能源与区块链技术应用浅析

能源与区块链技术应用浅析D目录、八、•前言一、区块链介绍1．从互联网到区块链2．区块链技术2.1定义2.2基础框架网络2.3特性3．区块链历史二、能源与区块链1.能源生产2.能源交易3.能源资产投融资三、国内外应用场景四、能源区块链前景前言当前,新一轮科技革命和产业变革席卷全球,大数据、云计算、物联网、人工智能、区块链等新技术不断涌现,数字经济正深刻的改变着人类的生产和生活方式,成为了经济增长的新动能。区块链作为一项颠覆性技术,正在引领全球新一轮技术变革和产业变革,有望成为全球技术创新和模式创新的“策源地”,推动“信息互联网”向“价值互联网”变迁。我国《“十三五”国家信息化规划》中把区块链作为一项重点前沿技术,明确提出需加强区块链等新技术的创新、试验和应用，以实现抢占新一代信息技术主导权。目前，我国区块链技术持续创新，区块链产业初步形成，开始在供应链金融、征信、产品溯源、版权交易、数字身份、电子证据等领域快速应用，有望推动我国经济体系实现技术变革，组织变革和效率变革，为构建现代化经济体系作出重要贡献。[1]一、区块链介绍从互联网到区块链互联网诞生之处，最先解决的核心问题是信息制造和传输。1992年美国开始一项计划——国家信息基础设施，旨在以当时简单互联网为雏形，建设信息时代的高速公路。随着该计划的发展，我们现在所熟悉的网络世界。在这个“高速公路”上，我们能够将信息快速生成并且复制到世界上每一个有网络的角落，所以也可以将其称为“信息互联网”，在上面，所有传递的信息都可以高效传播和复。从此，我们通过“信息互联网”进入到一个“信息爆炸”的时代。然而，随着互联网进入人类生活的各个层面，我们发现有些信息是无法复制的。比如货币支付，我们不能把要支付的钱直接复制到对方账户上，而是要在付款账户上减去若干资金，然后在收款账户上添加若干资金，只有这样，才是有意义的，而不像新闻类信息，我们复制一份到新的网页上，就有两份信息，可以让更多人来进行分享。而这些不能分享，只能转移的信息，往往具有更大的价值，在他的背后需要有信用做背书。“价值转移”这种操作的结果必须获得所有参与方的认可，而互联网本身的协议并不支持这个“价值转移”功能。在没有区块链之前，我们必须使用中介系统来完成这样的“价值转移”行为，于是我们看到了类似于支付宝、微信支付的第三方支付工具开始崛起，跨国汇款会使用swift。中心化的方案，就是通过某个公司或者政府信用作为背书，将所有的价值转移计算放在一个中心服务器中，尽管所有的计算也是由程序自动完成，却必须信任这个中心化的人或者机构。事实上，通过中心化的信用背书，也只能局限在一定的机构、地区或者国家的范围之内。要解决这个问题，必须要建立“信用”所以价值转移的核心问题其实就是跨国信用共识问题。归根结底，要真正完成以信用共识为基础的价值转移，需要一个能够取代第三方中介的方式，一个能够可以自动运行的方式，且具备去信任的机制。纷繁复杂的全球体系中，只有数学算法（基础科学）可以是作为背书，让所有的规则都建立在一个公平透明的数学算法之上，那么就能够让所有不同政治文化背景的人获得共识。[2]2.区块链技术2．1定义狭义来讲，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。广义来讲，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数据传输和访问的安全、利用由自动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架构与计算方式。2．2基础架构模型一般说来，区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。其中，数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法；网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；共识层主要封装网络节点的各类共识算法；激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础；应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。该模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点[3]3特征去中心化由于使用分布式核算和存储，不存在中心化的硬件或管理机构，任意节点的权利和义务都是均等的，系统中的数据块由整个系统中具有维护功能的节点来共同维护。得益于区块链的去中心化特征，比特币也拥有去中心化的特征。开放性系统是开放的，除了交易各方的私有信息被加密外，区块链的数据对所有人公开，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用，因此整个系统信息高度透明。自治性区块链采用基于协商一致的规范和协议（比如一套公开透明的算法）使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境自由安全的交换数据，使得对“人”的信任改成了对机器的信任，任何人为的干预不起作用。信息不可篡改一旦信息经过验证并添加至区块链，就会永久的存储起来，除非能够同时控制住系统中超过51%的节点，否则单个节点上对数据库的修改是无效的，因此区块链的数据稳定性和可靠性极高。匿名性由于节点之间的交换遵循固定的算法，其数据交互是无需信任的（区块链中的程序规则会自行判断活动是否有效），因此交易对手无须通过公开身份的方式让对方对自己产生信任，对信用的累积非常有帮助。[4]3.区块链历史2008年由中本聪第一次提出了区块链的概念，在随后的几年中，成为了电子货币比特币的核心组成部分：作为所有交易的公共账簿。通过利用点对点网络和分布式时间戳服务器，区块链数据库能够进行自主管理。为比特币而发明的区块链使它成为第一个解决重复消费问题的数字货币。比特币的设计已经成为其他应用程序的灵感来源。1991年，由StuartHabefirw.ScottStorne第一次提出关于区块的加密保护链产品，随后分别由RossJ.AnderS与BruceSchneier&JohnKelse分别在在1996年和1998年发表。与此同时，NickSzabo在1998年进行了电子货币分散化的机制研究，他称此为比特金。2000年，StefanKonSt表了加密保护链的统一理论，并提出了一整套实施方案。区块链格式作为一种使数据库安全而不需要行政机构的授信的解决方案首先被应用于比特币。2008年10月，在中本聪的原始论文中，“区块”和“链”这两个字是被分开使用的，而在被广泛使用时被合称为区块-链，到2016年才被变成一个词：“区块链”。在2014年8月，比特币的区块链文件大小达到了20千兆字节。到2014年，“区块链2.0”成为一个关于去中心化区块链数据库的术语。对这个第二代可编程区块链，经济学家们认为它的成就是“它是一种编程语言，可以允许用户写出更精密和智能的协议，因此，当利润达到一定程度的时候，就能够从完成的货运订单或者共享证书的分红中获得收益”。区块链2.0技术跳过了交易和“价值交换中担任金钱和信息仲裁的中介机构”。它们被用来使人们远离全球化经济，使隐私得到保护，使人们“将掌握的信息兑换成货币”，并且有能力保证知识产权的所有者得到收益。第二代区块链技术使存储个人的“永久数字ID和形象”成为可能，并且对“潜在的社会财富分配”不平等提供解决方案。14-15截至2016年，区块链2.0链下交易仍旧需要通过Oracle，使任何“基于时间或市场条件［确实需要］的外部数据或事件与区块链交互”。在2016年，俄罗斯联邦中央证券所（NSD）宣布了一个基于区块链技术的试点项目。许多在音乐产业中具有监管权的机构开始利用区块链技术建立测试模型，用来征收版税和世界范围内的版权管理。2016年7月，IBM在新加坡开设了一个区块链创新研究中心。2016年11月，世界经济论坛的一个工作组举行会议，讨论了关于区块链政府治理模式的发展。据Accenture的一份关于创新理论发展的调查中显示,2016年区块链在经济领域获得的13.5%使用率，使其达到了早期开发阶段。在2016年，行业贸易组织共创了全球区块链论坛，这就是电子商业商会的前身。［5］□二、能源与区块链伴随着能源革命和环保运动,能源行业正在向清洁化、分布式转型,呈现多能流互补的新型能源结构。自下而上的分布式能源体系将成为传统能源体系的有力补充。在这一过程中,区块链有望成为能源互联网基础设施重要的实现手段。区块链技术可以结合能源行业分布式交易系统和清洁能源普及两大趋势广泛应用。针对能源生产环节,提高能源生产效率,降低管理成本,增加监测准确度;针对能源交易市场,为批发能源交易市场提供安全交易保障并降低沟通成本,为零售能源交易市场提供实时支付清结算系统,推进清洁能源普及;针对能源行业投融资环节增加投融资渠道,降低投融资风险;针对能源行业的节能减排提高参与度,提供流动性,达到稳定气候变化的目的。“区块链+能源”项目具有广泛的应用场景,可分为以下几类具体应用:能源生产、能源交易、能源资产投融资和节能减排。1．能源生产“区块链+能源生产”是指通过区块链技术实现在生产环节对相应单元的计量、检测、运维等生产管理。传统能源生产环节多由公司自主进行,大量未经认证数据形成孤岛,信息价值难以被挖掘。通过区块链技术可以大幅降低政府、企业、个人在能源生产环节的进入门槛,在此基础上实现更灵活的商业模式。作为强线下的应用场景,能源生产流通需要通过将区块链技术和硬件设备进行结合,打通数字世界和物理世界的隔阂。依靠物联网设备采集数据,保证数据流转真实,同时结合区块链大幅提升数据的可信度和安全性,为进一步应用打下基础。2．能源交易“区块链+能源交易”是指以区块链技术为手段提高交易效率与安全。先进的支付方式、更短的交易时长、零违约率等对于能源行业的资金流转和市场健康具有指导意义。能源交易分为两类:一类是批发能源交易,这类交易具有资金量大,交易周期长,依赖人力,风险较大的特点;另一类是零售能源交易,这类交易具有实时支付清结算困难,清洁能源输出波动性大,需求响应实现困难等特点。针对批发能源交易市场,区块链及智能合约,保证资金安全,降低违约率。例如,通过贸易商之间部署的共享账本做出调整,直接在区块链上记录交易信息,使对方验证。这种模式使交易员无需各自存储数据,而是共享安全的媒介,保证储存的信息透明、精确、已验证。这个交易系统可以提高交易效率,减少人工错误。针对零售能源交易市场,分布式交易系统和带动清洁能源是两大特色,其中,分布式电能交易应用尤为广泛,利用区块链技术,搭建电力行业的微网、分布式交易系统和电动汽车充放电交易平台等多款应用,该系统使消费者变为“产消者”,即能源消费者又是清洁能源的生产者。上海链昱科技能源有限公司致力于实现基于区块链技术的微电网内清洁能源计量、登记、管理、交易与结算的去中心化系统。目前,链昱科技已在菲律宾成功落地试点项目,并着力开发东南亚市场,在不同的电力交易环境内打造更弹性、更公平的电力生态系统,以满足不同微电网内的电力需求。能源资产投融资例如,2016年中国能源区块链实验室（能链科技）推出绿色ABS（资产证券化）云平台,基于联盟链登记电站发电机组、发电瓦数等基本情况,使电力资产生产过程清晰可见,回报收益可预测,在提供生产监测的同时保证信批透明及时,为电站解决了融资困境,为监管机构打造了穿透式管理,为投资人降低了投资风险。此外,在环境容量与资源储备的双重限制下,可再生能源与节能减排成为环境保护两大重要利器。能链科技与深圳排放权交易所合作共同搭建“碳链”于16年12月底落地应用。该项目建立了基于区块链的绿色碳减排资产（如CCER）资产数字化交易平台，以增加企业参与度、激励企业加入节能减排、巩固环境保护成果。[1]三、国内外应用场景2016年4月美国的能源公司LO3公司与西门子数字（SiemensDigitalGrid以及比特币开发公司ConsensusSystem合作，通过微网项目实现社区间居民的点对点电力交易。通过智能电表实时获得发、用电量等相关数据，并利用区块链使居民可以成功地将屋顶太阳能生产的余电以点对点形式卖给邻居。该项目是全球第一个基于区块链技术的能源市场。2016年11月在阿姆斯特丹举行的EMART能源交易会上，23家能源交易公司结盟开发使用能源区块链，由PONTON开发的Enerchain作为交易工具。能让使用加密技术的交易机构以匿名方式发送订单，另一家交易机构可以查看该订单整个过程没有第三方运营的中心化市场。该联盟旨在探寻区块链技术是否可以支持现有市场主导的交易量和交易速度，用以提升运行效率，降低交易成本。2017年5月德国能源集团RWE子公司InnogyS推出其开发的依靠以太坊网络来处理其运营的“Share&Charge”区块链平台，在德国已建成几百个基于区块链的电动汽车充电站。德国近50000个电动车主中，有92%在自己的家里为电动汽车充电，“Share&Charge”平台提倡以付费方式共享其家庭充电站，从而提高对清洁能源的运用。同时，区块链技术显著降低了德国能源公司InnogySE的运营成本。这一平台也应用到了美国，旧金山创业公司0xygenInitiatiV加入“Share&Charge”，在美国推出了为司机服务的基于区块链的平台。使司机可以处理与清洁能源汽车相关的所有操作。包括允许司机共享他们的充电站、支付通行费和充电电动汽车。2016年5月全球首个能源区块链实验室在北京成立，在2016年年底推出能源区块链主链Demo，并基于能源区块链主链发行以核证碳减排量（CCER）为基础资产的数字资产——碳票2016年10月，一支中国初创区块链团队Energolabs成立，旨在建立由一系列去中心化能源应用所组成的生态系统Energo,以打造一个适应未来的DAE社区（DecentralizedAutonomousEnergyCommubit的去中心化系统。其核心是一套基于在QTUM和Mirco-grid的清洁能源计量、登记、管理、交易与结算的去中心化系统。目前Energolabs已在东南亚与澳洲开始推广和部署Energo网络。国网浙江省电力公司电力科学研究院承担了国家电网公司第一个区块链科技项目，是国内最早将区块链应用于能源互联网的科研机构。万向区块链实验室将投资2000亿元在杭州建设新聚能城，在云端使用区块链技术，来重构“数字化城市”，建设集物联网、互联网、车联网于一体的智能城市。[6]2018年3月30日，中化集团下属中化能源科技有限公司针对一船从中国泉州到新加坡的汽油出口业务，成功完成了区块链应用的出口交易试点。试点参与方包括中化集团旗下的泉州石化与石油公司、厦门海关、中检集团、汇丰、及船东、货代公司等，目前本船汽油已经在新加坡现货市场完成销售招标。这是全球首单有政府部门参与的能源贸易区块链应用项目，表明了中国能源化工行业在区块链应用层面正在向更高目标迈进。[7中化集团实现全球首单有政府部门参与的能源出