区块链技术在碳交易中的运用

张玉皓

摘 要：能源互联网和碳交易构成了潜在的参与群体，共享的扶持对象、通用技术、政策以及商业模式，并成一种为顺应目前经济情况，利用互联网信息技术进行价值重塑的新的发展模式。他不但带有互联网信息技术的特点，还带有可再生能源的特点，表现出由区块链技术支持下的活力。在这种形式下，区块链是否可以帮助中国摆脱碳市场的瓶颈，成为建设国家碳交易体系的“助燃剂”？本文主要分析区块链技术在碳交易中的运用。

关键词：碳交易;区块链技术;能源互联网

中图分类号：F23 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2020.32.041

0 引言

当今，中国的碳交易主要是通过集中交易进行的，但集中交易的可靠性和安全性一直是相关人员关注的核心。碳交易面临市场改革、社会期待、企业新挑战。新的挑战主要集中表现在在商业化、透明度和高效率这三个关键要素上。其中市场化是改革的主要方向，透明度是公共事业改革的必要条件。碳交易应在严格遵循碳市场标准化的原则上，探索碳交易与区块链之间的联系，并利用区块链的优势，使碳市场更加透明、方便、安全。区块链分布式架构让所有碳市场参与者在数据安全机制的框架内共享数据。数碳交易的数据和规则运行在区块链网络中，上传的信息可以在节点中查询，保持超高数据透明度，在保证安全条件的前提下进行数据共享，这是每个区块链系统提高自身辨识度的重要前提。

1 區块链技术的具体定义

要想更好的了解区块链技术在信息安全领域中的应用，就必须要明确区块链技术的定义。这种技术主要是依托于当前不断向前发展的计算机网络技术，利用计算机网络建立虚拟账户，为了提高安全透明度产生的一种数据块构成。利用这种技术可以查询使用者在一定时期内的交易记录以及财产使用情况，并且可以证明用户的信誉程度，让用户在交易过程中形成一个信用评级，实现了去中心化的信用模式。这种技术可以把各种数据进行收集，并且一点一点建立数据库，进行维护，如果其中的某些数据被篡改或者被破坏，也不会对整体数据造成严重影响，当前这种技术已经被运用到生产生活的各个方面，尤其是金融领域，发挥着越来越重要的作用。

2 区块链的应用领域和重点行业

区块链因其技术特征对金融基础架构的建立存在着多种可能性，因此在金融领域的应用更为广泛和成熟，而在供应链、公共服务、政务、医疗等领域也开始了广泛的探索并取得初步成效。对于区块链的应用领域和行业的分类并不清晰，相互之间具有交叉性以及边界的模糊性，作为一项新技术服务于经济社会的最终要求使其本不该只局限于某一领域，正因为融合所以带来了更多创新的可能。在金融领域，涉及支付与结算（包括跨境支付）、证券交易、保险理赔、股权登记等;在供应链领域，涉及金融、防伪溯源、物流与供应链管理等;在公共服务领域，涉及文化产业（包括旅游、商业营销）、教育系统、知识产权、数字身份、征信等;在政务领域，涉及电子政务、电子发票、司法存证等;在医疗领域，涉及医疗服务、医药制造、医疗保险等;其他涉及公益慈善的捐赠平台、能源等领域和行业。从以上的归纳中可以看出，区块链技术的逐步推广和完善带来的将是对整个社会各个领域和行业的革新与推动。

3 能源区块链作用领域

随着能源革命的推进，能源正在向清洁模式转变，可再生能源在能源系统中的份额逐渐增加。分布式能源供应的大规模应用使市场渐渐转变为集中式和分布式混合的能量供应市场格局。能源交易的多样性和参与者的日益集中造成了核查信息真实性的困难、数据共享安全性的缺乏、高额的交易成本、效应极低协同能力等问题。而能源区块链为这些问题提供了可行性方案。能源区块链主要在三个方面发挥作用：（1）能源供应。利用区块链的技术特性，实现各种能源系统之间的信息共享，避免因建设多余能源系统而造成的浪费。（2）能源传输与消费领域。利用区块链技术构建各个利益个体之间的信任关系，提升供给侧和消费测之间交易的透明度，实现能源之间的良性输送，为能源的交易创造高效率传输的环境。（3）在能量交易领域。使用区块链技术能解决双方交易时信息不对称的情况，协助交易安全的点对点交易，降低了交易的不必要的金钱的损失。众所周知能源区块链具有智能的合约属性，所以能源区块链背景下运作的交易均可以自动执行，提高交易双方的合作效率。

4 区块链等新兴技术促进能源行业智能化发展

能源领域的改革对国家经济和社会发展具有重要意义。目前，它已成为全球关注的一个主要问题。许多国家致力于发展能源领域，促进技术创新，不断建设电网和通信网络紧密相连的新基础设施，并继续通过互联网进行能源转型。随着区块链大数据、云计算、人工智能等技术的兴起，能源的行业创新方向也转向由智能化管理来优化控制的方向。于此同时进行的是信通技术融合的渗透效果愈发明显，区块链技术与互联网技术兼容度高。智能合约为区块链中实体之间的交互提供了智能规则，促使消费者在很大程度上能够自主购买和销售能源。区块链的自然分散的特性可以促进能源供应系统的分散，并有助于简化多层系统。区块链的不能伪造的特性使其有效整合多个环节的生产、分配、消费、交易和管理，多个环节大大降低交易成本，提高交易效率。

5 区块链在碳交易市场中的应用

5.1 区块链技术在碳交易所中的方案设计

中国的碳排放交易所是一个有组织的排放配额转场所。参与碳市场交易得主体不仅包括配额得买家和卖家，还包括市场交易规则组织者，负责清算和结算业务的专业机构，管理和监督配额流转的核查机构以及专业的中介服务机构，如图3所示。这些参与者按照严格的交易规则和程序，自发地通过碳市场交易活动调整自己的配额盈余和不足，在排放总量受控制和减少的大背景下追求自身经济利益的最大化。

区块链技术应用在碳交易所运行中，分两部分进行叙述。第一部分为多方参与;第二部分为多方参与的分布式交易。第一部分：市场组织者、清结算专业机构、专业中介机构、核查机构、配额卖方和买方加入到区块链中，构成联盟链的多方参与。同时，市场组织者可以审核联盟会员加入、登记等。第二部分：多方参与的分布式交易体现在企业配额交易的过程中区块链的分布式节点记录交易数据，达成共识存入区块的过程分别为以下几步：（1）根据国家配额分配方案，控排企业与减排企业录入碳排放配额的初始配额，在区块链中广播实现共识后写入区块。（2）配额买卖双方参与到配额的交易过程，将配额数量、价格等信息进行上链，构成区块链数据层，并且数据上链的过程中对交易数据采用加密算法保证数据安全性，以配额买卖双方A和B的交易为例实现交易数据的存储，详细过程如图4所示。区块链分布式的数据信息，设计好区块链的共识层，在达成共识后则写入区块链。交易完成后，触发智能合约，完成交易直接货款两清。这是区块链的合约层。（3）核查机构在交易所中实现的是核查交易数据、合同等的真实性，区块链将交易数据记录打包成区块进行记录，由此建立数据共享平台。数据共享平台可以使得链上交易公开透明，而基于区块链的链式结构，可以实现区块链上交易数据的可追溯，从而辅助核查机构完成工作。另外，数据共享平台包含有记录的碳配额交易的价格、数量的时间序列数据，再结合人工智能、大数据可以进行碳价预测、预警体系的建立，还可以进一步结合其他能源市场的交易数据，分析能源市场之间的溢出风险。

5.2 碳交易的区块链技术实现

本文以区块链为底层技术，其单个交易区块的生成过程分为三步，即交易发生、认证过程和挖矿记账过程。

以配额买方A、配额卖方B之间的交易为例，交易数据是从A和B间的交易中生成的，使用非对称加密技术的对交易数据进行加密，生成交易数据的密文。参与身份验证的节点使用公钥密码A和公钥密码B来获得交易数据的明文。检查关键信息的语法、结构、字节大小、输入地址、输出地址、输入金额和事务数据输出金额。如果验证成功，交易数据将被添加到待记账的交易池中，等待节点确认交易。下一个区块的挖掘过程从上一个区块的创建开始。根据初始难度系数，开采操作过程持续约10分钟。事先在整个网络中传播目标哈希值，参与挖掘的节点通过哈希算法找到块头哈希值小于目标哈希值的节点数量。所有节点均应验证。如果是区块哈希值小于目标哈希值，且数据结构，字节块的大小均有效，则达成一致，挖掘该节点获得记账权，赢得交易费和奖金。到目前为止，A和B已经完成交易，区块分散的存储在每个节点上。配额买卖双方达成交易。

6 能源区块链发展建议

能源区块链仍处于起步阶段，产业的规模仍旧很小，大多企业仍处于探索阶段。还有一些技术难点必须克服，例如跨链技术、安全性和保密性以及性能的可扩展性等。与此同时，能源系统有许多环节，各个环节的区块链平台开发不足，开发和使用困难，严重限制了能源区块链的快速开发和应用。因此，为了促进能源区块链的发展，建议能源部門进一步加强以下三个方面。（1）加强顶层设计。能源行业应加快建立公共服务平台的建成，为公共服务，企业对石油、电力、煤炭、新能源等能源企业的发展提供了统一的公共服务平台，达到降低使用门槛的目的。及时制定适当的政策，为区块链能源开发创造相对有利的环境。（2）关键技术的突破。鼓励企业与研究机构之间形成合作，协同发展，共同创新，推动能源区块链技术的技术改革。其中主要是对跨链技术、共识机制、加密算法、分散式存储等关键技术的推进，旨在加强行业创新能力，通过技术更好的服务于各个企业。（3）生态系统建设。为了积极响应国家政策，将生态文明的建设提上日程，加速区块链的完善，加强对于区块链技术的发展应用的指标性数据的研究，与此同时还要完善能源区块链的第三方监管体系。

7 碳交易区块链的发展趋势

为了建立一个统一的碳交易区块链平台，需要制定通用标准。目前，跨平台交易的成本很高，但中国的碳交易市场仍缺乏统一的共同标准——无法形成统一的价格，中国在国际市场上的话语权较小，国家有关部门不但要积极与国外有关单位制定相关标准和制度，提高中国话语权，实现信息共享，还要积极借鉴国际相关市场的成功经验，制定符合我国国情的标准，构建国内碳交易区块链交易网络。同时，在构建国家乃至全球平台时，也要注意区域法律的适用性和区域管辖权等问题。

8 结束语

本文的一些实际应用的例子说明了能源区块链发展正在不断顺应处于变化阶段的能源环境、改善服务质量，优化营商环境。文末提出加快发展新能源区块链的提议，加快建立必要的基础设施以促进相关标准的制定，并实现能源区域链从点到面的探索，以推动区块链技术创新和产业链的创新发展，为优质经济社会发展提供新动力。

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