能源区块链的架构、应用与发展趋势

佘 维，白孟龙，刘 炜，宋 轩，田 钊

(1.郑州大学 软件学院 河南 郑州 450001；2.郑州大学 互联网医疗与健康服务河南省协同创新中心 河南 郑州 450000；3.郑州大学 信息工程学院 河南 郑州 450001)

0 引言

能源互联网建设是改革能源供给，调整我国产业结构进步的重要途径[1]。它将改变传统的集中式能源系统模式为分布式能源系统模式。2011年初，智能电网的建设全面纳入国家“十二五”规划纲要中，智能电网将虚拟电厂、电动汽车、智能移动设备、智能家庭等诸多领域高效地组织在一起，加快国家能源互联网的建设发展。智能电网快速发展的同时，其业务数据呈指数级增长，集中式的数据中心无法满足电网全业务数据存储所要求的可扩展性、安全性和低延迟[2]。2016年，国务院印发《“十三五”国家信息化规划》，区块链作为战略性技术列为其中。2017年1月国务院发布《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》，旨在促进区块链技术与人工智能的融合，建立新型社会信用体系。2017年11月国家发改委、国家能源局发布了《关于开展分布式发电市场化交易试点的通知》，提出了三种指导性的分布式发电市场化交易模式，探索与分布式发电相适应的电网技术服务管理体系、电力交易机制、输配电价政策改革的三种模式，拉开负荷侧市场化交易帷幕[3]。2018年6月，工信部印发《工业互联网发展行动计划(2018—2020年)》，鼓励区块链等信息前沿技术在工业互联网中的应用研究与探索，同年，工信部中国电子技术标准化研究院组织制定了《区块链隐私保护规范》、《区块链智能合约实施规范》、《区块链存证应用指南》、《区块链技术安全通用规范》四大团体标准。2019年10月24日，中共中央政治局第十八次集体学习会议上强调，区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革方面起着重要作用，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，着力攻克一批关键核心技术，加快推进区块链技术和产业创新发展。2020年国家发展改革委司法部印发《关于加快建立绿色生产和消费法规政策体系的意见》的通知，强调促进清洁能源的大力发展，大力支持和推进分布式能源的发展。

国内能源+区块链刚刚起步。按照《国家能源局关于印发2016年市场监管重点专项监管工作计划的通知》部署及国务院“双随机”工作要求，为进一步规范电力调度交易工作，维护电力能源市场交易和调度秩序，国家能源局于2016年下半年组织有关能源监管机构，对7个省份开展了电力调度交易与市场秩序专项监管工作，得出部分调度机构存在执行不严格、考核执行错误等问题。部分电力调度机构运行方式和计划安排不合理，影响可再生能源的消纳，造成资源浪费。区块链技术正在加速融进电力服务行业，形成能源区块链技术网，这将在一定程度上有力地解决以上存在的问题。

在2016年之前，“能源互联网的规划、运行与交易基础理论”已经被相关文件界定为“智能电网基础支撑技术”项目下的基础研究类题目，该项目的实施周期为2016—2020年。2016年首个区块链能源实验室成立，并推出了能源区块链主链Demo，标志着我国探索者在该领域成功地打响了第一枪。国网浙江公司从2017年9月开始组建研发队伍，开展基于区块链技术的电子数据保全、积分兑换、数据交易等方面的应用研究。后续还将结合嘉兴城市能源互联网综合试点示范项目和“互联网+智慧能源”双创基地综合能源服务示范工程，开展基于区块链技术的相关研究，打造低碳能源示范应用。国企纷纷布局，2017年11月，国家电网向国家知识产权局提交了一项名为“关于区块链的电力交易管控方法及装置”的专利申请。2018年4月13日，这项申请正式对外公布。据申请文件显示，该项发明涉及一种能源互联网系统，目的是解决如何克服能源互联网中心化机构管理方案中运行成本高、安全性差以及用户隐私难以保证的问题。2018年4月27日，国家电网公司科技项目《区块链技术在能源互联网的应用研究》中期督导会时，阶段性考核指标已全部完成。国内区块链行业中已有506个企业区块链项目正在进行中。

能源区块链具有极大的市场发展潜力，据英国Technavio研究机构于2020年3月发布的《Global Blockchain Technology in Energy Market 2020—2024》报告称利用区块链技术可防止电网故障，能源区块链具有巨大的市场增长机会，预计2020—2024年，能源区块链市场将增长2.8亿美元[4]；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)市场的不断扩大，并且凭借高交易速度和不可篡改性，商家越来越多地接受数字加密货币，致使区块链技术在能源领域的应用逐渐增多。移动设备的日益普及、移动宽带速度的提高和成本的降低又进一步支持了全球区块链技术在能源行业市场的增长。到2026年，能源区块链市场的价值预计将超过102亿美元[5]。

能源互联网从传统中心化电力系统到分布式电力系统的发展，去除了中心化的弊端，通过运用分布式技术，将系统进行分块、分组，进而大大提升系统的开发效率和运行效率。但是分布式电力能源系统实现智能化的同时也有诸多的缺点，包括：(1)组件繁多复杂，在整个分布式电力系统中，涉及的业务庞杂，需要建立诸多组件进行业务之间的关联和管理，与此同时，衍生出组件的有效性管理以及有效地提升组件之间的协作效率等问题；(2)人员及数据的数量庞大，在分布式电力系统中，包括电力运营商、电力制造厂商以及各种类型的用户，面对诸多的人员类别的同时，其用户隐私数据及交易数据等数据量也是指数级增长，在协调好各类人员有序且高效地在分布式电力系统中进行交易，以及数据量的隐私保护和数据管理等问题上需要进一步解决；(3)数据异构性及数据交互安全性差，在面对如此庞大的电力系统，数据的种类繁多，如何解决数据的异构性，优化系统的基础数据模块是关键，电力分布式系统中，数据进行层级交互，交互的过程中保障安全性是重中之重；(4)系统难以管理，系统整体的运行效率和管理是难点，系统内部组件及其数据量庞杂，如何高效地调度各个组件和数据资源是系统整体把控管理的关键；(5)运维困难，系统的运维需要大量的人力物力，如何高效地运维管理，节省系统开支，也是亟须解决的部分。由此可见，能源互联网中仍然存在着很多的问题，需要一个能够融合能源互联网的各个层级的关键技术来解决相关问题。

1 能源区块链

在能源互联网领域，区块链技术得以重用，针对能源互联网应用系统中各个模块存在的问题，区块链技术能够依靠自身的链式特征和独特的区块结构融合到能源互联网中的各个层面，解决能源互联网系统中的相关问题。本节首先对区块链技术进行介绍，然后对能源区块链进行介绍分析，最后对已经落地的能源区块链应用项目进行总结。

1.1 区块链

区块链技术作为目前极具潜力的互联网分布式技术，它不依赖第三方的中心机构，通过自身分布式节点进行网络数据的存储、验证、传递和交流。区块链技术被认为是互联网发明以来最具颠覆性的技术创新，它依靠密码学和数学巧妙的分布式算法，在无法建立信任关系的互联网上，不需要借助第三方中心的介入，就可以使参与者达成共识。

根据区块链的开放程度可以划分为：公有链、联盟链和私有链。这3类区块链在开放程度、参与人员和共识算法等方面都不尽相同，链中节点对数据有三大权限：认证、记录和读取。公有区块链开放程度最高，所有的节点都可以上链，具备三大权限，常见的公有区块链项目有虚拟货币(比特币)、以太坊和企业开放运营等；联盟区块链开放程度比公有链低，它由多个主体共同组成，主体间能够协作互通，只有联盟成员节点才具备对数据的三大权限，代表性项目为适用于企业环境下的联盟链开发平台——超级账本[6]；私有区块链开放程度最低，完全不对外开放，一般作为中心机构管理的工具，外部节点不允许加入，蚂蚁金服在支付宝内部搭建的爱心捐赠平台，属于私有链类型。

区块链中有一个潜移默化的规律，即“不可能三角”，同一个链中无法同时追求交易处理的高性能、较好的系统安全性和去中心化[7]。高性能即运行效率的高效性，安全性指数据的安全性，去中心化是指解除中心化控制，转为分布式多方共同参与，共同维护。公有链的去中心化和安全性两方面优势都比较高，链中数据的生成和验证需要诸多节点共同参与完成，但是性能较低；联盟链性能高，但去中心化和安全性低；私有链本身就是完全中心化的，去中心化最低，性能和安全性较高。三种类型区块链各有优缺点，应根据实际应用场景来选择合适的链种作为技术支撑。

能源领域场景复杂，公有链更加适合对用户开放的场景，让用户在有能源需求时自主入链，需求得到满足时，可以退链，能提高链中的执行效率和方便用户的操作。联盟链更加适合机构之间数据通信的场景，如图书馆之间进行数据互通、权限设置等操作。私有链更加适合企业内部和金融性质的场景，如能源交易、数据保密等。在实际的应用场景中，能源互联网各个环节，可以结合其特点采用不同的区块链类别，而在实际的电力能源互联网系统架构中可以采用单链或者多链并存的架构方式，如单链式、双链式和多链式等技术架构方案。将区块链技术融合进能源互联网的各个环节，极大地发挥区块链技术在能源互联网中的作用。

1.2 能源区块链

区块链分布式账本技术能够很大程度上解决目前分布式技术的缺点。区块链具备可靠性、加密性、不可篡改性和可追溯性的特征，能有效地解决目前我国在能源互联网上存在的数据孤立和分布不均衡以及能源浪费等诸多问题，同时二者在交易上又都具有去中心化、安全透明化和智能化的特征，为两者的结合提供了基础。通过对区块链自身的特质与能源互联网的技术相融合的探索，说明了区块链在能源互联网中的优势和可行性。在电网数据平台中电网数据的安全性是重中之重，区块链技术具有数据不可篡改性和可追溯性的特点，能够保证电网数据的安全性要求。区块链技术凭借自身的技术优势，利用共识机制和智能合约等关键技术渗透到电网数据平台的各个模块部分。文献[8-9]从不同维度与视角分析了区块链技术和能源互联网理念的兼容性，将区块链技术和分布式电力系统进行融合能极大地提高系统的安全性和高效性。

为了优化分布式能源，实现能源优化调度，提升能源利用率，智能协调控制各大能源，文献[10]提出了一种同时拥有市场特性和控制功能的交互能源优化方法，其中核心支撑技术就是区块链技术，设计了一种基于区块链的去中心式交互能源机制，实现分布式能源多边交易。在新的形势下，电力机制改革推进发展过程中仍存在着效率低、成本高、透明度低、安全性差等诸多问题，亟须一个能确保交易透明、信息安全、运行经济的去中心化配电网运行模式和方法。于是文献[11]提出一种基于智能合约的配电网交易机制，建立一种无中心机构的配电网交易机制模型，设计了电能多边交易智能合约。利用区块链能够很好地解决微电网中存在的数据孤立、分布不均衡和能源利用率低的问题，并且区块链和微电网交易中都具有去中心化、安全透明、对数据安全有需求，两者不谋而合，充分说明了区块链在微电网中资源调度及交易中的优势和可行性[12]。区块链以自身优越特性，使其在电力能源领域的应用与日俱增，主要应用方向包含：电力计量、电网调度控制、电动汽车系统设计等。

国际可再生能源组织(international renewable energy agency,IRENA)发布了可再生能源的创新报告，里面多次提到区块链技术作为能源领域的重要应用技术，并指出基于区块链的智能合约可以推动实现电网的现代化，增加可再生能源使用，特别是难以吸纳的间接性能源的有效利用，同时可以降低成本，加快交易流程。其中点对点交易方面占区块链在电力领域应用的36%，而在电网管理和系统优化方面占比为24%，由此可以看出区块链技术中的P2P的需求量。区块链技术使得电力网络更加容易控制，尤其是智能合约能够有效控制系统特定交易的时间，确保所有电源和存储流都受到控制以自动平衡供需。区块链技术应用在电力能源行业的目标是使电力能源系统实现完全去中心化，从而建立起分布式电力能源系统，同时保证分布式电力能源系统的海量数据的隐私性，以及传输过程中数据的安全性。借助区块链技术中的智能合约，能够自动执行电力能源系统的交易合同，实现系统的自动化处理。区块链技术除了可以执行电力能源供应交易外，还可以提供计费、资源存储、计量、数据传输安全等重要环节。结合区块链具有广泛交易、可信计量、智能合约控制的特性，阐释了区块链与能源互联网特征的一致性，明确了区块链技术在能源互联网中的定位[9]。

能源互联网和区块链技术都是建立在智能设备物联网的基础上，都追求去中心化、自治性、市场化、智能化等特点。能源互联网和区块链技术主要有以下收敛点：(1)分布共享，区块链利用共识机制和P2P传输方式实现数据资源的点对点通信和分布式存储，达到信息分布式共享；(2)安全透明，区块链上的数据具备防篡改和可追踪等特点，可以保证电网中数据的一致性和安全性；(3)智能运行，通过区块链智能合约技术，能够实现能源网系统的智能运行，通过强制执行合约完成无须人工参与即可规避违规行为；(4)精准化管理，区块链实现数字化精准管理，能够记录电网中的每笔数据交易；(5)个人授信，通过区块链技术能将用户个人数据信息对用户本身透明化和授权化；(6)资源交易，区块链基于自带的金融交易特性，可实现电力能源的交易和结算，并促进多方交易中的透明度，形成高效的电力交易系统；(7)降本增效，分布式能源就近交易能够减少长距离传输线路损耗，从而降低输配电成本，进而降低终端能源价格，并提高交易效率。

区块链技术目前在电力系统领域大致的应用范围：微电网点对点发电和配电；分布式电力系统优化；电力系统共识机制及其优化；电力系统的管理、交易及相关的激励机制设计；电力交易及数据安全保障；可再生能源多能互补优化调度；电动汽车充电站设计；电动汽车电能共享及计费优化；居民自产自销能源系统；社区能源系统；能源卖家与可再生能源运营商的关联分析；碳跟踪管理等。以上均说明了区块链在电力资源方面有着广泛而深度的应用。表1为区块链技术与能源互联网的相似点分析。

表1 区块链技术与能源互联网的相似点分析Table 1 Analysis of similarities between blockchain technology and energy internet

1.3 能源区块链落地应用

目前能源区块链备受关注，全球都在大力发展能源区块链，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归纳总结。

(1)国外部分落地项目

1)美国的Tansactive Grid项目。该项目在2016年4月由美国新创能源公司LO3与区块链技术研发商Consensys共同开发，是世界上最早基于区块链技术研发的项目。这个项目使得社区居民用户之间实现点对点电力交易，允许用户通过智能电表实时获得发、用电量等相关数据，并通过区块链向他人购买或销售电力能源，但是在纽约禁止个人售电，项目无法有大的推进。

2)欧盟的Scanergy项目。实现了生产者将电力能源向配电网中输入、售出绿色电能时，配电网运营商会进行确认，确认成功后智能合约将会生成相应的虚拟代币，并将代币提供给绿色电能生产方。

3)德国的Ponton Enerchain项目。搭建集成化交易系统：通过设置Enerchain中间网络，进行交易流程的去中介化。这个系统中，交易员可以直接P2P提交和执行交易，避免第三方提供网上交易。

4)英国Electron“多种能源资产共享平台”。打造能源界的eBay，该公司已经研发了区块链平台的“生态系统”，包括资产注册、灵活交易和智能计量表数据保密系统。使用区块链技术有效地管理能源计量表，可以把这个能源切换过程缩短至几分钟。现在该公司正在研发一个全新的交易平台，将是“一个能源资产的共享市场，能够快速响应价格信号”，它的目标是支持电网运营商和公用事业公司推出的灵活性的产品。

5)德国的Innogy子公司。区块链电动汽车充电系统，是一个依靠以太坊网络来处理其运营的“Share&Charge”区块链平台，是共享充电桩领域的一个平台，目前在德国已建成几百个基于区块链的电动汽车充电桩。

6)澳大利亚的弗里曼特尔项目。旨在评估区块链技术与大数据分析技术在分布式能源系统以及水循环系统中的作用，正在试图将新兴技术与原有基础设置和再生能源发电设备融合在一起，从而实现未来零碳绿色智慧城市的目标。

7)非洲Sun Exchange项目。目的在于通过区块链平台来众筹光伏初建资金，并且将光伏发电系统租给非洲的学校、自然保护区以及工厂等机构，提供相应收益给投资者。

8)菲律宾德拉萨大学项目。相当于一个小型的去中心化能源管理与交易系统。该项目以某大学内的校园微电网项目为基础，包括3个楼宇负荷和1个光伏发电系统。区块链保证了不同用户直接进行点对点交易，保证楼宇的电力供需平衡。

9)以色列智能微电网项目。是一个基于区块链技术和人工智能的微电网试点工程，以实现绿色电力认证、电力交易、区域能源优化管理和P2P等功能。

10)澳大利亚Power Ledger智能城市项目。能源代币交易，可以使用无成本的能量代币SparkZ进行交易，支持不断扩大的能源应用生态系统。此系统使得电能的生产者和使用者可以直接进行交易，而不是通过一个充当中介的电力公司。但是该项目存在代币安全的问题。

11)WePower项目。基于区块链的绿色能源交易平台。它是一个绿色能源拍卖交易平台，它允许可再生能源生产商发行自己的能源代币筹集资金。

(2)国内部分落地项目

1)国内首个能源区块链实验室2016年5月于北京成立，该团队拟通过区块链技术与碳市场应用场景的深度融合，打造一款低成本、高可靠的碳资产开发和管理的区块链平台。

2)初创区块链团队Energolabs在2016年10月建立一系列去中心化能源应用组成的生态系统Energo。

3)基于区块链的电力营销合同管理系统。该项目由国网浙江电力有限公司与国网信息通信产业集团有限公司共同开发，该项目以区块链技术为基础，对电子合同的交易信息保全、积分兑换与累积等方面进行研究。

4)能链科技碳票项目。它可以对碳资产开发、绿色债券发行登记、绿色供应链管理、绿色电力登记以及其他各类服务进行统一登记与管理。

5)蛇口能源区块链项目。招商局慈善基金会、北德认证、熊猫绿色能源集团以及华为公司等联合发起建设了全球首个基于区块链技术、促进使用清洁电能为主的社区公益项目，采用智能合约将发电方与用电方关联起来，满足青睐绿色清洁电能的低碳环保家庭用电需求。

6)上海基于区块链技术的电动汽车充电链示范项目。这是国内首个基于区块链技术的电动汽车共享充电链示范项目，利用区块链特性，解决多方的信任问题，极大地提升了能源汽车充电资源利用率。但是该项目稳定性较弱，暂未大范围推广。

7)我国第一张电动汽车充电电费区块链电子发票项目。区块链电子发票能很容易实现信息的追溯和信息的不可篡改。同时避免了假发票的出现，能有效降低税务成本和简化办理流程，更能极大地保护用户的隐私。但是该系统操作和申请复杂，还有很多待完善的地方。

由上可见，国内的能源区块链的建设和运营经验尚且不足，落地项目较少。虽然已经取得了一定程度的进展，但面临的挑战和问题仍然不少。在山东理工大学赵曰浩团队和广州供电局副总经理刘育权联合署名的论文中，对中国发展能源区块链提出了完善能源政策体系的建议，制定了监管措施与健全监管体系，加强底层技术的研发力度，推进新型能源设备的研发，积极参与能源区块链国际通用标准的制定，积极探索区块链在能源领域的应用，有计划地组织若干能源区块链项目落地应用[13]。我国的区块链虽然起步较晚，但是我国区块链技术应用成果也相当显著。未来能源互联网将朝向分布式能源的大量使用以及“互联网+智能能源+区块链”的联合应用的方向发展[14]。

2 能源区块链技术架构

随着能源区块链的发展，能源区块链系统架构出现了多样化的现象，现有能源区块链技术架构可依据区块链的链数分为单链式、双链式和多链式三大类，本文对这三类技术架构的相关研究进行了总结分析。

2.1 单链式技术架构

在电力能源系统中，需要同时保证交易完全去中心化与调度层面部分去中心化的要求。借助联盟区块链的部分去中心化及可控性强的特点，可以在调度和交易层面发挥极大的优势。联盟链中通过采用非对称加密能够切实保证电网数据的安全，通过设置访问权限能够有效控制整个系统的开放性。

文献[15]提出了采用单链式-联盟链技术构建的电网数据平台技术框架，如图1所示，在该区块联盟链的电网平台技术框架中，结合区块链的5个层级：数据采集层、网络层、共识层、合约层和应用层，将该电网平台分成5个层级分别与区块链层级相对应，将区块链技术融进电网平台的每个环节。在该技术架构中，将电网平台分成了电网数据的采集、提取、统计维护及实战应用等五大层级，各层逐级调用，分工协作，将区块链中的区块结构、共识机制、智能合约等关键技术充分应用到电网平台的各个层级之中，充分发挥区块链技术在该电网平台中的作用。

图1 基于联盟链的电网平台技术框架Figure 1 The technical framework of power grid platform based on alliance chain

该单链式五层系统架构又划分成了四大模块，分别为基础模块、协议模块、核心模块和扩展模块。各大模块的组合方式及其作用如下。(1)基础模块：数据采集层，具体的功能主要是实时地获取电网平台中设备的运行状态以及其他硬件参数数据、输送的电量、能源的类型及来源、电力的价格及时间序列等基础性数据信息，并将数据消除异构性之后加入区块中。(2)协议模块：网络层和共识层，该模块中主要包含了区块间的组网规则、共识信任和数据的认证协议等功能，保证了整个电网平台中的区块节点间的信任通信和数据校验传输。(3)核心模块：合约层，是实现系统平台智能化的核心，包含了各类智能算法机制和脚本代码，通过它们相互之间的组合，衍生出更加智能化的智能合约，实现系统的自我管理和智能运行。(4)扩展模块：应用层，包含了联盟链在电网平台中的各种技术应用模块及扩展。同时，为智能电网系统提供技术方案、数据的分析结果、系统的运营策略及管理方法等。该单链式技术架构分层与分工明确，层次模块化，各层各模块协调运行，逐级调用，保证了整个电网系统中数据资源的安全性、完整性和准确性，有效地提升了电网平台的智能化水平，提高了电力资源的利用率，同时保证了电网平台数据的安全性。

随着构建环境友好型清洁能源的大力发展，电动汽车面临着电力系统中电动汽车的充放电效率以及过剩电力的处理问题。针对这些问题，文献[9]基于以上单链式五层技术架构设计出电动汽车充电交易框架。在该充电交易框架中，每个充电站作为一个节点，所有的节点都经过联盟链上的数字证书认证中心实现了公钥的基础性设施服务，并且预设了成员资格服务者组件，实现了各参与主体之间的控制结构关系，进行身份认证和权限控制。图2为电动汽车充电交易模型的网络结构，认证中心负责发放公钥、私钥及证书的吊销列表等信息，由电动汽车充电交易市场的监管部门担任成员资格服务者组件中的管理员，进行配置通道和节点的角色。架构中数据的交换是通过建立交易通道进行的，该通道由成员资格服务者组件中的管理员进行管理，它将多个公司的排序服务节点和充电站节点进行连接。注册供电企业的用户，均可通过该平台的账号认证，通过应用程序访问通道内的所有背书节点，选择多家供电企业提供的充电服务，如图3电动汽车充电交易运行过程。该系统架构实现了系统的高效运行和数据的安全保护，电动汽车充电交易的自主管理，交易的公开透明和及时性。能够充分体现出联盟链在该电力资源系统的特征优势。但是框架中并未涉及运营商之间的利润博弈、对用户的充电引导及系统的优化维护等方面。

图2 电动汽车充电交易网络架构Figure 2 Electric vehicle charging trading network architecture

图3 电动汽车充电交易运行过程Figure 3 Electric vehicle charging trading process

2.2 双链式技术架构

随着区块链技术的逐渐发展，单链存在信息孤岛、存储容量小的局限性逐渐显现出来。为了有效地解决单链存在的问题，逐步向双链并存的方向扩展。双链并存实时进行数据共享，不但能解决信息孤岛问题，还能够极大地提高区块链的运行效率，加大数据的存储容量，同时能对数据进行分类处理，完成数据格式统一的操作，有效地提高系统的整体运行效率。

智能电表作为智能电网系统中重要的基础物理设施，不但能为电力公司实时提供电力能源的消耗信息，还记录着电力能源的基础信息，所以其安全性至关重要。但是目前很少有针对智能电表数据安全的研究，文献[16-18]提出了使用同态加密技术来解决数据隐私的问题，然而这些研究并没有解决集中式数据采集结构中的单点故障风险问题。文献[19]提出了使用区块链和同态加密相结合的双层区块链技术架构，并以此技术架构构建了数据安全保密的分布式电表聚合框架。在该系统架构中，区块链作为一个分布式数据存储技术，通过共识机制促进更加便捷高效的数据聚合和数据存储。图4所示为基于区块链和同态加密相结合的双层区块链架构。

图4 基于区块链和同态加密相结合的双层区块链架构Figure 4 A two-layer blockchain architecture based on blockchain and homomorphic encryption

该架构使用了双层区块链、多区域集群区块链和广域区块链。集群区块链就是根据智能电表的实际位置信息进行分组，每个电表就是集群区块链网络中的一个节点，在每个集群区块链上都配有一个集群网关将集群区块链与广域区块链网络进行连接。而广域区块链是由不同的网关节点和变电站组成的，用来汇总多个集群链上采集的电表数据，然后系统管理员即可从广域区块链网络上访问到这些可靠的数据。在此框架中，区块链用来保护传输和存储仪表数据，通过分布式共识机制促进高效的数据聚合和存储，采用多播技术来支持多对多的数据传输，避免了用广播技术造成的计算负担，采用椭圆曲线数字签名算法来验证发送者的身份和数据完整性，以防止网络攻击对数据的篡改。

为了方便消费者进行电力资源交易，文献[20]提出了双层区块链技术架构，将智能合约和交易账本存储在两条独立的区块链中，形成“合约链”、“账本链”双链并存架构。智能合约主要嵌入加密密钥功能，用来验证和监控整个区块链，合约链通过智能合约实现对用户的功耗状态进行提醒，同时监测用户端和电脑端任何的恶意操作，在发现恶意操作时进行警告，并撤销其访问权限，从而保证了监控环境的安全性和可靠性。通过Merkel树来检测并防止未授权的区块变更，从而达到区块链的完整性。图5为结合智能合约和交易账本的双层区块链技术架构。

图5 结合智能合约和交易账本的双层区块链技术架构Figure 5 A two-layer blockchain technology architecture combining intelligent contracts and trading books

在智能电网系统中，智能电表是实时测量并监控用户用电数据的物理设备，通过无线设备将用户的用电数据信息发送至能源提供商。在本双区块链模型中，将智能电表读取的数据直接发送至合约链上，链中的智能合约对数据进行处理和验证，实时更新到区块链中。而账本链，以分散的安全方式执行，管理和验证各个用户之间的信贷和能源交易。两条链分工明确，极大地提高了系统执行效率。该双区块链模型能够有效避免数据格式统一处理的操作，设计智能合约生成算法和联盟协商算法实现信用和能源的完美交易。但是目前该双链模型在一致性优化和抵御网络攻击方面没有涉及太多的研究。

2.3 多链式技术架构

在分布式电力资源系统与区块链技术结合的过程中，由于在电力资源系统中各组件资源众多，导致了系统管理低效、各资源的调度分散、不能及时有效地处理突发状况等诸多问题[21]。为了能提升系统整体的运行稳定性和高效性，确保电力能源交易的公平、公正、公开，保证供电上的收益以及用户的利益最大化，提高资源利用率，有效地进行节能减排，文献[22]运用多个区块链建立一个分布式智能电力能源系统(distributed intelligent power energy system,DIPES)，如图6所示，多区块链采用多链并存、多链互通的策略进行分层分级管理。DIPES分为数据存储与服务区块链、资产管理区块链、电力系统分析区块链、智能合约运营区块链和交易支付区块链，形成五环链结构。各链分层设计，合约层、激励层、共识层、网络层、数据层及应用层，层层互联互信，协同运行能够很好地解决传统分布式能源系统组件多杂乱的难题。智能合约运营区块链从数据链、资产链、分析链中获取数据信息，进行智能调度、安全运营、协调系统优化运行。

图6 分布式智能电力能源系统区块链群：架构与分层功能Figure 6 Distributed intelligent power energy system blockchain group:architecture and layered functions

在多链式架构中，区块链分别独立运行，每条区块链划为一个模块，链链之间为模块化的关系，实现整个系统的解耦合开发，每条链都可进行独立开发和功能优化，统一数据调用的接口即可。数据区块链保证了数据的统一格式，避免了异构数据的产生，保证了系统中数据的融通性。在应用层，可以嵌入其他的智能化业务逻辑，能够实现整个系统的业务扩展以及电网资源的智能调度。

在区块链群技术架构下的分布式电力资源系统，能够很好地实现业务功能的扩展和集中力量进行各模块的优化和升级。数据区块链的数据格式的统一也保证了系统多种区块链之间进行异构区块链协同合作调用的可行性。该区块链群模型提及更多的是关于区块链的相关技术，对电力系统的相关技术提及较少，例如故障检测和识别诊断、稳定性及可靠性分析等。该区块链群模型是由不同的区块链模块进行自由组合形成的分布式智能电力资源运行系统。

2.4 技术架构对比分析

在电力能源系统中，电力数据资源的隐私保护越来越重要，区块链技术借助数据防篡改、可追溯、加密安全等特征融合进电力能源系统，进而形成单链式、双链式和多链式的能源区块链系统，多链协作并存包含多条同链和多条异链的技术架构。表2介绍了以上技术架构设计的特点，并分析了它们之间的优点与不足。

表2 技术架构对比分析Table 2 Comparative analysis of technical architecture

3 能源区块链应用研究现状

目前能源区块链的研究发展迅速，诸多学者在能源区块链中的调度、交易、数据安全和系统的整体优化等诸多环节进行了研究，针对这些应用研究的核心内容，本文从安全和优化两大方面对目前已有的研究现状进行总结分析。

3.1 安全方面

随着智能电网的引入，安全性问题也随之而来，智能电网的许多部分都可能成为非法攻击和操纵的入口。典型的网络物理攻击有时间同步攻击、GPS欺骗攻击、拒绝服务攻击和虚假数据注入(false data injection attacks,FDIS)攻击。而在诸多的非法攻击中，已经发现的恶意攻击主要针对的是系统和数据层面，能源区块链能够很好地解决这两方面的安全性问题。以下是针对安全问题，从数据安全和系统安全两大方面对目前已有的研究现状进行总结分析。

3.1.1数据安全 为了保证用户的用电细节对客户本身透明化的同时保护好数据的隐私性，文献[23]使用主权区块链技术实现了一种具有透明性、来源性和不变性的网格监控平台，引入智能电表对数据进行采集，保证了客户数据的安全性和用电数据对客户自身的透明化。文献[24]提出了一种面向联盟区块链噪声的隐私保护方法并设计了威胁模型，旨在防御基本和高级的链接攻击，进而保护电网交易过程中的用户隐私。文献[25]提出了分散式电力市场交易平台，采用许可链(前期部署私有链，成熟完善后向联盟链过渡)，提高交易的数据安全性。文献[26]提出使用区块链技术的分布式电力交易方法，保证交易的透明化和数据的隐私安全，同时设计了适合分布式电力进行多边交易的智能合约。文献[27]提出了一种新型安全电力交易激励契约模型，采用椭圆曲线双线性的数字签名技术，提高了交易信息的安全可靠性，使用一种实用的拜占庭容错(practical Byzantine fault tolerance,PBFT)算法来保证数据块的一致性，降低网络延迟的同时提高了系统的吞吐量和高安全性。随着智能电网的大力发展，多边能源交易的研究和构建基于数据隐私和数据安全的多能源交易平台越来越多，电力市场主要包括中长期市场、现货市场、辅助服务市场、容量市场等[28]。文献[29]提出了采用联盟区块链和连续双拍卖(continuous double auction,CDA)相结合的方式，对微电网直接电力交易隐私进行保护的方案，有效地提高交易效率的同时还节省了成本，利用公平盲签名技术生成笔名和笔名证书，实现连续双拍卖中的身份隐私，采用(t，n)门限秘密共享技术，对可信第三方的私钥进行分发和恢复，实现了分散化和用户身份的可追溯性。文献[30]提出了电网交易的新的区块链结构，并且融合了国产安全算法SM2和SM3，有力地保证了配电网电力交易过程的安全性。文献[31]提出了一个基于安全私有区块链(secure private blockchain,SPB)的框架，可以使得在不受中心机构约束的情况下，一对能源节点可以直接进行交易。如果卖方没有及时承诺买方的能源需求，该交易则过期将被视为无效。这使得该框架能够抵御一系列攻击。为了提高分布式能源网交易的安全性，文献[32]采用区块链技术、多重签名和匿名加密消息流等技术构建了一个基于令牌的私有分散式能源交易系统。与传统的集中交易解决方案相比，区块链技术、多重签名和匿名加密消息传播流的适当结合为分散式智能电网(smart grid,SG)能源交易提供了一个可行和可靠的方向，具有更高的隐私性和安全性。

针对电动汽车和充电桩的管理问题，现有的学者对充电桩的网络性能优化管理的研究较多，而电动汽车与充电桩之间的安全管理问题很少提及。文献[33]利用区块链的匿名属性来保护使用者的隐私，并将传感器区块链用于混合动力汽车的对等交易，有效地保证了电力交易的安全，但是这种方法在使用数据挖掘算法防御这些隐私攻击时失败了。文献[34]设计了一种支持联盟区块链的方法，保证相邻地理位置的安全能源交易的正常进行，将交易信息存入区块中，让用户来跟踪和管理，但是没有很好地解决交易数据的隐私保护问题。在文献[35]中，区块链技术被用来建立一个保护隐私的充电站选择，基于区块链提出了一种协议来寻找一个最优的充电站，该充电站将公开招标作为一种响应机制，在协议执行过程中不暴露用户的地理位置，从而保护用户的隐私。文献[36]提出了一种基于区块链融合闪电网络与智能合约的分散式安全模型，简称为闪电网络和智能合约(LNSC)模型，其包含了注册阶段、调度阶段、认证和计费管理等阶段，该模型大幅度提高电动汽车与充电桩之间交易的安全性。文献[37]针对虚拟企业中安全漏洞隐患，电动汽车用户较易受到攻击的问题，提出了一种基于区块链的能源供应安全激励方案，采用许可区块链技术，创新性地引入一个安全的能量传递框架，保护节点在交易时免受攻击，并提出了一个新的信誉证明(proof of reputation,PoR)一致性协议来验证程序负责分类账管理，最后设计了基于apricing的激励机制来实现区域能源平衡。文献[38]提出了一个采用安全许可区块链的私人充电桩共享方案，首先提出了一个基于能源区块链的私人充电桩共享网络框架，以增强分布式能源交易的安全性，通过多重签名(Boneh-Lynn-Shacham,BLS)的实现，开发了一个有信誉的安全私人充电桩共享协议，有效地在区块链中达成共识。该方案在提高了用户充电的便捷性的同时保护其网络免遭恶意攻击。表3对以上能源交易和数据安全方面的研究进行了总结和对比分析。

表3 能源数据安全分析Table 3 Energy data security analysis

3.1.2系统安全 为了提高智能电网系统的安全性，学者广泛研究了几种基于区块链技术的方法。关于不同区块链保护机制的一般性讨论见文献[39]。文献[40]利用智能合约来提高智能电网的网络结构的扩展性，同时保证了能源的智能交易。分布式电源的数量极多，其融入城市配电网后出现大量的区域型负荷不平衡和上级电源事故备用问题，文献[41]提出了采用免疫遗传算法进行求解的考虑分布式电源并网安全约束的10 kV 配电网改接优化模型，极大地解决了高密度分布式电源接入城市配电网后的区域型负荷不平衡和上级电源事故备用问题。文献[42]提出了一种新的基于分布式区块链的保护框架，与以上研究提出的类似，也是将电能表中获得的数据封装为块，在整个分布式网络中使用电能表作为节点，来增强电网的健壮性和安全性，增强现代电力系统抵御网络攻击的自我防御能力，但是目前该框架缺乏有效性和及时性。文献[43]利用通用形式交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)，提出了一种基于一致性的分布式优化算法，采用分散最优潮流(optimal power flow,OPF)模型，提高抵御网络攻击能力，并且不受中心代理的控制，能够很好地保证数据的安全性。

常规电网系统向智能电网转变中起着重要作用的多微电网(multi-microgrid,MMG)系统，由于其自身的开放性和分布式的架构，将系统暴露在各种的恶意攻击之中，其系统安全性面临着重大的危险。针对这一问题，文献[44]设计了一种基于区块链的智能电网MMG系统协同入侵检测(cooperative intrusion detection,CID)方法，该方法研究出了一种可以使周期模式和触发模式相结合的方案生成方法，为了解决分布式检测结果的数据一致性问题，还设计了一种关联度和检测系数并存的委托利害关系证明(delegated proof of stake,DPoS)改进算法，该方法能极大地提高系统和数据的安全性。文献[45]提出了一个微电网安全随机能量管理框架，该框架使用了利用有向无环图(directed acyclic graph,DAG)进行改进的区块链方法，还提出了一种新的数据恢复技术，并采用salt加密方法来增强区块链SHA-256散列编码的安全性，提高了网络内部的安全性、降低了风险，从而消除了财务欺诈，降低了运营总成本。由于区块链P2P系统中的用户和矿工可能表现出自私或相互勾结的行为，为了避免此类事件的发生，文献[46]提出了一种安全的验证方法和定价策略，并将其整合到激励机制。在整个分布式智能电力网络系统中，能源的安全和数据的隐私保护是其重要的部分，文献[47]利用区块链技术和边缘计算技术，提出了一种智能电网许可区块链边缘模型(permissioned blockchain edge model for smart grid network,PBEM-SGN)，该模型使用秘密通道授权技术加群签名技术来保证用户的合法性。文献[48]利用大数据挖掘技术并且采用FPGrowth和KNN 算法对停电事故数据进行分析，及时有效地发现电网系统中的薄弱环节和漏洞所在，有效提升了电网平台的安全平稳运行。Kim等研究了利用区块链技术为智能电动汽车运营创建可信网络的重要前景，通过他的计划，在网络受到攻击时及时处理，避免造成严重后果，保障了电动汽车运营的安全[49]。

根据以上研究，分别提出了在不同的应用场景下的相关研究应用，应用场景可分为几大类：分布式电源大量接入问题、多微电网架构安全性保障、微电网能量安全管理、电网系统停电事故分析等四大应用场景。表4对以上能源系统安全方面的研究进行了总结和对比分析。

表4 能源系统安全分析Table 4 Energy system security analysis

3.2 优化方面

能源区块链快速发展的同时，亟须解决如何将系统内的各个模块高效地调度运行、如何使系统内的交易更加高效安全、如何提升系统整体的运行效率和降低成本等问题。针对以上三类问题，本文从调度优化、交易优化和系统优化的三个方面对目前已有的研究现状进行总结分析。

3.2.1调度优化 能源互联网中的电力调度就是使用一定控制方法，来优化微电网的发电特性。基于区块链的电力调度系统，可以充分利用数据的真实可靠且不可修改的特性，进行电力需求的预测、电力交易的管理和指定调度计划。文献[50]探讨了在电力资源调度机制中，利用区块链的去中心化设计垂直分级的调度策略，并且使得多级变电站进行协同调度，形成“横向多源互补”、“纵向协同调度”的能源互联网模式。文献[51]结合区块链的智能合约技术，提出了多时间段的微电网经济调度方法，提升了系统的调度效率。区块链与电力系统的融合成功地加快了电网系统的计算速度，数据上链保证其安全。现有部分传统的电力系统极易造成能源损耗和资源利用率低的问题，文献[52]提出基于区块链的能源电力供需网调度优化模型，结合区块链自身特性，利用其激励机制，实现能源电力供需网协调控制分布式能源独立并网的行为，采用协作型协同进化算法(coexistence co-evolutionary algorithm,CCEA)，建立成本低、最小有功损耗等目标函数的调度优化模型进行求解，达到节省运行成本和降低损耗的目的，进而实现大量分布式电源独立并网的要求。电力能源方面，清洁能源的优化配置能够大大提高电力系统的利用率以及运行性能，于是文献[53]采用区块链技术构建框架，从框架中获取数据，再对数据采用模型预测控制方法，选用以太坊Balance模型作为账户模型，使用部分去中心化的联盟区块链作为区块链模型，优化微电网调度大幅度提升能源的利用率和电力交易时准确预测负荷功率，提升微电网整体的经济收益。文献[54]提出区块链虚拟电厂网络模型，进而提出了一种改进的虚拟电厂运行与调度的模型，同时，借助区块链自身的特色，能够保证数据的安全性和存储的安全性。利用该模型可以实时地反映需求侧信息，并且可以根据海量数据生成的分析结果以及数据的基层参数优化调整发电计划。利用区块链数据的安全性和透明公开性，保证了数据流通时的安全性和存储的安全性，同时也保证了虚拟电厂的信息透明和稳定的智能调度。不足的是区块链仅仅充当了数据存储工具，系统的调度与运行仍依赖于中心化机构参与。

传统电力系统调度主要采用集中式算法，但是集中式算法并不能很好地适用于每个电力资源的调度，所以需要一些分布式算法来解决相关问题，文献[55]提出了一个对电动汽车换电站进行优化调度的三层分布式算法，三层分别为：输电网、配电网运营商、电车站。最后又将三层优化进一步分为两个双层优化，优化结果存储在联盟区块链上，数据由联盟共同维护，实现了数据的安全性和调度的优化。文献[56]提出了一种电动汽车充电协调方法,以公平和安全的方式分配初始充电功率配额，实现了充电功率配额的优化分配。电力系统涉及电动汽车的电池交换站，在分布式调度中很难保证数据的安全性，文献[57]利用区块链技术中的共识机制建立分布式调度协同优化模型。该模型将系统分层，分别为：传输网络、配电网络和电池交换站三个层次，并且采用基于PBFT的多智能体协商机制完整准确地传输数据，减少发电成本，增强系统的稳定性。表5对以上能源调度优化方面的研究进行了总结和对比分析。

表5 能源调度优化分析Table 5 Energy scheduling optimization analysis

3.2.2交易优化 在现有的工业互联网中，针对分布式微电网的交易优化方面，文献[58]构建了一个结合区块链技术的海量用户直接进行购电交易框架，提升了用户直接购电的交易效率。随着区块链技术的成熟，逐渐出现了多链并行的技术，即异构区块链，文献[59]总结了在多能交易体系中异构区块链的合适性及相关的关键技术。文献[60]将区块链技术融入微电网系统，管理系统中电力能源与需求侧的响应交易，能够降低交易成本的同时保证交易的安全。文献[61]提出一个基于区块链的集成能源管理平台，在该平台下可在实现双边贸易机制的同时优化微电网中的能源流，通过制定最佳潮流问题来遵守微电网中的物理约束条件，该问题会在单个优化问题中与双边交易机制结合在一起，使用交替方向方法用于分解问题以实现分布式优化，智能合约用作虚拟聚合器。微电网的逐渐庞大，促使分布式电源与用户直接进行交易，文献[62]设计了一个使用区块链辅助的分布式双拍卖机制，能推进对等能源的交易，采用区块链以分布式和异步的方式计算双拍卖赢家确定问题。文献[63]提出了一个采用区块链技术和连续双向拍卖机制相结合的微电网电力交易模式及报价方法，但是该方法只能满足微电网中小规模的分散式低成本交易。运用区块链的智能合约能够极大提高电网系统的智能化。文献[64]提出了用户多余电量交易的去中心化的多边交易模型，改进的智能合约能够执行偏差电量的多边拍卖。文献[65]设计了一种电力交易部分去中心化的方案和对交易阻塞管理的方法，能够提升电能资源交易的自主性和时效性。文献[66]提出了一种新的分布式电力竞价交易算法，该算法结合了有序聚合签名、保序加密算法和哈希算法，交易的生成和验证过程的速度都得到了大幅度提高。基于软件定义网络(software defined network,SDN)的电力能源国际化分布式可再生能源体系结构也正从传统的集中式交易模式向分布式转变，文献[67]提出了一种结合SDN和区块链技术的分布式电网的能源交易方法，该方法能够在保护数据隐私的前提下保证匹配交易对象的合理性，使电能的交易在分布式环境中安全、可靠地进行。文献[68]提出了一种信用贷款的最优定价方法，该方法使用了Stackelberg博弈算法，提高信贷银行的经济效益。针对交易大量生成引发的运营开销的增长问题以及指数增长的交易数据的存储等问题，文献[69]提出了一系列在工业互联网中采用区块链技术的安全私有P2P能量交易方法。文献[70]针对电力交易存储问题提出了优先考虑本地化自给自足的方案，降低了数据链的长度和能量运输的成本消耗。文献[71]引入了P2P交易中的能量资源优化，将最优潮流模型存储在区块链中。文献[72]提出了一个采用双区块链并行的技术方案，同时研究出一种高频高效的验证方法，能够极大地提升电力资源P2P效率，提高了系统的安全性，将区块链技术与多代理技术(multi-agent)相结合，形成了以各自为层的双层次电力交易系统。Multi-agent系统层，用来解决消费者协商定价的问题；区块链层，提供安全可靠的交易环境。在文献[73]中，提出了一个交换太阳能的区块链平台。

工业互联网的一个重要分支——插电式混合动力汽车(plug-in hybrid electric vehicle,PHEV)交易，为了解决PHEV在本地进行电力买卖交易的难题，文献[33]提出了一种采用区块链封锁协议的本地化P2P电力交易系统，PHEV之间的电价和交易电量通过迭代的双重拍卖机制解决，有效提高了本地电力交易的效率。在文献[74]中，采用联盟区块链技术设计了一个对电混汽车的充电引导技术框架，能够很好地引导电混汽车的充电。文献[75]提出了采用冰山算法和分散自适应区块链技术的电动汽车参与方法，能够有效地降低功率的波动水平，应对电动汽车的充放电需求。文献[76]总结了区块链技术在智能电网系统中的诸多应用场景，提出了分散式机器之间的智能交互方法，进一步地将电力资源的交易历史记录上链存储。文献[77]提出了一个基于智能合约的能源区块链系统，智能合约自动执行电动汽车的充放电，并设计了一个改进的拜占庭容错算法，提升许可区块链的一致性。然而，上述研究主要针对电动汽车的充放电场景，并未考虑多个充电站经营者建设充电站的场景，文献[78]提出了一种基于联盟链的出租车收费指导技术架构，使得电动出租车可以在线预订服务，允许多个充电站运营商提供电力资源，并设计了量子行为粒子群优化的电动出租车充电指导算法，最大限度地降低各方成本。表6对以上能源交易优化方面的研究进行了总结和对比分析。

表6 能源交易优化分析Table 6 Energy transaction optimization analysis

3.2.3系统优化 能源区块链的技术架构发展迅速的同时也带来了很多的问题，如系统性能降低、共识算法解析复杂、数据安全验证时效低及整体系统的运行协调能力差等问题。为了提升区块链技术下的多微电网市场的运行效率，文献[79]通过博弈论算法创造了一个多级微电网优化配置模型，对各种投资主体的利益关系进行了分析。文献[80]设计了一个诸多微电网之间进行联盟控制的博弈模型，能够提升微电网之间的交互运行效率。文献[81]建立了微电网内部的功率优化和博弈的竞价两大模型，以解决多微电网配电侧的需求响应问题。文献[82]介绍了一种不需要信任机构监督的自动进行无功交易的智能合约。文献[83]研究了一个用虚拟电厂聚合器和新型事务控制的电力资源存储系统应用，对住宅用户电力资源进行管理，并且设计了一种新的能量证明协议，用来作为分布式分类账技术管理中的能量交换候选协议，促进可持续循环经济的发展。为了促进清洁能源的大力发展，文献[84]设计了一个基于区块链的用户偏好的去中心化配置电能方案，使用智能合约对偏好和综合评估进行约定，降低了多元用户之间的耦合度，促进电力能源高效利用，使电价的成本成为导向，提升清洁能源在电力能源市场中的消费占比。文献[85]在微电网系统中设计了一种符合数据层的数据特征的区块结构，对数据层的处理得到简化。在能源区块链的底层技术的研究方面，文献[86]建立了一个电力系统凸优化的能源区块链底层技术，设计了一种凸优化证明的共识方法，提升了系统吞吐量的性能。在大规模分布式电源独立并网方面，文献[87]提出了结合区块链技术的虚拟电厂模型，该模型的协调控制可使大量分布式电源进行独立并网，组合多起点变邻域下降算法和局部搜索算法来优化虚拟电厂的调度问题。物联网的能源供应需求也是研究的热点，文献[88]针对分散的能源按需供应进行了研究，将能量分配问题转化为Stackelberg博弈，并采用反向归纳法实现物联网中微网和矿商的最优利润策略。文献[89]设计了一种将上网电价和灵活的电网接入方式相结合的混合激励方法，将加速分散式能源扩散在当代能源系统中。

电力能源网络正在向信息物理融合系统(cyber-physical systems,CPS)、区块链架构下的能源信息物理融合系统递进式转变，针对系统中的多元主体间的博弈竞争问题，文献[90]融合区块链和蚁群算法，提出了一个改进的蚁群优化算法，在多目标问题下全局的搜索能力、收敛能力和求解效率大大提高，促进了物理信息流的融合。文献[91]提出了电力信息物理融合系统数据区块链的生成算法，此算法完成系统中的数据采集，解决了系统中数据交互的安全可信性问题，为了达到数据传输的高速性，提出了一种改进的节点间数据交换方案,针对数据验证时效性，设计了一个采用排队论和数据特征对比的电力CPS数据验证算法，大大缩短了数据验证时间。表7对以上能源系统优化方面的研究进行了总结和对比分析。

表7 能源系统优化分析Table 7 Energy system optimization analysis

4 未来发展趋势

尽管目前区块链技术在多能源互联网领域中还面临着诸多难以突破的技术难点，但能源区块链仍有着巨大的发展空间，区块链技术在能源互联网的适用性及两者天然的耦合度，两者的融合势必具有广阔的发展前景，未来可以创建区块链一体化能源系统，有效促进清洁能源的产量和能源的及时高效消费利用，提高地区性能源的综合利用率，保证其经济性和稳定性，实现节能环保的目标。区块链技术在未来能源互联网平台中有着巨大的潜在应用前景，能够向分散和自我执行的方向发展，而在共识机制、加密方法和验证机制的强大算法下，区块链系统可以解决新兴场景中的若干问题。利用区块链技术建设能源互联网的全国分布式系统，将诸多的分布式电力系统之间实现互联互通，形成强大的能源网，能够有效地管理和管控全国的能源，实现解决全国性的能源区域不平衡以及能源的高效协调利用等问题。

在未来，对可再生能源、多能源互联的生态系统的构建上，区块链能够起到安全、高效、信任的作用。“多能源电力系统互补协调调度与控制”作为重点专项计划，将大力发展多能源协调规划、调度与控制的新型分布式多能源融合系统，区块链技术、大数据、云计算等作为关键技术，是未来大力发展和研究的重点技术。共识机制的确定，是权衡各节点通信能力、认证效率和资源消耗比例以及安全性等多方面的结果。多能源管理和区块链相辅相成，“区块链+能源管理”或将是未来电力能源经济的主流发展趋势。

5 结语

区块链技术作为一种新的数据库技术和分布式账本技术，凭借自身去中心化、公开透明、分对称加密、共识算法等特性与能源互联网的理念、需求相符，区块链能源互联网在未来具备高潜力的应用范围。通过对诸多的能源区块链政策，以及落地的典型应用项目的介绍，说明了区块链技术在能源互联网上的高热度和高可行性，通过对能源区块链现有的典型技术架构的介绍，说明了目前能源领域中运用区块链技术已经形成了单链式、双链式以及多链并存的技术架构，有望在能源互联网运用区块链技术形成庞大的能源网络。在基于区块链技术的电力资源调度层面，一方面能够很好地满足调度层面部分去中心化的要求，另一方面又保证了系统的可靠安全性监管和对数据的安全存储保密；在基于区块链技术的电力资源交易层面，一方面能够保证电力交易的安全进行，另一方面也能为电力交易数据的安全提供保障；在基于区块链技术的电力资源系统和安全层面，一方面能够很好地为系统整体的优化控制和协调提供便利，另一方面，也能够为系统的整体安全提供强有力的保障。区块链技术融进能源互联网的各个业务层面，努力解决能源系统中的诸多问题，能够为能源互联网的发展提供强有力的技术保障。

本文将诸多学者对能源区块链的研究进行了总结和分析，将现阶段的能源区块链技术架构分为单链式、双链式和多链式并进行了对比分析；将现阶段的能源区块链研究分为安全、优化两大方面，安全又细分为数据安全和系统安全两个方面，优化细分为调度优化、交易优化和系统优化三个方面，并对这三方面分别进行了详细的总结分析。希望本文能够为能源互联网研究者对“区块链+能源”的模式发展研究提供参考。