1 研究背景

區塊鏈技術在多個領域相繼提出了不同的應用及擴展方式，多能源協作優化作為目前熱點研究方向，未來可促進多種能源有機整合，集成互補，其中還包括清潔能源生產和就近消納，減少棄風、棄光、棄水限電等。在單一系統中區塊鏈的應用能夠很好地保障系統內的交易合法性，但是對于未來多能系統中，多領域的參與主體存在多種區塊鏈交易類型是無法避免的。而且建立統一的主區塊鏈，即單一主鏈的實際可行度不高，主要存在以下幾點問題：①主鏈功能過于單一，數據結構容易膨脹；②不同受眾用戶的需求不同；③并發交易量大，網絡服務器負擔大。不同的實體根據業務交易需求所采用的最終結算代幣系統也有所不同，從而區塊鏈應用也存在一定程度上的差別。多種能源系統所采用的異構區塊鏈開發和應用的架構、技術制式均不相同。其次，不同區塊鏈條之間也很難達成共識性原則，每個獨立的區塊鏈系統都有單獨授權的虛擬代幣，非通用的虛擬代幣兌換存在障礙，導致交易結算效率低下。

2 多能系統互聯交易模式設計

在正常情況下，多能系統需要動態實時監控所有參與實體的狀態，同時結合供需間的平衡關系，判斷是否集成多種類型能源，協調配合電網實現削峰填谷、新能源消納、節能等目標。而智能合約作為輔助性應用，可結合特定業務需求，制定成為某種支撐業務開展的嵌入式腳本。圖1給出了以智能合約為中心化管理的多能系統結構示意圖。

圖1 承載智能合約的多能系統結構

圖2為多能系統下的基于智能合約業務實現流程框圖，并在實現流程框圖中以虛線框的方式標注出了智能合約寫入、執行后結果導出結算的對應部分。其中多能系統主要負責優化目標及約束條件設計，并完成計量認證階段的數據采集，完成優化決策設計及對應最優值求解。然后將執行指令及對應閾值寫入區塊鏈智能合約，在多能系統對參與交易的實體執行響應完成后，在交易結算階段由多能系統上區塊鏈的智能合約自動結算。

圖2 多能系統下的基于智能合約的業務實現流程

多能互補交易體系設計過程中，按照自上而下的原則共分為4個層次，分別為能源層、服務映射層、業務層、交易支撐層，如圖3所示。

圖3 異構區塊鏈交易體系

3 關鍵技術支撐

3.1 多能系統側鏈管理技術

電網企業可以利用已經構建的已建區塊鏈主鏈進行延伸并逐步擴展多能系統的側鏈，側鏈作為一種新型的區塊鏈，主要用于錨定已有的主鏈，可以有效解決現階段多能系統異構區塊鏈間的資金轉移和信息互通問題。通過側鏈技術規避主鏈功能及表現形式單一化的局限性，解決主鏈短時間內數據易膨脹、同步成本高的問題。

3.2 N異構區塊數據檢索技術

參與多能系統調配的實體可將個人用戶資產認證、可調配資源容量大小、調配時間段或者所屬管轄區等私人信息記錄到對應的索引表。在將其信息數據映射到對應的處理進程列表后，生成多能系統對應的信息條目(Entries)。交易條目根據特別的規則生成Hash值，Hash值及其所處列表的索引(index)將會記錄到區塊鏈中對應的特定位置并生成條目區塊(Entry blocks)，這些條目區塊按照系統分配的ID(Chain ID)存儲到目錄區塊中(Directory blocks)，并錨定到區塊鏈中對應位置。當多能系統需要對這些數據進行檢索時，只需要通過特定規則有目的地遴選出當初按照特定hash函數生成的條目對應的目錄區塊ID，查詢相關hash值以及對應所處列表等信息，即可反向獲取系統內部的條目數據。

3.3 多能區塊鏈自治管理技術

該技術的主要核心思想是將傳統的多個區塊鏈一致性與有效性進行剝離分立。這里的一致性是指區塊中的記賬唯一性，在工作量證明和分布式記錄之后不會再次出現另外一條虛假的區塊，該區塊鏈在全網中的記錄是相同且一致的。而有效性則指的是每個區塊交易的數值大小是確定且合理的。二者進行獨立分離后，不同能源系統的賬本所處的區塊鏈分別被視為主鏈，并繼續保留其原有的一致性，主要記錄其是否發生過交易。而對應這些主鏈配套的其他區塊鏈則繼承其有效性，主要記錄其交易發生的金額或者虛擬幣轉移情況。

4 實踐難題和技術瓶頸

4.1 風險問題規避

在構建適應多能互補區塊鏈高連通度的生態圈時，需要正視跨鏈連接技術所帶來的數據開放安全風險問題。該安全風險問題來自兩方面。其一是單條區塊鏈的自身安全風險，其二是多個區塊鏈互聯后的安全問題。一方面，各個能源服務商所持有的異構區塊鏈之間信息交互的協議、接口的兼容、計量認證的合理性，參與交易與否并開放其區塊鏈的數據管理權都能決定交易是否能順利完成。另一方面，異構區塊鏈的開放時限、程度是否滿足快速完成多能系統的交易結算需求，交易數據是采用推送還是自行提取的方式獲取都是目前無法商榷和定論。

4.2 參與主體協作

協作過程中的多領域參與主體對其中部分權益需要進行割舍，例如將部分關鍵數據和交易內容開放給其他群體或者電網。過渡的權益受體可以是電網或者社會公信水準高的第三方機構，區塊鏈關鍵交易數據轉讓、系統對外接口適配許可等均需要利益相關方協商。在多能系統不同交易鏈間的互通過程中，最終參與交易的多方主體協作是跨鏈管理的重點。

4.3 操作性能取舍

未來多能系統大規模推廣應用后，其交易頻率、交易數量將會十分龐大，單位時間內可能會達到成千上萬級的交易量。交易過程服務商與服務商、服務商與用戶之間不同業務類型對交易的處理需求不同。交易類型種類繁多、系統對接時限要求不一、交易數據類型不一致都是開展多能系統區塊鏈交易時存在的潛在問題。針對多能系統需要考慮如何根據不同類型參與主體之間的需求，確定最終所搭建的區塊鏈和配套區塊鏈的框架。在保障多能系統效率的前提下，還應當考慮主區塊鏈和配套區塊鏈之間的同步交易速率、數據讀寫、交易透明傳遞等問題。

4.4 智能合約規范

智能合約目前并沒有統一的規范，就其本質上而言，智能合約是個由某種代碼或者可編程的腳本組成。其本身不具備任何的自我約束和自檢的能力，只能用于執行某個特定的動作。看似其在制定成功并發布錨定到區塊鏈后，具有不可篡改的特性，但合約本身仍具有潛在的安全性問題，在業務實現時需要考慮。而且，隨著多能系統業務的逐步深化，智能合約規則的設定將更為復雜，需要具備遠端配置和更新維護的能力，支撐未來多能系統的復雜業務應用。

5 展望

通過多能系統跨鏈資源整合，實現不同層級和應用領域的信息交換，提高多能源交易的信息透明度，最終促進多種能源協調發展。通過區塊鏈可編程的智能合約邏輯設定，可以保障多能系統中復雜交易的實現，并從技術角度解決未來可能發生的潛在爭議問題，為未來多能互補領域下的區塊鏈生態圈發展提供支撐。