能源互聯網中數字人民幣的典型應用場景研究

畢曉蓉 王惠 李志杰

摘 要：本文在文獻綜述的基礎上，從數字人民幣的特性分析入手，結合能源互聯網發展的需求和國網在推進數字人民幣試點方面的實踐，總結、歸納在能源互聯網中應用數字人民幣的典型場景，包括微電網、清潔能源消納、超級電池等場景，并分析數字人民幣在這些典型場景中的落地路徑。本文從數字人民幣與能源互聯網深嵌的角度入手，一方面，利用數字人民幣的獨特優勢加快能源互聯網的形成；另一方面，利用能源轉型和建設能源互聯網的歷史機遇，拓展數字人民幣的應用場景，加快其落地使用。

關鍵詞：數字人民幣；能源互聯網；應用場景；微電網；雙碳

本文索引：畢曉蓉，王惠，李志杰.<變量 1>[J].中國商論，2023（10）：-069.

中圖分類號：F822 文獻標識碼：A 文章編號：2096-0298（2023）05（b）--04

雙碳目標要求能源行業尤其是電力行業求新、求變，其目的是持續提升清潔能源的消納水平。推動“抓住中間、放開兩頭”的電力體制改革、構建新型電力系統是實現上述目標最重要的兩個抓手，將為電力產業格局、電力產業鏈帶來深刻變化。我國數字形式的法定貨幣——數字人民幣，作為一種基礎設施為上述變革提供系統性的支撐。在碳中和目標下，電力系統必須在滿足可靠性的基礎上深度脫碳，主要路徑是兩個替代——供給側的清潔能源替代、需求側的電能替代。一方面，催生了儲能這個新主體，其在電力系統中的重要性日益凸顯；另一方面，電力系統中，源、網、儲、荷各子系統之間的交互從原先的單向、鏈式交互轉變為雙向、網狀交互，電力系統日益多元、復雜，分布式、微型化是大勢所趨，這對源、網、儲、荷之間協調一致的要求極高，具有去中心化、自組織、社區化等特征的區塊鏈技術有潛力成為新型電力系統的基礎技術平臺。數字人民幣為精準計量源、網、儲、荷這些場景中的碳足跡提供新的解決方案。未來，電力系統生成的每一度電都有可能和一定單位的數字人民幣相關聯，每度電都可以打上一個數字化的標簽，數字人民幣結合區塊鏈、能量轉換器件、電力通信技術實現從“源、網、儲、荷”全流程追蹤每一度電從生產、傳輸、存儲，到用戶側的整個過程，跟蹤每一度電實現的價值轉移，能夠更好地幫助電網企業了解電足跡。數字人民幣與電足跡的深度融合，有助于進行更靈活的電網調度，鍛造電網的“柔性”。

本文在前人研究的基礎上，從數字人民幣的特性分析入手，結合能源互聯網發展的需求和國網在推進數字人民幣試點方面的實踐，總結、歸納在能源互聯網中應用數據人民幣的典型場景，并分析數字人民幣在這些典型場景中的落地路徑。一方面，利用數字人民幣的獨特優勢加快能源互聯網的形成；另一方面，利用能源轉型這個歷史機遇，拓展數字人民幣的應用場景，加快其落地。

1 文獻綜述

關于數字人民幣的研究進展，可從三個方面加以概括：數字人民幣是什么？數字人民幣為什么？數字人民幣怎么做？

中國人民銀行數字人民幣研發工作組從數字人民幣的法定地位、管理和運營模式等5個方面對數字人民幣的內涵做了說明。姚前（2018、2019）從數字貨幣對現行貨幣體制的優化、數字貨幣的經濟效應等方面論述了推進數字人民幣的必要性。在數字人民幣怎么做方面，2014年中國人民銀行就成立了關于數字人民幣的專項研究小組，對數字人民幣的發行和業務運行框架、相關技術、流通環境、法律問題及各國發行經驗等進行了深入探討和研究。《中國數字人民幣的研發進展白皮書》從數字人民幣的設計原則、設計特征、運營體系的設計、錢包設計、合規責任與合規主體界定、技術路線選擇、監管框架等方面系統闡述了數字人民幣的落地方案。在試點工作方面，近年來我國已在深圳、蘇州、北京、成都等地進行了多輪數字人民幣試點工作。

能源互聯網的相關研究主要從以下幾個方面展開。姚前和湯瑩瑋（2017）、郭永偉和程傲南（2015）闡述了能源互聯網的產生背景。郭莉等（2021）、鄧茂云等（2019）闡述了能源互聯網的發展模式和相關的商業模式。吳嫻萍等（2021）則探討能源互聯網落地的技術方案。李鵬等（2022）則聚焦終端能源互聯網平臺典型應用場景及其商業模式，文章首先從物理層、信息層、應用層設計能源互聯網平臺總體框架，并以應用層為基礎，從數據化服務、清潔能源供應、未來新業態三個層面劃分能源互聯網平臺典型應用場景。其次，在此基礎上，圍繞目標用戶、關鍵業務、合作主體以及盈利模式等維度對典型應用場景進行商業模式設計，以期促進能源互聯網平臺市場化運行。

能源互聯網與數字人民幣都是國家的重要發展戰略，都是關鍵的基礎設施和平臺，兩者離不開數字經濟及數字技術的發展及快速滲透。目前，學術界關注、研究兩者如何結合的文獻較少，本文從數字人民幣的特征分析和能源互聯網的典型應用場景入手，研究兩者如何相融互生。

2 數字人民幣的特征

數字人民幣在能源互聯網中有哪些可能的應用場景，首先要了解數字人民幣的特征。本文通過數字人民幣與紙幣及數字人民幣與比特幣的比較來說明數字人民幣的特征。

2.1 數字人民幣與紙幣的異同

數字人民幣與紙幣的相同之處如下：⑴在價值尺度、交易媒介、價值貯藏方面，數字人民幣和實物紙幣是一樣的。⑵和實物約幣一樣，對數字人民幣是不計付利息的。⑶人民銀行不向指定運營機構收取兌換流通服務費用，指定運營機構也不向個人客戶收取數字人民幣的兌出、兌回服務費。⑷數字人民幣發行、流通管理機制和實物紙幣是一致的。⑸數字人民幣和實物紙幣一樣，都是央行對公眾的負債。⑹數字人民幣和實物紙幣都具有“支付即結算”的特征。

數字人民幣與紙幣的不同之處如下：⑴比紙幣安全性更高，數字人民幣使用了數字證書體系、數字簽名、安全加密存儲等技術，數字人民幣錢包還支持掛失功能。⑵數字人民幣的發行流程要比實物紙幣簡單，降低了發行兌換的成本。實物紙幣的發行需要設計、印制、調運、存取、鑒別、清分、回籠、銷毀及防偽反假等流程。⑶實物紙幣的價值轉移是實物化的，數字人民幣的價值轉移是數字化的。⑷實物紙幣是完全匿名的，數字人民幣是可控匿名的。⑸數字人民幣兼具賬戶和價值的特征，實物紙幣只有價值的特征，沒有賬戶的概念。⑹實物紙幣不具有可編程的特征，數字人民幣可通過加載不影響貨幣功能的智能合約實現可編程性。

2.2 數字人民幣與比特幣的區別

數字人民幣與比特幣的不同之處如下：⑴數字人民幣是小額匿名、大額實名的，比特幣是匿名的。⑵數字人民幣是中心化架構，比特幣是分布式架構。⑶數字人民幣是國家信用背書的數字貨幣，比特幣不是國家法定數字貨幣。⑷比特幣價格是會劇烈波動的，數字人民幣價格不會劇烈波動。⑸數字人民幣可離線交易，可有硬件形態，比特幣不可以。

3 能源互聯網中數字人民幣的典型應用場景

能源互聯網基于幾個關鍵技術的驅動，包括風光發電技術、先進電力電子技術（SiC、GaN）、先進儲能技術（壓縮空氣儲能、冰蓄冷熱、P2G、氫存儲等）、新一代電力系統穩定分析和控制技術、新興輸配電技術、智能感知技術、微電網技術、云計算技術。

能源互聯網時代，能源市場高度開放，市場競爭加劇，新型的商業模式不斷涌現，電網企業對電網業務的壟斷將被打破，電力更加商品化，電力交易中心公司、售電公司、電力裝備企業、互聯網公司、分布式電源、微電網經營者等新主體不斷涌現。

數字人民幣天生數字化、可編程、實時遠程可控的特性可以使源電力交易市場、現貨市場的交易功能比現在的二級市場更為強大，數字人民幣軟錢包自帶的API和SDK模式可以增強電力交易市場、現貨市場交易結算的定制能力、場景適配能力、資金流程控制能力、基于合約的靈活定價能力。

能源互聯網中數字人民幣的典型應用場景如下。

3.1 微電網場景

微電網可以分為并網型微電網和離網型微電網，微電網具有運行方式靈活、可再生能源利用率高、環境效益好等特點，同時，微電網作為可再生分布式電源的有效組織形式，在解決海島及偏遠地區用電的問題上發揮著重要作用。

目前，很多微電網建設的主體已經不是電網企業，而是當地的廠商或實體企業，未來有可能通過去中心化的區域能源交易沖擊電網企業統一購售結算業務。微電網的典型案例有舟山摘箬山島新能源微電網、瑞安市北龍島光儲柴互補微電網、福鼎臺山島風光柴儲一體化微電網、珠海萬山島智能微電網。微電網既可以孤島運行，又可以規范并網。

在微電網場景下，可能涉及的設備有海流發電機、光伏發電機、風電發電機、生物質發電機、柴油發電機、儲能電池、功率變流器、公共電網母線等，可能涉及的主體有農戶、工廠、公共事業、學校、醫院等。交易模式方面，微電網內部可以是P2P的能源供給，也可能是形成公共電流，在本地進行分發，或將余電并入主電網。微電網充分調動了民間的投資，增加了社會電力供給的彈性。在微電網場景下，數字人民幣具有天然優勢，一方面，數字人民幣支持多種硬件形態，有多種可選的芯片數字人民幣方案，可以嵌入各種發電設備或電表中，結合配置電價的智能合約，實現微電網內電站、社區和單戶的點對點能源市場化交易。另一方面，數字人民幣支持離網交易模式。微電網很多可能處于偏遠山區、沙漠、海島等偏僻地方，采取電網自動發電模式（AGC）生成的電量可以就地送入儲能系統儲存，但是這些區域信號覆蓋不好，如果有用戶或機構有臨時用電需求，就可以通過數字人民幣的方式和微電網電源的硬件數字人民幣錢包進行離線點對點支付按需交易。

3.2 清潔能源消納場景

在清潔能源消納場景中，存在參與主體眾多、信息不對稱、峰谷電價不同、記賬維度差異等特點，現有交易結算方式難以滿足數字化發展條件下多元主體自主協商的交易需求。數字人民幣內嵌電子簽名、智能合約等技術，結合國網公司區塊鏈平臺可實現清潔能源消納憑證生成、簽發、流轉、交易的統一登記，解決清潔能源及其分布式交易過程中所有權歸屬、溯源、認定等問題。

更進一步地，數字人民幣有為電網企業定做“能源幣”的功能，數字人民幣可通過軟+硬錢包的模式嵌入風+光+生物質等清潔能源發電設備中，并由電網智芯公司的安全芯片中的數字人民幣智能合約進行控制，購買這些清潔能源發電設備的企業和個人只要生產出清潔能源并用于自用或余電并網，就可以獲得清潔能源“能源幣”的獎勵，可鼓勵更多主體部署新能源發電，提高新能源發電比重。

3.3 超級電池場景

儲能原來是電源側自用，是安裝在電源側的系統，但從2019年6月開始，儲能移到了電網側，由電網統一調度，被稱作共享儲能。儲能建成后可將風電、光伏、儲能與大電網深度融合，形成風光儲多能互補調控系統，實現源網儲荷協同調控，有助于提高電網系統調峰、調頻能力，促進可再生能源消納，增加電網運行的靈活性，推動以新能源為主體的新型電力系統建設。

儲能是一種全新商業模式。光伏電站的發電高峰時段，有部分棄光量利用儲能電站存儲，在光伏發電低谷時，儲能電站向系統釋放電能，這部分存儲-釋放電量的收益由儲能電站和光伏電站分攤。這種方式可以實現三方共贏：光伏電站增發電量，電網提高了新能源的消納，儲能電站獲得盈利模式。儲能系統類似于電網的“超級電池”。

儲能系統作為電網的“超級電池”，已有跨行業的巨頭進入。國內移動運營商利用成千上萬的基站電池，構建了可以服務社區的儲能系統。Google X實驗室打造了Malta儲能技術，Google母公司Alphabet計劃建造一個電池廠為數據中心為社區提供電力，并為社區提供儲能電力的計量裝置。蘋果公司在加州基于特斯拉的Megapack ESS電池，投資興建240MWh的電池儲能。國網綜合能源服務集團有限公司也和新能源電池巨頭寧德時代成立了國網時代福建儲能公司，強強聯合，加強對全社會提供儲能系統解決方案的輸出。

數字人民幣可結合國網區塊鏈科技公司的“國網鏈”區塊鏈平臺，為進入共享儲能的每一度清潔電力打上“電子標簽”，讓清潔能源更方便地在電力輔助服務市場面向有清潔電力需求的企業進行交易。數字人民幣作為一種數字貨幣，還能很方便地在光伏電站、儲能電站、電網、電力輔助服務市場之間用于合約式數字交易、資金分割、資金追蹤和資金流向標記。儲能系統十分關鍵，是綜合能源服務的紐帶，將清潔能源、企業、傳統電網有機整合起來，但是需要一個數字化的資金流，增強儲能生態的血脈流動。電網側儲能的建設和核心地位的增強，一方面，有賴于電網的主體地位及鏈接“負荷端”的優勢地位；另一方面，需要數字人民幣這種數字經濟時代的法定數字貨幣，充分鏈接各方，實現創新型的、自動化的資金交易分割模式，坐實扎牢儲能的商業模式。

4 結語

國網體系的數字人民幣應用試點目前正在蘇州電力公司有條不紊地展開。目前蘇州電力的營銷系統上可以用數字人民幣繳納電費，電網柜面、銀行柜臺、手機APP都能用數字人民幣來繳納電費，蘇州電力本部所有柜臺都支持數字人民幣，營業廳有數字人民幣繳費終端機。此外，蘇州電力公司在試點中已突破數字人民幣的B2B支付。在供應鏈方面，數幣支付通路已經打通，第一步先簡化財務端流程，第二步通過區塊鏈和智能合約，把財務流程串聯改并行，項目驗收完后不要進行重復確認，通過區塊鏈并行記錄下信息，觸發智能合約，進行支付。

從技術實現層面來看，目前國網是全國最早的，將數字人民幣和智能合約結合起來嵌入到智能電表中。原先國網收費有兩種，前收費和后收費。現在建行和國網合作的智能電表是離線收費，不依賴于通信網絡。電表有兩個數字人民幣硬錢包，國網公司的對公錢包和個人錢包，個人數字人民幣錢包沒錢就斷電，可以往個人數字人民幣錢包充錢，錢包是自己的，錢可以取出來。智能合約在智能電表中，智能合約通過邊緣計算每天把個人錢包的錢轉到國網的數字人民幣對公錢包。數字人民幣未來會和物聯網結合，由物來通過智能合約的方式去做支付，主動支付，解決萬物互聯的物物支付問題。

隨著分布式光伏、風電及其他多種能源接入電網和岸電、充電樁、再電氣設備多種能源消耗方式的興起。可交易能源被視為有望促進系統供需平衡的機制而得到各國學者的廣泛關注。分布式主體可直接交易互動，形成去中心化的扁平交易體系，能夠通過實時電價引導交易，實現成員收益和系統整體利益的激勵相容。為此，國網需要了解這些電力接入端、運輸端、用戶端的多元、多主體及類型多樣的交易撮合情況。數字人民幣的支付、結算和流向跟蹤技術，能夠幫助電力市場從集中式的交易市場向微型化、分布式的交易市場進化。隨著數字中國的加快推進，新技術對我國傳統產業的滲透不斷加快，迫切要求國網廣泛深入地應用先進信息網絡技術，探索對數字人民幣在“智能收費”“智能支付”“智慧金融”等場景中的應用，不斷提高電網的資源配置能力、智能互動能力，以數字化推動能源互聯網建設。

參考文獻

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