易平台,以接口服务的形式支持绿证的登记、交易、流通和注销等管理业务,实现了分布式资源用户、绿证购买商等不同主体身份的安全认证和绿证交易的高效运作。区块链技术的引入,不仅为绿证的开发环节“增信”,还能增强绿证流动性,更重要的是能为绿证找到更多元化的应用场景从而推动市场自发购买,为破解当前的绿证制度困局提供了全新的可行解决方案。在应用层面,上述项目通过区块链技术实现了账户信息记录、交易信息保存、流通踪迹溯源和监审过程透明,保证分布式可再生能源对应的绿色证书的全生命周期可信受控。

三、区块链技术在电力行业的应用前景

当前电力行业正处在快速变革期,由于可再生能源的出现以及对分布式能源的研究,能源储存方式、能源利用效率以及能源数字化都在加速变迁,区块链的诞生为计量这些不确定性提供了新的路径。关于区块链技术在电力行业的潜在应用,大致有以下几个方面:

1.泛在电力物联网建设

区块链的技术形态与国家电网公司的泛在电力物联网建设高度契合,能够推动上下游产业互信,实现数据高效共享,提升风险防范能力,有效解决泛在电力物联网建设过程中面临的数据融通、网络安全、多主体协同等问题。

2.电力支付结算系统

在电力行业,电子支付系统主要是依托互联网将电费账务、电商销售等数据与各金融机构及第三方进行共享。国家电网公司作为一家为社会公众提供能源服务的大型企业,电子支付是核心环节,是实现安全稳定交易的基础。无论是国网自有支付平台“电 e 宝”或者支付宝这类传统支付体系,其价值转移都需要依托清算中心进行银行间的数据交互,运营成本较高,区块链支付使交易双方直接进行数据交互,不涉及中介机构,极大地降低了中心化支付方式的系统风险,突破了互联网价值转移的局限。

3.涉密安全身份认证

传统的身份认证依靠中心化机构来确认身份,所有身份信息都存到中心数据库中,很容易受到攻击和篡改。国家电网公司目前承担运维的信息系统 200 余个,各个系统运维标准、管理模式、重要性都不同,部分系统还包含较为敏感的用户信息和业务数据,身份认证体系一旦受到黑客攻击将造成严重后果。运用区块链技术构建数字身份认证体系,则可借助其不可篡改的特点,让信息验证变得更加便捷和可靠,基本解决了现阶段经常出现的信息泄露、网络诈骗等行为。

4.微电网建设

 微电网由局部的电源和负载组成,其真正的价值在于实现点对点电力传输和交易,以此实现分布式终端的物理价值和经济价值。将区块链技术应用于微电网中的点对点交易,具体实现形式可根据市场及政策的变化和对性能的需求灵活调整,可以成为联盟链、私有链甚至是公有链。根据发电转化率,微电网中的用电和发电主体通过智能电表将电力数据实时传输至链上,根据预设的交易规则通过智能合约进行交易和结算,实现供需平衡和合约管理。

5.全球能源互联网配置

全球能源互联网是服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源配置平台。未来的全球能源互联网中存在大量智能发、输、配、用及储能设备,系统的复杂性和不确定性剧增。参与主体之间各自独立且没有信任沟通机制,无法保证能源系统的供给和交易等行为自动执行,而区块链技术的出现,使能源互联网在技术层面的实现成为可能,大量发电和用电设备的数据可以全网收集、保存并持续追踪更新,同步实现全网资源的统筹调配和优化配置。

6.连接电动车充电站

在运输行业里,区块链可以为电动车辆(EV)充电提供协调服务。使用区块链在充电站的能源支付系统,可以查看充电网络的地图,并可根据用户偏好和实时定价数据推荐优选方案。如果在某地区建立区块链微电网,每个电站的电价可以由电网和住宅电力供应商共同建立,司机可以使用区块链钱包安全地即时付款,通过促进更大、更高效的充电网络,区块链还可以大力推动电动汽车的普及等等。

四、区块链技术应用面临的机遇和挑战

区块链颠覆式创新技术的出现,是这个时代的伟大科技,不仅仅在于它对于当下世界的改变,更在于它塑造未来的可能。区块链技术在系统稳定性、应用安全性、可扩展性和业务模式等方面尚未成熟,目前主要适用于非实时、轻量级、交易量小、敏感度低的小规模场景中。区块链技术若要在电力行业发挥其更大潜力,需要重点解决以下几个关键问题:

1.可扩展性

即在一个区块链系统中,可扩展性、无中心和安全性三者最多只能取其二。要想在一个区块链系统中完全获得这三种属性几乎是不可能的,而这三种属性又恰恰是一个理想的区块链系统所应具备的。目前,比特币每10分钟打包一个区块,而以太坊每一秒也只能处理大概15笔交易,如果全球所有电力消费和生产设备都实现数字化并按分钟级以下单位追踪活动,则需要能够每秒处理数百万笔交易的运算能力,而这是当今的区块链技术无法实现的,克服可扩展性问题的挑战对于区块链技术研究而言,还有一段较长的路要走。

2.互操作性

要使电网运营实现更高的数字化和自动化水平,我们需要一种规模足够大的区块链网络完成相连设备的认证、注册和监控等操作。然而,从现状来看,当前许多组织和机构都在小规模范围内尝试使用区块链,导致区块链技术和平台多样化,要实现区块链的可信特性,就必然要将这些异构的区块链架接起来。

3.监管改革

比特币被广泛地应用在“暗网”中,被作为洗钱和非法交易的途径,也被作为资助恐怖分子和反叛者的工具,基于区块链的ICO也被人恶意利用,成为金融欺诈的一个手段。因此,融入现实世界的监管体系是区块链取得广泛应用的必经之路,必须让许多市场的监管部门参与进来,设定新的标准来达成区块链如何清算交易的协议。

五、小结

未来,相信将会有更多区块链技术试点项目在电力行业中涌现,也会有更多区块链技术的颠覆性应用在全球市场实现商业化。这将是电力市场迎来的一次巨大的历史性变革,区块链技术前景可期,我们期待着区块链技术来解决当前电力方面的不足,也期待着在不远的将来解决更多行业的其他难题。(来源:国际能源观察)

 

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