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在到 2050 年实现碳净零排放的压力下，能源系统正在持续转型去中心化和数字化。可再生能源（生物质能、水电、地热能、风能和太阳能）为能源安全、社会和经济发展、能源获取、减缓气候变化以及减少环境和健康影响提供了机会。
然而，能源系统中的信息正变得越来越复杂和分散，集中式结构效率低下，所以将可再生能源添加到现有的能源系统需要新的工具来保持运行稳定性和安全性。在此背景下，在可再生能源中集成区块链技术是实现能源可持续性的关键。
集成了区块链的能源系统（分布式能源系统）是一种旨在使能源更接近用户的新方法：区块链技术可以为分散的可再生能源系统提供一种主导电力市场的新方法。区块链可以促进分布式点对点交易，降低交易成本，通过密码学提高安全性，以及提高消费者的可选择选项。
区块链技术的出现和 2008 年比特币的诞生让研究人员能够探索区块链在金融、医疗保健、农业、能源等各个领域的好处。区块链作为一种分布式和数字交易技术，可以安全地存储数据，以及在 P2P 系统中执行智能合约。
区块链具有以下特点：去中心化、永久性和匿名性。用户对数字系统的信任不是由中央机构建立的，而是由协议、密码学和计算机代码建立的。所以，区块链极大地提高了组织和个人在这些网络内进行协作和交互的可能性。
区块链因其独特的特性而具有彻底改变能源领域的潜力。区块链在能源领域的应用非常广泛，并且在流程和平台方面都可以产生巨大的影响。仅仅在电力供应链流程中就有很多用例：网络、交易和营销平台；批发和 P2P 贸易。
区块链技术为能源行业提供了机遇，可以带来深远的变化，但同时也为能源行业的现有模式带来风险。
支持在能源市场使用区块链技术的最重要论据包括流程的简化和自动化、更高的透明度以及通过消除中介来降低交易成本。然而，也有一些反对在能源市场使用区块链技术的论据，其中特别包括交易速度慢、非法活动以及能源和资源的消耗。此外，还有一些基本的法律问题，例如数据保护。
在能源市场中集成区块链的潜在优势：
区块链对能源公司运营的潜在积极影响：
（智能电网是一种自动化的电力网络，可实现电网与其客户之间的双向通信交易。）
大规模采区块链的限制/挑战：
因此，区块链有可能改变能源效率市场，并有可能破坏现有能源公司已建立的商业模式和传统角色。
就能源领域而言，区块链技术已被证明是近期的重大技术突破之一。区块链用例可以根据其目的和活动领域分为八组：
最近发表在 ScienceDirect 的一项研究表明，大约三分之一的用例与去中心化能源交易相关，其中包括批发、零售和 P2P 能源交易计划。第二个最受欢迎的类别是加密货币、代币和投资，占五分之一的用例。其次是物联网、智能设备、自动化和资产管理，以及会计、计费和安全，分别占总用例的 11% 和 9%。其他项目占总数的 6-7%：
区块链活动也可以根据使用的平台和共识算法进行分类。60% 正在开发基于以太坊的解决方案作为起点，而 55% 使用过 PoW 算法。
此外，大多数开发人员都面向对企业最具吸引力的私有区块链平台。Energy Web（专为能源行业设计的基于以太坊的区块链）吸引了 10% 的已公开披露的项目，也是能源公用事业公司的首选解决方案。其他流行的平台包括 Hyperledger 和 Tendermint。未来的新项目可能会转向更可扩展、更快、更节能的区块链，探索 PoS 或 BFT 等区块链解决方案。
计量/计费和安全：
一些开发人员正在探索在计量和计费过程中使用区块链技术。当与计量基础设施集成时，区块链可以为消费者使用的能源服务自动计费，并有可能降低管理成本。区块链可以提供能源生产和消耗跟踪，告知消费者能源供应的来源和成本，使能源支付更加透明。此外，区块链安全功能可用于保护数据隐私、身份管理。
能源领域的首批区块链应用之一是接受加密货币来支付能源和电力。事实上，越来越多的公司正在接受加密支付，包括能源行业的几家公司。例如，BAS Nederland 成为第一家接受比特币作为电费支付新形式的能源公司。其他公用事业公司如 Enercity和 Elegant 也紧随其后。借助 Enercity，住宅客户可以通过互联网进行支付，并使比特币自动兑换欧元。Elegant 引入了加密支付，用于提供能源服务，包括天然气和电力。
区块链技术可以以一种更加分散的方式管理智能电表数据，避免对单一数据权限的需求，从而避免单点故障。但新的挑战也出现了，将区块链技术应用于智能电表的一个关键先决条件是拥有一个有效的智能电表基础设施，智能电表和区块链的集成将产生巨大的开发成本，特别是因为智能电表基础设施已经在几个没有区块链功能的国家部署。此外，还需要制定新的标准以确保互操作性。
加密货币、代币和投资
加密货币是迄今为止最受欢迎和理解最广泛的区块链应用之一，市场上出现了越来越多的新加密货币和能源代币。
专门为能源应用发行加密货币可能具有一些优势，因为这种加密货币的分配和使用可以留给那些在系统中拥有最大利益或提供最多公共利益服务的人（例如，在可再生能源应用中，如果发电机产生碳密集度最低的能源，他们可以获得更多的加密货币奖励）。
越来越多的企业正在使用加密货币作为吸引投资和资金的工具（也称为初始代币发行）。新的加密货币也可用于奖励期望的行为并促进对可再生能源的投资。
为鼓励使用可再生能源而发行的加密货币包括：
具体例子包括一家英国初创公司 4New，它提供一种名为 KWATT 的能源代币。1 KWATT 代币代表与加密货币采矿场位于同一地点的垃圾发电厂中每年 1 千瓦时的电力。代币持有者可以决定出售英国国家电网的能源，也可以用它来开采其他加密货币，例如比特币和以太坊。与 4New 类似，总部位于美国的初创公司 PRTI 打算建造一个垃圾发电工厂，用于开采加密货币。
一般来说，在推出新的加密货币时，需要解决一些关键问题。主要问题之一是实施加密货币系统的开销，以及用户对其长期价值的信任问题。例如，如果可再生能源生产商认为加密货币的价值不足以支付他们在实践中的投资，他们可能更喜欢法定货币。
去中心化能源交易
迄今为止，去中心化能源交易在能源领域产生了最多的区块链交易。
一些应用正在开发中，例如：
（1）批发能源交易
区块链可以降低交易成本，同时提供透明的数据供多方访问。区块链可以消除中介，降低交易成本和可能的交易量，从而允许小型消费者参与能源市场。这方面的限制与区块链系统可以支持的可扩展性和交易速度有关。此外，一个关键问题是商业敏感数据能否对所有消费者开放？
批发能源市场的区块链计划：
（2）为最终消费者提供能源市场准入的平台
为最终消费者提供能源市场准入的平台可以为电网解锁新的灵活性服务。此外，此类举措可以提高消费者对能源供应的认识和选择，并可以加快转换速度并增加竞争。
旨在让消费者直接进入能源市场的区块链项目：
（3）本地 P2P 能源市场
本地 P2P 能源市场可以为本地能源系统优化提供解决方案，可以减少电网负载和延迟。此外，P2P 市场可以为可再生能源生产商提供额外的收入来源，并有可能降低最终消费者的能源成本。但供需平衡是区块链系统无法单独解决的关键问题，需要结合人工智能、机器学习和预测分析。
旨在为所有能源系统利益相关者提供平台的项目包括：
社区项目和微电网的 P2P 交易
P2P 交易涉及多个参与者根据商定的合同买卖能源。此类别中的潜在用例包括微电网中的交易、生产者者与消费者之间的双边交易以及企业对企业 （B2B） 能源交易。这通常涉及太阳能，因为它是最常生产的可再生能源。
P2P 能源交易市场允许参与者节省能源成本，减少参与者支付给分销商（中间商）的费用，而且也使得生产、消费和销售过剩电力成为可能，就像商品市场。
可再生能源中的创新 P2P 解决方案：
绿色证书和碳交易
区块链技术可以成为管理证书的工具。与当今复杂且昂贵的外包管理系统相比，它提供了信任、高级别的安全性、速度和较低的交易成本以及简单性。
一些开发商正在研究将区块链技术用于自动发行和可交易的可再生能源（绿色）和碳证书。当前可再生证书、碳信用和市场结构分散且复杂。由于与此程序相关的高成本，小型能源生产商实际上被排除在申请碳信用额之外。此外，审计过程通常由中央机构手动执行，容易出错。
区块链可以自动发行绿色证书，降低交易成本，并为此类资产创建全球市场，提高市场透明度。区块链在这方面的局限性在于所提供服务的认证和验证。例如，与区块链解决方案集成的智能电表可以自动验证能源生产，但尚未探索干扰此类系统的可能性。
这方面的举措：
区块链技术可以成为新的激励证书的推动者，如果没有人愿意管理它们，或者没有更地方级别的机构（例如城市）正在考虑发布它们，那么区块链技术可以做到。
网格管理
一些区块链开发人员正在努力寻找基于自动化和网格管理的创新解决方案。该领域的潜在好处是有可能改善供需平衡、更好的协调配电、自动验证电网资产以及提高资源的可见性。
区块链在这里面临许多挑战。首先，需要显著改进区块链系统以提供更高的吞吐量和交易速度，从而实现实时验证；已经部署在电网中的计量系统、电网基础设施、控制和通信系统需要连接到区块链。这将导致创建大量新数据集，需要对其进行仔细管理并保护其免受潜在的网络攻击。
这方面的举措：
物联网、智能设备、自动化和资产管理
区块链技术最重要的应用之一与广泛应用于智能电网的物联网技术相关。
基于物联网的区块链基础设施需要大量的设备、存储、服务器，以及将所有物联网组件集成到智能电网中的本地网络。同时，服务器用于接收来自各种传感器的数据，管理物联网设备的运行，并控制区块链中的不同组件。此外，大量数据可以存储在硬件或软件存储中。另一方面，消费者可以通过他们的计算机与区块链进行交互，以了解数据交易的任何变化。
已经有了几个项目、初创公司和试验，包括：
电动汽车
电动汽车的去中心化性质，涉及多方（车辆、司机、充电站、使用按需移动服务的乘客），自然适合区块链的实施。去中心化的好处包括：消除对集中管理的电动汽车充电基础设施的需求，以及消除充电站或运输提供商之间的定价。
区块链解决方案旨在为私人开发的电动汽车充电基础设施提供激励。借助该解决方案，电动汽车车主可以实现更高的电费透明度，并在选择能源时可能有更多选项。
许多公司已经探索了区块链技术在电动汽车中的应用：
在电动汽车的用例中，区块链的机会是巨大的，但需要解决一些挑战。区块链本质上是分布式账本，因此电动汽车用户需要匿名化以保护他们的隐私（例如位置、移动的行程）。此外，电动汽车系统中的区块链必须是防篡改的，以防止攻击者破坏电动汽车的安全性。最后，鉴于电动汽车可以与电网交互并在多个地点充电，因此互操作性标准的开发对于实现区块链在该领域可以提供的好处至关重要。
开发基础技术的通用计划
除了专注于特定应用领域外，一些组织还建立了协作平台，旨在探索区块链在各种用例中的潜力。其中包括欧洲电力工业协会 Eurelectric 推出了一个平台，旨在探索区块链技术在电力价值链中的潜力，包括发电、贸易、供应。
按收入划分的能源市场上在区块链上运营的顶级公司：
区块链技术为可再生能源面临的挑战提供了可行的解决方案。
增加能源交易的参与度可以通过降低成本和提高效率来产生重大影响；在区块链的帮助下，电网可以减少不平等，因为普通人也有能力生产和销售能源，“生产者即消费者”的作用正在加强。最终，这将导致共享经济的发展。
区块链技术可以加速电网去中心化，显然具有使能源系统运营、市场和消费者受益的潜力。区块链技术提供了去中介化、透明度和交易安全性，但最重要的是，它提供了新的解决方案，使消费者和小型可再生能源生产商能够在能源市场中发挥更积极的作用并将其资产货币化。
因此，区块链可以优化可再生能源市场。区块链与高速通信、智能电网相结合，将帮助我们更接近分布式可再生能源发电的数字化未来。
不过，区块链的应用也将需要重大的政策和行为改变。
责任编辑：张靖笛
