能源区块链探索与实践

本书简要介绍了区块链技术和产业发展现状, 以能源发展面临的挑战为背景, 详细分析了能源交易、 能源服务、 能源金融、 数据管理、 能源安全等五大方向25 类业务的现状和特点, 提出基于区块链的解决思路。 充分结合国家电网有限公司及其所属单位在区块链领域的探索实践与成功案例, 说明区块链技术在推动能源转型升级中的价值。

本书可供能源系统相关从业人员及对区块链技术在能源领域应用感兴趣的读者阅读参考。

目录

序

前言

第 1 章 区块链技术及发展  1

1.1 区块链的基本知识 2

1.1.1 区块链的基本原理  2

1.1.2 区块链的发展阶段  4

1.1.3 区块链的关键技术  6

1.1.4 区块链的架构、 运行机制及分类  8

1.1.5 区块链技术特点及优势  13

1.1.6 区块链创新发展需要解决的问题  16

1.2 区块链产业发展现状及趋势  18

1.2.1 国内外区块链产业发展现状  18

1.2.2 区块链产业发展趋势 22

1.3 区块链政策法规及标准化  25

1.3.1 国内外政策法规  26

1.3.2 区块链标准化现状  31

1.4 区块链行业应用现状  37

1.4.1 区块链激发金融市场活力  38

1.4.2 区块链加速政务服务创新  41

1.4.3 区块链助力智慧司法建设  43

1.4.4 区块链引领电子商务变革  45

1.4.5 区块链改善医疗数据效用  46

1.4.6 区块链开创精准扶贫新模式  48

第 2 章 当能源领域发展碰上区块链  50

2.1 能源领域的发展现状及特点  51

2.1.1 能源领域转型现状  51

2.1.2 能源领域转型面临的问题  57

2.2 区块链在能源领域的创新发展  59

2.2.1 区块链是能源互联网的必然选择  59

2.2.2 区块链技术推动能源领域创新发展  60

第 3 章 能源区块链平台  65

3.1 能源区块链平台架构  66

3.1.1 系统架构  66

3.1.2 功能架构  68

3.2 能源区块链平台公共服务  69

3.2.1 身份认证服务  70

3.2.2 存证溯源服务  71

3.2.3 合同管理服务  71

3.2.4 交易撮合服务  72

3.2.5 可信接入服务  73

3.2.6 数据共享服务  73

3.3 能源区块链平台建设情况  74

第 4 章 区块链在能源交易中的应用与实践  78

4.1 分布式电力交易  79

4.1.1 分布式电力交易业务现状及特点  80

4.1.2 基于区块链的分布式电力交易解决思路 80

4.1.3 基于区块链的分布式电力交易应用成效 83

4.2 可再生能源电力消纳  84

4.2.1 可再生能源电力消纳业务现状及特点  85

4.2.2 基于区块链的可再生能源电力消纳解决思路  86

4.2.3 基于区块链的可再生能源电力消纳应用成效  89

4.3 碳排放交易  90

4.3.1 碳排放交易业务现状及特点  91

4.3.2 基于区块链的碳排放交易解决思路  92

4.3.3 基于区块链的碳排放交易预期成效  95

4.4 电费结算  96

4.4.1 电费结算业务现状及特点  96

4.4.2 基于区块链的电费结算解决思路  97

4.4.3 基于区块链的电费结算应用成效  99

4.5 透明调度管理  99

4.5.1 电力调度业务现状及特点  100

4.5.2 基于区块链的透明调度管理解决思路  100

4.5.3 基于区块链的透明调度管理应用成效  103

第 5 章 区块链在能源服务中的应用与实践  1 05

5.1 新能源云  106

5.1.1 新能源业务现状及特点  106

5.1.2 基于区块链的新能源云解决思路  107

5.1.3 基于区块链的新能源云应用成效  111

5.2 综合能源服务  112

5.2.1 综合能源业务现状及特点  112

5.2.2 基于区块链的综合能源解决思路  113

5.2.3 基于区块链的综合能源应用成效  116

5.3 电动汽车充电  117

5.3.1 电动汽车充电业务现状及特点 117

5.3.2 基于区块链的电动汽车充电解决思路  118

5.3.3 基于区块链的电动汽车充电应用成效  121

5.4 需求侧响应  121

5.4.1 需求侧响应业务现状及特点  122

5.4.2 基于区块链的需求侧响应解决思路  123

5.4.3 基于区块链的需求侧响应预期成效  126

5.5 物资采购  126

5.5.1 物资采购业务现状及特点  126

5.5.2 基于区块链的物资采购解决思路  127

5.5.3 基于区块链的物资采购应用成效  130

5.6 优质服务  131

5.6.1 电力行业优质服务业务现状及特点  131

5.6.2 基于区块链的优质服务解决思路  132

5.6.3 基于区块链的优质服务应用成效  135

5.7 线损管理  135

5.7.1 线损管理业务现状及特点  136

5.7.2 基于区块链的同期线损管理解决思路  137

5.7.3 基于区块链的同期线损管理应用成效  140

第 6 章 区块链在能源金融领域的应用与实践  1 42

6.1 供应链金融  143

6.1.1 供应链金融业务现状及特点  144

6.1.2 基于区块链的供应链金融解决思路  145

6.1.3 基于区块链的供应链金融应用成效  149

6.2 能源积分  149

6.2.1 能源积分业务现状及特点  150

6.2.2 基于区块链的能源积分解决思路  151

6.2.3 基于区块链的能源积分应用成效  153

6.3 停电保险  153

6.3.1 停电保险业务现状及特点  154

6.3.2 基于区块链的停电保险解决思路  154

6.3.3 基于区块链的停电保险应用成效  157

6.4 电费金融  158

6.4.1 电费金融业务现状及特点  158

6.4.2 基于区块链的电费金融解决思路  159

6.4.3 基于区块链的电费金融应用成效  162

6.5 跨境电商  163

6.5.1 跨境电商业务现状及特点  163

6.5.2 基于区块链的跨境电商解决思路  164

6.5.3 基于区块链的跨境电商应用成效  167

第 7 章 区块链在数据管理领域的应用与实践  1 68

7.1 数据安全存储  169

7.1.1 数据安全存储业务现状及特点 170

7.1.2 基于区块链的数据安全存储解决思路  171

7.1.3 基于区块链的数据安全存储应用成效  173

7.2 数据确权溯源  174

7.2.1 数据确权溯源业务现状及特点 175

7.2.2 基于区块链的数据确权溯源解决思路  175

7.2.3 基于区块链的数据确权溯源预期成效  178

7.3 征信服务  178

7.3.1 征信服务业务现状及特点  179

7.3.2 基于区块链的征信服务解决方案  180

7.3.3 基于区块链的征信服务应用成效  183

7.4 信息公开共享  183

7.4.1 信息公开共享业务现状及特点 184

7.4.2 基于区块链的信息公开共享解决思路  185

7.4.3 基于区块链的信息公开共享应用成效  188

第 8 章 区块链在能源安全领域的应用与实践  1 90

8.1 能源供应链  191

8.1.1 能源供应链业务现状及特点  191

8.1.2 基于区块链的能源供应链解决思路  192

8.1.3 基于区块链的能源供应链应用成效  196

8.2 安全监管  196

8.2.1 电力企业安全监管业务现状及特点  197

8.2.2 基于区块链的安全监管解决思路  197

8.2.3 基于区块链的安全监管应用成效  201

8.3 电网安全运行  202

8.3.1 电网安全运行业务现状及特点 202

8.3.2 基于区块链的电网安全运行解决思路  203

8.3.3 基于区块链的电网安全运行应用成效  205

8.4 网络安全  205

8.4.1 能源网络安全业务现状及特点 206

8.4.2 基于区块链的能源网络安全解决思路  208

8.4.3 基于区块链的能源网络安全预期成效  211

第 9 章 能源区块链的前景和展望  21 2

9.1 能源区块链技术落地应用面临的挑战  213

9.1.1 区块链技术的自主可控  213

9.1.2 链上链下数据的协同  214

9.1.3 能源区块链的合规发展  215

9.1.4 区块链隐私保护仍需强化  216

9.1.5 业务应用法律法规的完善  216

9.2 区块链在能源领域的应用前景  217

9.2.1 区块链成为新一代信息技术基础设施  217

9.2.2 “平台 应用 生态” 成为能源区块链发展趋势  218

参考文献  221

区块链的价值已得到广泛的肯定和重视, 成为许多国家战略布局的关键领域, 开辟了国际竞争的新赛道, 加快推动区块链技术和产业创新发展对我国经济社会高质量发展和提升国际竞争力具有重要意义。 2019年10 月24 日, 习近平总书记在中共中央政治局第十八次集体学习时强调, 区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用。

我们要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口, 明确主攻方向, 加大投入力度, 着力攻克一批关键核心技术, 加快推动区块链技术和产业创新发展。 总书记的讲话高屋建瓴, 为我国区块链发展指明了方向, 也为区块链产业带来了重大机遇。 2020 年4 月20 日, 国家发展改革委对新基建作出解读, 明确了新基建的内涵和外延, 以人工智能、 云计算、 区块链等为代表的新技术基础设施成为新型基础设施建设的重要内容, 进一步激发了区块链创新发展的浪潮。区块链是分布式数据存储、 点对点传输、 共识机制、 加密算法等计算机技术的新型应用模式, 具有去中心化、 公开透明、 不可篡改和可追溯等特征, 能够创造一种规则、 有序、 信任的环境, 推动 “信息互联网” 向 “价值互联网” 转变, 在促进数据共享、 优化业务流程、 降低运营成本、 提升协同效率、 建设可信体系等方面具有基础性、 引领性作用。

区块链技术创新和应用研发蓬勃发展, 技术逐渐脱虚向实, 从金融领域向实体经济不断延伸, 在金融服务、 供应链管理、 数字资产交易、文化娱乐、 智能制造、 社会公益、 医疗健康、 法律科技、 能源电力等多个垂直行业形成了一系列典型应用。 技术升级和应用诉求多元化推动了区块链应用模式的升级, 与大数据、 云计算、 物联网、 人工智能、 5G等新一代信息技术的融合成为新的发展趋势, 将共同形成经济社会的新型基础设施, 推动生产关系的变革, 为数字经济发展提供基础支撑和新动能。

我国区块链产业处于高速发展阶段, 发展动力充足, 国家及各部委先后出台了一系列区块链政策文件, 北京、 浙江、 贵州等地方政府也纷纷发布区块链政策指导文件, 加强区块链顶层规划和设计, 培育技术创新和产业发展新航道。 高校及研发机构在区块链领域的研究快速布局,一系列区块链联盟的成立、 区块链标准体系建设的加速开展, 为推动区块链产业发展凝聚了强大合力。

区块链产业具备的广阔空间、 投入力度的不断加大以及量大面广的潜在市场, 使区块链在短期内初步完成了面向当前产业链全环节的覆盖式布局。 从上游的硬件制造、 平台服务、 安全服务企业, 到下游的产业技术应用服务, 以及保障产业发展的行业投融资、 媒体、 人才服务企业, 全链条各环节的企业已经基本完备, 协同有序推动区块链产业快速发展。区块链在各行各业的应用全面推进, 新应用、 新模式、 新业态不断涌现, 能源区块链就是区块链技术与能源行业应用有效融合的产业新形态, 是推动能源转型升级的有效技术手段, 有助于开拓 “能源 区块链” 创新发展模式, 促进能源可持续发展。能源区块链是以区块链作为底层基础技术, 结合能源产业转型发展趋势与行业应用特色, 深度融合大数据、 人工智能、 5G 等新一代信息技术而形成的面向能源行业的公共服务体系。

当前, 全球经济发展放缓、 对环境可持续发展的要求更加严格, 随着 “四个革命、 一个合作”能源安全新战略、 能源体制改革、 能源技术创新等重大任务不断深入落实, 我国能源行业转型升级将加速开展。 能源行业转变发展方式主要在于分布式转化, 伴随着可再生能源被列为能源发展优先级, 我国新能源新增规模将加速扩大。 能源领域转型升级面临着发展不均衡、 建设不同步、 协调机制不健全、 衍生产业缺乏政策性扶持及合理引导等问题, 给绿色、 低碳、 循环、 可持续发展的共赢共享能源生态体系建设带来一定的困难。

同时, 能源行业产业链长、 用户数量多、 业务规模大, 对多主体协同、 数据安全共享有着迫切的需求, 急需公平公正公开的发展环境。区块链技术的特性与能源发展趋势存在着较强的内在一致性, 可为解决上述问题、 推动能源领域创新发展提供高可行性解决方案。 利用去中心化的分布式账本技术, 通过智能合约、 共识机制、 加密算法等, 在商业信任、 价值传递、 交易清算结算等多维度重塑现有的能源生产和消费模式, 形成新的能源商业体系底层构架。

第一, 未来能源互联网中各节点都可以成为独立的产销者, 以去中心化形式互相交换能源流、 信息流、 价值流, 同时各主体平等分散决策, 区块链技术去中心化的属性可以匹配该结构, 实现所有节点权利义务对等。

第二, 区块链技术不可篡改的特征使得多元化的能源市场中无需第三方的信任机制即可实现信任点对点的价值传递。

第三, 基于区块链的智能合约功能可实现合约执行智能化和自动化, 购售电交易、 需求侧响应等都可以通过区块链的智能合约来实现。 区块链技术将是能源转型和模式进化的催化剂, 促进能源价值链重塑。同时, 区块链在能源行业的衍生场景和创新场景中也有着广阔的应用空间。 能源企业在能源需求下降、 环保压力增加、 全球经济缓慢增长的新常态下, 传统业务运营模式和公司治理方式都受到前所未有的挑战。

而当区块链技术与能源行业传统业务和传统治理框架相结合时, 可衍生出更加丰富的应用, 帮助能源企业创新收入来源并降低运营成本、提升发展质量, 如公司治理、 智能服务、 供应链管理、 用户体验等衍生场景。 随着能源互联网逐渐成熟, 多种能源流、 信息流、 资金流的融合将使能源企业面临更多风险和管控挑战, 区块链技术可以帮助能源互联网实现可信计量、 高效协同、 分布式平等决策、 随时随地的自动化交易等新功能、 新模式。

总体而言, 能源区块链构建了一种基于算法的信任体系, 可打通能源行业上下游, 实现各方高效协作, 提升能源行业协同效率。 能源区块链的发展方兴未艾, 能源企业已在能源交易、 能源服务、 能源金融、 能源安全等领域开展了一系列探索与实践, 为能源区块链解决方案的迭代优化、 落地应用积累了经验。 能源区块链在带动上下游产业协同发展等方面发挥了积极作用, 尤其在今年新冠肺炎疫情发生以来, 在助力企业复工复产中起着不容小觑的作用, 但是区块链要在能源领域里大规模应用仍然存在众多挑战。 这些挑战一部分来自区块链技术, 一部分来自区块链的合规性应用, 如区块链技术的自主研发可控、 链上链下数据的协同、 能源区块链的合规监管、 隐私保护等。

各能源企业发展区块链的程度不一致, 存在着平台发展不完善、 技术标准不统一等问题, 开发、 应用仍存在着较大的难度, 制约着区块链的快速发展和应用推广。 能源技术创新是突破发展瓶颈、 释放动能的关键, 把握 “十四五” 规划开启的历史机遇, 借助新基建带来的东风, 加速区块链技术创新和成果转化,将有望打破能源区块链现阶段面临的困境。 通过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, 加快构建 “平台 应用 生态” 能源区块链发展格局, 持续开拓应用场景, 完善区块链产业生态, 推进能源区块链产业化进程, 为能源转型注入创新活力。本书梳理了区块链技术和产业发展现状, 以及区块链政策法规及标准化建设情况, 以能源发展现状及面临的挑战为背景, 分析了能源交易、 能源服务、 能源金融、 数据管理、 能源安全等五大方向25 类业务的现状和特点, 提出基于区块链的解决思路, 设计了针对性解决方案, 并以实践成效说明区块链技术在推动能源转型升级中的价值。

本书所论述的区块链理念和发展思路, 参考了国内外一些专家学者和研究机构的相关成果, 结合了包括央企首家区块链公司国网区块链科技 (北京) 有限公司在内的国家电网有限公司系统有关单位在区块链领域的探索实践与成功案例, 希望能够对扩大区块链落地应用范围产生积极影响, 也希望能够对读者提供一定的帮助。全书共分为9 章: 第1 章阐述区块链技术及产业的发展现状和趋势;第2 章聚焦能源发展现状和能源转型升级面临的挑战, 分析区块链对能源领域的创新发展带来的影响; 第3 章描述能源区块链平台架构, 分析典型平台建设情况; 第4~8 章从能源交易、 能源服务、 能源金融、 数据管理、能源安全等领域详细介绍了能源区块链的探索与实践情况; 第9 章分析能源区块链落地面临的挑战, 并对能源区块链的发展前景进行展望。

在本书的编写过程中, 工信部信息技术发展司、 国家能源局科技司、 北京市科委、 北京市西城区科信局、 中关村科技园区西城园等政府机关, 中国电机工程学会、 中国电力企业联合会等行业协会给予了大力支持, 提出了宝贵意见, 在此表示衷心的感谢。

另外, 还要特别感谢国网互联网部、 科技部、 发展部、 财务部、 安监部、 营销部、 物资部、 产业部、 法律部、 国调中心, 北京电力交易中心, 及国网宁夏、 辽宁、 青海、 甘肃、 北京、 四川、 湖南、 山西、 山东、 冀北、 浙江、 吉林电力, 以及国网信通公司、 客服中心对本书的有力支持。

由于时间仓促、 作者水平有限, 书中难免存在不足之处, 欢迎广大专家、 读者提出宝贵意见和建议。

编 者

2020 年7 月于北京

装　　帧：平装-胶订

开　　本：16开

纸　　张：胶版纸