能源互联网中的区块链技术

       比特币系统的底层核心技术--区块链，作为一种去中心化(开放式、扁平化、平等性，不具备强制性的中心控制的系统结构)数据库技术，近年来开始进入人们的视野。能源互联网作为多种能源融合、信息物理融合、多元市场融合的“互联网+”智慧能源产物，也受到学术界和工业界的广泛关注。“互联网+”智慧能源试图建立“一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态”，实现“设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放”。区块链技术本身就在革新传统的互联网格局与模式，以保障信任为核心促进交易、认证等多方面高效运行。同样地，区块链技术也将在能源互联网时代，促进多形式能源、各参与主体的协同，促进信息与物理系统的进一步融合，实现交易的多元化和低成本化。

1、区块链技术

       区块链是由区块有序链接起来形成的一种数据结构，其中区块是指数据的集合，相关信息和记录都包括在里面，是形成区块链的基本单元。区块链特殊的数据结构组织形式，使区块链技术具有4个主要特点：去中心化、透明化、合约执行自动化、可追溯性。区块链技术的特点与能源互联网的理念在一定程度上具有相似性，参见表1。

表1区块链技术与能源互联网理念

2、区块链技术在能源互联网中的应用维度

       区块链技术核心功能就是不依靠中心或者第三方机构，保障数据的真实可信，打破信任壁垒，极大降低了业务开展需要支付的信任成本，促进业务的高效开展。区块链的技术特征与能源互联网的理念吻合，使区块链未来有潜力成为能源互联网中重要的技术解决方案之一。如图1所示，区块链技术在能源互联网中的应用可以从功能维度、对象维度和属性维度等三个方面进行归纳和分析。

图1 区块链技术在能源互联网中的应用

       在功能维度，区块链去中心化数据存储的模式与技术，使其天然地包含透明性与可追溯性，因此十分适用于对认证及交换等原先需要第三方进行组织及担保的场合。区块链在机制上能够实现可信任与自组织，因此不需要第三方机构的存在，对“互联网思维”下的未来能源系统中具有重要意义。具体而言，在能源及排放的计量认证、能量及其衍生产品的市场交易、多能源形式多主体的组织协同、能源融资等方面将发挥巨大作用。

       在对象维度，传统能源系统呈现源、网、荷界限清晰的结构，而未来能源互联网中将引入大量的储能技术，同时源、网、荷的界限逐渐模糊，在不同能源系统中的耦合性逐渐增强。源、网、荷、储的互联网化对传统的运行和交易机制都产生了极大的挑战。而区块链对等以及去中心化的特质，能够为源、网、荷、储的互联网化发展提供关键的技术支撑。

       在属性维度，区块链本质上是分布式数据库技术，数据库中存储的对象不仅可以是比特币等“价值”量，还能能够存储其他需要进行注册、认证、追溯、交易或共享的量，例如所有权、生产流程、控制信号、版权甚至健康档案。能源互联网是集成能量、信息以及价值的网络，其中信息流和物理流深度融合、双向流动，开放扁平的能源系统将孕育自由多元化的能源及其衍生产品市场，进而带来复杂多元的“价值流”，区块链能够在能量、信息以及价值三个方面支撑能源互联网的运行。

3、区块链技术在能源互联网中的典型应用

       区块链能够为碳排放权的认证和碳排放的计量提供一个智能化的系统平台，如图2所示。

图2 区块链技术在碳排放权认证方面的应用

       区块链去中心化的本质有助于解决物理信息系统中面临的部分安全问题，参见图3。

图3 区块链技术在信息物理系统安全中的应用

       区块链能够为虚拟发电资源的交易提供成本低廉、公开透明的系统平台，参见图4。

图4 区块链技术在虚拟发电资源交易方面的应用

        区块链能够为多能源系统提供一个去中心化的系统平台，参见图5。

图5 区块链技术在多能源系统协同方面的应用

4、区块链技术在能源互联网中应用的挑战

       区块链技术在能源互联网中的应用仍然存在巨大的挑战。这些挑战部分来自于区块链技术自身的局限性，部分来自于区块链与能源互联网结合的潜在制约因素。在能源互联网的应用中，区块链目前仍然存在一些内生性短板：

1）区块链的计算能力及响应速度仍然存在瓶颈；

2）异步共识网络的容错挑战；

3）智能合约的责任主体缺失问题。除区块链内生性短板，能源互联网本身的特点也使得区块链技术在能源互联网中应用面临不同方面的挑战：①区块链技术的能源互联网实践经验较少；②能源互联网垄断性对区块链信息安全性产生威胁；③能源系统内在复杂性与物理规律带来的挑战；④区块链法律与监管仍有待完善。