摸索中前行：能源區(qū)塊鏈研究及應用方向、面臨挑戰(zhàn)

2018-04-08 11:05:18 分析師　點擊量：評論 (0)

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

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

1、區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)解析

區(qū)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(xiàn)金系統(tǒng)》中明確提出。其工作原理簡要來說就是：若干個數(shù)據(jù)節(jié)點在自由拓撲的網(wǎng)絡中進行數(shù)據(jù)交互，每次數(shù)據(jù)交互的記錄都公布到全網(wǎng)，每隔一段時間將所有該時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)交互記錄打包成“區(qū)塊”，由全網(wǎng)所有節(jié)點共同記錄。“區(qū)塊”一經(jīng)形成不可修改。每次數(shù)據(jù)交互時將對節(jié)點保存區(qū)塊信息進行核證，如發(fā)現(xiàn)篡改行為則該節(jié)點所記錄的區(qū)塊數(shù)據(jù)作廢，需要從其他節(jié)點拷貝一份正確的區(qū)塊鏈記錄作為公平交互的基礎。因此，區(qū)塊鏈從本質(zhì)上來說是一種人類大規(guī)模協(xié)作的工具，可以幫助人們在去信任的環(huán)境中進行合作交互。區(qū)塊鏈組網(wǎng)模式如圖77所示。

在中本聰?shù)恼撐闹校瑓^(qū)塊鏈被表述為“Block-Chain”，也即“區(qū)塊-鏈”。這一表述形象地描述了區(qū)塊鏈的內(nèi)部形態(tài)：由“區(qū)塊”按時間序列自然形成的鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，“區(qū)塊”作為共享數(shù)據(jù)存儲的主要載體，記錄了一段時間內(nèi)全網(wǎng)數(shù)據(jù)交互的所有要素信息。“區(qū)塊”內(nèi)部的存儲空間主要分為“區(qū)塊頭”和“區(qū)塊主體”。“區(qū)塊主體”記載了一段規(guī)定時間內(nèi)(比特幣中為10分鐘)全網(wǎng)所有的數(shù)據(jù)交互記錄，而“區(qū)塊頭”則記錄了代表本區(qū)塊所有特征的信息要素。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及區(qū)塊存儲信息組成如圖78所示。

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

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

2) 本區(qū)塊哈希值：綜合本“區(qū)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(qū)塊頭存儲的信息發(fā)生任意變化，該哈希值同樣將完全變化。

3) 前區(qū)塊哈希值：每個區(qū)塊的哈希值都會被“繼承”至下一個區(qū)塊，由此環(huán)環(huán)相扣，單個區(qū)塊的信息改變將會使得后續(xù)所有區(qū)塊的信息內(nèi)容都發(fā)生變化，產(chǎn)生類似于“蝴蝶效應”的影響。

通過上述情況我們可以發(fā)現(xiàn)，一個區(qū)塊的“頭哈希值”包含了其自身以及所有前序區(qū)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?qū)⑷我忾L度的二進制值映射為一個固定長度的二進制值(后者數(shù)據(jù)長度通常較短)，作為結(jié)果得出的二進制值被稱為哈希值。在區(qū)塊內(nèi)部，所有的區(qū)塊特征信息和數(shù)據(jù)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(nèi)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(qū)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(qū)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(qū)塊鏈中進行數(shù)據(jù)交互時會進行區(qū)塊信息的核證，指的就是對區(qū)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(jié)點的區(qū)塊信息被修改，則其對應的哈希值映射ID必然產(chǎn)生顯著變化，從而與其他節(jié)點產(chǎn)生不同，以此進行失效判定。因此，除非能夠同時控制系統(tǒng)中超過51%的節(jié)點或算力，否則在單個節(jié)點上對區(qū)塊數(shù)據(jù)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(qū)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(tǒng)會自動完成這筆交易。因此我們可以看到智能合約并非區(qū)塊鏈的專利。我們認為，只要一種合約符合“數(shù)字化描述”、“數(shù)字化簽約”、“數(shù)字化監(jiān)測”、“數(shù)字化觸發(fā)執(zhí)行”的特點，就都可以稱作智能合約。

但為什么現(xiàn)在人們一提到智能合約就會不由自主地打上“區(qū)塊鏈”的標簽呢?原因就是區(qū)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(fā)生糾紛而合約又保存在對方的服務器中，作為用戶的權(quán)益很難得到保障。而在區(qū)塊鏈系統(tǒng)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(tǒng)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(zhí)行，從而防止了可能發(fā)生的風險。在這樣一個“去信任化”的環(huán)境下，智能合約才具備了廣泛適用的可能性。區(qū)塊鏈智能合約的運行模式如圖80所示。

區(qū)塊鏈的四大優(yōu)勢特性

基于上述技術(shù)和機制，區(qū)塊鏈體現(xiàn)出如下幾大優(yōu)勢特性：

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

開放性與匿名性：區(qū)塊鏈中的所有行為是公開透明的，區(qū)塊記錄每個節(jié)點都有完整的存儲，同時任何節(jié)點都可以通過公開的接口查詢區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)與合約;同時由于上文所述的“不可篡改性”作為保障，區(qū)塊數(shù)據(jù)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(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)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(jié)點的私有信息如：身份、資產(chǎn)等，是無需公開的。一些區(qū)塊鏈技術(shù)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(guān)技術(shù)來實現(xiàn)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(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)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(gòu)的數(shù)據(jù)備份和信用背書。這樣一來，將對“人、組織”的信任變?yōu)閷?ldquo;機器、規(guī)則”的信任，節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交互均可“自發(fā)、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(qū)塊鏈技術(shù)在節(jié)點組網(wǎng)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(tǒng)中心化數(shù)據(jù)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(qū)塊鏈采用分布式核算和存儲的模式，任意節(jié)點的信息基礎、權(quán)利、義務都是均等的。這樣一來既消除了數(shù)據(jù)孤島、避免了中心數(shù)據(jù)的安全問題，也使整個組網(wǎng)結(jié)構(gòu)更具擴展?jié)摿Α?/span>

2、能源區(qū)塊鏈的研究及應用方向

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

目前在“能源區(qū)塊鏈”發(fā)展領域，主要有以下幾個研究方向：

1) 分布式能源調(diào)度管理

據(jù)數(shù)字貨幣資訊報道，歐洲輸電系統(tǒng)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(qū)塊鏈能源技術(shù)的“智慧電網(wǎng)先導計劃”。該計劃在德國和荷蘭利用區(qū)塊鏈技術(shù)網(wǎng)絡管理分布式能源(DER)，以提升分布式能源電網(wǎng)供電的平衡性與穩(wěn)定性。

2) 能源交易和結(jié)算

用區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)能源交易和結(jié)算目前還處于研究與小范圍測試階段。

根據(jù)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(jié)盟，共同開發(fā)使用能源區(qū)塊鏈交易系統(tǒng)，其中PONTON開發(fā)基于區(qū)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(lián)盟旨在探尋：采用運用區(qū)塊鏈機制是否能夠支持現(xiàn)有能源市場的交易體量和交易速率，實現(xiàn)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(gòu)，通過加密技術(shù)使交易機構(gòu)進行匿名交易，其他機構(gòu)能夠查詢訂單信息。

另據(jù)搜狐網(wǎng)報道，紐約初創(chuàng)公司LO3Energy和ConsenSys合作，在紐約布魯克林區(qū)實現(xiàn)了一個點對點交易、自動化執(zhí)行、無第三方中介的能源交易平臺，初步在10個住戶之間構(gòu)成了一個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡以實現(xiàn)能源交易和共享。

3) 綠證核發(fā)和追蹤

綠色電力證書是證明綠色能源發(fā)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(fā)電。2017年1月18日，我國國家發(fā)改委、財政部和能源局共同發(fā)布了《試行可再生能源綠色電力證書核發(fā)及自愿認購交易制度的通知》，在全國范圍內(nèi)試行可再生能源綠證核發(fā)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(fā)電量的估值，在通過發(fā)證機構(gòu)發(fā)證機構(gòu)向能源企業(yè)核發(fā)，實際發(fā)出的電量與綠證核算的電量不一定相等。根據(jù)報道，為了減少電量誤差并簡化綠證核算流程，IDEOCoLab、Nazdaq和物聯(lián)網(wǎng)設備公司Filament三家公司已經(jīng)開始合作開發(fā)“自動創(chuàng)建可再生能源證書(REC)系統(tǒng)”，通過在光伏電池板和儲能系統(tǒng)上安裝計量單元，采集光伏電力產(chǎn)生和存儲的數(shù)據(jù)，實時上傳到系統(tǒng)，系統(tǒng)將基于數(shù)據(jù)向能源商核發(fā)RECs(自動創(chuàng)建的可再生能源發(fā)電證明)。目前該系統(tǒng)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(qū)塊鏈技術(shù)在能源領域操作性較強、應用范圍較廣的領域。根據(jù)報道，2016年德國電力公司萊茵集團(RWE)與汽車技術(shù)公司采埃孚(ZF)、瑞士銀行合作，為電動汽車創(chuàng)造基于區(qū)塊鏈技術(shù)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?qū)崿F(xiàn)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(chuàng)公司Oxygen Initiative引入，并致力于在該州進行推廣。

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

能源區(qū)塊鏈在中國的產(chǎn)業(yè)化推進

國內(nèi)在能源區(qū)塊鏈方面的研究和開發(fā)，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(qū)塊鏈領域享有較高知名度，其主要產(chǎn)品包括：“碳鏈”也即一種基于區(qū)塊鏈的碳資產(chǎn)開發(fā)和管理平臺;“綠色資產(chǎn)證券化云平臺”也即一種基于區(qū)塊鏈的資產(chǎn)證券化全流程開發(fā)和管理平臺。能鏈眾合于2016年5月發(fā)布設立全國首家能源區(qū)塊鏈實驗室，該實驗室目前是國際區(qū)塊鏈聯(lián)盟Hyperledger唯一的能源行業(yè)會員。該公司2016年11月獲得由北京金科君創(chuàng)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(jīng)推出了能源互聯(lián)網(wǎng)2.0的定義，其中不僅包含能源互聯(lián)網(wǎng)和碳的結(jié)合，也包括對區(qū)塊鏈技術(shù)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(fā)和應用。

愛康科技近年來在能源區(qū)塊鏈領域動作頻繁。2016年6月6日，公司控股股東愛康實業(yè)集團向湖南大學捐款設立“湖大-愛康區(qū)塊鏈金融研究中心”和“湖大-愛康區(qū)塊鏈能源研究中心”，開展關(guān)于區(qū)塊鏈的理論技術(shù)、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(quán)，標的核心業(yè)務為區(qū)塊鏈能源互聯(lián)網(wǎng)研究及區(qū)塊鏈供應鏈金融研究，包括：1)區(qū)塊鏈商業(yè)票據(jù)系統(tǒng)原型開發(fā)，實現(xiàn)通過“智能合約”進行開票、貼現(xiàn)、兌付;2)基于區(qū)塊鏈及物聯(lián)網(wǎng)的新能源租賃業(yè)務系統(tǒng)設計研究;3)基于碳資產(chǎn)的愛康積分系統(tǒng)研究：以碳排放權(quán)為定價依據(jù)的區(qū)塊鏈跟蹤評估及結(jié)算、交易體系;4)區(qū)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(yè)務，后由于響應政府“有序退出”挖礦業(yè)務的引導，以6,000萬元出售“新疆愛康慧誠”100%股權(quán)，收益約4,163萬元，但仍保留部分區(qū)塊鏈業(yè)務，由子公司“上海慧喆”繼續(xù)開展，主要包括：1)研究基于區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)的交易體系，特別是能源消費體系;2)研究區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)確權(quán)、隱私保護、智能合約等技術(shù);3)研究構(gòu)建基于區(qū)塊鏈技術(shù)的多種能源交易體系;4)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的能源交易與結(jié)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(qū)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(qū)塊鏈計劃。公司委托新能源交易所打造智能電站區(qū)塊鏈管理系統(tǒng)，并啟動熊貓幣的開發(fā)。據(jù)悉，熊貓幣是以中國政府和聯(lián)合國共同打造的熊貓電站為資產(chǎn)載體的數(shù)字貨幣，未來計劃在全球范圍內(nèi)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(chǎn)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(lián)網(wǎng)新生態(tài)服務供應商，提供基于區(qū)塊鏈技術(shù)的能源互聯(lián)網(wǎng)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(qū)塊鏈相關(guān)的技術(shù)研發(fā)與應用業(yè)務。

后據(jù)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(fā)起的能源區(qū)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(qū)域能源區(qū)塊鏈平臺以進行自愿綠色能源交易。據(jù)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(lián)網(wǎng)平臺;由華為提供電站的數(shù)據(jù)接入技術(shù)支持;項目將從蛇口地區(qū)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(qū)塊鏈平臺上選擇使用傳統(tǒng)能源或清潔能源，如選擇使用清潔能源，能源區(qū)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(quán)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(fā)揮了區(qū)塊鏈技術(shù)智能合約的優(yōu)勢，形成了一個典型的能源區(qū)塊鏈應用場景，是一次具有創(chuàng)造性的實踐。

3、區(qū)塊鏈應用尚需解決的問題

區(qū)塊鏈技術(shù)并非“萬靈藥”。就目前而言，區(qū)塊鏈結(jié)合應用仍然存在繼續(xù)研究解決的問題，歸納如下：

1)操作不可撤銷：在區(qū)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(nèi)容和交易合約導致錯誤交易，該交易將不可撤銷。因此，在區(qū)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(nèi)容安全：由于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中每個節(jié)點都保存有完整的區(qū)塊信息交互記錄，理論上講存在從單個節(jié)點破譯并獲取區(qū)塊信息的可能性。因此，目前結(jié)合區(qū)塊鏈應用宜首先考慮交互內(nèi)容可公開的領域方向。

3)存儲與算力需求較大：中心化的數(shù)據(jù)交互信息僅在中心存儲單元保存，而區(qū)塊鏈信息在每個節(jié)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(qū)塊鏈結(jié)合應用應首先考慮交互數(shù)據(jù)量較小，數(shù)據(jù)交互頻次較低的領域。

我們認為，能源區(qū)塊鏈仍處于發(fā)展初期，如推進順利，將為碳交易、智能微電網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入新鮮活力。

原標題:浙商·電氣新能源 | 能源區(qū)塊鏈：摸索中前行