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能源區塊鏈技術發展現狀及應用分析
時間:2020-04-28 11:22:55

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區塊鏈成為近兩年熱點話題,因其通過分布式數據存儲、點對點(P2P)傳輸、共識機制、加密算法等技術的集成,可有效解決傳統交易模式下數據在系統內流轉過程中的造假行為,從而構建可信交易環境,打造可信社會。區塊鏈技術在金融、IOT、數據、電信等領域具有廣泛的應用前景。在能源領域,雖然目前區塊鏈技術應用案例較少且規模較小,并且實際運營經驗不足,但是區塊鏈在未來能源領域具有廣泛的應用潛力,正成為當今能源領域的一個重要應用方向??偨Y國內外能源領域區塊鏈技術的應用情況,將對我國能源領域應用區塊鏈技術、使區塊鏈技術成為能源轉型和模式進化的催化劑,具有重要的借鑒意義和參考價值。本文首先概述區塊鏈的定義和特點,總結國內外區塊鏈技術總體發展情況,分析區塊鏈在能源領域的發展現狀;其次重點介紹區塊鏈技術在能源領域的應用,對典型案例進行深入解剖和分析;最后探討能源區塊鏈發展中存在的問題和面臨的挑戰,供參考。

一、區塊鏈技術概述

“區塊鏈”(Blockchain)技術起源于“比特幣”。2008年一個筆名為中本聰的作者發表了一篇名為《比特幣——一種點對點的電子現金系統》的文章,闡述了一種基于P2P網絡技術、通過加蓋時間戳、參與各方一同記賬、一同公證、每十分鐘確認一次交易的分布式記賬系統,標志著比特幣的誕生。隨后,該理念很快步入實踐。然而,目前尚未形成關于區塊鏈的統一定義。如今比較通行的定義為:區塊鏈是分布式數據存儲、P2P傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式。區塊鏈技術是比特幣的底層核心技術,其本質是一個去中心化的數據庫,任何一筆交易都會通過數據庫發給全網的其他每個節點。與傳統數據庫技術相比,區塊鏈技術具有去中心化、數據不可篡改、集體維護、信息公開透明、智能合約、可追溯性、開放性、無需信任系統等特點。作為一類新興的分布式數據存儲技術,區塊鏈在金融、政務、能源、醫療、知識產權、司法、網絡安全等行業領域的應用逐步展開,正成為驅動各行業技術創新和產業變革的重要力量。根據Lux Research發布的《2019年的19項關鍵技術》報告,區塊鏈被視為即將改變世界經濟、在未來10年改變人們生活方式的19項關鍵技術之一。

“區塊鏈+”產業圖景

二、國內外區塊鏈技術發展總體情況

(一)國內外區塊鏈整體發展情況

區塊鏈技術作為“比特幣”的底層技術,自2009年以來,隨“比特幣”在全球范圍內興起,逐步走進人們的視野。iiMedia Research發布的數據顯示,自2009年至2019年8月,全球區塊鏈產業累計投融資規模為103.69億美元。全球各國推動的區塊鏈項目數量達154項,主要應用于金融業、政府檔案、數字資產管理、投票等領域,其中政府項目數量較多的前三個國家分別是荷蘭、韓國和美國。

目前,世界各國政府、產業界和學術界都高度關注區塊鏈的應用發展,相關的技術創新和模式創新不斷涌現,已經有越來越多的國家和地區將區塊鏈作為戰略發展方向。其中,歐盟相對較為積極,于2018年2月成立歐洲區塊鏈觀察論壇,該論壇主要職責包括:政策確定、產學研聯動、跨國境BaaS(Blockchain as a Service)服務構建、標準開源制定等,并且通過Horizon 2020創新項目投入500萬歐元作為區塊鏈研發基金,預計2018~2020年的3年間區塊鏈方面投資將達到3.4億歐元。

澳大利亞聯邦政府已在區塊鏈技術上進行了大量投資,包括在2018~2019財年向數字創新機構投資70萬美元,用于研究在政府支付方面使用區塊鏈的益處。2019年3月,澳大利亞宣布了一項國家區塊鏈路線圖戰略,該戰略側重于各種政策領域,包括監管、技術和能力建設,以及創新、投資、國際競爭力和合作。澳大利亞政府認為,諸如國家區塊鏈路線圖之類的政策可以幫助該國成為新興區塊鏈行業的全球領導者。

英國政府在現階段的區塊鏈創新競賽中處于突出的領先地位,其諸多創新舉措為其他國家區塊鏈領域的政策制定與研究提供了重要參考。2016年1月,英國政府發布《分布式賬本技術:超越區塊鏈》白皮書,第一次立足國家層面對區塊鏈技術的發展進行全面分析并給出研究建議。英國金融行為監管局(FCA)早在2015年11月就發布了《監管沙盒》指引文件,首次提出監管沙盒的核心意義與具體實施要求,為區塊鏈等金融科技企業在監管政策不確定的情況下提供了一個安全創新的環境。FCA至今已完成共三批測試招募,正式進入測試環境的企業中區塊鏈方向的超過半數。德國、巴西等國也在嘗試利用沙盒探索區塊鏈行業監管和應用。

在美國,由于各州政策不一,雖然區塊鏈在美國初創企業中仍是熱潮,但產業政策推動一直較慢。

日本政府在區塊鏈技術的研究和控制方面持更加積極且審慎的態度。日本正在國家層面積極制定法律,并進一步規范大型金融、物流和商業部門,以實現區塊鏈技術和數字貨幣的早日應用。

區塊鏈技術日益受到我國政府的重視,政府陸續出臺許多政策推進區塊鏈技術的發展及應用,但整體看,國內區塊鏈的應用探索尚處于早期研究階段。國務院印發《“十三五”國家信息化規劃》,區塊鏈與大數據、人工智能、機器深度學習等新技術,成為國家布局重點。中國人民銀行印發《中國金融業信息技術“十三五”發展規劃》,明確提出積極推進區塊鏈、人工智能等新技術應用研究,并組織進行國家數字貨幣的試點。2016年10月,工信部發布《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書》,這是我國政府首個落地的區塊鏈官方指導文件。

在區塊鏈技術寫入“十三五”規劃之后,我國各地政府積極推動區塊鏈產業發展,紛紛成立區塊鏈實驗地、研究院。目前,深圳、杭州、廣州、貴陽等地都在積極建立區塊鏈發展專區,給予特別扶持政策。其中,廣州在2017年12月正式發布廣州區塊鏈10條策略,在黃浦區和開發區打造區塊鏈企業技術創新區。深圳在2018年3月由深圳市經濟貿易和信息化委員會發布《市經貿信息委關于組織實施深圳市戰略性新興產業新一代信息技術信息安全轉型2018年第二批扶持計劃的通知》,區塊鏈在扶持方向之列,這是繼廣州、貴陽、青島、杭州之后,國內第5個地方政府出臺關于區塊鏈的扶持政策。

(二)國內外能源區塊鏈發展情況

區塊鏈技術作為一種新的分布式數據庫技術,其去中心化、公開、透明的特點讓每個個體均可參與數據庫記錄。雖然區塊鏈在能源領域的應用案例較少且規模較小,并且實際運營經驗不足,但是區塊鏈在未來能源領域具有廣泛的應用潛力,正成為當今能源領域的一個重要應用方向。

1. 全球能源區塊鏈仍處于探索起步階段

近年來,能源區塊鏈技術應用已出現眾多案例,國內外多家能源企業展開探索,主要應用于分布式能源交易、綠證資產數字化、供應鏈金融、碳市場交易、電動汽車充電及結算等場景,降低了交易成本,提高了效率。西班牙可再生能源巨頭伊維爾德羅拉(Iberdrola)正在利用區塊鏈技術追蹤可再生能源,目前已啟動試點且取得成功。西班牙能源巨頭雷普索爾(Repsol)宣布,已成功完成一項區塊鏈試點,可以改進石化產品的認證過程,提高產品的安全認證質量,此舉每年可節省高達40萬歐元的成本。值得一提的是,美國能源部2019年1月初也宣布,將為包括區塊鏈在內的大學技術研究提供480萬美元的資金。

區塊鏈在能源領域的技術優勢在于,以通證為基礎的流通和激勵機制實現分布式能源P2P交易過程。2016年4月,在美國紐約布魯克林微網項目中,屋頂光伏發電供應者與電力用戶基于以太坊區塊鏈智能合約,實現P2P直接交易,被認為是開啟了區塊鏈技術在能源領域應用的先河。

雖然全球各地相繼出現了多個示范項目,但能源區塊鏈應用仍處于小范圍試點階段,且以實驗性質居多,技術、經濟與政策的限制使得短時間內區塊鏈技術無法對能源行業產生實質影響。美國、德國、荷蘭、澳大利亞、新西蘭、南非都有早期區塊鏈能源公司,基于以太坊智能合約開發電力交易平臺,用智能儀表采集數據,P2P的發電、用電、交易技術趨于成熟。

相比國外能源區塊鏈投資與應用的活躍程度,我國能源區塊鏈發展基本上還是剛剛起步的狀態。2016年之前,“能源互聯網的規劃、運行與交易基礎理論”已經被相關文件界定為“智能電網基礎支撐技術”項目下的基礎研究類題目,該項目的實施周期為5年(2016~2020)。2016年首個區塊鏈能源實驗室成立,并推出能源區塊鏈主鏈Demo,這些都體現出我國探索者在該領域的努力。

2. 區塊鏈技術助力全球能源轉型

2019年2月,國際可再生能源署(IRENA)發布的題為《可再生能源未來的創新》報告指出,為了加速電力行業的低成本可再生能源發電,各國需要創新的技術工具,使其能夠從可再生能源規模擴大中受益。報告中提到的創新包括時間使用稅、聚合器和區塊鏈等支持技術。該報告指出,有189家公司正在使用能源區塊鏈,71個項目使用能源區塊鏈,其中約50%的項目建立在以太坊區塊鏈上。IRENA報告稱,總體來看,截至2018年9月,電力行業的區塊鏈投資額已經達到4.66億美元。

在數字化浪潮下,綠色能源資產數字化轉型必將形成多方生態智聯、產業鏈價值自由流通、多場景智能化綠色應用的生態網絡。能源企業的傳統業務模式和盈利模式不再適應數字化、低碳化的新經濟格局需求,以能源用戶為主導的能源變革對企業既有系統提出新的挑戰。能源行業正面臨傳統一次能源向基于光風電等二次能源的轉型期,數字化被視作實現傳統能源行業轉型升級并重新煥發生機的重要驅動力,而區塊鏈基于其去中心化、智能合約等技術特征正在被應用至能源價值鏈的多個環節。

以電力為例,通過區塊鏈技術,我們可以安全便捷地將分布式能源資源納入電網平衡過程。利用大量的分布式資源可以創建“虛擬發電廠”。它們能夠提供與集中式發電廠相同的服務,但在很大程度上由個人和企業,而不是電力公司擁有。用戶可以從自有資產,而不是電力公司擁有的資產中獲益,這大大降低了系統的運營成本。區塊鏈技術使我們能夠協調這些資產的充電或放電,擁有這些資產的用戶可以購買這些服務自用,或通過提供這些服務而獲得回報。其結果是大幅提升電網利用率,并顯著提高可再生能源、能效和清潔能源資產等納入電網運營的能力。

3. 能源區塊鏈初創型公司集中在發達國家

根據行業調研機構GTM Research發布的《2018能源領域區塊鏈發展》報告,在其統計調查范圍內,已經有122家區塊鏈初創公司活躍在能源領域,其中有54家公司是2017年成立的。能源區塊鏈技術的逐漸成熟推動了資本涌入相應的初創型公司,目前來看這類公司主要還是集中在歐美日等發達國家。歐洲尤其是德國也有不少能源區塊鏈項目,德國對區塊鏈技術整體持較為支持的態度,加上德國較為發達的分布式可再生能源,使得區塊鏈在能源領域的應用十分有前景。此外,專注于能源的區塊鏈創業公司Power Ledger已經在澳大利亞和新西蘭試運行了幾個區塊鏈平臺項目。奧地利的Grid Singularity是將區塊鏈技術應用到能源領域的主要歐洲開發商。2017年5月,落基山研究所(RMI)與Grid Singularity合作建立了能源互聯網基金會(EWF),該基金會旨在促進區塊鏈項目在能源領域的商業部署。

另據Fortune Business Insights發布的報告,由于加大力度推動綠色能源,預計到2026年底,全球能源公用事業的區塊鏈市場規模將達到15.664億美元,2018~2026年間的年復合增長率將達到37.6%。能源公用事業市場研究報告中區塊鏈涉及的主要公司包括IBM、Greeneum、Oracle、微軟、EnergiMine、埃森哲PLC、Infosys Limited等。

4. 全球傳統油氣企業加快進入區塊鏈領域

在全球經濟增速放緩、環保標準日漸嚴苛的背景下,大批傳統油氣企業進入發展瓶頸期,油氣企業期待利用區塊鏈、大數據、人工智能等數字化技術,完善旗下產業鏈流程、提高運營效率和安全性,同時實現環保等可持續目標。根據德勤調查,72%的石油和天然氣行業高管期待采用區塊鏈技術。德勤表示,在能源和資源領域中采用區塊鏈,可以提高可視性、運營效率并簡化監管流程。區塊鏈可以為執行和記錄能源交易提供可靠而有效的平臺,存儲大量干凈、防篡改的數據,同時還可供監管機構訪問和跟蹤。

國外大型油氣企業已經開始投入資源打造區塊鏈+油氣交易的平臺。國內最先嘗試做油氣+區塊鏈試點的企業是中化能源科技有限公司。中化能源科技以實貨貿易為切入口,引用區塊鏈技術。2017年12月,中化集團針對從中東到中國的原油進口業務,成功完成我國第一單區塊鏈原油進口交易試點,原油交易執行效率提高50%以上。2018年4月,中化集團下屬中化能源科技有限公司針對一船從中國泉州到新加坡的汽油出口業務,完成區塊鏈應用的出口交易試點,這是全球首單有政府部門參與的能源貿易區塊鏈應用項目,通過引入銀行資金,降低貿易融資成本30%以上。

5. 國內能源企業積極探索區塊鏈技術應用

相比國外區塊鏈能源投資與應用的活躍程度,我國能源區塊鏈領域近幾年也開始出現探索者,比如北京能鏈眾合科技有限責任公司2016年完成由上海古蓮資本和北京金科君創領投的千萬元級別首輪融資。此外,各地方政府正在加緊準備推出區塊鏈產業扶持政策。區塊鏈和新能源本身就是兩大支持發展方向。早在2017年,國家發展改革委就出臺政策,支持用戶間分布式能源的直接交易,并且開展了相關試點。2019年,江蘇出臺了隔墻售電的相關細則。在法律法規上,為區塊鏈技術參與分布式電力交易提供了比較好的支持。

國內的能源企業也在大力推進能源區塊鏈。2019年10月,國家電網公布,國網區塊鏈科技(北京)有限公司正式成立。下一步,國網區塊鏈科技公司將借助區塊鏈最強大的行業泛在連接能力、最靈活的資源優化配置能力、最高效的價值共創共享能力,賦能樞紐型、平臺型、共享型企業發展,全面助力“三型兩網”世界一流能源互聯網企業建設。2019年12月,國網區塊鏈科技公司基于自主研發的區塊鏈底層技術服務平臺,全面強化區塊鏈在能源電力領域的應用落地,在新能源云、電力交易、優質服務、綜合能源、物資采購、智慧財務、智慧法律、數據共享、安全生產、金融科技等十大場景形成了具備典型性、高可行性的區塊鏈技術解決方案。目前,十大典型場景已在適應能源變革、優化營商環境、提升服務水平、提高協同效率、強化安全保障等方面取得了良好效果。

三、區塊鏈在能源領域的應用場景分析

分布式被視為區塊鏈技術在能源中最具前景的應用方向?,F有的集中式多級管理能源系統不僅復雜,而且消耗資金。而區塊鏈技術可以將能源生產商和能源消費者(首先是電力生產商和電力消費者)直接聯系起來,從而簡化各方的相互關系和相互影響。預計在這種新型的能源系統中,小型分布式電源(通常是指可再生能源的分布式電源)生產的電力將直接通過微電網供應給終端電力用戶。利用區塊鏈技術,發電量和用電量將通過智能電表計量,交易業務和支付業務將通過智能合同的控制以數字貨幣的形式實現。如此一來,電力公司或代理商將無需參與其中。能源大宗商品交易和分布式能源電力交易(P2P交易)是目前區塊鏈在能源行業的主要應用場景,尤其是對于分布式光伏發電,由于其電壓等級較低無法遠距離傳輸,通過區塊鏈可以實現用戶和發電者之間的P2P交易。

(一)能源交易

1.P2P能源交易

P2P能源交易使能源消費者主動參與能源交易,變為能源的產消者。一方面用戶可以從電網或自己的分布式能源中用電;另一方面可以將多余的能源售賣給電網和其他消費者。從電力效用角度來看,能源使用效率的提高可以直接減少區域內的負載,緩解電網壓力。這個場景中的產消者不局限于住宅用戶,商業用戶和工業用戶同樣可以扮演產消者的角色,物理流與信息流均可以在端與端之間進行交互。

典型案例

LO3 Energy搭建居民P2P電力交易微網

2016年4月,美國能源公司LO3 Energy與西門子數字電網以及比特幣開發公司Consensus Systems合作,建立了布魯克林微電網——基于區塊鏈系統的可交互電網平臺TransActive Grid。該項目是全球第一個基于區塊鏈技術的能源市場。這個微網項目實現了社區間居民的P2P電力交易,允許用戶通過智能電表實時獲得發電量、用電量等相關數據,并通過區塊鏈向他人購買或銷售電力能源。用戶不需要公共的電力公司或中央電網就能完成電力能源交易。用戶通過手機APP在自家智能電表區塊鏈節點上發布相應智能合約,基于合約規則,通過西門子提供的電網設備控制相應的鏈路連接,實現能源交易和能源供給。為了提高整個系統的效率,該平臺不僅要對生成的和存儲的能量進行管理,而且還要處理消費者的靈活性選擇。LO3 Energy之前與Green Mountain Power合作,為美國推出了第一個面向客戶的商業化本地能源市場。但對于大多數美國人而言,跨P2P網絡進行電子交易的能力似乎仍然遙遙無期。即使交易生成,也僅限于極小規模,現實中的管理困難以及回報率低的問題仍舊難以解決。

2.能源大宗商品交易

能源產品交易可以作為信息打包成為區塊,區塊內的電力、油氣交易基于共同市場機制完成。數字化貫穿整個能源價值鏈,越來越多大型能源公司和大宗商品交易商紛紛進軍區塊鏈領域。以石油交易為例,傳統模式存在流程長、節點多、周期久、風險高、設計實體多、占用資金多等不足。石油交易長期以來主要通過生產商、供應商、承包商、分包商、煉油商和零售商進行,追蹤原油的實時轉移基本無法實現。引入區塊鏈技術可以按照預先設置的觸發條件自動執行買賣條款,推進電子文件、智能合同和認證轉讓,不僅能夠幫助企業實現前所未有的效率,同時降低交易成本和風險。

典型案例

VAKT能源貿易

2017年,BP、殼牌和挪威國家石油公司(Equinor)等大型石油公司與大型銀行和貿易公司聯合推出一個基于區塊鏈的能源大宗商品交易平臺VAKT。該平臺打破了油氣公司和大宗商品交易商長久以來的“紙質”交易模式,進而轉向更透明、更便捷、更便宜的“電子”模式。美國第二大石油公司雪佛龍、法國石油巨頭道達爾以及印度信實工業集團于2019年加入VAKT平臺。這是VAKT自2018年11月底投入使用以來迎來的首批客戶,也是引入的新一批戰略投資股東。VAKT通過有效利用區塊鏈技術優勢,能夠簡化傳統對賬業務流程,消除紙質文件,繼而提高整個貿易生命周期效率,并創造更多全新的貿易融資機會。據了解,VAKT一旦全面投入運營,可能會在貿易解決方案中削減高達40%的成本。

3.批發能源市場交易

批發能源市場交易的流程中采用的一般是孤立的IT系統和低效的通信,幾乎都依賴于手動操作,在交易所和經紀商、定價機構之間存在高昂的交易成本。針對批發能源交易市場,利用區塊鏈及智能合約技術,可以保證資金安全,降低違約率。例如,通過貿易商之間部署的共享賬本做出調整,直接在區塊鏈上記錄交易信息,使對方驗證。這種模式使交易員無需各自存儲數據,而是共享安全的媒介,保證儲存的信息透明、精確、已驗證。這個交易系統可以提高交易效率,減少人工錯誤。

典型案例

BTL:解決核心問題

2015年成立的BTL(Blockchain Technology Limited)起初活躍于金融服務業,與Visa合作完善跨境結算,之后進入能源行業。在批發能源交易中,BTL發現交易確認和核對是可以首先用區塊鏈解決的問題。貿易商之間部署共享賬本,大多數交易后的通信是手動進行的,即對方通過郵件和傳真驗證和核對數據的不符點。BTL則提議采用貿易商之間部署的共享賬本來調整,在區塊鏈上記錄交易信息。這個系統讓交易員不再各自存儲數據,而是共享安全的媒介,其中存儲的信息做到透明、精確化、驗證過,可以加速工作流程,降低人為錯誤的可能性。各雙邊關系配備區塊鏈。批發能源交易中還存在隱私性和擴容性的問題。為解決這個問題,BTL開發了私有區塊鏈平臺Interbit,而不是依賴如以太坊的其他已有區塊鏈目錄。其構思是為每個雙邊關系配備一個區塊鏈,所有的區塊鏈連接到一個通用的區塊鏈目錄上。BTL沒有走傳統的風投路線,而是于2015年11月在TSX Venture Exchange交易所上市(TSXV:BTL)。通過與Wien Energy、BP等領先的能源公司合作,BTL進行了12周的試點項目,重點是歐洲天然氣市場的交易核對問題。通過這個創收的項目試點,BTL意在獲得Interbit基礎設施執照,擴展到下游應用,比如交易計劃、發票、監管報告和現金結算,滿足個人客戶的需要。

(二)電動汽車充賣電服務

在綠色、低碳、節能交通的背景下,越來越多的購車消費者選擇電動汽車。但目前在電動汽車的即時充電應用場景中,面臨著多家充電公司支付協議復雜、支付方式不統一、充電樁相對稀缺、充電費用計量不精準等問題。區塊鏈在解決這些問題上提供了技術方案。將其用于充電站運營平臺,有利于改善電動汽車充電的不便之處,對充電基礎設施進行有效管理,強化安保系統,促進共享電池和共享能量的共同作用。一方面,利用區塊鏈的去中心化和不可篡改屬性確保了電動汽車充賣電交易安全,保護交易雙方的利益;另一方面,通過區塊鏈對交易的記錄為監管部門進行管理提供了便利,增加了數據的可信度。

典型案例

德國Innogy共享充電樁

德國能源巨頭Innogy和物聯網平臺企業Slock.it合作推出基于區塊鏈的電動汽車P2P充電項目。該區塊鏈的組成節點包括多個運營商運營的充電樁、交易平臺、運營商節點和充電車輛。用戶無需與電力公司簽訂任何供電合同,只需在智能手機上安裝Share&Charge APP,并完成用戶驗證,即可在Innogy廣布歐洲的充電樁上進行充電,電價由后臺程序自動根據當時與當地的電網負荷情況實時確定。由于采用了區塊鏈技術,整個充電和電價優化過程是完全可追溯和可查詢的,因此極大地降低了信任成本。需要充電時,從APP中找到附近可用的充電站,按照智能合約中的價格付款給充電站主人。不過,這種收費方式目前還沒有得到普及,即使在德國,以太坊錢包只是一部分人的選擇。

(三)智能服務

區塊鏈開放且安全的特性以及智能合約的應用可以幫助能源企業提升現有業務的智能化程度,開發更多智能化增值服務。能源企業可以結合智能電表、智能燃氣表等IOT設備管理用戶能源使用和付費,或提供更安全的電池存儲管理、電動車充電等增值服務,也可以將智能合約應用到能源批發領域以降低交易風險和管理成本。以區塊鏈+智能電表為例,區塊鏈與智能電表結合可以幫助電力公司將用戶的能源使用與銷售情況作為交易信息記錄在區塊中,從而保證用電與售電數據的真實性與準確性。利用區塊鏈技術,發電量和用電量將通過智能電表計量,交易業務和支付業務將通過智能合同的控制以數字貨幣的形式實現。如此一來,電力公司或代理商將無需參與其中。

(四)能源資產記賬與溯源

1.供應鏈管理

區塊鏈技術的溯源應用除了具有防偽查詢和消費者反饋的基礎功能,還可獲取品牌、產地、賣點介紹等產品信息,企業資質、安全認證等企業信息,進口登記證、入境貨物檢驗檢疫證明、海關報關單等追溯信息。能源企業供應鏈相對復雜,傳統模式下,不同企業各自保存涉及己方的物資流、資金流、信息流等數據,缺乏透明度,各方都無法實現對于整個供應鏈的有效管理。一旦出現冒領或錯領貨品、貨品假冒或不合格等情況,進行查證和處理的難度較大。而區塊鏈提供了更加安全和可信的交易解決方案,能夠幫助能源企業降低貿易參與方的核驗成本,降低交易復雜性和交易成本,促進多方的快速交易,提升供應鏈的效率。區塊鏈平臺在鏈接商品所有權和轉移關系的同時,還有效鏈接間接發生關聯的上下游企業,使能源企業供應鏈生態系統更加完善。

2.綠證核發與追蹤

“綠證”(Renewable Energy Credit,REC)是一種專門針對綠色、可再生能源提升環境水平的證明,用以衡量發電企業是否滿足可再生能源組合標準(Renewable Portfolio Standard,RPS)。在西方,該信用由各個國家的標準委員會頒發。2017年1月,《關于試行可再生能源綠色電力證書核發及自愿認購交易制度的通知》發布,標志著我國綠色電力證書制度試行。綠證的購買方,實際上是獲得了聲明權,即宣稱使用了綠色能源。綠證完成了項目信息的標準化,資格權屬確認功能,但對資產的數據價值增值以及未來資產權屬的分配和劃撥過程中,提供風險增信未起到作用。要真正實現新能源資產數字化流通,就必須對數據的真實性、可靠性在不同節點上和依賴不同主體對其賦能。綠色證書可以通過基于區塊鏈智能合約的綠色證書交易平臺自動進行交易并進行記錄。區塊鏈技術可以驗證該信用額的真實性,通過驗證在能源生產源頭提供的實時數據,區塊鏈幫助能源效用公司創建一個真實的追蹤鏈條,以顯示可再生能源“從哪里來”“到哪里去”和“在哪里用”。該信用額還可以在不同發電主體之間交換,衍生出經濟價值。

典型案例

Iberdrola利用區塊鏈跟蹤可再生能源

西班牙可再生能源巨頭Iberdrola正在利用區塊鏈技術追蹤可再生能源,第一次試驗項目是與Kutxa銀行合作完成的,測試很成功。在試點期間,Iberdrola的技術平臺監控了可再生能源從兩個風電廠和一家發電廠輸送到位于巴斯克地區和南部城市科爾多瓦的銀行辦公室的過程。該公司使用了能源網絡基金會的一個開源區塊鏈平臺,旨在在試點項目中滿足能源部門的監管、運營和市場需求。Iberdrola認為區塊鏈能對能源產地證書的簽發流程作出貢獻,該證書能夠使客戶了解所使用能源的來源。這一去中心化的解決方案無需中間商,可以幫助能源產業增加透明度,同時削減運營開支。上面提到的試點可以改進石化產品的認證過程,提高產品的安全認證質量,此舉每年可節省高達40萬歐元的成本。

(五)能源金融產品創新

1.能源市場交易代幣化

區塊鏈中代幣的產生衍生出一種新的融資形式——數字貨幣的首次公開募集(Initial Coin Offering,ICO)。在能源行業,代幣的產生通常與新能源有關,例如,通過可再生能源產生1千瓦時電,就可以在可再生能源區塊鏈平臺中獲得一定數額的代幣資產。平臺通過ICO的形式吸收資金,從而用市場的手段鼓勵更多可再生能源接入到該平臺中。通過綠色ICO概念與金融產品相結合,為能源創新,特別是為可再生能源市場帶來革命性的變化。

Power ledger是一家區塊鏈能源市場提供商,P2P能源交易平臺。平臺通過可交易和無成本的能量交易代幣SparkZ,支持不斷擴大的能源應用生態系統。這個系統在電能的生產者和使用者之間建立了直接的聯系,他們可以直接進行交易,而不是通過一個充當中介的電力公司。該公司在初始代幣發行期間募集了3400萬美元,并獲得了澳大利亞政府800萬美元的資金支持。

典型案例

WePower:基于區塊鏈的綠色能源交易平臺

Wepower是一個綠色能源拍賣平臺,該平臺允許可再生能源生產商發行自己的能源代幣籌集資金,其中0.9%分配給WePower的代幣持有者。在這個平臺上代幣持有者有好多好處,一方面代幣持有者可以優先訪問WePower平臺上的新能源代幣銷售拍賣,另一方面擁有的WePower代幣越多,獲得的能源分配就越多。在生產商建成能源廠之后,代幣持有者可以使用這些代幣量的能源,也可以重新投入平臺進行再投資。WePower解決了當前可再生能源開發商的資金獲得問題,并直接為最終消費者、任何類型的投資者和能源市場創造者提供對有利可圖項目的投資。這是通過區塊鏈上的智能合約以快速透明的方式完成的。此外,WePower與能源基礎設施和能源交易市場相連接,以便記錄區塊鏈數據,如果平臺上沒有足夠的需求,可以將能源交易和能源銷售直接推向市場?;谶@種模式可以準確記錄生產能源的類型,推進綠色能源在市場的流動并提升透明度,從而減少排放到大氣中的二氧化碳造成的污染。在Wepower存在的國家中,可再生能源成本已經低于傳統能源,Wepower為全球發展可再生能源提供了可持續發展的經濟激勵路徑。

2.供應鏈金融

供應鏈金融業務所有參與方(包括供貨商、進貨商、銀行)都能使用一個去中心化的賬本分享文件并在達到預定的時間和結果時自動進行支付,極大提高效率并減少人工交易可能造成的失誤,從而在整個供應鏈條上形成一個完整且流暢的信息流,提升供應鏈管理的整體效率。根據麥肯錫的測算,在全球范圍內區塊鏈技術在供應鏈金融業務中的應用,能幫助銀行和貿易融資企業大幅降低成本,其中銀行一年能縮減運營成本約135億~150億美元、風險成本約11億~16億美元;買賣雙方企業一年能降低資金成本約11億~13億美元、運營成本約16億~21億美元。隨著能源大數據、云計算、區塊鏈、人工智能、物聯網、5G通訊等關鍵技術突破帶來的多重驅動,傳統能源供應鏈管理的效率將進一步提升,供應鏈金融也將實現高效能發展。業內表示,未來五年,供應鏈金融在能源產業融資占比將超過20%。

在能源領域,供應鏈金融可以為產業鏈上下游企業提供金融服務,同時有助于緩解上下游企業融資難的問題。目前,已經有一部分前沿金融機構和科技金融公司進入能源供應鏈進行產業布局,通過與物流公司、港口碼頭、地方交易中心等實體企業合作,嘗試供應鏈金融新模式,為整個行業的發展注入了資金活水。能源供應鏈金融生態圈也逐步開始集聚。上海煤炭交易所作為智慧能源供應鏈的領軍者,通過與各地方交易中心、港口物流樞紐、愛建信托、理業金服供應鏈等單位合作,共同構建了“煤貿金鏈”能源區塊鏈聯盟鏈。圍繞能源供應鏈建立了完整的供應鏈金融產品和服務體系,為煤炭貿易上下游生產企業、貿易商提供了更多、更便捷的融資渠道。平臺通過ICO的形式吸收資金,從而用市場的手段鼓勵更多可再生能源接入到該平臺中。通過綠色ICO概念與金融產品相結合,為能源創新,特別是為可再生能源市場帶來革命性的變化。

(六)能源系統運行安全

區塊鏈技術在網絡與運營安全方面意義重大。隨著物聯網技術的發展,全球能源企業正在加大能源資產與信息技術的結合力度,越來越多的數據收集、處理和傳輸設備被安裝,服務于企業的信息化管理和控制系統。中心化的數據管理方式應對外部攻擊抵抗力較為脆弱,一旦系統被攻破,會對社會的用電、用能安全造成極大的威脅,對國家安全也會造成不可忽視的影響。而這些問題可以利用區塊鏈不可篡改的特性,用于監控管網等基礎設施調控、運行系統的完整性,在系統出現安全隱患時自動發布警告,避免人為失誤,更好地保障基礎設施的安全。

如國家電網區塊鏈技術應用十大場景中的安全生產場景,該應用通過對安全監督、網絡安全等設備信息、防御信息、告警機制的融合上鏈存證,鏈端檢測可實現對作業網的全狀態診斷,確保了安全事件可監測、可追溯。在網絡安全防護領域,國網電商公司將網絡安全設備、安全系統的數百萬條日志數據上鏈存證,打造了系統告警機制。當日志數據被篡改時,系統立即告警,降低了潛在安全風險和隱患。

四、存在的問題與挑戰

雖然能源區塊鏈的發展情景樂觀,但要想實現規?;l展還需要克服一些監管和技術難題。由于該技術還有待完善,有關規?;桶踩詥栴}需要各相關方做進一步討論。

(一)技術挑戰

區塊鏈技術的出現和應用到目前為止經歷了10年左右的時間,但從技術上講,當前區塊鏈在計算效率方面難以滿足能源系統產銷實時性的要求,并且區塊鏈的計算和響應能力也存在相應的限制。以區塊鏈成果的應用比特幣來講,其系統吞吐量小,延遲高,并且區塊存儲容量低。這對于處理數據量巨大的能源行業來說,存在著相應的技術瓶頸與實際應用限制。未來區塊鏈系統需要在吞吐量方面進行優化,包括在減少區塊生成時間和區塊確認時間等方面開展相關研究。

另一方面,與金融等區塊鏈技術應用的熱門領域相比,能源領域區塊鏈技術的應用仍然相對較少、不夠成熟。由于區塊鏈技術新穎,能源領域應用規模小且分散,人們對區塊鏈技術在能源行業應用的理解較為碎片化,缺乏整體認知。多數電網運營商對數字化技術的部署和應用的理解尚待提升,對涉及區塊鏈和去中心化技術等更復雜系統的理解有限。

(二)信息安全問題

雖然區塊鏈技術大大提升了數據篡改的難度,但依然存在遭受網絡攻擊等隱患。區塊鏈技術中,允許節點在區塊中加入自定義信息。若附加信息中包含惡意代碼,將會對整個區塊鏈網絡產生影響。另外,區塊鏈中的每個節點都會有一份完整的賬本,對所有用戶都公開透明,敏感信息容易被泄露。2017年多重簽名的以太坊錢包Parity宣布了一個重大漏洞,這個漏洞會使多重簽名的智能合約無法使用,該漏洞導致價值1.5億美元的以太坊資金被凍結。無獨有偶,2018年2月,新加坡國立大學、新加坡耶魯大學學院和倫敦大學學院的一組研究人員發布一份報告聲稱,他們運用分析工具Maian分析了近100萬個基于以太坊的智能合約,發現其中34200個合約含有安全漏洞,黑客有可能會利用這些漏洞竊取以太幣或是凍結資產、刪除合約。

(三)監管挑戰

如果基于區塊鏈相關技術開展分布式交易的探索,勢必為市場角色帶來轉變,這一變化在管控層面尤為明顯。所有的能源消費者都必須自行管理支出平衡,而不是進行集中式管理。同時計量運營商也不需要自己去做數據收集,因為所有的交易數據將自動記錄在區塊鏈當中。區塊鏈作為一個去中心化的記賬系統,篡改數據難度大與高度的隱私保護是其重要特點。但由于基于區塊鏈的應用需要在法律框架中運行,因此司法機關及其他職能機關需要有相應的監管機制。鑒于區塊鏈的設計初衷是構建一個完全去中心化的網絡,因此并沒有設計這樣的監管機制。此外區塊鏈自身的匿名性在保護用戶隱私的同時也使得監管更加困難。

(四)專業人才缺乏

區塊鏈技術是包含了數據庫技術、密碼學技術、P2P技術、數字認證等多學科融合的技術體系。在能源互聯網中應用時,首先,區塊鏈技術需要進一步結合能源互聯網的相關業務模式。其次,還需要進一步結合金融交易相關知識。區塊鏈是新興的計算機技術,將區塊鏈技術應用到實際中,需要大量對編程、計算機科學和區塊鏈概念有深入了解的專業人員。同時,區塊鏈技術還很新穎,人才市場上缺乏相應的專業人士開展對區塊鏈技術的研究。因此,對于希望利用區塊鏈技術的能源行業來說,專業的區塊鏈團隊應用開發人員十分缺乏。復合型人才的缺失是區塊鏈技術在能源互聯網中進一步推廣的一大瓶頸。

五、思考與建議

從實踐進展來看,區塊鏈技術在商業中的應用還處于布局、試點和測試早期發展階段:一方面能源領域對于區塊鏈技術本身的認識滯后于金融等其他領域,另一方面大部分應用項目規模較小,且多數屬于實驗性質,很多應用場景和技術問題仍處在摸索階段?,F階段探索區塊鏈技術在能源電力領域的發展途徑,還需在能源區塊鏈探索應用、標準建設、監管體系、盈利等方面進一步發展和完善。

(一)實現區塊鏈和傳統產業實體經濟的深度融合

區塊鏈技術最主要的作用應該回歸實體經濟,真正幫助實體經濟縮減交易成本,提高效率的同時營造可信的商業環境。目前,IBM融資公司與4000多位合作伙伴每年結算現金440億美元,處理發票290萬筆,通過區塊鏈技術每年可節省流動資金1億美金。如果區塊鏈能和實體經濟結合,尤其是與油氣這樣重要的實體經濟行業實現深度融合,將極大推動傳統產業升級,提升社會運行效率。需要注意的是,推動區塊鏈與實體經濟深度融合的同時,要避免出現“一哄而上”的現象,注意防范因為區塊鏈應用可能引發的對傳統機構管理、商業運營等模式的沖擊,以及操作陷阱、技術壟斷等潛在風險。

(二)找準應用場景,推動示范落地

區塊鏈技術不僅是基于技術的創新,還是科學、技術、場景的三螺旋運算,這個行業分為搞技術的平臺方和搞應用的場景方,平臺方是加強底層基礎設施在性能、靈活性和安全性等方面的能力建設,技術上沒有太多創新的地方,百萬級投資就可以搭建平臺。而應用和場景的價值最大,能源電力行業在推動區塊鏈技術發展的同時,要認真研究究竟哪些行業問題和痛點適合由區塊鏈技術優先解決,攻克核心應用場景,做出總體排序。然后把區塊鏈服務平臺化,集中力量做實項目,從而加速定制化的區塊鏈應用落地生根。

(三)加強區塊鏈技術的基礎研究和應用基礎研究

與金融等區塊鏈技術應用的熱門領域相比,能源領域區塊鏈技術的應用仍然相對較少。從已經報道的相關新聞內容來看,能源領域目前的100多個區塊鏈使用案例中多數實踐仍處于能源價值鏈的早期階段,主要是在微電網、小規模多余能源管理、P2P能源交易領域、電動汽車充電及支付等方面。而能源領域最具應用潛力的電網優化運行、能源交易代理、能源互動與轉換、能源應用管理、能源安全等方面的應用還未看到實質性進展。國家層面應鼓勵大型能源企業密切跟蹤區塊鏈技術的發展趨勢,加強行業內外協作攻關,強化能源區塊鏈基礎研究,明確其作用方向和技術機理,解決現有技術應用存在的問題,為區塊鏈應用發展提供安全可控的技術支撐。

(四)發揮大企業資源優勢,鼓勵開展先行先試

能源領域區塊鏈技術的發展離不開企業創新主體發揮作用,特別是能源行業中的大企業。由于能源領域的中心化特征比較明顯,且業務流程復雜繁瑣,所以行業內處于重要地位的大企業會對可能具有顛覆性的前沿技術小心翼翼。從國際經驗來看,區塊鏈技術在能源領域的應用離不開大企業的先行先試,能源大企業應積極與區塊鏈技術的初創企業合作,比如成立實驗室為業內小企業搭建平臺,通過行業區塊鏈聯盟、行業基金會等形式共同推進相關項目的實驗和落地。此外,大型能源企業應積極開展能源區塊鏈技術的技術創新,及早推進相關技術應用項目的落地實施,以區塊鏈技術在能源領域中的一個業務環節應用為切入點,從小做起,以小博大,形成更多的成功用例,構建和諧穩定的企業應用生態?!?/p>

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