2019年10月25日，習近平總書記強調(diào)了區(qū)塊鏈技術(shù)在新的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)變革中的重要性，提出要推動區(qū)塊鏈在信息基礎(chǔ)設(shè)施、智慧交通、能源電力等領(lǐng)域的應用， “區(qū)塊鏈”這一概念隨之廣受關(guān)注，它在能源領(lǐng)域的應用也備受期待。能源區(qū)塊鏈到底是個什么東西？是新的發(fā)展機遇還是空中樓閣？本文嘗試對能源區(qū)塊鏈的技術(shù)概念，以及它在分布式能源交易領(lǐng)域的應用潛力和存在問題做一個探討。
01、能源區(qū)塊鏈是個什么東西？
簡單地說，能源區(qū)塊鏈是利用去中心化的分布式賬本來實現(xiàn)電能交易（特別是分布式能源交易）的一種技術(shù)。什么意思呢？我們舉個售電市場的例子來說明，假設(shè)A家的屋頂有一塊太陽能電池板，某天10:00-11:00時段A賣了50kWh電給用戶B。這個交易過程有兩個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)：
（1） 訂立交易合同
假設(shè)A預測明天10:00-11:00他家的太陽能電池板能發(fā)50kWh余電，于是A在市場上找到買家B，雙方約定A在明天10:00-11:00以0.5元/kWh的價格把50kWh電賣給B，并同時約定相關(guān)的違約條款。這個約定就是一個交易合同。為什么需要合同呢？因為電能的生產(chǎn)和消費是瞬時完成的，而買賣雙方詢價、議價、達成交易協(xié)議的過程則需要時間，所以電能交易并不是“即時成交，貨款兩清”的，而是交易協(xié)議必須在能量的實際交割之前達成。
（2） 交易結(jié)算
到了10:00-11:00，發(fā)生實際的電能生產(chǎn)和消費，智能電表會測量A實際發(fā)了多少電，B實際用了多少電，數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)被記錄下來。交易系統(tǒng)根據(jù)實際成交的電量和合同中相關(guān)的條款來確定B最終應付給A多少錢，記錄這條交易信息，并使A和B的賬戶發(fā)生相應的入賬出賬，至此交易完成。
可以看到，要使得交易順利進行，有兩點必須要得到保證：
1）交易必須被真實地記錄下來，不能被篡改，因為如果任何一個環(huán)節(jié)被篡改，都會給交易方帶來損失或者有人非法獲利；
2）必須保證交易結(jié)算按照合同執(zhí)行。
為了保證這兩點，現(xiàn)在普遍采用中心化集中式的交易方式，也就是說找一個具有公信力的第三方來保證記賬的真實性（不能造假）以及合同的執(zhí)行（不能賴賬）。對于電力交易來說，這個第三方目前主要就是各級電力交易中心。
中心化集中式的交易方式有什么問題呢？我們經(jīng)常會看到的說法是中心化交易不夠安全、不夠透明、交易費用高等等。其實對于分布式能源來說，最大的問題是難以找到第三方。一方面，分布式能源容量太小，不能進入省市級的電力交易中心。另一方面，分布式能源的交易范圍往往限于局部地區(qū)，所以非常適合建立小的局部的電力市場，例如一個社區(qū)內(nèi)部的本地電力市場，這樣我家多余的太陽能發(fā)電能賣給隔壁老王。但是由于分布式電源容量小，本身利益空間就不大，所以很難找到第三方的生存空間。沒有第三方，那交易就很難進行，因為我不知道老王會不會用了我的電之后不給我錢。這就是分布式能源交易目前面臨的尷尬局面：你想找個大的第三方，人家看不上你；想找個小的第三方，因為利潤太小，又沒有人愿意干。
這時，基于區(qū)塊鏈的去中心化交易模式提供了一種可能的解決方案。在區(qū)塊鏈的方案里，我們剛才說到的交易過程所需要保證的兩個要點是這樣解決的：
1）通過公開的分布式賬本來保證交易記錄的真實性和透明性。
在區(qū)塊鏈的技術(shù)架構(gòu)里，合同和交易記錄并不存儲在第三方那里，而是以區(qū)塊鏈（blockchain）的形式存儲在網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點上。當A和B發(fā)生交易時，合同與交易記錄會向全網(wǎng)廣播，接著找一個節(jié)點來記賬，將賬本的這一頁信息打包成一個區(qū)塊（block）發(fā)給全網(wǎng)，全網(wǎng)驗證無誤后，所有節(jié)點把這個區(qū)塊加到本地存儲的區(qū)塊鏈后面（也就是每個節(jié)點都把合同和交易記錄記入本地的數(shù)據(jù)庫）。
由于全網(wǎng)有多個節(jié)點參與記賬，因而交易記錄很難造假。同時區(qū)塊鏈采用一種叫Merkle Root的數(shù)據(jù)處理算法，保證任何一個節(jié)點上某條交易記錄被改動時，該節(jié)點上的整條區(qū)塊鏈都會失效，因而要篡改信息也就變得相對困難。由于賬本是公開的，每個人都可以查看交易記錄，因而具有更高的透明度。
區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存儲形式
（注意：不是節(jié)點之間以鏈狀連接，而是數(shù)據(jù)以鏈狀結(jié)構(gòu)存儲在每個節(jié)點上）
2）交易合同和交易結(jié)算通過智能合約（Smart Contract）來自動化執(zhí)行。
所謂智能合約，就是一種用計算機語言取代法律語言去記錄條款的合約。傳統(tǒng)的合同是拿白紙黑字寫下來，那智能合約就是傳統(tǒng)合約的數(shù)字化版本，所謂“智能”是指這個合約能自動執(zhí)行。當A和B之間達成某種交易協(xié)議之后，協(xié)議會被自動編碼成電子合約，上傳到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上被記錄下來，不可篡改。當能量生產(chǎn)和消費完成之后，實際測量到的發(fā)電和用電數(shù)據(jù)會上傳到系統(tǒng)，觸發(fā)合約自動執(zhí)行。
由于區(qū)塊鏈具有安全透明、不可篡改、合約自動執(zhí)行能等特征，使得交易雙方無需相互信任就可以完成交易。這樣一來，交易不依賴第三方中介就可以進行了。潛在的好處是降低合約執(zhí)行和監(jiān)管的成本，特別是對于像分布式能源這樣相對低價值的交易來說，能大大地降低交易成本。
02、為什么要促進分布式能源的點對點交易？
我們在上文提到，區(qū)塊鏈能解決分布式能源交易中的第三方問題。那我們順著這個問題往源頭問，為什么要促進分布式能源的點對點自由交易？
答案是：要解決分布式能源的定價問題，而這是當前阻礙分布式能源發(fā)展的一個很大的痛點。
目前的各級電力市場（我們這里稱之為批發(fā)市場，wholesale market），小容量的發(fā)電商（distributed generator, DG）和小用戶是不能進入的，于是就有了售電商。售電商從批發(fā)電力市場和所管轄區(qū)域內(nèi)的DG那里買電，然后賣電給用戶。售電商在批發(fā)電力市場上交易的價格是實時變動的，而從DG那里買電的價格則是固定的（feed-in tariff）。
這種固定價格機制有什么問題呢？
首先，對于DG來說，這往往是很虧的。因為不能進入批發(fā)市場，批發(fā)電價高的時候的額外利潤，DG就掙不到，這部分利潤被售電商賺走了。在利潤空間被擠壓的情況下，分布式能源的發(fā)展動力自然被削弱。從國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的角度來看，這顯然是國家不愿看到的。
第二，從電力系統(tǒng)運行的角度來看，實時電價實質(zhì)上是系統(tǒng)供需關(guān)系的一種反映，它能反過來調(diào)整供需，進而促進整個系統(tǒng)資源的優(yōu)化配置。而售電側(cè)的固定電價，卻使得分布式能源不能通過動態(tài)價格信號參與全系統(tǒng)的資源配置。
那如何讓售電側(cè)的價格反映真實的供需關(guān)系呢？
一個可能的解決方案是，在配電網(wǎng)的局部區(qū)域內(nèi)（比如說一個社區(qū)）建立一個本地的能源交易平臺，用戶、DG和售電商在上面自由競價。
下面討論兩種情況：
（1）DG總出力小于本地負荷（本地電力供不應求）：DG的售電價格會上探接近于，沒能從DG那里買到電的用戶從售電商那里以的價格買電。
（2）DG總出力大于本地負荷（本地電力供大于求）：DG的售電價格會下探接近于，DG所發(fā)的多余電力以的價格賣給售電公司。
當然，這是個最簡化的模型，沒有考慮電網(wǎng)的過網(wǎng)費，此外實際的價格機制設(shè)計還需要考慮系統(tǒng)的物理約束和其他政策因素。但可以看到，通過分布式環(huán)境下的點對點自由交易，批發(fā)市場的價格自然地傳遞到了本地市場，于是分布式能源參與了全系統(tǒng)的資源配置。
03、基于區(qū)塊鏈的分布式能源交易系統(tǒng)
前面說到，區(qū)塊鏈解決了分布式能源交易“找不到第三方”的問題，但一個實際可運行起來的分布式能源交易系統(tǒng)，除了基于區(qū)塊鏈的底層交易平臺之外，還需要另外兩個組成部分：交易信息平臺和智能控制終端。
◆ 交易信息平臺
剛才說到分布式能源的定價要通過本地市場內(nèi)的自由競價來實現(xiàn)，這就需要一個可供交易者進行報價、比價的平臺。有時候我們會看到一些文章說“基于區(qū)塊鏈的能源定價機制”，這個說法是不太準確的，因為競價過程并不是在區(qū)塊鏈上實現(xiàn)的。從純技術(shù)的角度來看，一個傳統(tǒng)的中心化交易所也能實現(xiàn)點對點交易進而實現(xiàn)能源的動態(tài)定價，只不過在分布式能源交易這個場景下中心化交易成本太高，難以實現(xiàn)而已。區(qū)塊鏈技術(shù)在分布式能源交易中的作用，就是以更低的成本提供一個去信任化的場外交易所，和定價機制并沒有直接的關(guān)系。區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一個分布式的記賬系統(tǒng)，用以保證交易合同和交易結(jié)算的真實記錄和執(zhí)行。而報價議價的過程是不需要被記入賬本的，只要保證合同被真實記錄就可以，因為只有合同才是最終具有法律效力的決議。
那有的人會說，用區(qū)塊鏈來廣播報價不可以嗎？
不是不可以，而是沒有必要。區(qū)塊鏈的功能不是廣播，而是解決信任問題。每個節(jié)點上都存儲著一個賬本，隨著時間的推移，這個賬本會越來越大；每次發(fā)布交易信息，都需要全網(wǎng)節(jié)點核對一次。從存儲資源和算力資源優(yōu)化利用的角度來看，不是必須核對與記錄在案的信息就沒必要在區(qū)塊鏈上存儲。
所以更合理的做法應該是：信息上云，交易上鏈?；谠频慕灰仔畔⑵脚_為交易者提供信息發(fā)布場所，而區(qū)塊鏈負責交易信息的核對與記錄以及合同的訂立與履行。
◆智能控制終端
在分布式能源交易里，還有個重要的實際問題要解決：小型DG和用戶是沒有那么多精力和時間去參與實時電力交易的，畢竟容量小，能掙/省的錢非常有限，有這時間精力不如去干點別的，那誰來替他們做出報價和交易決策呢？這就需要在每個DG和用戶上安裝一個智能終端設(shè)備來幫他們自動完成這件事。這個智能終端應能對未來的DG出力、負荷和市場價格作出預測，據(jù)此做出使得自身利益最大化的報價和交易決策。再更進一步，如果考慮負荷側(cè)的需求響應和DG側(cè)的儲能設(shè)備，這個智能控制終端還可以負責完成對終端設(shè)備的實時控制，例如DG通過調(diào)整儲能（價高多賣電，價低少賣電）、用戶通過調(diào)整自身負荷（價高少用電，價低多用電）來實現(xiàn)更大的利益。
小結(jié)一下，一個完整的分布式能源交易過程由以下五個環(huán)節(jié)組成：
（1） 交易者對資源進行報價；
（2） 交易者做出交易決策；
（3） 簽訂合同；
（4） 交易者對自己的設(shè)備進行實時控制；
（5） 交易結(jié)算。
（1）在基于云的交易信息平臺上進行；交易者報價、（2）做出交易決策以及（4）實時設(shè)備控制由智能終端設(shè)備負責完成；（3）和（5）在區(qū)塊鏈上完成。
04、需要研究的問題
目前能源區(qū)塊鏈無論在技術(shù)還是政策層面都處于非常不成熟的階段，它從概念到落地還需要一段很長的路。以下是一些還需要研究的問題：
（1）共識機制與效率問題
區(qū)塊鏈的原型比特幣網(wǎng)絡(luò)采用的是公有鏈，即任何人都能來爭取記賬。為了確定誰能獲得記賬權(quán)，比特幣采用工作量證明機制（Proof of Work, PoW），即讓大家都來做題，誰算得最快就由誰來記賬。好處是安全性非常高，目前已經(jīng)證明在PoW機制下，要超過全網(wǎng)51%的算力才能實現(xiàn)篡改記錄；但缺點也很明顯，就是非常浪費算力資源，我們看比特幣礦池對電能的巨大消耗就知道了。所以區(qū)塊鏈要在能源領(lǐng)域落地，需要對共識機制進行重新設(shè)計，例如采用聯(lián)盟鏈的形式。聯(lián)盟鏈就是預先選定某些可信節(jié)點為候選記賬人，由預選節(jié)點根據(jù)某個共識機制（可以不采用工作量證明）共同決定誰來記賬，其他節(jié)點無權(quán)記賬，但可以參與交易和查賬。這實質(zhì)上是在效率和去中心化程度之間做了折中，此外安全性也會打折扣。如何設(shè)計兼顧效率和信任度、安全性的共識機制，是能源區(qū)塊鏈落地需要研究的一個重要問題。
（2）數(shù)據(jù)銜接過程中的信任問題
區(qū)塊鏈是個很封閉的系統(tǒng)，它的信任只能對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)保證，而從物理數(shù)據(jù)（電表數(shù)據(jù)）到區(qū)塊鏈、從區(qū)塊鏈到賬戶數(shù)據(jù)（銀行扣款）這些過程，并不能保證不存在欺詐。數(shù)據(jù)銜接過程中的信任問題，還需要進一步研究。
（3）市場與政策機制
能源區(qū)塊鏈的落地是一個系統(tǒng)工程，除了技術(shù)方面的完善，還需要配套相關(guān)的市場與政策機制。分布式能源交易市場的設(shè)計、能源交易系統(tǒng)的檢測與牌照發(fā)放等相關(guān)的政策機制，也是決定區(qū)塊鏈與能源的結(jié)合能否實現(xiàn)需要研究的重要問題。
總結(jié)
區(qū)塊鏈作為一種分布式記賬技術(shù)，可以解決數(shù)字交易中的共識信任問題，有望成為實現(xiàn)分布式能源大規(guī)模點對點交易的支撐技術(shù)，進而解決分布式能源的動態(tài)定價問題，促進新能源的發(fā)展和系統(tǒng)的資源優(yōu)化配置。
在分布式能源交易系統(tǒng)中，基于云的交易信息平臺為交易者提供信息發(fā)布場所，基于區(qū)塊鏈的底層交易平臺負責交易信息的記錄與合同的履行，智能控制終端實現(xiàn)對終端設(shè)備的自動控制。
能源區(qū)塊鏈的落地，需要在技術(shù)層面對區(qū)塊鏈的共識機制、數(shù)據(jù)銜接等問題，以及在市場與政策機制方面加強研究。
