區塊鏈與能源互聯 網的碰撞.pdf

封面文章區塊鏈／能源區塊鏈可能成為一種跨行業應用的突破性技術，改變社會和經濟的運行方式。那么，當區塊鏈與能源互聯網碰撞后，又能激發出哪些火花劉東、童華、馬國 | 文區塊鏈與能源互聯網的碰撞54 5556 57過去一年，區塊鏈成為技術領域的一顆新星。區塊鏈相關的資本市場投資在2015年約為7500萬美元，而在2014年這一市場僅為3000萬美元1。而世界經濟論壇也預測到2017年，全球GDP的10可能會存儲在區塊鏈平臺之上2。專家們認為區塊鏈可能成為一種跨行業應用的突破性技術，改變社會和經濟的運行方式。那么，當區塊鏈與能源互聯網碰撞后，又能激發出哪些火花，幫助企業創造出哪些創新應用創新應用的基石區塊鏈四大優勢區塊鏈是一個開放、分布式的數據庫，可以在匿名的參與者間進行交易，而無需集中式監管方的介入3。區塊鏈將信任信息嵌入每一筆交易和共享數據來源中，從而大大提升了交易和信息共享的安全性和成本效率。區塊鏈的不可篡改、分布式、可審計、可追蹤等特性為我們構建了一個全新的信任體系，實現了虛擬經濟和實體經濟價值轉移，這也成為區塊鏈價值實現的基礎。此外，區塊鏈還被視為一種顛覆式創新技術平臺。它變革了數據管理方式，從集中管控轉變為分布式協同，從各組織維護自己的數據資產轉變為每個參與者都能夠訪問、維護、共享數據庫。它最小化了交易風險，提供了信任機制以及可靠而準確的審計跟蹤，提高了合同執行效率甚至可以幫助簡化業務處理流程。最終，交易和數據的管控權從第三方權威組織轉移到參與交易的各方，無論是企業還是個人。埃森哲認為區塊鏈的這些特性形成了獨一無二的優勢。第一，多方共享機制，使各合作方通過共享最新發展狀況、業務信息、其他信息及其觀點，加強各方協作和統籌安排。第二，數據統一維護，使不同參與者使用統一的數據來源，而非分散的、需要不斷驗證和校正的數據庫。第三，數據沿襲，保證了數據的完整性和可追溯性，確保各參與方可以持續更新并保持數據完整。第四，可審計，記錄每次數據更改者的明確身份信息，進行可靠準確的審計跟蹤。與能源行業的融合三種場景下的 N 種價值創新由于全球經濟發展放緩、對環境可持續發展的要求更加嚴格，能源企業的發展進入了一個瓶頸。一方面，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的需求；另一方面，以能源用戶為主導的能源變革如火如荼，企業既有系統無法管理越來越復雜的交易請求，并難以滿足監管方和能源用戶對能源供應安全和分布式能源接入的旺封面文章區塊鏈／能源盛需求，同時傳統的集中式監管和第三方的介入阻礙了能源用戶對高效率和低成本的追求。區塊鏈的特性和優勢可以幫助能源企業在安全的基礎上創新性地解決以上問題并促進能源價值鏈重塑。這些創新應用變化萬千，或許站在現在看未來，有很多應用我們都難以想象和預測。我們只能從現實展望未來，從三種場景下的區塊鏈應用，描繪能源價值創新的新機遇（見圖一）。原生場景原生場景的應用是利用區塊鏈自身的特性實現的區塊鏈原始價值。原生場景中的應用與能源行業特點關聯性不大，卻仍然可以作為能源行業的底層應用。數字貨幣被人們所熟知的比特幣就是以區塊鏈作為底層技術的數字貨幣之一，也是圖一 區塊鏈與能源行業融合的價值創新機遇原生場景 衍生場景 創新場景數字貨幣智能合約價值轉移公司治理智能服務供應鏈管理資產管理用戶體驗共享經濟分布式能源管理能源資本市場區塊鏈的原始價值 與傳統能源行業的融合 與互聯網的融合1 來源Blockchain-Enabled Distributed Ledgers Are Investment Banks Ready Accenture，20162 來源The Fintech 2.0 Paper rebooting financial services3 來源 Blockchain for Utilities, Accenture 201658 59開始得最早、交易量最大的一個。截至2016年10月，比特幣的區塊鏈上已經有超過43萬個區塊，每個比特幣的市場價格超過600美元4。國際貨幣基金組織發布的虛擬貨幣與超越初步探討報告中認為，虛擬貨幣在支付和價值轉移方面，特別是跨境支付和價值轉移方面有著非常大的潛力，在推動普惠金融發展方面能發揮作用5。瑞銀、德銀、桑坦德和紐約梅隆銀行已經聯手開發新的電子貨幣，并計劃在2018年首次進行商業應用6。智能合約區塊鏈技術的分布式賬本功能可以被用來創建、確認、轉移不同類型的資圖二 區塊鏈應用演進的四個階段產及合約，智能合約便是重要應用之一。傳統合約的基礎是相互信任，或者經由第三方進行授信。而基于區塊鏈的智能合約自帶了信任機制，并且不僅是由代碼進行定義的，也是由代碼自動執行的，排除了人為干預的因素。智能合約可以廣泛應用于多方簽名交易、產權交易、私人文件記錄和儲存、發放證明等去中心化的授信、交易領域。洪都拉斯政府用它建立了一套新的房地產契約登記和交易制度，區塊鏈的安全加密給當地人帶來信任感7。價值轉移數字資產的價值已經被廣泛認可，但受到安全機制不完善、信用體系不健全等因素限制而無法實現安全地轉移、交換和共享。而區塊鏈的出現改進了這些主要缺陷，使得價值在互聯網中的轉移更加安全便捷。隨著區塊鏈技術的發展和完善、應用構建的復雜性增加，區塊鏈的原生場景應用也將從簡單的數字貨幣、認證服務向去中心化自治組織演進（見圖二）。衍生場景能源企業在能源需求下降、環保壓力增加、全球經濟緩慢增長的新常態下，傳統業務運營模式和公司治理方式都受到前所未有的挑戰。而當區塊鏈技術與能源行業傳統業務和傳統治理框架相結合時，可衍生出更加豐富的應用，幫助能源企業創造新收入并降低運營成本。公司治理區塊鏈內置的安全和共識基礎，可以提升企業風險管控和資本管理的能力。例如降低內部信息泄露和篡改等風險，減少對外交易風險、內部管理費用和第三方介入成本，提高業務和風險的處理效率。利用智能合約構建實時的可再生能源接入體系，既能夠減少可再生能源發電的波動性對主電網的影響，也可以減少人力控制成本和差錯率。將區塊鏈技術用于能源網絡管理還可實現智能、自動的負載均衡、替代能源的切換、減少能源中斷時間。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。例如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?；蛱峁└踩碾姵卮鎯芾?、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。供應鏈管理能源企業供應鏈復雜，具有多方參與、采購的物資種類和數量繁雜、流程繁瑣等特點，很多大型能源企業更是將全集團的采購業務進行集中管理。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，提升了供應鏈的效率。同時區塊鏈平臺在鏈接了商品所有權和轉移關系的同時，還有效鏈接了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。Skuchain公司正在為B2B交易和供應鏈金融市場開發基于區塊鏈的產品8。資產管理在數字資產管理方面，區塊鏈的優勢在于后續流通環節可以不依賴于發行方系統，數字資產將在保證知識產權的基礎上，由集中控制變成分布的、社會化傳播和交易，促進了數字資產流通效率。去中心化自治組織物流，存儲，醫療契約公證，捐贈，績效考核身份，所有權，資格，投票轉賬，支付，消費，眾籌數千組織數百萬用例數十萬應用數十億用戶智能合約認證服務貨幣構建復雜度增加，交付時間隨之遞增封面文章區塊鏈／能源4 來源Blockchain info Latest Transactions 5 來源區塊鏈來了｜數字貨幣逼近，美國英國德國早已行動，中國跟進6 來源Four Big Banks to Create a New Bitcoin Alternative7 來源【第一領導力專欄】區塊鏈的力量8 來源供應鏈區塊鏈融資Skuchain 無紙化時代的到來 60 61而在實物資產管理方面，IBM和三星一直在研究去中心化P2P自主遙測系統（ADEPT），利用區塊鏈類的技術為物聯網設備網絡的去中心化構造存在基礎9。在ADEPT中，區塊鏈被作為大量設備的公共賬本，不再需要中央樞紐協調設備之間的通信，設備便能自主地實現相互通信，從而管理軟件更新、系統錯誤、能源使用、故障報警等。初創企業Filament搭建了一個區塊鏈無線網絡，該應用甚至支持IOT設備自行訂購維修服務或新部件10。用戶體驗區塊鏈技術可以實現更加靈活高效的用戶服務。區塊鏈技術不但解決了客戶信息更加安全存儲和傳輸的問題，還增加了用戶自主權?；谥悄芎霞s，能源用戶可以自定義繳費周期、靈活更改訂購的套餐，并實現自動繳費或預付費。并且區塊鏈技術與智能電表的結合也將支持智能電表根據合同條款購電，甚至自動更換電力供應商。埃森哲近期創建了一款智能插頭原型，可從不同供應商處購電，并定期調整耗電量。還有一些公司基于智能合約和分布式總賬完善電動汽車自動充電和付費服務。創新場景隨著能源互聯網逐漸成熟，多種能源流、信息流、資金流的融合將令能源企業面臨愈發復雜的情況由業務模式創新帶來的復雜流程和管理、由參與方的多樣化帶來的復雜利益分配隨之而來的是能源企業面臨更多風險和管控挑戰。而這些挑戰的根源是原有的信息安全和信用體系難以支持能源互聯網的創新發展。區塊鏈技術可以幫助能源互聯網實現可信計量、高效協同、分布式平等決策、隨時隨地的自動化交易等等新功能、新模式。共享經濟能源企業可以利用區塊鏈解決共享經濟中面臨的如何建立安全高效的授信機制問題，以分享共享經濟紅利。例如能源企業可以租賃分布式發電設備、家庭儲能設備、電動汽車甚至是企業的備品備件。Visa和DocuSign宣布合作的區塊鏈應用試點旨在簡化汽車租賃流程。潛在客戶選擇車型后交易便被錄入區塊鏈的公共賬本。然后，客戶在駕駛座上簽署租賃合同和保險單，這些信息也被更新到區塊鏈內11。分布式能源管理區塊鏈分布式的網狀結構恰與分布式可再生能源的市場化結構吻合。區塊鏈技術可以用來同步電網服務的實時價格與實時相量控制系統，以平衡微電網運行、分布式發電系統接入和批發市場運作12。此外，可再生能源發電的結算與支付可以不再依靠傳統電力企業的參與，大量個人或企業能源產消合一者可以直接進行能源交易。TransActive Grid公司正在紐約布魯克林運行的區塊鏈微網項目促進了點對點交易。居民可將自家太陽能板產生的過剩電力出售給社區內的用戶，交易基于區塊鏈網絡，因而幾乎不需要人員參與就可以管理、記錄交易。其投資方之一的LO3 Energy也提供了智能電表硬件，可以提供實時、細顆粒度的數據，以幫助控制電能和電池的運營和負載，并將電力傳送到電網、將數據寫入區塊鏈13。實時的分布式能源接入、轉換和追蹤支持分布式能源交換的“電網即服務”模式電網運營管理負載波動穩定性與 IOT結合的資產管理社區微電網圖三 覆蓋電力行業全產業鏈的區塊鏈部分主要應用發電 市場運營 電力傳輸 配電 智能電表 家庭及企業用戶電表端到端支付交易能源批發市場能源批發智能合約能源供應商的實時更換增值的非能源產品的綁定安全儲能用戶端到端能源交易市場比特幣支持的計算和結算用戶信息保護家庭互聯和自助管理應用電動汽車充電市場結算電動汽車與電網互動產生的交易封面文章區塊鏈／能源9 來源增強邊緣設備，IBM 10 來源Filament evolving entire IoT space using Bitcoin blockchain11 來源The Future Of Car Leasing Is As Easy As Click, Sign, Drive12 來源區塊鏈和P2P能源網絡的崛起 13 來源Blockchain Based Microgrid Gives Power to Consumers in New York62 63能源資本市場能源互聯網時代的能源和電力不再僅僅具有商品屬性，還將增加金融屬性。區塊鏈可以記錄電力來源，使得每一度的清潔能源發電、煤電和油氣發電都可以被記錄和跟蹤，而不同一次能源的發電成本和實時電價也都可以被記錄和跟蹤。這樣，電力可成為一種價值存儲的載體。而能源企業在深度應用區塊鏈后也將為自身的資本運作和融資渠道開拓更多機遇。例如能源企業通過基于區塊鏈的共享經濟盤活了資產、通過區塊鏈技術進行資產管理降低了運營成本、通過匹配發電組件的ID標識和經濟賬戶實現售電收入自動抵消運營成本14、催生能源領域供應鏈金融的發展和完善、去中心化的能源產品票據貼現和資金結算等。綜合以上不同場景下的區塊鏈應用設想，以電力行業全產業鏈為例，我們列舉了區塊鏈在電力行業的部分主要應用。如圖三所示。難以回避的技術挑戰能源互聯網業務和交易的復雜性對區塊鏈的計算能力、存儲性能、處理能力都帶來直接的挑戰。而隨著能源互聯網在分布式可再生能源、資本領域的服務創新增加，對跨行業開放標準的需求也更加迫切。存儲和計算傳統的區塊鏈網絡需要儲存自創建伊始的所有交易塊，用以確保交易的有效性以及對交易進行追溯。但是這種機制導致網絡中的全功能節點需要大量的存儲空間，在一定程度上限制了參與區塊鏈核心功能的節點類型和數量。另一方面，隨著共識算法提高，對核心節點計算性能的要求也日益提高。對于上述存儲問題，埃森哲認為可以采用分級存儲策略，即核心節點存儲全量數據，輕量節點保存相關數據。此外還可以采用賬本快照等方式將已驗證交易區塊存儲在云存儲等分布式高可靠儲存介質中，并優化交易信息查詢等基本操作，提升網絡的處理能力。而對于計算能力的需求，可以對網絡中的節點進行身份劃分，在核心節點部署GPU、FPGA等專用計算硬件以提高計算能力，而網絡中的移動節點不必參與共識計算任務。吞吐和延遲區塊鏈網絡的處理速度和吞吐量直接影響著系統的整體性能，其中共識算法是網絡吞吐和延遲的決定性因素。在能源點對點交易中，對于吞吐量的需求會成為交易順利進行的一個瓶頸。而且共識算法還直接影響著網絡的穩定性和安全性。目前雖然有多種共識算法可供選擇，但是沒有任何一種可以兼顧性能和安全等各方面的要求?；谏鲜銮闆r，有必要針對具體的應用場景和需求選擇恰當的共識算法。例如在能源結算和繳費應用中，可以在主鏈的基礎上加入復鏈結合一定授信機制的設計，用于快速完成一些高頻小額交易，并定期與主鏈進行同步數據。在能源供應鏈金融等聯盟鏈或私鏈等相對封閉的應用環境中，可以通過在一定程度內降低安全保證的方式來提升系統性能。對于復雜應用，可以通過拆分簡化系統的整體設計，針對各模塊的需求利用或改進相應的共識算法。安全和監管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的框架中運行，因此需要為司法機關以及其它特權職能機關提供監管機制。由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特權監管機制。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。為了在現有的區塊鏈設計中引入必要的監管機制，可以引入雙鏈模型，確保所有交易都通過監管機構認可后方可執行，同時保證用戶層面的身份隱私性。但是需要指出的是，這樣的修補機制需要解決好特權濫用和安全防護方面的問題。對于特權濫用，可以采用留痕和分權等方法進行監管，降低特權濫用的風險。而隨著特權機制的引入，也會使這個區塊鏈網絡出現薄弱點，需要針對這些薄弱點設計額外的安全機制來確保整個區塊鏈穩定可控。埃森哲已經在區塊鏈管控方面進行了探索研究，并提出了可編輯的區塊鏈技術架構。結語商業社會中，信任至關重要。在數字經濟大爆發的今天，區塊鏈突破性的技術體系可以幫助企業和個人在各類交易、信息共享的過程中建立完善的自動信任機制，同時提升交易速度和安全性。但無論是區塊鏈在能源衍生場景還是創新場景的應用，都不可避免遇到一些技術挑戰。埃森哲已經在多個方面展開了探索研究，并將結合相關行業的深入應用，提供更有價值的解決方案。作者簡介馬國埃森哲北京技術研究院研發經理，常駐北京埃森哲北京技術研究院孫冠毅、謝斌對本文亦有貢獻劉東博士埃森哲北京技術研究院院長，常駐北京童華埃森哲研究部能源行業研究經理，常駐北京封面文章區塊鏈／能源14 來源能源區塊鏈與能源互聯網 未來的能源情景是怎么樣的