区块链+能源互联网：解决分布式能源难题

分布式能源，英文名distributed energy resources，指的是用户终端利用自身的某些优势，借助其他用户共同联结所构成的分布式网络，达到自己生产能源自己使用的目的，当然也可以将能源进行出售。这里的能源可以是煤、天然气、石油等一次能源，也可以是电力等二次能源。但可实现大规模分布式能源系统的主要是电力。

分布式能源相对于传统能源配置的好处可以表现为以下若干点。

其一是用户自己用装置发电，如果产生了很大的污染就不会像过去一样追究电厂的责任，而是直接追究用户的责任。自己造成的污染自己买单，因此用户自然会想办法减少污染，会尽量使用水电、风能、光伏能、地热能，甚至生物能等清洁能源。这对环保无疑是一件有利的事。

其二可以节约用户的很多成本。首先是这种发电方式从根本上打破了电力系统的垄断局面，电价完全实现竞争，哪里的电价便宜就去哪里买，这样就使得电力市场变成了一个买方市场。其次，是减少了远距离输送的很多功耗。我们知道输送距离越长，输送过程中的电力损耗越大，而被损耗掉的这部分电力全都由最终用户买单。如果利用分布式能源，可以就近利用发电站的电力，减少消耗。最后，目前电力公司为了减少输送过程中的电损，需要架设高压电塔，还要修变压器，这些都会增加设备、工程、人力成本，这也全部由用户来买单。而有了分布式能源，这些成本都可以节约掉。

其三可以实现资源的优化配置，用户可以利用闲置资源来发电。例如，小型的分布式太阳能光伏电站，如果阳光充足，可以利用用户的房顶资源、田野资源、空地资源铺设光伏设备。这不仅减少了不必要的资源消耗，而且对于偏远地区（正好也是阳光充足、地域辽阔地区）的脱贫致富都是有很大帮助的。

想法是美好的，然而分布式能源目前的实现有很多天花板。

其一，分布式能源无疑是打破电力行业一直以来的大锅饭格局的一招，会触碰利益集团的核心利益。

其二，分布式能源的实现机制比较困难，技术还不成熟。理论和实践之间的落差巨大。

其三，是本文主要叙述的重点，分布式能源目前的激励机制很不健全，因此对广大的电力用户缺少吸引力。这样就造成了两个严重的问题，首先是未来的不确定性很大，因此缺少第一个吃螃蟹的企业。其次是政策和监管的难度，怎么对分布式能源行业进行合理引导和适当监管，以保证这一行业沿着健康轨道快速发展，成为政策制定的着力点。而这些问题的解决，归根结底还是取决于上面所讲的技术问题。而区块链技术为解决技术问题提供了一个崭新的思路。如果把所有发电的分布式节点全部上到区块链上，那么依靠区块链我们可以解决：（1）激励的公平性问题；（2）分布式能源互联网的监管成本和监管技术问题；（3）分布式节点之间的交易费用问题；（4）能源供需双方的资源速配问题和信任度问题；（5）方便其他机构接入这一分布式体系；（6）数据的高保真、数据的安全都可以得到保证；（7）能够有效解决偷电漏电问题；（8）通过帮助电力用户制定最佳资源使用和供电规划，保证整条闭环电力商品供应链的质量，提高供应链的效率。

那么区块链为什么能够做到上述这些，特别是如何进一步保证激励的公平性？换句话说，就是如何保证这一度电是你发的，然后你可以拿到相应的回报？

要了解区块链在其中所起的所用，我们在刚才分布式能源的认识基础上，进一步地引入“能源互联网”这个词。所谓能源互联网，按照百度百科的解释就是“综合运用先进的电力电子技术、信息技术和智能管理技术，将大量由分布式能量采集装置、分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来，以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络”。从上述对能源互联网的描述来看，这个词是一个很新的词，的确能源互联网一词是由远景能源于几年前提出的。实现能源互联网需要大数据分析技术、物联网技术，现在看来还需要区块链技术的同步发展来匹配，它是一个集能源采集、线上分配、流量数据分析、负荷和发电预测、智能管控等于一体的综合性闭环式网络。

习近平总书记在2015年9月的联合国峰会上也提到了“能源互联网”这一概念，并宣称中国将大力发展能源互联网，这是中国应对全球不可再生能源的过度消耗、能源的利用率低下和能源的分配不合理等现状所做出的战略性举措。中国不仅要在国内大力发展能源互联网，并且要通过与周边国家特别是“一带一路”沿线国家的能源互联互通建设，实现更大范围的能源互联网建设。发展能源互联网，可以带来以下诸多方面的好处。

（1）实现互联网技术和大数据支持下的智慧能源发展，让能源的使用量化、精细化，从而大大提高能源的利用率。

（2）能源互联网技术可以倒逼能源行业改革，可有望打破能源尤其是电价的垄断，使能源价格回归合理区间。(www.xing528.com)

（3）能源互联网是一个开放式网络，所有节点同等重要，攻击其中一个节点并不会对其他节点的正常运作造成什么影响。这使得因为变电站或者大型变压器因某种原因（如天气、恶意破坏、地震、火灾等）损坏时所导致的大面积停电事故，从而给正常的生产生活带来无可估量的损失这种情况的发生大大减少。

（4）能源互联网需要的硬件和软件支持相对于传统能源供应系统来说更多，如物联网传感器的制造和维修、能源数据分析和能源决策。再加上上篇中提到的用户既是消费者同时也是供应者。上述种种对于带动该行业和所涉及的周边产业就业是一个非常大的帮助。

综上所述，发展能源互联网符合发展智慧经济、培育新动能、实现绿水青山就是金山银山的新发展理念。而笔者认为，在这一过程中，区块链技术将会发挥举足轻重的作用。区块链强大的分布式算法，保证能源互联网全网数据同步，通过功能维度、对象维度和属性维度来很大程度匹配能源互联网的特点。能源互联网在交易计价、风险测量和结算等方面目前存在严重的技术瓶颈，区块链也将有望为这些问题的解决提供参考方法。所以下面我们重点来叙述一下使用区块链技术在分布式能源上述各方面的问题。

首先，区块链可以保存能源互联网的重要参数的数据，如用电数据、调度数据、发电设备的运行情况等。

其次，区块链能够保障能源互联网用配电的分散化决策。分散化决策取决于能源互联网各个功能模块的互相协调，确保整个系统始终处于高效运转的水平上，这称为多模块协同自治。分布式能源中的主要模块有三个，分别是能源利用模块、输变电模块和能量的供应模块。做好这三个模块的协同自治，需要借助区块链的底层加密技术原理和挖矿原理。各个模块基于Pow（工作量证明）的共识机制，实现最优运行策略。我们把这一过程称之为“链式优化”。链式优化的表现有如下几点：（1）利用对用能数据处理基础上的电价和成本优化。（2）电能、水能、天然气等多能源调度的优化。（3）从各主体的能源传输网络潮流优化策略中选出最优的那个。（4）利用区块链挖矿时的奖励机制，对某时段能源利用、传输与供应等环节的最优模块进行奖励。这种奖励的目的除了是让各个功能模块积极提供各自的算力（借助电力消耗和优质配置的软硬件等），也可以让各个模块最优化各自的策略。

区块链上的能源交易不涉及共同对手方的问题，因此很大程度上解决了交易信任度，降低了信用风险，也提高了能源交易主体的公信力（链上的公信力）。

请注意跟比特币的区块链很相似但又有本质区别的是，区块链上的能源交易形成形形色色的“能源区块”，这些数据包括上述提到的用电数据、调度数据、发电设备的运行情况等都封装起来，保存在链上，这些数据一旦上链即具有不可篡改性、可追溯性和非对称加密特性。

至此我们从技术角度对区块链技术原理应用到分布式能源的合理性和可行性进行了一定阐述，但到目前为止区块链的使用还停留在实验室阶段，大规模的商用尚需时日来检验。而理论上的分析在实际应用中可能有不尽如人意的地方。未来随着分布式能源配套的软硬件技术的逐渐成熟，系统搭建所需条件的可获得性增强，以及物联网技术、人工智能技术的进一步完善，区块链+分布式能源的市场优势将会为广大用户所接受。

事实上，早在2016年8月以前，信达证券首席区块链专家，同时也是首席能源互联网研究员曹寅和腾讯集团CEO马化腾就组建了中国第一家能源区块链实验室，意图探讨区块链技术在能源发展中的应用。所涉及的能源不仅是新能源，还有新型能源利用模式。曹寅指出，在未来分布式可再生能源会成为主电源。那时候就会带来问题，因为分布式的可再生能源的管理比较困难，如风电、光电等大规模随机性自然能源，比现在的大型火电、大型核电管理的难度更高。分布式能源是一种拓扑结构，是既有超大型的特高压网络又有区域级别的小型微型网络共存的一种新的电网拓扑结构。但能源互联网的落地不仅需要能源技术，同时也需要良好的未来市场机制做支撑，如果解决不好这一问题，那么下面的一些困难就更难以解决。

首先是精确计量的问题，其次是泛在网络交互的问题，这是指在日渐发达的信息技术、射频识别技术（RFID）等的不断催生下，一种能够实现人与人、人与机器、人与物和物与物之间直接沟通的泛在网络架构（ubiquitous network transaction），很显然这也是能源互联网今后发展的必然方向。还有自律控制、优化决策、广域协调等问题的存在。而利用区块链技术体系的不可篡改性、非对称加密特性、交互主体之间的低成本信息传递链、智能合约的自动执行功能等特性可以解决上述问题。另外，区块链还能够遏制在大量分布式的能源互联网发电设备之间可能会产生的复杂迭代和死循环问题。所谓死循环，即endless loop，是一个计算机术语，就是指靠自身控制无法终止的程序。但是死循环有时在系统的应用非常多，也非常重要，所有的应用系统都需要设置一个死循环来保证系统的正常运行，如果没有死循环，那么一开机马上就会关机，因为这个程序已经运行完毕。

曹寅特别提到了美国的布鲁克林区块链微网售电项目，这是国外成功利用区块链在能源互联网上应用的范例，其经验和教训可为我国同类行业的发展提供借鉴。该项目是在比微网还小的纳网里面做的，才10户人家的区块链的点对点售电的光伏项目。10户人家的屋顶上都装了几块光伏组件，形成了10个节点的小型区块链。这个项目是基于以太坊开发的，再通过用户节点和节点之间的交互，形成了基于区块链的售电应用。是美国的能源公司LO3 Energy与比特币开发公司Consensus Systems合作，在纽约布鲁克林区波伦山（Boerum Hill）、公园坡（Park Slope）、郭瓦纳斯（Gowanus）社区建立的基于区块链系统的可交互电网平台TransActive Grid。但截至2017年年初，布鲁克林项目尚未收到针对效率和成本实际测试结果的报告。

在国内，2017年12月，联盛新能源集团跟北京能链集团合作，探索区块链技术在能源领域应用，推动能源融资模式创新。联盛新能源是国内最大的分布式光伏投资商，曾率先在行业内推出智能化运维平台，在新能源创新方面一直走在前列，而合作方能链科技则在绿色金融领域有丰富资源和领先技术优势。能链科技将通过能源区块链合作社生态系统，链接国内外IT、能源、金融领域最主流的机构，整合证券、银行等监管部门及金融机构资源，为联盛新能源提供金融服务。这次合作也是我国区块链+分布式能源领域的首次尝试。联盛CEO何旖莎认为，未来能够针对每度电的来源建立数字档案，源头生产、接入、运输到终端使用，实现追溯、精确管理，或许这会给光伏电站融资难问题带来一些改变。