区块链在能源电力行业应用探索与展望

王 栋  国网区块链科技(北京)有限公司

　　由于存在系统易被攻击、数据易被篡改等技术瓶颈，能源互联网建设难以实现多主体融通发展。被誉为“信任机器”的区块链以其分布式存储、防篡改、可追溯、多节点共享的技术特性对于能源互联网建设有重要推动作用，其技术优势在能源电力行业有着巨大潜在应用价值。

　　2019年10月24日，习近平总书记在主持中共中央政治局第十八次集体学习时强调，要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口。这开启了我国区块链行业发展新纪元。一年来，区块链技术在能源电力行业的研究应用取得诸多新进展。本文将从能源区块链平台建设、区块链在能源电力行业的应用、能源区块链面临的挑战及其发展前景进行分析，供参考。

一、能源区块链平台建设

　　能源区块链平台是以区块链为底层基础技术，深度融合大数据、人工智能等新一代信息技术而打造的适应能源互联网建设，面向能源行业的公共服务平台。

　　(一)能源区块链平台系统架构

　　能源区块链平台以联盟链架构为基础，采用“主、侧、从”多链混合模式(见图1)，构建覆盖电力、石油、天然气等各类能源业务应用的区块链公共服务平台，为能源行业跨地域、跨企业的多方协同与信任传导提供支撑。

图1 能源区块链平台多链混合架构模式图

　　“主、侧、从”多链混合架构模式能够适应体量大、业务杂、数据并发率高的能源行业，并且具有良好的节点扩展性与可靠性。其中，主链覆盖能源领域各企业，提供基于区块链的跨企业数据交互和共享服务;侧链向能源领域某一行业进行延伸，覆盖行业内相关企业，支撑主链更广范围覆盖、更全面数据交互应用;从链则以实际业务应用需求为导向，进行应用扩展，支撑主、从链实现应用的全覆盖。

　　基于“主、侧、从”多链混合的架构模式，国家电网公司建设的国内最大能源区块链公共服务平台——“国网链”已实现在25个业务场景的落地应用，上链数据超1亿条，应用成效显著。

　　(二)能源区块链平台公共服务

　　能源区块链平台可为能源产业链上下游企业提供身份认证、存证溯源、合同管理、交易撮合、可信接入、数据共享等服务，实现能源行业要素的有效共享，推动能源互联网数字化升级。

　　1.身份认证服务：针对传统认证技术的密钥管理、验证烦琐、成本过高等问题，发挥区块链多节点共享技术优势，实现多主体间业务数据和信息的有效共享，可有力优化能源业务流程，提升多元主体间灵活、可信、高效的协同互动。

　　2.存证溯源服务：基于区块链的数据存证溯源服务是一种全新的分布式基础架构与计算范式，针对能源产业链产品、用户、企业的多链条、多主体现象，融合块链式数据结构、密码学、智能合约技术，通过对各环节数字信息动态存证，实现可信溯源。

　　3.合同管理服务：结合区块链共识机制和智能合约技术，为能源交易业务提供身份识别、策略管理、智能合约、存证服务，实现电子合同从发起、签署、归档到存证的全流程管理。

　　4.交易撮合服务：采用可编程的智能合约技术，通过数字签名、共识机制、非对称加密算法等关键技术实现交易安全性、公开透明性和数据可靠性，有助于可再生能源供能服务商出售电能的利益最大化和用户购买电能的成本最小化。

　　5.可信接入服务：面对能源行业多样性终端和多元化业务接入需求，结合5G、物联网标识、人工智能技术，研制支撑区块链的可信接入终端装置，以适应多样业务终端接入方式、业务安全隔离、支撑业务数据可信标识、认证和验证的数据可信接入等能力要求。

　　6.数据共享服务：针对能源企业之间存在的集中部署访问受限、标识不唯一、易被窃取或篡改等问题，借助区块链技术分布式存储、防篡改、可追溯技术设计去中心化数据共享协议模块，从数据的筛选、存储、传递、下载进行全流程的数据追溯防护，构建数据安全可信网络，实现数据共享。

图2 能源区块链公共服务框架

二、区块链在能源电力行业的应用场景分析

　　随着我国能源互联网建设的持续推进，能源电力交易主体数量庞大且趋向多元化，市场化交易电量也大幅增长，本节将进行区块链技术在分布式电力交易、可再生能源电力消纳、安全生产、电费结算和透明化调度管理五方面应用的探讨。

　　(一)基于区块链的分布式电力交易

　　随着可再生能源大规模发展，具有参与者众多、单笔交易量小等特点的分布式电力交易模式逐步成为一种发展趋势，但分布式电力交易存在用户信息不透明、发输用三方利益不对等、交易手续烦琐影响用户参与意愿等难题。

　　基于区块链的分布式电力交易总体思路如图3所示，融合区块链共识机制、智能合约和非对称加密算法等先进技术，将关键数据上链存证，可实现对用户身份的核验，交易合同经买卖双方、电网企业三方签名后生效，智能合约交易执行费用自动结算，从而提升执行效率，降低执行成本。同时，分布式能源交易市场中有许多节点参与竞争交易，基于区块链的分布式能源交易网络中每个节点处于平等地位，为防止恶意节点或不积极节点，可设置信誉值列表，保证分布式电力交易系统正常运转。

图3 基于区块链的分布式电力交易总体思路

　　(二)可再生能源电力消纳

　　国家提出的可再生能源电力消纳保障机制，旨在通过设定可再生能源电力消纳责任权重指标，引导各类市场主体公平承担可再生能源电力消纳责任，提升各省本地消纳能力，形成可再生能源电力消费引领的长效发展机制，引导用户侧绿色用能。

　　基于区块链的可再生能源电力消纳解决思路如图4所示，通过将消纳责任权重计算公式、消纳责任权重、凭证等信息上链，可有效保证数据的真实性、不可篡改，使各市场主体积极主动承担自身消纳责任。消纳凭证的发行和交易通过智能合约自动执行，降低了交易中心的人工成本，可提升可再生能源消纳水平。全程溯源、点对点网络交易增加凭证的权威性，同时还可防止虚假交易和重复交易，促进可再生能源消纳。

图4 基于区块链的可再生能源电力消纳解决思路

　　(三)基于区块链的安全生产

　　目前在电力的发、输、变、配、用等各环节依然存在着各环节数据共享不足、电网应急处置能力不足、电网安全生产管控能力不足等影响电网安全生产的技术难题。

　　基于区块链的电网安全生产系统应用借助分布式存储方式构建多专业协同评价的穿透式管控机制，依托多系统信息记录进行交叉印证，实现对电网运行全过程的定量化管控，最大限度还原电网运行的真实面貌，提升多环节协同管理水平，为电网安全生产提供有力保障。

　　国网重庆市电力公司构建的电网安全运行穿透式管控体系如图5所示，当停电事件发生时系统会立即监测到，与其关联的指标都会自动变化。同时，建立的多专业横向协同机制将打破专业壁垒，使得各专业能够主动有效应对，最终实现电网安全运行水平的提升。

图5 电网安全运行穿透式管控体系

　　(四)基于区块链的电费结算

　　市场化的电费结算是能源交易的核心业务，我国的电费结算技术开始于1960年，随后被广泛应用于各行各业。目前，我国普遍采取“预购电”方式结算电费，但这种模式对分布式新能源接入等多种新场景，存在能量流、信息流不统一，交易流程长、响应不及时、合同履约难掌控、信用体系难建立等问题。

　　基于区块链的电费结算方案，通过区块链智能合约机制、分布式存储技术将电力市场的交易主体(发电企业、售电公司、电网公司、电力用户)“链”接起来，用数字化编码将清算结算规则写入区块链，进一步提高相关交易的公开透明程度，使购电、零售和服务等结算过程更可信、更可控，形成以满足用户为代表的市场主体个性化结算服务模式。