区块链新能源技术应用发展白皮书-中国互联网协会&蚂蚁集团.pdf-solarbe文库

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作为现代工业的基础，能源关系人类生存和延续的基础，世界能源结构先后经历了以柴薪、煤炭、石油和天然气为主的阶段。为应对气候危机、环境恶化和化石能源日渐枯竭等挑战，绿色发展成为全球大多数经济体的共识和核心经济发展战略。在能源转型背景下，中国承诺在2030年前，二氧化碳的排放达到峰值，并于2060年实现零排放。为实现这一目标，促进经济社会发展绿色转型，中国与世界各国一道加快推进低碳清洁能源建设，支持本国新能源产业发展。在科技进步和政策引导下，我国以光能、风电、海洋能、核能和生物质能等为主的可再生清洁能源产业快速发展。作为新兴领域，新能源产业呈现碎片化和复杂化的特性，逐渐出现管理困难、供应链金融、可信监管、数据安全等一系列产业发展的阻碍。为了实现高质量发展和能源消纳利用，新能源产业发展需要与产业数字化趋势相融合。作为新一代的信息技术，区块链技术为破解能源业存在的问题和创新发展模式提供了新的机遇。作为数字经济时代的前沿产物，区块链是一种以链式结构存储数据的分布式账本技术，具有分布式存储、不可伪造和防篡改、透明可信、高可靠性和可追溯等优势，可以满足新能源和分布式能源数字化的需求。2019 年 10 月 24 日,中共中央政治局就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习，将区块链技术确定为国家核心技术自主创新的重要突破口。当前，我国区块链产业蓬勃发展，产业规模和行业应用落地项目不断增加，未来将在经济复苏和数字经济发展中扮演更重要的角色。新能源与区块链的结合是一个新兴领域。区块链技术具备自由开放、容错性强、信息保密等特性，适配基于分布式系统的共享经济模式，与新能源产业的必要条件高度匹配。在新能源产业建设中，区块链作为数字经济的基础设施与行业应用结合，可形成不可篡改的分布式账本，有望解决交易主体众多、数据信息不透明带来的管理、融资、监管和隐私等问题。通过全产业链数据可信流通共享，在各环节建立信任机制，实现高效监管和新能源产业的健康发展。为达成“碳达峰、碳中和”的节能减排目标，在区块链技术支持下，现有能源供给体系需要在智能电网、电力交易、系统架构、能源存储等方面做出重大变革。社会各方积极响应国家号召，尤其在技术融合创新方面助力国家实现零排放这一远景，并有效推动全链路可持续发展的转型。为进一步推动区块链技术在新能源行业的应用与发展，中国互联网协会联合蚂蚁集团组织调研新能源领域区块链发展现状，梳理新能源行业区块链应用场景与案例，分析区块链的基因特性、应用价值以及其在新能源领域的挑战与展望，和合作伙伴一起编制了本白皮书，希望可以为新能源同业以及相关领域从业者提供参考。前言 FOREWORD 区块链新能源技术应用发展白皮书 WHITE PAPER WHITE PAPER 区块链新能源技术应用发展白皮书目录 CONTENT 01 前言 03 目录 04 第一章区块链为新能源行业发展带来新机遇 05 1. 新能源产业展现蓬勃发展态势 10 2.区块链为新能源产业发展注入新动能 18 第二章区块链赋能新能源产业的技术体系 19 1. 区块链技术原理 22 2.区块链新能源产业技术概述 27 3.区块链赋能新能源产业的核心优势 30 第三章区块链在新能源产业的应用实践 32 1. 区块链在新能源交易场景中的应用实践 36 2.区块链在新能源企业管理中的应用实践 38 3.区块链在新能源产业链协同中的应用实践 42 4.区块链在新能源监管中的应用实践 44 5.区块链在保险行业风险管理的应用实践 46 第四章区块链新能源应用面临的问题与发展展望 47 1. 区块链与新能源产业之间依然存在技术壁垒 50 2.区块链新能源应用正面临新的产业和政策形势 52 3.区块链新能源产业协同发展环境正加速成型 55 结语 04 05 区块链新能源技术应用发展白皮书 WHITE PAPER WHITE PAPER 区块链新能源技术应用发展白皮书 1. 新能源产业展现蓬勃发展态势 a. 新能源产业基本情况与相关政策解读 1 新能源定义新能源产业的发展经历了大约二十年的时间。中国新能源产业调查报告中，我国政府定义清洁型新能源是由太阳能、地球能和热力结合产生的清洁可再生的能源形式，主要包括光能、风电、海洋能和核能以及通过利用可再生清洁能源技术进一步优化发展而所生成的硫化氢、生物燃料所形成的各类能量。 2 我国新能源产业发展状况国家能源局公布的新能源产业统计数据显示，2020年，我国新增风电装机7167万千瓦、太阳能发电4820万千瓦，均位列全球第一。在光伏制造领域，2020年中国光伏硅料、硅片、电池和其他配套部件产能分别占到全球80，97，77，71，形成了完全自主可控的产业链。在硅料领域，我国是全球最大的硅料生产国，硅料产量连续10年排名世界第一；在光伏发电领域， 2020年光电总产量124.6GW，连续14年排名世界第一；在锂电应用领域，2020年我国新能源汽车销量总计达136.7万辆，相比19年同期增长10.9，位列全球第一。新能源产业已成为我国经济发展的重要支柱产业之一。近年来，“碳达峰、碳中和”成为全球大多数经济体的核心战略，而新能源发展是必经之路。 2020年9月22日，国家主席习近平在联合国大会上代表中国向全世界做出了2030年实现碳达峰和2060年实现碳中和的郑重承诺。2020年 12月，新时代的中国能源发展白皮书中预测到2030年非化石能源占一次能源消费的比重将达到25[1]。在2021年3月的国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要中，我国明确提出加快发展非化石能源，坚持集中式和分布式能源供应形式并举，大力提升风电、光伏发电规模；新能源占能源消费总量的比重提高到20左右等要求[2]。中国截至2019年底，美国发电总装机容量为12.43亿千瓦，其中风电、光伏发电装机容量分别为1.05、0.75亿千瓦，全年风电、光伏发电量分别为2943、 1306亿千瓦时[3]。自重新加入巴黎气候协议后，美国新政府致力于绿色产业发展，提出了两万亿美元的绿色发展战略，制定美国在2035年实现100的清洁能源发电的目标。美国欧盟委员会通过并颁布了“欧洲绿色协议”，希望在2035年前实现 “碳中和”，提出的详细措施包括利用清洁能源、发展循环经济、抑制气候变化，恢复生物多样性、减少污染等方式保护自然环境，提高自然资源利用效率等。欧洲的英国、爱尔兰、丹麦、葡萄牙、西班牙等国家均针对未来新能源的普及程度提出了100的目标。欧洲 2020年，俄罗斯新能源投产超过1000兆瓦，比2019年增加了近 70。俄罗斯政府网站消息称，到2035年，国家对可再生能源项目的支持总额将达到3600亿卢布，可再生能源发电能力将超过12吉瓦。俄罗斯第一章区块链赋能新能源产业的技术体系 ONE 区块链为新能源行业发展带来新机遇 Blockchain brings new opportunities to the renewable energy sector 一 3 国内外相关政策 06 07 区块链新能源技术应用发展白皮书 WHITE PAPER WHITE PAPER 区块链新能源技术应用发展白皮书发电侧储能输电侧需求侧随着发电成本下降，风电和光伏发电竞争力增强，逐渐成为新能源产业发展的主力。一级能源 1 市场作为能源产业链上游，呈现出以太阳能、风能、生物质能、地热能、氢能等可再生可持续的新能源，替代化石能源的趋势，其中风光新能源的产业化进度发展较快，市场空间快速增长。新能源开发具有随机性与波动性的特点，为调控电网供求平衡，新型电力系统需要改建扩建储能、电网等配套设施，构建以新能源为主体的新型电力系统。新能源具有区域性特性，未来的大规模风光基地和就近消纳的分布式电源，需要新建相应配套电网、电站；此外，由于光伏、风能等新能源为间歇性发电，存在不确定性和波动性，需要通过储能以平抑波动、缓冲负载冲击并存储间歇式能源。终端部门推动电气化，新能源汽车发展加速。电能是能源流通体系中效率最高的媒介，终端部门电气化趋势将从系统层面提高能源使用效率和兼容性，取代煤炭在终端能源消费中的主导地位，是形成低碳经济的重要闭环。随着电动车产业蓬勃发展，交通领域电气化改造进程将得到快速推进。 b. 新能源产业呈现多方分立格局目前，新能源产业呈现多方分立格局，主要发展领域为锂电、光伏、风电，以及储能。能源产业链预计将迎来如下趋势性变化综上所述，中国的新能源产业正由政策驱动向成本推动的转变。未来，新能源发电的价格竞争力将随着技术进步持续增强，新能源产业将进入高速、高质量发展阶段，市场需求扩大也将推动终端产业的电气化进程。 1 一级能源是指自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能量资源，如煤炭、石油、水能等；二级能源是指由一次能源经过加工转换以后得到的能源，包括电能、汽油、柴油、液化石油气和氢能等。 1 光电产业近年来，我国光伏发电量不断增加。统计资料表明，2019年我国光伏发电量为1172.2亿千瓦时 2 ，2020年增至1380.6亿千瓦时，同比增长8.1。光伏电池产业链主要环节的简要介绍如下同下游硅片、电池片等中间制造环节相比，硅料生产的技术壁垒高，扩产周期长，扩产速度与需求增速严重失衡，易造成供给短缺。硅片环节行业集中度高。行业前列的单晶硅片企业如隆基与中环占据其中近三分之二的产能份额。而我国多晶硅片行业中，保利协鑫产能占比达到25，行业集中度也较高。 2 2019年全国规模以上电厂发电量71422.1亿千瓦时。其中，水电 11534.4亿千瓦时;火电51654.3 亿千瓦时;风电3577.4亿千瓦时; 核电3483.5亿千瓦时;太阳能发电 1172.2亿千瓦时。 3 依据硅料的结构、表面致密程度和表面质量可将太阳能级多晶硅料分为致密料、菜花料和珊瑚料等，其中致密料价值最高，可生产单晶硅片，菜花料价值稍低，可生产多晶硅片。 4 太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，其将高纯度的半导体材料加入一些不纯物使其呈现不同的性质。P型硅片在硅材料中掺杂硼元素制成，N型硅片在硅材料中掺杂磷元素制成。 0 200 400 600 800 1000 1200 2016 393.6 647.5 894.5 1172.2 1380.6 2017 2018 2019 2020 1400 单位亿千瓦时图 2016-2020年中国光伏发电量统计硅料、硅片随着上一代多晶转单晶技术路线逐步实现，PERC的整体光电转换效率逼近 24.5的效率极限，因此P型转N型电池 4 被看作下一代光伏电池的革命性技术，包括晶科、阿特斯、通威、隆基、晶澳等纷纷推出N型电池技术。以HJT电池及 Topcon电池为代表，多家企业打破PERC电池无法达到的25电池效率记录。光伏电池图 2021硅料价格变化图 3 2021/1/1 2021/2/20 2021/4/11 2021/5/31 2021/7/20 0 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 单晶致密料多晶菜花料 08 09 区块链新能源技术应用发展白皮书 WHITE PAPER WHITE PAPER 区块链新能源技术应用发展白皮书 2 风电产业 3 动力锂电池截止2020年，我国风电累计装机容量达到2.81亿千瓦，年增幅达34.6。其中，陆上风电累计装机2.71亿千瓦，海上风电累计装机约9万千瓦。相比而言，海上风电不需要考虑土地资源的规划和成本问题，对自然环境影响小，发展潜力巨大。动力锂电池是新能源汽车的核心组件。由下图中统计数据可知，2016年全球动力电池装机量仅为43GW，2020年增长至136GW，期间复合增速约33。在我国动力锂电池产业中，近年来占据市场份额较多的企业主要有宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、国轩高科、澳洋顺昌、欣旺达等。自2017年起，宁德时代的动力锂电池销量始终排行全球第一，2020年占据的全球市场份额达到25，21年上半年进一步提升至30。风电产业链主要包括上游原料、中游的零部件生产和整机组装产业与下游的风力发电运营商三部分。国内的风电整机厂商主要有金风科技、明阳智能、运达股份、东方电气等。在风电产业链的下游，风力发电运营商主要是大型国有发电集团。目前我国主要的风电场运营商有龙源电力、华能集团、中广核和三峡新能源等。图我国陆上风电历年新增装机容量（单位MW）图全球动力电池装机量快速增长（GWh）原料零部件生产、组装产业风力发电运营商上游中游下游 0 20 40 60 80 100 120 2016 15.4 28 22.7 36.4 42.8 57.2 54.5 62.2 72.6 63.7 2017 2018 2019 2020 140 海外中国锂原料锂原料获取主要有三种工艺锂辉石提锂、锂云母提锂和盐湖提锂。我国没有锂辉石矿产资源分布，而青海和西藏地区存在成熟的盐湖资源，因而国内主要通过盐湖提锂方法生产碳酸锂，是锂资源重点开发方向。此外，江西宜春有亚洲最大的锂云母矿，部分企业采用锂云母提锂技术。图四种锂资源提取方式产量变化 0 200 400 600 800 1000 2016 2017 2018 2019 2020E 2021E 2022E 2023E 1200 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 2013 16050 22971 30389 22780 24805 18496 19490 68610 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 70000 单位MW 正极材料动力电池常使用三元材料或LFP磷酸铁锂作为正极，其中磷酸铁锂正极稳定性更高。2021年5 月，我国磷酸铁锂电池共计装车4.5GWh，同比上升458.6，占比超三元电池。图 2019-2021年国内动力电池产量结构占比变化 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 2019 32.40 64.60 41.40 58.10 50.30 49.60 2020 2021H1 120.00 钛酸锂锰酸锂磷酸铁锂三元材料提纯/回收云母提锂盐湖提锂矿石提锂 10 11 区块链新能源技术应用发展白皮书 WHITE PAPER WHITE PAPER 区块链新能源技术应用发展白皮书 c. 新能源产业中的核心产业我国新能源产业链中部分关键组件的核心产业正呈现高速发展趋势 1 动力电池动力电池作为新能源车的核心部件，是能量密度提升以及成本下降的关键。其中，钠离子电池的能量密度有限，但优点是安全性强、倍率性能好、可快充、材料成本较低，可用于响应型储能和大规模供电领域，满足个人用户和电网改造中出现的储能需求，未来可能会在储能市场占据主导地位。但是动力电池产业链较为分散，产业链间协同、融资均存在部分难题。 2 光伏跟踪支架光伏支架按结构可分为固定支架及跟踪支架。相对固定支架，跟踪支架能通过电机调整光伏组件位置，提高光伏组件对太阳能的吸收率[5]。虽然跟踪支架具有明显的发电增益，能够降低光伏电站发电成本，但系统的结构复杂，初始投资成本和后期运维成本高，存在融资难题和远程运维，溯源难题。 3 光伏电池在N型电池中，HJT电池具有工艺结构简单、生产所需温度低、效率高、无电致诱导衰减等优点，电池理论效率可达到 27.5。而TOPcon电池的结构是N型硅衬底电池，与PERC电池产线可以良好兼容。HJT电池需要全新生产线生产，以及追踪产品运维，目前依然存在投资问题。在未来2-3年，将出现TOPcon 与HJT两种技术路线共同发展的局面。 2. 区块链为新能源产业发展注入新动能 a. 新能源产业发展面临的挑战与区块链解决思路可持续的绿色普惠发展离不开新能源技术的不断演进以及深化应用，从太阳能，风能，氢能等绿色能源源头产生开始到绿色能源传输存储的智能电表并网和分布式储能电池，到使用绿色能源的新能源四轮车，新能源二轮车，新能源电池，新能源换电等民生应用场景。新能源与区块链的结合是一个新兴领域。区块链技术作为一项前沿的数据库技术，将分布式数据存储、P2P传输、共识机制和加密算法等新型计算机技术进行深度融合。作为新一代的信息技术，区块链技术为破解能源业存在的问题和创新发展模式提供了新的机遇。区块链技术具备自由开放、容错性强、信息保密等特性，可快速安全地加入新节点或是在节点间进行信息传递，适用基于分布式系统的共享经济系统，在新能源产业的诸多交易互联场景中都有匹配度很高的应用需求。中小企业融资难供应链合作效率低终端能源交易机制不匹配供应链数据溯源困难可信监管缺失风险管控不完善由于我国新能源产业起步较晚、行业发展碎片化、缺乏可信协作机制导致产业链合作困难。新能源产业出现了包括中小企业融资难、供应链合作效率低、终端能源交易机制不匹配、供应链数据溯源困难、可信监管缺失、风险管控不完善等一系列产业发展的阻碍。为了实现高质量发展，新能源产业发展面临以下挑战 1 中小企业融资难新能源产业还处在发展的早期阶段，需要外部资金的注入。传统的新能源企业的管理制度普遍较为落后，缺乏内部协调沟通途径和有效的激励机制。而许多中小型新能源企业成立时间短，发展前景不明朗，在市场竞争中承受很大风险。因此，这些企业在投资机构的信用风险评估会偏高，难以从银行或其它方面获得投资，不利于新能源产业链健康发展。中小企业融资难，关键在于供应链金融中的信息严重不对称，在融资和交易中处于不利地位。新能源企业的发展定位具有智能化、数字化的特点，以区块链为底层技术的企业组织和管理模式，能够实现不同企业层级之间的资源共享、优势互补，通过数据互通和智能合约有提升合作效率。而区块链技术可在新能源产业和金融机构间搭建可信信息桥梁，借助物联网收集资产运营信息，将真实信息反映给金融市场。通过区块链的确权和溯源特性解决信任问题，实现企业数据在链上可信流转，协助中小型新能源企业解决供应链金融。 2 供应链合作效率低新能源产业链需要中上游原料企业、中游制造企业和下游应用企业间相互配合。由于分布地域不同的企业间制度不同，当地政策导向不同，企业间交易效率较低，存在信息闭塞、信任缺失、违规手段较多等问题。因此，新能源产业对于全链路数字化监管，产业内多方协作，打通新能源产业与金融服务等对于解决从源头开始数据可信的信任问题都有很强的痛点与需求。区块链技术与物联网设备相结合，可以完成从数据采集，到数据流转，数据使用的全链路信任问题。这种思想已经成为事实上的新能源行业新兴解决方案。此外，利用分布式数据共享打通供应链上的物流，商流和信息流流转，与监管部门共同监管交易价格、交易内容、采购等数据信息，可以降低供应商的库存周转时间，提升供应链运转效率。 BLOCKCHAIN 12 13 区块链新能源技术应用发展白皮书 WHITE PAPER WHITE PAPER 区块链新能源技术应用发展白皮书 3 终端能源交易不匹配以新能源为主体的电力系统带来了能源供应、运输和消费的新需求。随着新能源比重不断增大，能源供给需要从现在单一的集中式，过渡到集中式与分布式兼容的去中心化发展模式，对原有的电网运营模式造成冲击[7]。我国电网运营存在着二元结构特征，电能的生产配送缺乏智能和市场化调控，仅依靠经验和政策进行人为预测。而分布式新能源发电易受到自然条件影响，电力输出的波动性大，适用直接交易、就地消纳的分布式管理手段。区块链技术的去中心化特性与分布式能源生产相契合，智能电网有望解决新能源转型中电力需求和供给间不匹配问题，实现各方协作和能源消纳[8]。通过建立基于区块链的新型能源交易模式，可大大降低各方信任成本，实现安全透明的市场化交易机制[7]。 4 供应链数据溯源困难在新能源数据价值挖掘方面，行业面临的痛点是新能源设备所采集数据的安全可信以及终端设备的智能化。物联网终端有望成为可信的“链机” 5 ，通过增强终端和链上安全机制，解决数据源头可信问题，从而推动数据要素市场化进程。区块链技术能发挥其信息共享方面的优势，优化能源交易流程，构建新能源生产方和用户间的可信赖交易系统，增强能源消费侧与供应侧的信息透明度，实现多类能源间的相互协调和优化信息传输。通过适当的智能合约实现一对一的可靠交易，可自动化实现计费、资源存储、计量、数据传输安全环节，确保大宗能源产品的链上数据不可篡改、隐私和可溯源性。 5 可信监管缺失新能源产业规模的快速扩大，难免会出现监管疏漏，一些不诚信的参与者会谋取非法利益。能源交易中的信息不确定性容易产生难以化解的纠纷，例如能源交易、信息安全和知识产权等关键环节，因为数据不清晰，传统模式下的取证工作将会更加困难。如果能实时收集数据和材料，交由参与商业活动的各方和相应的司法机构监管，实现全流程可信和证据可查的风险防控机制，将为企业的合法权益提供保障，推进可信监管的发展。物联网作为线下应用场景数据前沿抓手，其核心痛点在于数据的真实性和安全可信的执行环境，而区块链正是为数据（包括设备信息）提供确权和安全保障的技术。区块链的数据防伪、可追溯的特点与物联网结合，将使得各类新能源物联网设备在身份验证、数据确权的情况下挖掘行业多方协作应用场景，推动新能源行业全链条数据流通共享，激活物联网终端的“信任”和“智慧”。 6 风险管控和保险随着新能源行业的日新月异和迅猛发展，新能源电动车和分布式光伏产业的风险也随之发生变化，也给相关方的风险管理和保险安排带来了新的挑战。在新能源电动车方面，电动车一方面前装设备完善，比燃油车具有更多维度数据，成为智能网联化的理想终端；另一方面，由于锂电池寿命有天然缺陷，车主普遍存在续航里程焦虑，电池风险和贬值风险也成为困扰车主的难题。所以在新能源车领域的保险解决方案中，电池风险的识别和管理是设计保险解决方案的关键。保险产品的设计需要充分研究底层风险，通过大数据定价，合理制定保险责任，并通过保险方案中的限额，免赔，除外责任，承保范围等方式控制最大可能损失，并在满足投保人风险保障诉求中寻求平衡。在分布式光伏领域，保险行业存在定价定责定损一系列难题，从传统企财险到质量和功率保证保险，核保人关心的光伏质量数据缺乏，导致在风险评估，风险选择，风险定价，理赔处理以及风险累计管理方面都面临极大挑战，如何获取可信的全面的风险评估数据，是保险公司制定保险方案并提供服务的前提。在新能源车的趋势下，保险行业需要与新能源行业建立对风险的共识，与行业参与方/第三方科技公司建立基于科技的行业标准，规范行业操作，把握机遇，赋能行业。 5 例如蚂蚁集团推出的“蚂蚁链一体机”，是针对区块链智能合约的区块链安全计算硬件，目的是提升区块链部署效率，保证数据隐私安全。 Challenges Associated with Applying blockchain Solutions in the Renewable Energy Sector 14 15 区块链新能源技术应用发展白皮书 WHITE PAPER WHITE PAPER 区块链新能源技术应用发展白皮书 b. 国内外区块链新能源产业发展现状 1 区块链新能源产业基本情况 2021年3月国家发改委、能源局发布关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见一文，其中 2 国内外发展现状全球区块链新能源产业的应用研究仍处于实验室研究和项目试点的较早期阶段。从应用场景归类，能源区块链项目可分为分布式能源交易、交易阻塞管理与辅助服务、用户需求响应服务管理、碳排放交易、数据管理与信息安全以及能源数字代币等方面[10]。分析文献中列举的相关研究发现，区块链新能源产业聚焦新能源车的配套服务设施、分布式的新能源电力系统和清洁能源生产证明等方向。目前区块链新能源备受关注，国内外已存在不少的落地项目，以下对国外、国内部分典型落地项目分别进行了归纳总结。多能互补强调电源侧的有机互动，推动新能源发电发展，稳定火电产能新能源就地消纳是提升新能源发电渗透率的有效途径源网荷储一体化强调负荷侧的调节能力，通过技术手段和电力市场共同调节供需平衡 1 3 2 关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见经过近年来的快速发展，新能源产业已经由不受控的早期增长阶段进入到规范化的增长阶段，新能源产业的进一步发展离不开计算机领域技术的支持，需要在智能电网、电力交易、系统架构、能源存储等方面做出重大变革。国际可再生能源组织IRENA所发表的可再生能源报告中显示，区块链技术可成为引导新能源领域发展的关键应用技术，有望解决电网面临的数据融通、网络安全、多主体协同等问题。据美国Market Study Report公司发布的Blockchain Technology in the Energy Sector Market能源行业市场区块链技术报告，随着区块链即服务Blockchain as a Service， BaaS的日益普及和数字加密货币如比特币、以太币等市场扩大，凭借高交易速度和不可篡改性等优势，区块链技术在能源领域的应用将逐渐增多。移动设备的日益普及、移动宽带速度的提高和成本的降低进一步支持了全球区块链技术在能源行业市场的增长[9]。项目中的电能都在基于区块链技术的电网物理设施中流转，不再由传统的供电公司全权负责电力调度和供应。用户可在配套安装的智能电表中浏览购电开支和电能使用情况，如果用户安装了新能源发电装置，也可将多余电能在系统中售卖给有需要的用户。这一新能源区块链项目的优势是让用户拥有了自主交易或是出售电能的权利，降低了电力交易成本。美国布鲁克林微电网（BMG）是全球第一个区块链新能源项目实例，由美国LO3能源公司、西门子数字电网及比特币公司Consensus Systems合作建立[11]，拓扑图如下图所示。欧洲英国Electron公司建立的分布式天然气及电能计量系统，包括资产注册、灵活交易和智能计量表数据保密系统[10]。使用区块链技术有效地管理能源计量表，可随意切换天然气和电力服务，快速响应价格变化，从而提高交易效率，方便用户进行需求选择。德国能源企业Innogy SE也在新能源区块链领域进行了深入研究，最终推出基于区块链技术的充电设施使用平台“Share 4 设备本身安全如需通过三方信息安全检测，符合相关标准。为了保证设备或数据可信上链，解决“设备身份伪造、数据篡改、隐私泄露等常见问题”。将物理世界中的设备映射到区块链上，并且生成唯一可信的设备身份 ID，并且通过密码学算法支持设备数据安全上链。从而带来更多的IoT可信数据，而用户可以高效的使用链上数据，从而聚焦挖掘商业价值。密码学算法密码学算法是区块链不可或缺的一部分，保证了区块链的匿名性、不可篡改和不可伪造等特点。区块链中常用密码学算法包括哈希算法、对称与非对称加密算法、数字签名技术等。哈希算法可以针对不同输入，产生唯一的且固定长度的输出。常用哈希算法 SHA-256能够将任意长的数据数列计算处理输出256位数据。对称加密算法利用加密密钥对原始数据进行加密处理，并利用同一密钥及相同算法的逆算法对密文进行解密，使其恢复成原始数据。非对称加密算法椭圆曲线算法（ECC），可以定义群之间的双线性映射，有效实现了身份加密。数字签名技术能够验证信息的完整性和真实性。密码学算法是新能源产业中能源交易的基础，密码技术不仅保证了交易终端用户的匿名身份认证，而且通过计算哈希值可以验证区块和交易的完整性，有效避免链上数据篡改和伪造。分布式存储将数据存储在分布式存储系统中，通过区块链的结算功能将状态留在区块链上实现数据价值。通过不同的加密方式把数据存储起来，确保数据和链上的账号一一对应。利用不同的加密技术对数据进行快速的调用和处理，在数据产生和计算时，做到半匿名的方式。此外，结合区块链存储数据密钥的功能性，增加额外的处理功能接口，以满足数据分享和计算的需求，帮助数据更好地分发和拓展，最大化使用数据的价值。对于新能源产业，大量终端节点正在快速的生产、传输、使用以及存储新能源数据以及交易信息，数据的产生和传输将达到空前的规模和速度，区块链中的分布式存储技术将有效的保证数据的安全存储，快速读取，防止数据丢失，保证数据可用性。 1 2 3 4 5 6 CONSENSUS MECHANISM SMART CONTRACT TRUSTED ON THE CHAIN PHYSICAL WORLD CRYPTOGRAPHIC ALGORITHMS DISTRIBUTED STORAGE 物联网区块链已上链的数据信任这些数据难以篡改可溯源可追踪低成本大规模高效率图可信上链示意图 22 23 区块链新能源技术应用发展白皮书 WHITE PAPER WHITE PAPER 区块链新能源技术应用发展白皮书 2. 区块链新能源产业技术概述 a. 构建新能源产业数据全生命周期的安全管理与隐私保密借助区块链去中心化信任体系，基于数据不可篡改性、可追溯性和高安全性等性质，结合智能合约技术和密码学技术，提供新能源数据交换的隐私保护、归属权确认、权限管理和数据定责等功能。区块链提供了无第三方公证下，陌生节点间建立信任的新机制。以去中心化、不可篡改、可溯源等优势，吸引了包括新能源、金融和政府部门等众多领域的人士，可以为解决物联网终端数据安全交换问题提供有效方案。基于区块链技术建立物联网终端数据共享平台，可以利用哈希算法、对称与非对称加密技术来完成链上身份识别，利用激励机制来维持区块链的稳定运转，从而提供新型信任，解决新能源交易中数据共享意向和隐私泄漏问题，解决物联网终端数据保护与权限管理等难题，可以打破新能源企业和用户之间的数据孤岛桎梏，构建安全共享、开放高效、可信溯源的终端数据共享系统。基于区块链的物联网终端共享系统具有以下几项功能 b. 助力新能源企业管理优化以区块链为底层技术的企业组织和管理模式，能够实现企业不同层级之间的资源共享、优势互补，不同地域，不同层次分公司之间有效合作，提升合作效率。充分利用智能合约数字化信任，提供业务项目、合同和订单等执行的多层级可信记录与存档，减少分工协调的成本，提高分工工作效率。传统的新能源企业组织内部协调沟通人工成本较大。此外，员工对自身在公司发展定位以及职责认知不全，导致和企业管理者的利益和目标不完全一致，甚至出现较大的利益冲突，同时缺乏有效的沟通途径和科学的激励机制。以区块链为底层技术的企业组织和管理模式，能够实现不同企业层级之间的资源共享、优势互补，以及不同地域，不同层次分公司之间的有效合作，提升合作效率。这既不同于传统组织内部的行政隶属关系，也不同于普通市场交易关系，分布式记账系统将变成一个由所有利益相关者共同管理维护的大数据库。系统内部发生的所有决策行为，都会存储在这个大数据库中。不同于传统的合约管理，智能合约可以充分利用数字化信任，提供业务项目、合同和订单等执行的多层级可信记录与存档，减少分工协调的成本，提高分工工作效率。对于新能源产业相关的智能物联网终端设备，通过区块链实现设备身份和数据等信息的可信、安全和高效的管理，为新能源产业下物联网系统打开新的发展通道。区块链技术通过纵横融合打通新能源领域中物联网产业链的全方位通道，加强能源产业的物联网生态共识。 1）数据管理区块链中每个区块的存储容量有限,无法满足存储大量数据的需求。通常，将共享的新能源产业的终端数据目录存储至区块链上,实现共享目录可追溯不可篡改，同时对于敏感数据而言,仅向数据业务相关方公布共享数据目录列表，保护敏感数据,防止隐私数据泄露的安全风险。 2）权限管理智能合约可以为能源生产商的能源资产数据制定权限行为规则，在无中央节点控制下,管理多个互不信任企业数据的访问权限。这种方案可以按需赋予业务相关参与方才权限读取或调用共享数据的信息，隔离非共享数据的参与方，强化敏感数据共享的隐私与安全性。 3）数据保护利用区块链的匿名性、不可篡改性、开放性和可追溯特性，新能源行业的区块链解决方案可以提供更为安全的数据共享和保护方式。用户的身份信息的哈希运算结果可以作为该用户的唯一标识在链上保存。通过捆绑用户的交易数据和身份哈希，可以实现用户身份的匿名化，从而完成与用户交易数据的解离。另一方面，区块链可以应用隐私计算与多方安全计算模型,在本地执行特定计算，实现原始数据的计算本地化。各方数据经过模型处理后的中间数据将由区块链汇总得到最后的计算结果，可以减少数据暴露的风险，进而保护共享方的数据所有权。 4）数据分权管理新能源领域存在数据共享和交换需求，当前的技术手段和隐私保护条款使得数据共享在施行的时候举步维艰。通过改进的加密算法加密隐私数据，保障共享方隐私数据的所属权；结合区块链智能合约技术处理物联网终端的隐私数据，密文结果送至使用方，数据用后即焚，做到数据不保存、不备份，实现数据所有权、执行权和使用权解耦，解决“谁的数据”“谁负责”“谁处理”“谁使用”等数据安全隐私问题。 5）可信数据交换借助区块链去中心化信任体系，基于数据不可篡改性、可追溯性和高安全性等性质，结合智能合约技术和密码学技术，提供新能源数据交换的隐私保护、归属权确认、权限管理和数据定责等功能。智能合约去中心化处理数据，掌握数据执行权，控制加密数据的访问和执行权限，加密数据用后置空销毁，使用方只有密文结果的使用权，互相监督，互相制约，实现数据权的分离解耦。 Applying Blockchain in the Renewable Energy Sector 24 25 区块链新能源技术应用发展白皮书 WHITE PAPER WHITE PAPER 区块链新能源技术应用发展白皮书 c. 协助中小型新能源企业解决供应链金融 d. 新能源企业联盟内产业链协作与供应链溯源积极响应新能源市场需求，满足对融资的需求，从根本上解决新能源企业供应链 “小微融资难、融资贵”的问题，实现核心新能源企业的“去库存”的目的，并达到“优化供给侧”的目标，提高供应链上资金运转效率，实现融资降本增效。随着供给侧改革推进工作不断深入，中小微企业面临的融资难、融资贵等问题日趋凸显。中小企业受自身的局限性和金融行业的特殊性影响，资金流问题一直是影响其经营的关键因素。中小企业都普遍有着强烈的融资需求。然而，在新能源产业领域开展供应链金融业务时仍面临诸多问题与挑战。通过区块链来搭建新能源企业服务型联盟，提供供应链、融资供能、能源交易等服务，帮助服务类型升级，除带来传统生产能源制造以外的服务收入外，增强新能源企业联盟服务能力、用户粘性以及生态粘性。区块链运用于新能源供应链溯源管理保障链上交易数据真实可信、可追溯、提供更有价值的信息和服务，打造多中心价值共享的价值溯源体系。传统新能源企业的业务都由大型企业经营，业务费用由内部结算，但随着用户之间的点对点能源交易的进行，新能源产业从