区块链与能源

简介

清洁能源资源（如太阳能和风能）的利用已对电力系统产生了显著的转变。2016 年，英国的总用电量中有 24.6% 来自清洁能源资源（RES），主要是风力涡轮机和光伏太阳能发电厂。然而，由于可再生能源发电的不可预测性、预测难度以及对气候的依赖性，管理和运行配备可再生能源的电力网络具有挑战性。需要创新的方法来解决这些问题，特别是需要快速响应的电源以及用于电池的响应式储能。能源行业也在拥抱电子时代；预计到 2020 年，英国将安装 530 亿块智能电表和燃气表。预计欧盟将每年在提高能源效率方面花费超过 2000 亿欧元，以实现其二氧化碳减排目标。为了应对这些发展，需要建立分散的区域政府和监督机制。

目前英国使用的大部分能源来自太阳能和风能等清洁能源。然而，由于其不可预测性和对环境的依赖性，使用清洁能源来维护和运行电力网络存在问题。需要新的方法，例如需求响应电池备份和快速响应的供应。到 2020 年，英国将安装 530 亿块电子燃气和电表。区块链系统价值 3350 亿美元，已被用于改造金融机构、公共数据和供应链。其应用包括转让有形资产的使用权、资产注册和安全资产存储。 区块链技术通过消除中间商，促进社区化决策、开源软件、去中心化共识和透明度，有可能彻底改变互联网信任。

根据一些德国能源部长的研究，电子货币有能力彻底改变能源行业。近 50% 的受访者已开始或计划建立与加密货币相关的业务，近 20% 的受访者认为数字货币将彻底改变该行业。另一项已被研究以支持节约和向绿色经济过渡的突破是使用分布式数据库（DLT）。区块链创新有潜力解决能源行业面临的脱碳、去中心化和数字化问题。当前结构中不包含小型企业，也没有激励客户参与。最初，加密货币编码员正在创建去中心化的经济网络平台，而公司则在开发物联网应用和本地化能源市场。通过更多的竞争和透明度，可以更容易地实现政府关于燃料短缺和能源经济的目标。能源公司可以通过区块链支持的交易数字平台获得运营成本降低、效率提高、活动快速自动化、透明度提高以及资本成本可能降低等好处。

能源行业的区块链：一项系统性研究

通过系统分析，我们发现了能源行业中超过 140 项使用区块链的创新项目和学术活动。对区块链应用案例的研究识别出八个类别：结构管理、物联网、智能设备、自动化和资产处理、电力、电动汽车、数字货币、硬币和投资、能源去中心化交易、绿色文件和碳交易、计量/计费和安全，以及广泛的合作和联盟。最常见的类别是能源的去中心化交易，其次是硬币和投资、数字货币、物联网、智能设备、机器人、资产处理以及测量、支付和安全。 10% 的程序员对 Power the Internet 感兴趣，这是一个基于以太坊的网络，专门为能源行业创建；大多数程序员专注于个人许可网络。即将推出的加密货币项目可能会转向更快速、更灵活、能源消耗更少的发展方向。

图：对能源行业 140 项比特币活动的调查结果，这些活动得到了众多公司、初创企业和学术组织的支持，按活动领域进行分组。

图 140 个能源领域的区块链项目，这些项目正在被众多公司、初创企业和学术机构研究，是基于所使用的分布式账本平台对区块链在行业中应用的研究结果。

图根据共识方法展示了能源行业的区块链应用场景。该调查涵盖了 140 项能源行业的比特币活动，这些活动得到了众多初创企业、组织和机构的探索。

计量、计费和安全

区块链技术在监控和计费过程中的应用潜力正在被研究。当与计量技术结合时，区块链可以实现公用事业的自动计费，从而可能节省管理费用。此外，它们还提供了能源生产和消费的可追溯性，提高了能源价格的透明度。区块链还可以用于身份验证、保护数据隐私和提高对网络攻击的抵抗力。

接受数字货币作为电力和能源的支付方式是能源行业中最早的基于区块链的应用之一。对于能源服务，BAS Netherlands、Enercity 和 Elegant 等公司正在采用加密货币。一家名为 Bankymoon 的南非公司正在开发将比特币支付集成到电表中的系统。 SunChain 使用基于区块链的技术来认证、验证和无缝执行电力生产商和客户之间的支付。

PROSUME 正在创建一个基于区块链的解决方案系统，其中包含连接服务、用户和电力提供商的多种解决方案。 Pylon Network 是一个区块链驱动的智能能源管理解决方案的开发者。为了在欠发达国家提供按需付费的太阳能服务，M-PAYG 正在研究区块链技术。企业正在研究区块链技术在包括水、热和能源在内的计量网络中的应用。 Engie 在一个互联水表系统上使用区块链技术，以便在紧急情况下立即做出维修决策。此外，他们还打算使用基于区块链的技术来跟踪、验证和保证生产过程中使用的环保能源。

CGI 和 Eneco 在荷兰鹿特丹进行了初步试点，正在研究支持热表数据收集和计费的区块链。这项研究的目的是建立可靠的热量交易基础技术，并实现 50% 的管理成本降低。

在网络安全领域，Electrons 正在创建一个能源和天然气智能电表注册环境，以提高供应产品竞争力，实现供应商之间的切换，并降低燃料不安全性。由美国资助研究 Guardtime 开发的关键签名计划（KSI）是一种许可的区块链技术，可以解决分布式电力系统的可扩展性问题。然而，创建互操作性的新标准以及功能性电子电表架构的可访问性带来了挑战。

通过数字货币管理智能电表数据，但这些货币也存在安全和隐私问题。由于以前开放账本的交易可能被所有人访问，因此需要数据匿名化方法。在GDPR 等法定安全标准方面，在去中心化系统中（如区块链）很难满足。许可账本和匿名化是两种可能性。随着为特定目的创建新的能源币。

加密货币、代币和投资

随着区块链应用的兴起，加密货币开始受到欢迎。这些代币可用于吸引投资、开发新市场和业务模式，并简化绿色能源投资流程。英国公司 4NEW 提供了一种新的能源货币 KWATT，它代表了一种废物转化为能源的发电厂，该发电厂同时也是一个比特币挖矿场，每年生产一千瓦时电力。代币持有者有两种选择：他们可以挖比特币和以太坊，或者出售他们的电力以支持英国国家电网。其他初创公司包括 HydroMiner、Envion 和 PRTI。

分布式跟踪技术（DLT）和加密货币正被多家公司用于实现财产共同所有权和可再生能源项目。通过自动执行太阳能供应商和股东之间支付的智能合约，Solar Trade 创建了一个基于区块链的共享门户，以向潜在投资者众筹销售光伏项目。 WePower、ImpactPPA、EverGreenCoin、Sun DAO、Green Energy wallet、Farad、MyBit、Local-e、Dooak、Assetron Energies 和 XinFin 开发了可再生能源加密货币、社区资源存储、物联网服务和绿色能源份额。

SolarCoin 由 SolarChange 于 2014 年初创建，是一种数字货币，用于激励可再生和低碳能源的生产。它已获得 IRENA（国际可再生能源署）的官方批准，现在可以像法定货币或其他数字货币一样进行交易。 SolarCoin 的盟友是 ElectriCChain 和 Energ Mine，它们使用基于以太坊的硬币来鼓励客户节约能源。

Blockchain Innovation Corporation 即将发布一款名为 RecycleToCoin 的智能手机应用程序，该应用程序会奖励用户回收钢、铝和塑料罐。数字货币 EcoCoin，旨在鼓励环保行为，即将在苏格兰艾尔郡推出，并扩展到其他地区。 EnergyChain 是由 Eledge 创建的提供去中心化供应商的分布式账本。 EECoin 用于促进网络上的交易。利用加密货币，Enervalis 和 Grünstromjeton 鼓励本地清洁能源的生产和消费。

Enervalis 提供供需预测；此外，Grünstromjeton 硬币可以兑换商品、法定货币或其他数字货币。 Inuk 实时计算日常活动对环境的影响，并将其与碳排放信贷联系起来，而 Greeneum 推出了环境代币来奖励碳抵消和生态认证。然而，建立电子货币的成本以及消费者对新货币的长期价值的信任是重大障碍。

能源的分布式交易

基于区块链的去中心化交易解决方案，包括零售电力交易、终端用户用电交易所和点对点电力交易系统，其活动急剧增加。区块链技术有可能降低交易成本并提供可访问的信息，从而向小型用户开放能源行业。对经济上私有信息的需求，以及交易速度和可扩展性是其缺点。区域能源市场可以降低能源价格，同时简化输电线路并优化电气系统。供需平衡是一个关键问题，分布式账本技术无法自行解决。

能源批发交易

利用区块链，PONTON 正在为本地市场创建智能能源产品交易选项。2016 年，Yuso 和 Priogen 使用交易平台成功交易了电力。PONTON 是美国 EnerChain 项目和德国 Norddeutsche Energiewende 4.0 项目的重要参与者。奥地利帝国最大的公用事业公司 Vienna Energie 已与账本公司 BTL 合作，启动了一项关于能源交易数字货币的实验。为了实现整个制造过程的成本降低，BTL 最近公布了其 OneOffice 项目的下一阶段。能源巨头 Statoil、BP 和 Shell 正在与 VAKT 合作，创建一个用于交易能源相关产品的数字市场。该网站预计将于 2018 年底上线。

为终端用户和小型发电商提供能源交易支持

所有区块链计划的主要目标是为企业家和中型客户提供即时进入主要能源市场的机会。Grid+ 希望使用区块链技术创建一个平台。通过虚拟代理自动做出智能交易决策，这将使客户能够直接从传统或本地可再生能源购买电力。电力供应公司 Drift 使用区块链技术、人工智能 (AI)、机器学习 (ML)、高频交易和智能算法来提供更便宜的电力价格和清晰的能源账单。罗马尼亚的电力公司 Restarting Energy 创建了一个使用区块链技术的平台，该平台促进了清洁能源供应商和客户之间的双边互动，以实现高达 30% 的成本降低。在斯洛文尼亚，SunContract 推出了一个去中心化平台，用于在发电商和客户之间交易能源，使后者可以选择他们的能源供应商并实现高达 40% 的节省。

Alliander 在荷兰各地安装了区块链连接的电表，以促进本地市场与批发市场之间的实时结算和交易。动态网络管理系统用于荷兰半岛特塞尔的 Alva 项目，以将包括区域能源市场在内的微电网连接到更广泛的全国市场。通过他们独特的共识方法 Obelisk，新加坡的 Sun Bankers 创建了一个点对点能源交易系统，将小型太阳能发电厂与能源需求联系起来。 Volts Markets 正在开发一个基于比特币的点对点 (P2P) 去中心化交易网络，以消除电力行业中的中间商。在巴西，CoSol 使客户和小型能源供应商之间能够进行 P2P 能源交易。 Pylon Networks 正在开发一个直接在绿色能源生产商和消费者之间进行能源交易的去中心化平台。

供公用事业公司和其他相关方使用的比特币能源交易系统

包括 Bittwatt、Clearwatts、Greens Exercise 和 OMEGAGrid 在内的多个项目，旨在建立能源系统所有参与方之间的平台。Bittwatt 正在创建一个基于以太坊的在线平台，该平台将使用户能够立即共享运营数据。 Clearwatts 正在开发一个实时的分布式能源交易系统，包括能源采购合同的解决。 Greens Running 正在创建一个去中心化平台，该平台促进区域聚合商和能源供应商之间的点对点 (P2P) 能源交易。为避免误解，支持使用 VLUX 能源币进行购买，但以货币单位进行。 OMEGAGrid 将客户与区域能源项目联系起来，专注于公用事业和电网稳定性。这些项目旨在提高电网平衡和发展，从而降低成本或推迟系统升级。私有区块链记录可实现可变网络管理、自动交易生成、通信记录和能源确认。

微电网和社区项目的 P2P 交易

已启动多个项目以支持点对点贸易以及本地微电网或社区项目。澳大利亚初创公司 LO3 Electricity 正在德国、澳大利亚和英国开发新的试点项目，并在纽约市创建一个社区电网。他们正在与 Yates Electric Services 合作，研究促进全国范围内可再生能源生产和储存的交易能源交易系统。一家名为 Energy Grid 的澳大利亚公司正在创建一个交易所，供产消者和居民在家庭层面之间进行能源交易。该系统在降低电价和为光伏制造商创造额外收入方面显示出巨大潜力。此外，该公司通过交易其 POWR 加密货币获得了 3400 万澳元。新西兰最大的能源输送公司 Vector Energies 是该公司的合作伙伴之一。

Power Ledger 正在多个国家进行额外的试点，特别是在泰国、印度、塔斯马尼亚和列支敦士登。此外，他们还与 Kepco 合作，研究使用区块链技术交易产消者多余电力的可行性。日本 Eneres 项目有近一千个家庭、能源消费者和小型风力发电机参与，该项目使用数字货币促进多余电力的交换。 Alliander 正在与阿姆斯特丹的 Spectrum Power 合作，在 De Ceuvel 创建 Jouliette，这是一个点对点能源共享网络。该平台使用 AI 算法预测能源的生产和使用，并且 MultiChain 是一个分布式账本平台，支持使用授权的公共和私人数字货币。 Bouygues Immobilier 正在与里昂合作开发一个区块链演示程序，允许太阳能生产商和消费者之间进行能源传输。智能合约用于确定节点的地理位置，并使用区块链软件来验证和认证结构内各个点的电力生成和使用。过程证据接受方法（反映了更中心化的货币策略）采用了标准 KYC 程序。 Conjoule 在德国有两个试点项目，专注于社区内的点对点 (P2P) 能源交易。 Divvi 是一家澳大利亚公司，专注于社区能源基础设施和创新商业模式，拥抱清洁能源，并开发一个用于清洁能源的去中心化平台。 Energo Labs 利用区块链的力量，使参与城镇或微电网的参与者能够即时共享电力、数据和交易，从而开发独立的能源网络。 Power Marketplace 为住宅和商业客户、服务商、运输管理者、微电网企业主以及发展中国家（尤其是印度）促进能源交易。数字解决方案提供商 BLOC 正在丹麦开展两个项目，研究用于区块链使用和社区能源市场的升级传感器。 Greeneum 通过融合基于区块链的系统以及 AI 和机器学习方法，创建了一个去中心化市场，允许即时能源购买和支付处理。

Oursolargrid 专注于社区能源基础设施和以太坊驱动的 P2P 能源交易，为区域客户和消费者提供服务。通过 StromDAO 提供的平台，客户可以节省能源成本，同时为社区和绿色能源项目做出贡献。

ToBlockChain 在荷兰建立了一个名为 PowerToShare 的点对点电子能源交易网络，Hive Electricity 使用配备区块链技术的智能电表来确认产生的电量。 BCPG 创建的基于区块链的技术通过消除中间商实现了客户之间的 P2P 能源传输。

碳交易和环境认证

研究人员正在研究使用区块链系统自动签发和交易碳及绿色能源认证。由于成本高昂且劳动密集的手动审计流程，小型能源供应商在当前分散且复杂的市场中常常无法获得碳排放积分。区块链技术有可能简化绿色证书的签发，降低交易成本，建立国际贸易，提高透明度，并防止过度支出。然而，限制因素包括服务验证和认证。

2016 年，纳斯达克（首个探索分布式数据库方法的国际股票交易所）完成了一项成功的绿色证书交易试点项目。通过能源资产市场系统，Volts Market 使用智能合约自主生成和跟踪绿色能源认证。 Veridium 凭借其数字货币 TRG，建立了一个基于以太坊的市场，支持对环境资本和排放额的交易。 Poseidon 正在创建一个基于 Stellar 区块链的系统，并使用智能合约进行碳信用交易和跟踪。

一家名为 DAO IPCI 的俄罗斯公司希望利用区块链技术（包括智能合约）来提供完整的生态和环境商品服务。CarbonX 使用区块链软件作为对环保消费者行为的激励。 Energy-Blockchain Lab 和 Energy Cryptocurrency Laboratories 的目标是将中国的国家排放价格降低 30%。

电网管理

区块链程序员正在研究用于去中心化电网控制和管理的创新方法。这些方法可能带来供应-需求平衡的改善、更有效的配电和输电结构合作、自动化的财产确认以及分散式资产暴露的增加。区块链技术面临的挑战包括提高交易量和速度以实现即时验证，以及将分布式账本与现有电网集成。

PONTON 的 Gridchain、Grid A singleness、Tenet、Sunshine、PROSUME、EvolvePower、Material、the authority Ledger、Electrons、OurPower，以及一个探索使用区块链和智能合约进行运输网络的技​​术可行性和商业可行性的英国运输网络联盟是值得注意的能源管理活动。

包括 TenneT、Sonnen 和 Power Ledger 在内的组织已经测试了区块链连接的电池组。这项技术通过储能装置和输电协议降低了应急计划和库存，同时增强了负荷分配。接下来的步骤是使用 IBM 的免费技术研究区块链的可能性。

电动汽车

由于基于区块链的系统是去中心化的，不需要集中的基础设施来实现电动汽车 (EV) 充电、故障容错和定价。它们已被研究用于电动汽车 (EV)。区块链需要克服安全和隐私问题。区块链技术旨在激励私人资助的电动汽车充电设施的发展，让驾车者了解更多关于能源成本的信息，并可能在选择能源来源时有更多选择。

Slock 创建了一种名为 Share&Charge 的技术。它以及 Innogy Motionwerk 实现了个人 EV 充电站持有者和 EV 用户之间的点对点 (P2P) 支付。由于其公开数字货币和智能合约功能，用户可以跟踪和监控交易。 JuiceBox 是 eMotorwerks 的一款智能 Wi-Fi 连接电动汽车充电器，可让用户管理充电计划、费用和发电组合。德国的 Car eWallet 将交通产品与车辆和基础设施连接起来，而荷兰的 Alliander 正在测试与消费者签订的灵活合同，用于电动汽车充电解决方案。 PROSUME 为 EV 管理和信息收集创建了一个分布式系统，而 Energo Laboratories 正在制造带有通过区块链支持的电子钱包自动付款的电动汽车充电站。

电动汽车领域有许多区块链技术的可能性；然而，要获得好处，电动汽车必须克服隐藏用户数据、确保安全结构和创建兼容性协议等障碍。