王栋：区块链在能源电力行业应用探索与展望

来源：互联网
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2021-02-21
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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。

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。

图6 基于区块链的电费结算整体解决思路

（五）基于区块链的电力调度

近年来，在国内各级调度机构内部、各网省电网公司及供电公司其他非调度业务部门建设了各类应用系统和信息系统，为调度运行业务开展提供了有力支撑。但随着业务应用的不断深入，发电企业、电力调控机构、能源监管机构等参与电力调度主体，共享数据积极性不高，信息孤岛明显，数据被篡改的风险逐渐凸显。

图7 基于区块链的透明电力调度管理总体思路

在传统电力调度的供用电信息发布、竞标和授权等过程中融入区块链，使得区块链成为调度系统的信息交互和数据存储中心，为电力调度各参与主体的数据安全提供有力保障，通过区块链实时发布发电信息及用电需求，基于区块链智能合约自动匹配需求制定电力调度计划，可实现电网自适应调度和运行，保障各参与主体的交易自动、高效、安全、透明地执行，提升运行效率，促进能源更合理消纳。

三、能源区块链发展面临的挑战

能源区块链的发展方兴未艾，但是区块链要在能源领域里大规模应用仍然存在较多挑战。这些挑战分别来自区块链核心技术难题和区块链合规性应用。技术痛点有核心技术自主可控难、链上链下协同需突破；合规应用面临着法律法规缺失和数据隐私保护等挑战。

核心技术自主可控问题：能源区块链平台技术目前还处于发展初期阶段，核心技术自主创新仍需攻克。依托区块链开源平台项目，有待重点突破共识机制、加密算法、智能合约等关键核心技术，开发出具有自主知识产权的区块链平台功能组件，为上层应用提供服务，同时构建适应高频率、规模大、主体多等特点的区块链组件，以支撑能源特色应用。

链上链下数据的协同问题：能源交易具有高频率、调配范围广的特点，对数据的来源有很高要求，数据必须准确、完整。目前，能源领域广泛使用物联网技术进行数据的自动化采集，基于区块链的物联网终端可实现用户用电信息采集、状态监测与检修、智能调度信息等全过程的存证溯源，打造基于区块链的物联网终端是实现能源链上链下协同的关键。

区块链隐私保护仍需强化：区块链技术中采用的加密算法、隐私保护机制均面临挑战。随着数学、密码学和量子计算技术的发展，区块链技术的非对称加密机制会变得越来越脆弱，通过加密算法来隐藏交易者身份和交易的方式变得更加不安全。能源区块链系统内各节点之间的交易并非完全匿名，可以通过算法、大数据等破解匿名信息，从而对用户的隐私造成威胁。

业务应用法律法规的完善：区块链从技术层面上解决了信用问题，实现了价值传递，但在存证领域使用区块链可以验证文档的真实性，并且不需要集中授权，这与现有的法律体系形成了冲突。此外，相关应用领域风险发生后的责任问责、个人隐私权和交易安全问题，在法律层面尚存在着漏洞。

四、能源区块链发展展望

2020年4月20日，国家发展改革委正式将区块链纳入新型基础设施建设范围，区块链势必与5G、物联网、人工智能、大数据等多种信息技术不断融合，相互促进，并带动生产模式、消费模式、投融资模式和商业模式创新发展，服务于我国数字经济发展。区块链将作为能源行业的信息基础设施，打通能源行业上下游，实现各方高效协作，为能源转型注入创新活力，推动能源价值链重塑，“平台+应用+生态”成为能源区块链发展趋势。

1.能源区块链公共服务平台建设将加速推进：煤、油、气、核、新能源等多轮驱动的能源供应体系建设，对公平公正的市场环境、数据安全共享、各方高效协同提出了更高要求。建立能源行业统一的区块链公共基础设施，统一提供底层通用服务，降低区块链开发和使用门槛。

2.能源区块链的应用场景将不断扩展：基于区块链技术构建的应用体系，可以实现信息的追溯、安全共享，优化能源领域的供给、输送、消费等领域的流程，提高协同效率，降低成本。

3.能源区块链生态将逐步完善：随着区块链技术的深入发展，区块链标准将逐步完善，推动各行业对区块链的认识，推动技术协作发展创新，有助于实现在跨产业的生态系统的落地，推动形成社会级区块链大型生态系统。

能源行业产业链长、参与主体多，每一个环节都是区块链的潜在应用场景，我们应充分认识区块链的机遇和挑战。为此，建议从政策、人才、资金等不同层面加大对区块链的支持力度，鼓励以点带面探索，加速行业应用推进，发挥区块链新一代信息基础设施的作用，构建信任、高效协同的能源区块链生态体系，进一步优化营商环境，适应能源变革趋势，在提升服务水平方面发挥更大作用。

原文首发于《电力决策与舆情参考》2020年10月23日第41期

（全国新版新建电厂白皮书共计七本）

《中国火电行业拟在建白皮书》按照装机容量资料分为两种，第一种是单

台机组为300MW以上的大型火力发电工程项目（含300MW），第二种为单台机

组为300MW机组以下的生物质发电、垃圾焚烧发电，天然气发电，分布式能

源站、余热发电、燃煤发电工程项目等。

《大唐集团火电项目白皮书》《华电集团火电项目白皮书》《华能集团火

电项目白皮书》《国电集团火电项目白皮书》《国家电力投资集团火电项目

白皮书》《地方电厂火电项目白皮书》《全国小机组发电项目白皮书》

（投运老电厂白皮书共计两本）

《全国五大电力老电厂名录》《全国地方老电厂名录》

拟在建资料中对每个工程项目的建设周期、机组大小、所在区域、投资金

额、进展阶段、项目内容、项目招标动态，等相关信息进行了详细描述。同

时，每个工程项目都有业主、设计院联系人、电话、地址等内容。

投运老电厂名录资料内容包含：电厂名称、详细地址、装机容量、投产日期

、重要科室负责人姓名、电话及部分手机号码等详细信息。

部分拟在建目录：

1. 大唐万宁2×400MW天然气发电项目

2. 大唐国际佛山热电冷联产项目（大唐国际高明燃气—蒸汽联合循环热电联产项目）

3. 大唐海口天然气发电工程2×460MW级新建项目

4. 大唐国际新余二期2×1000MW机组异地扩建工程（2×1000MW）

5. 大唐郓城630℃超超临界二次再热2×1000MW国家电力示范项目

6. 烟台市东南部天然气热电冷联产工程

7. 大唐新沂燃机2×400MW（F级）工程

8. 大唐南电二期2×655MW燃气轮机创新发展示范项目

9. 上海闵行发电厂燃气-蒸汽联合循环发电机组工程

10. 宜州4×400MW级燃气热电冷联产项目

11. 国电投廊坊燃气热电项目(2×400MW)

12. 永川松溉电厂“上大压小”2×350MW热电联产工程

13. 神华国华广西广投北海电厂2×1000MW级工程

14. 神华国能重庆发电厂环保迁建(2×660MW)工程

15. 神华国华清远2×1000MW电厂工程

16. 国宏普兰店热电厂“上大压小”2×350MW新建工程

17. 国电长源电力随州火电新建工程

18. 国电电力邯郸电厂退城进郊替代项目

19. 华能济宁热电厂2×350MW上大压小热电联产工程

20. 鄂尔多斯市北方联合电力长城电厂2×1000MW机组新建工程

21. 华能正宁电厂二期超超临界燃煤发电机组工程

22. 华能呼伦贝尔能源开发有限公司汇流河发电厂热电联产1×350MW+50MW

23. 华能石洞口电厂2×65万千瓦等容量煤电替代项目

24. 北方联合电力达拉特发电厂五期机组扩建工程（2×1000 MW）

25. 华能海口电厂五期2×660MW改扩建工程

26. 华能济宁电厂2×350MW超临界热电联产机组迁建工程

27. 华能东莞燃机热电有限责任公司发电厂(二期)工程

28. 华能彭州天然气热电联产2×9F工程

29. 华电平江电厂新建工程一期2×1000MW级超超临界机组工程

30. 山东华电章丘2×400MW级燃气蒸汽联合循环热电联产项目

31. 白音华金山坑口电厂二期工程2×600MW空冷超超临界发电机组项目

32. 广西华电合浦发电厂一期2×1000MW项目

33. 四川华电内江白马2×40万千瓦级重型调峰燃机项目

34. 安徽华电芜湖发电有限公司(二期)2×1000MW扩建4号工程

35. 华润仙桃2×660MW新建工程

36. 湖北华润宁武2×350MW低热值煤发电工程

37. 蒙能集团科右中发电厂2×660MW超超临界空冷机组项目

38. 珠江投资朱家坪电厂2×660MW超临界燃煤空冷机组工程

39. 深能广东河源电厂二期2×1000MW燃煤机组扩建工程

40. 华润沈阳浑南热电厂“上大压小”新建工程

41. 内蒙古汇能煤电集团2×660MW长滩燃煤发电工程

42. 中兴电力蓬莱2×1000MW超超临界燃煤发电项目

43. 东莞市中堂燃气热电联产项目

44. 【暂缓】山东鲁西发电有限公司2×600MW煤炭地下气化发电工程

45. 华盛江泉集团热电联产上大压小（2×350MW）工程项目

46. 京科科右中热电厂扩建工程1×350MW热电联产项目

47. 中海油阜宁2×400MW级燃机热电联产项目

48. 聊城祥光2×66万千瓦热电联产项目

49. 陕西延长石油富县2×1000MW电厂

50. 榆林杨伙盘2×660MW煤电一体化项目

51. 威赫电厂（2×660MW）CFB超超临界机组工程（一期）

52. 东莞市中堂燃气热电联产项目二期2×460MW工程

53. 内蒙古京能集宁二期扩建2×660MW热电联产工程

54. 内蒙古能源发电投资集团有限公司金山热电厂2×66万千瓦扩建工程

55. 淮南矿业集团潘集电厂一期2×660MW燃煤机组工程

56. 陕西府谷清水川煤电一体化项目电厂三期工程

57. 内蒙古旗下营和益发电厂2×350MW自备电项目

58. 黄陵矿业集团有限责任公司店头电厂2×660MW燃煤电厂项目

59. 汕特燃机电厂天然气热电冷联产项目

60. 京能查干淖尔电厂一期2×660MW项目

61. 重庆南桐低热值煤发电新建项目

62. 陕西韩城矿务局低热值煤热电工程2×350MW

63. 华润鞍山2×350MW热电联产机组新建工程

64. 华润宁武二期2×1100MW燃煤发电项目

65. 华润电力义马煤化2×350MW+3×25MW热电联产项目

66. 忻州市北辛窑发电厂（一期）2×1000兆瓦火电项目