區(qū)塊鏈在能源電力行業(yè)應(yīng)用探索與展望
王 棟 國網(wǎng)區(qū)塊鏈科技(北京)有限公司
由于存在系統(tǒng)易被攻擊、數(shù)據(jù)易被篡改等技術(shù)瓶頸，能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)難以實現(xiàn)多主體融通發(fā)展。被譽為“信任機器”的區(qū)塊鏈以其分布式存儲、防篡改、可追溯、多節(jié)點共享的技術(shù)特性對于能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)有重要推動作用，其技術(shù)優(yōu)勢在能源電力行業(yè)有著巨大潛在應(yīng)用價值。
2019年10月24日，習(xí)近平總書記在主持中共中央政治局第十八次集體學(xué)習(xí)時強調(diào)，要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口。這開啟了我國區(qū)塊鏈行業(yè)發(fā)展新紀元。一年來，區(qū)塊鏈技術(shù)在能源電力行業(yè)的研究應(yīng)用取得諸多新進展。本文將從能源區(qū)塊鏈平臺建設(shè)、區(qū)塊鏈在能源電力行業(yè)的應(yīng)用、能源區(qū)塊鏈面臨的挑戰(zhàn)及其發(fā)展前景進行分析，供參考。
一、能源區(qū)塊鏈平臺建設(shè)
能源區(qū)塊鏈平臺是以區(qū)塊鏈為底層基礎(chǔ)技術(shù)，深度融合大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)而打造的適應(yīng)能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，面向能源行業(yè)的公共服務(wù)平臺。
(一)能源區(qū)塊鏈平臺系統(tǒng)架構(gòu)
能源區(qū)塊鏈平臺以聯(lián)盟鏈架構(gòu)為基礎(chǔ)，采用“主、側(cè)、從”多鏈混合模式(見圖1)，構(gòu)建覆蓋電力、石油、天然氣等各類能源業(yè)務(wù)應(yīng)用的區(qū)塊鏈公共服務(wù)平臺，為能源行業(yè)跨地域、跨企業(yè)的多方協(xié)同與信任傳導(dǎo)提供支撐。
圖1 能源區(qū)塊鏈平臺多鏈混合架構(gòu)模式圖
“主、側(cè)、從”多鏈混合架構(gòu)模式能夠適應(yīng)體量大、業(yè)務(wù)雜、數(shù)據(jù)并發(fā)率高的能源行業(yè)，并且具有良好的節(jié)點擴展性與可靠性。其中，主鏈覆蓋能源領(lǐng)域各企業(yè)，提供基于區(qū)塊鏈的跨企業(yè)數(shù)據(jù)交互和共享服務(wù);側(cè)鏈向能源領(lǐng)域某一行業(yè)進行延伸，覆蓋行業(yè)內(nèi)相關(guān)企業(yè)，支撐主鏈更廣范圍覆蓋、更全面數(shù)據(jù)交互應(yīng)用;從鏈則以實際業(yè)務(wù)應(yīng)用需求為導(dǎo)向，進行應(yīng)用擴展，支撐主、從鏈實現(xiàn)應(yīng)用的全覆蓋。
基于“主、側(cè)、從”多鏈混合的架構(gòu)模式，國家電網(wǎng)公司建設(shè)的國內(nèi)最大能源區(qū)塊鏈公共服務(wù)平臺——“國網(wǎng)鏈”已實現(xiàn)在25個業(yè)務(wù)場景的落地應(yīng)用，上鏈數(shù)據(jù)超1億條，應(yīng)用成效顯著。
(二)能源區(qū)塊鏈平臺公共服務(wù)
能源區(qū)塊鏈平臺可為能源產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)提供身份認證、存證溯源、合同管理、交易撮合、可信接入、數(shù)據(jù)共享等服務(wù)，實現(xiàn)能源行業(yè)要素的有效共享，推動能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化升級。
1.身份認證服務(wù)：針對傳統(tǒng)認證技術(shù)的密鑰管理、驗證煩瑣、成本過高等問題，發(fā)揮區(qū)塊鏈多節(jié)點共享技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)多主體間業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和信息的有效共享，可有力優(yōu)化能源業(yè)務(wù)流程，提升多元主體間靈活、可信、高效的協(xié)同互動。
2.存證溯源服務(wù)：基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存證溯源服務(wù)是一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計算范式，針對能源產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品、用戶、企業(yè)的多鏈條、多主體現(xiàn)象，融合塊鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、密碼學(xué)、智能合約技術(shù)，通過對各環(huán)節(jié)數(shù)字信息動態(tài)存證，實現(xiàn)可信溯源。
3.合同管理服務(wù)：結(jié)合區(qū)塊鏈共識機制和智能合約技術(shù)，為能源交易業(yè)務(wù)提供身份識別、策略管理、智能合約、存證服務(wù)，實現(xiàn)電子合同從發(fā)起、簽署、歸檔到存證的全流程管理。
4.交易撮合服務(wù)：采用可編程的智能合約技術(shù)，通過數(shù)字簽名、共識機制、非對稱加密算法等關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)交易安全性、公開透明性和數(shù)據(jù)可靠性，有助于可再生能源供能服務(wù)商出售電能的利益最大化和用戶購買電能的成本最小化。
5.可信接入服務(wù)：面對能源行業(yè)多樣性終端和多元化業(yè)務(wù)接入需求，結(jié)合5G、物聯(lián)網(wǎng)標識、人工智能技術(shù)，研制支撐區(qū)塊鏈的可信接入終端裝置，以適應(yīng)多樣業(yè)務(wù)終端接入方式、業(yè)務(wù)安全隔離、支撐業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可信標識、認證和驗證的數(shù)據(jù)可信接入等能力要求。
6.數(shù)據(jù)共享服務(wù)：針對能源企業(yè)之間存在的集中部署訪問受限、標識不唯一、易被竊取或篡改等問題，借助區(qū)塊鏈技術(shù)分布式存儲、防篡改、可追溯技術(shù)設(shè)計去中心化數(shù)據(jù)共享協(xié)議模塊，從數(shù)據(jù)的篩選、存儲、傳遞、下載進行全流程的數(shù)據(jù)追溯防護，構(gòu)建數(shù)據(jù)安全可信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
圖2 能源區(qū)塊鏈公共服務(wù)框架
二、區(qū)塊鏈在能源電力行業(yè)的應(yīng)用場景分析
隨著我國能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的持續(xù)推進，能源電力交易主體數(shù)量龐大且趨向多元化，市場化交易電量也大幅增長，本節(jié)將進行區(qū)塊鏈技術(shù)在分布式電力交易、可再生能源電力消納、安全生產(chǎn)、電費結(jié)算和透明化調(diào)度管理五方面應(yīng)用的探討。
(一)基于區(qū)塊鏈的分布式電力交易
隨著可再生能源大規(guī)模發(fā)展，具有參與者眾多、單筆交易量小等特點的分布式電力交易模式逐步成為一種發(fā)展趨勢，但分布式電力交易存在用戶信息不透明、發(fā)輸用三方利益不對等、交易手續(xù)煩瑣影響用戶參與意愿等難題。
基于區(qū)塊鏈的分布式電力交易總體思路如圖3所示，融合區(qū)塊鏈共識機制、智能合約和非對稱加密算法等先進技術(shù)，將關(guān)鍵數(shù)據(jù)上鏈存證，可實現(xiàn)對用戶身份的核驗，交易合同經(jīng)買賣雙方、電網(wǎng)企業(yè)三方簽名后生效，智能合約交易執(zhí)行費用自動結(jié)算，從而提升執(zhí)行效率，降低執(zhí)行成本。同時，分布式能源交易市場中有許多節(jié)點參與競爭交易，基于區(qū)塊鏈的分布式能源交易網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點處于平等地位，為防止惡意節(jié)點或不積極節(jié)點，可設(shè)置信譽值列表，保證分布式電力交易系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。
圖3 基于區(qū)塊鏈的分布式電力交易總體思路
(二)可再生能源電力消納
國家提出的可再生能源電力消納保障機制，旨在通過設(shè)定可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重指標，引導(dǎo)各類市場主體公平承擔可再生能源電力消納責(zé)任，提升各省本地消納能力，形成可再生能源電力消費引領(lǐng)的長效發(fā)展機制，引導(dǎo)用戶側(cè)綠色用能。
基于區(qū)塊鏈的可再生能源電力消納解決思路如圖4所示，通過將消納責(zé)任權(quán)重計算公式、消納責(zé)任權(quán)重、憑證等信息上鏈，可有效保證數(shù)據(jù)的真實性、不可篡改，使各市場主體積極主動承擔自身消納責(zé)任。消納憑證的發(fā)行和交易通過智能合約自動執(zhí)行，降低了交易中心的人工成本，可提升可再生能源消納水平。全程溯源、點對點網(wǎng)絡(luò)交易增加憑證的權(quán)威性，同時還可防止虛假交易和重復(fù)交易，促進可再生能源消納。
圖4 基于區(qū)塊鏈的可再生能源電力消納解決思路
(三)基于區(qū)塊鏈的安全生產(chǎn)
目前在電力的發(fā)、輸、變、配、用等各環(huán)節(jié)依然存在著各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)共享不足、電網(wǎng)應(yīng)急處置能力不足、電網(wǎng)安全生產(chǎn)管控能力不足等影響電網(wǎng)安全生產(chǎn)的技術(shù)難題。
基于區(qū)塊鏈的電網(wǎng)安全生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用借助分布式存儲方式構(gòu)建多專業(yè)協(xié)同評價的穿透式管控機制，依托多系統(tǒng)信息記錄進行交叉印證，實現(xiàn)對電網(wǎng)運行全過程的定量化管控，最大限度還原電網(wǎng)運行的真實面貌，提升多環(huán)節(jié)協(xié)同管理水平，為電網(wǎng)安全生產(chǎn)提供有力保障。
國網(wǎng)重慶市電力公司構(gòu)建的電網(wǎng)安全運行穿透式管控體系如圖5所示，當停電事件發(fā)生時系統(tǒng)會立即監(jiān)測到，與其關(guān)聯(lián)的指標都會自動變化。同時，建立的多專業(yè)橫向協(xié)同機制將打破專業(yè)壁壘，使得各專業(yè)能夠主動有效應(yīng)對，最終實現(xiàn)電網(wǎng)安全運行水平的提升。
圖5 電網(wǎng)安全運行穿透式管控體系
(四)基于區(qū)塊鏈的電費結(jié)算
市場化的電費結(jié)算是能源交易的核心業(yè)務(wù)，我國的電費結(jié)算技術(shù)開始于1960年，隨后被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。目前，我國普遍采取“預(yù)購電”方式結(jié)算電費，但這種模式對分布式新能源接入等多種新場景，存在能量流、信息流不統(tǒng)一，交易流程長、響應(yīng)不及時、合同履約難掌控、信用體系難建立等問題。
基于區(qū)塊鏈的電費結(jié)算方案，通過區(qū)塊鏈智能合約機制、分布式存儲技術(shù)將電力市場的交易主體(發(fā)電企業(yè)、售電公司、電網(wǎng)公司、電力用戶)“鏈”接起來，用數(shù)字化編碼將清算結(jié)算規(guī)則寫入?yún)^(qū)塊鏈，進一步提高相關(guān)交易的公開透明程度，使購電、零售和服務(wù)等結(jié)算過程更可信、更可控，形成以滿足用戶為代表的市場主體個性化結(jié)算服務(wù)模式。
圖6 基于區(qū)塊鏈的電費結(jié)算整體解決思路
(五)基于區(qū)塊鏈的電力調(diào)度
近年來，在國內(nèi)各級調(diào)度機構(gòu)內(nèi)部、各網(wǎng)省電網(wǎng)公司及供電公司其他非調(diào)度業(yè)務(wù)部門建設(shè)了各類應(yīng)用系統(tǒng)和信息系統(tǒng)，為調(diào)度運行業(yè)務(wù)開展提供了有力支撐。但隨著業(yè)務(wù)應(yīng)用的不斷深入，發(fā)電企業(yè)、電力調(diào)控機構(gòu)、能源監(jiān)管機構(gòu)等參與電力調(diào)度主體，共享數(shù)據(jù)積極性不高，信息孤島明顯，數(shù)據(jù)被篡改的風(fēng)險逐漸凸顯。
圖7 基于區(qū)塊鏈的透明電力調(diào)度管理總體思路
在傳統(tǒng)電力調(diào)度的供用電信息發(fā)布、競標和授權(quán)等過程中融入?yún)^(qū)塊鏈，使得區(qū)塊鏈成為調(diào)度系統(tǒng)的信息交互和數(shù)據(jù)存儲中心，為電力調(diào)度各參與主體的數(shù)據(jù)安全提供有力保障，通過區(qū)塊鏈實時發(fā)布發(fā)電信息及用電需求，基于區(qū)塊鏈智能合約自動匹配需求制定電力調(diào)度計劃，可實現(xiàn)電網(wǎng)自適應(yīng)調(diào)度和運行，保障各參與主體的交易自動、高效、安全、透明地執(zhí)行，提升運行效率，促進能源更合理消納。
三、能源區(qū)塊鏈發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)
能源區(qū)塊鏈的發(fā)展方興未艾，但是區(qū)塊鏈要在能源領(lǐng)域里大規(guī)模應(yīng)用仍然存在較多挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)分別來自區(qū)塊鏈核心技術(shù)難題和區(qū)塊鏈合規(guī)性應(yīng)用。技術(shù)痛點有核心技術(shù)自主可控難、鏈上鏈下協(xié)同需突破;合規(guī)應(yīng)用面臨著法律法規(guī)缺失和數(shù)據(jù)隱私保護等挑戰(zhàn)。
核心技術(shù)自主可控問題：能源區(qū)塊鏈平臺技術(shù)目前還處于發(fā)展初期階段，核心技術(shù)自主創(chuàng)新仍需攻克。依托區(qū)塊鏈開源平臺項目，有待重點突破共識機制、加密算法、智能合約等關(guān)鍵核心技術(shù)，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的區(qū)塊鏈平臺功能組件，為上層應(yīng)用提供服務(wù)，同時構(gòu)建適應(yīng)高頻率、規(guī)模大、主體多等特點的區(qū)塊鏈組件，以支撐能源特色應(yīng)用。
鏈上鏈下數(shù)據(jù)的協(xié)同問題：能源交易具有高頻率、調(diào)配范圍廣的特點，對數(shù)據(jù)的來源有很高要求，數(shù)據(jù)必須準確、完整。目前，能源領(lǐng)域廣泛使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行數(shù)據(jù)的自動化采集，基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)終端可實現(xiàn)用戶用電信息采集、狀態(tài)監(jiān)測與檢修、智能調(diào)度信息等全過程的存證溯源，打造基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)終端是實現(xiàn)能源鏈上鏈下協(xié)同的關(guān)鍵。
區(qū)塊鏈隱私保護仍需強化：區(qū)塊鏈技術(shù)中采用的加密算法、隱私保護機制均面臨挑戰(zhàn)。隨著數(shù)學(xué)、密碼學(xué)和量子計算技術(shù)的發(fā)展，區(qū)塊鏈技術(shù)的非對稱加密機制會變得越來越脆弱，通過加密算法來隱藏交易者身份和交易的方式變得更加不安全。能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點之間的交易并非完全匿名，可以通過算法、大數(shù)據(jù)等破解匿名信息，從而對用戶的隱私造成威脅。
業(yè)務(wù)應(yīng)用法律法規(guī)的完善：區(qū)塊鏈從技術(shù)層面上解決了信用問題，實現(xiàn)了價值傳遞，但在存證領(lǐng)域使用區(qū)塊鏈可以驗證文檔的真實性，并且不需要集中授權(quán)，這與現(xiàn)有的法律體系形成了沖突。此外，相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域風(fēng)險發(fā)生后的責(zé)任問責(zé)、個人隱私權(quán)和交易安全問題，在法律層面尚存在著漏洞。
四、能源區(qū)塊鏈發(fā)展展望
2020年4月20日，國家發(fā)展改革委正式將區(qū)塊鏈納入新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)范圍，區(qū)塊鏈勢必與5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等多種信息技術(shù)不斷融合，相互促進，并帶動生產(chǎn)模式、消費模式、投融資模式和商業(yè)模式創(chuàng)新發(fā)展，服務(wù)于我國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展。區(qū)塊鏈將作為能源行業(yè)的信息基礎(chǔ)設(shè)施，打通能源行業(yè)上下游，實現(xiàn)各方高效協(xié)作，為能源轉(zhuǎn)型注入創(chuàng)新活力，推動能源價值鏈重塑，“平臺+應(yīng)用+生態(tài)”成為能源區(qū)塊鏈發(fā)展趨勢。
1.能源區(qū)塊鏈公共服務(wù)平臺建設(shè)將加速推進：煤、油、氣、核、新能源等多輪驅(qū)動的能源供應(yīng)體系建設(shè)，對公平公正的市場環(huán)境、數(shù)據(jù)安全共享、各方高效協(xié)同提出了更高要求。建立能源行業(yè)統(tǒng)一的區(qū)塊鏈公共基礎(chǔ)設(shè)施，統(tǒng)一提供底層通用服務(wù)，降低區(qū)塊鏈開發(fā)和使用門檻。
2.能源區(qū)塊鏈的應(yīng)用場景將不斷擴展：基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的應(yīng)用體系，可以實現(xiàn)信息的追溯、安全共享，優(yōu)化能源領(lǐng)域的供給、輸送、消費等領(lǐng)域的流程，提高協(xié)同效率，降低成本。
3.能源區(qū)塊鏈生態(tài)將逐步完善：隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的深入發(fā)展，區(qū)塊鏈標準將逐步完善，推動各行業(yè)對區(qū)塊鏈的認識，推動技術(shù)協(xié)作發(fā)展創(chuàng)新，有助于實現(xiàn)在跨產(chǎn)業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)的落地，推動形成社會級區(qū)塊鏈大型生態(tài)系統(tǒng)。
能源行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈長、參與主體多，每一個環(huán)節(jié)都是區(qū)塊鏈的潛在應(yīng)用場景，我們應(yīng)充分認識區(qū)塊鏈的機遇和挑戰(zhàn)。為此，建議從政策、人才、資金等不同層面加大對區(qū)塊鏈的支持力度，鼓勵以點帶面探索，加速行業(yè)應(yīng)用推進，發(fā)揮區(qū)塊鏈新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施的作用，構(gòu)建信任、高效協(xié)同的能源區(qū)塊鏈生態(tài)體系，進一步優(yōu)化營商環(huán)境，適應(yīng)能源變革趨勢，在提升服務(wù)水平方面發(fā)揮更大作用。
原文首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2020年10月23日第41期
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