雙碳目標下區塊鏈與可再生能源的融合發展研究

崔茗莉，馮天天，劉利利

（中國地質大學（北京）經濟管理學院，北京 100083）

0 引言

自2021 年起世界經濟呈恢復性增長態勢，全球能源消費整體恢復[1]。目前，以煤碳、石油為主的常規能源處于能源消費的主體，但由于其存量有限且對環境污染嚴重，因此能源轉型升級已成為各國關注的主要議題。2023 年3 月，國際可再生能源署（International Renewable Energy Agency，IRENA）發布的《2023 年可再生能源裝機容量統計》報告顯示，截至2022 年底全球可再生能源發電總裝機容量達3.372×109kW，增裝機量達2.95×108kW，同比漲幅9.6%，以光伏、風電為主的可再生能源新增裝機容量占據主導地位。

“雙碳”目標要求我國持續推進產業結構和能源結構調整，努力兼顧經濟發展的同時實現能源的綠色轉型。在“雙碳”目標下，為促進電力行業低碳發展、改善發電能源結構，光伏、風電等可再生能源在我國得到了迅速的發展[2]。截至2023 年11 月底，我國累計發電裝機容量約2.85×109kW，同比增長13.6%。其中，太陽能發電裝機容量約5.6×108kW，風電裝機容量[3]約4.1×108kW。

然而由于我國目前存在風光資源分布不均衡、電網配套投資運維成本高、市場交易機制不完善等現實問題，因此可再生能源在發展過程中面臨著利用效率不足、投資效益低、交易過程不透明不規范、市場競爭力弱等問題。為紓解可再生能源的扶持困境，許多專家學者建議運用區塊鏈技術解決可再生能源現存問題。區塊鏈技術具有去中心化、自帶信任、不可篡改等眾多特性[4]，將區塊鏈技術運用于可再生能源領域可進一步規范交易過程、完善交易機制、引導可再生能源良性發展。

綜上所述，本文在對現有研究進行整理并進行全景式介紹的基礎上，采用定性與定量相結合的方法對“區塊鏈+可再生能源”領域的文獻進行全面綜合分析，彌補了當前研究綜述存在的不足，為后續學者對“區塊鏈+可再生能源”融合發展方向的研究提供有益參考，為我國實現“雙碳”目標提供有力支撐。

1 “區塊鏈+可再生能源”研究現狀分析

1.1 數據來源與研究方法

本文研究基于Web of Science 核心數據集，以Renewable Energy &Blockchain，Clean Energy &Blockchain，New Energy &Blockchain 為主題檢索詞，對2016 年1 月—2023 年7 月所發表的相關文獻進行檢索。為提高結果分析的準確性，過濾會議類論文及書籍章節等文獻類型以及重復搜索的文獻，有效檢索結果為920 條。研究方法主要采用文獻計量法（以各種文獻外部特征為研究對象的量化分析方法），利用統計學和數學方法針對研究進展、熱點以及趨勢展開分析。對總計920 條檢索記錄中的基本信息以純文本形式導出，通過VOSviewer軟件對文本文件進行識別和統計。最后，利用可視化工具Scimago Graphica 展示論文所屬國家、機構、作者的影響力及相互合作關系，并構建關鍵詞共現網絡，考察關鍵詞隨時間流動的演化情況，以探討“區塊鏈+可再生能源”的主要研究內容和發展趨勢。

1.2 發文量分析

文獻數量在一定程度上代表了學術界對該研究領域的關注度與重視度。Web of Science 核心合集中“區塊鏈+可再生能源”領域2016—2023 年的發文量趨勢變化如圖1 所示。

圖1 2016—2023年發文量趨勢變化Fig.1 Trend changes in the number of publications from 2016 to 2023

由圖1 可知，2016 年Web of Science 核心合集中出現過主題為“區塊鏈+可再生能源”的文章僅1篇，數量極少。從2017 開始，學者們逐步開始對區塊鏈與可再生能源的融合進行研究。從發表數量的趨勢來看，除2023 年不完全統計數據外，2016—2022 年“區塊鏈+可再生能源”領域的發文量呈快速上升態勢，2022 年發表量達到305 篇，占總數量的33.2%。表明隨著政策環境的變化和對區塊鏈技術的認知深化，學術界對“區塊鏈+可再生能源”二者結合作為研究主題的興趣在快速上升，同時也說明區塊鏈在可再生能源領域的應用范圍及影響正在逐步擴大。

1.3 研究領域分析

在領域維度上，利用VOSviewer 軟件繪制研究領域疊加圖譜可以明確研究主題聚焦的研究領域。圖譜示意圖如圖2 所示。

圖2 研究領域疊加圖譜Fig.2 Overlap graph for research field

圖2 中，圓圈表示節點，每1 個節點表示1 個研究領域，節點面積越大代表該研究領域內所包含文章數量越多。其中，以“區塊鏈+可再生能源”為研究主題的920 篇文章分布在圖中5 個聚類中的不同領域，每個聚類根據編號（1-5）和5 種顏色進行區分，聚類標簽在圖中用矩形表示。根據圖中各個節點面積大小以及所在的聚類名稱可知，相關研究主要聚焦在以下幾個領域，分別是電子電氣工程，計算機科學信息，能源和燃料，環境科學與環境研究。由此可以看出，“區塊鏈+可再生能源”領域研究的基礎與應用集中在計算機工程、電子電氣、能源技術以及能源環境等方面。

1.4 研究主題分析

為更好地探究“區塊鏈+可再生能源”領域的研究主題，對該領域相關文獻進行共被引分析，尋找其高被引文獻。文獻共被引網絡圖譜如圖3所示。

圖3 文獻共被引網絡圖譜Fig.3 Network map of literature co-citation

由圖3 可知，以圖中紅色節點為例，節點上方“ANDONI M”為發文作者名字，“2019”為發文年份，節點中數字“199”為文獻被引次數。從時間上分析，“區塊鏈+可再生能源”領域文獻在2017—2019 年被引次數較多，這不僅代表了這段時間內該領域研究成果顯著，同時也說明在2017 年后的一段時間內該領域的學術影響力逐步擴大，實現后續研究對已有研究持續的深入和擴展。從關鍵節點分析，圖3 中紅色節點和橙色節點代表的2 篇文章被引次數較多并且與其他文獻聯系密切，對“區塊鏈+可再生能源”領域的影響較大。這2 篇文章的作者分別為ANDONI M 和MENGELKAMP E，被引頻次均超過150 次，遠高于其他文獻被引頻次，說明ANDONI M和MENGELKAMP E 的研究成果得到了眾多學者的認可和研究。深入分析關鍵文章的研究內容可知，關于清潔能源技術、零能耗、零碳排放、循環發展等問題備受關注，因此可確定針對如何實現雙碳目標、實現最大限度地節能減排、發展循環經濟已成為近年來的最重要的研究主題。

1.5 研究團體分析

追蹤國家、機構、作者團隊等研究力量，可以快速了解領域的研究團體及團體最新的研究動向。經統計，數據集中共95 個國家在“區塊鏈+可再生能源”領域研究中有所貢獻，其中發文數量超過50篇的前7 位國家分別是中國、美國、印度、沙特阿拉伯、英國、澳大利亞和意大利，如圖4 所示。

圖4 國家共現網絡圖Fig.4 Co-occurrence map of countries

由圖4 可知，顏色越深，國家發文量越多，其中中國的論文發文量為293 篇，處于領先地位；其次是美國，達到114 篇。說明中美兩國對區塊鏈技術應用在可再生能源領域的研發比較重視。從國家間合作聯系強度可知，國家間合作聯系分布相對集中，中國與其他國家的總合作聯系強度為92，占據主導地位，其次是美國（62）和英國（61）。其中，中國和美國之間的連線寬度最大，合作聯系強度為30；其次是中國和英國，合作聯系強度為28。表明中國和英美兩國的合作關系最為活躍。也有部分國家與其他國家的合作不夠緊密，如波蘭（合作聯系強度為1）和南非（合作聯系強度為3），這些國家未在圖中顯示。促進與這些國家的合作是深化區塊鏈技術在可再生能源領域研究和應用的一種方式?？傮w來看，可再生能源和區塊鏈領域的相關研究已經逐步得到了眾多國家的關注，由于經濟、社會、文化、人才、科技和研究支持力度等各個方面的差距，各國家的研究難免存在差別，但隨著時間的推進將會有越來越多的國家和地區參與到對該領域的探討中來。

機構共現能夠反映某一研究領域的核心機構及其合作強度，本文研究的機構共現網絡圖如圖5所示。其中，每個節點對應一個機構，節點面積大小及節點旁標注數字對應機構間的合作聯系強度，節點顏色對應機構最新發文時間。

圖5 機構共現網絡圖Fig.5 Co-occurrence map of institutions

由圖5 可知，發文機構主要分布在巴基斯坦、中國、日本等，研究機構較為集中，主要研究機構是高校，其次是新能源重點實驗室和其他相關的科研機構。COMSATS Univ Islamabad 是該群體中和其他機構聯系最密切的機構，其聯系強度全球最高，表明該機構信息分享程度較高。對COMSATS Univ Islamabad 所在的聚類（聚類C）進一步研究，發現它對點對點能源交易以及交易的激勵機制等領域均有涉及，而這些也是該聚類中合作機構所研究的主要領域。以North China Elect Power Univ 為主的機構群體（聚類N）是國內研究貢獻度最大的研究群體，與Quata Univ、Shanghai Univ 等機構形成了1 個相對較小的研究鏈。該群體主要研究虛擬發電廠，隱私保護及共識機制等方面。從整體上看，各國研究機構之間存在著一定的合作關系，一定程度上說明各國高校及研究所對于可再生能源和區塊鏈領域有著較為豐富的研究經驗和研究能力。然而，國外文獻貢獻度和聯系強度平均高于我國研究機構。因此，國內研究應加強論文的研究深度和可獲取度，從而增強影響力。同時，該結果也表明國內外頂尖機構始終是科研領域的重要力量，我國應加強對外的合作交流，進一步推動我國區塊鏈技術在全球可再生能源領域的發展，助力我國雙碳目標的實現。

作者共現分析能夠反映某一研究領域的核心作者及其合作強度與互引關系。作者共現網絡圖如圖6 所示。

圖6 作者共現網絡圖Fig.6 Co-occurrence map of authors

由圖6 可知，學者間部分合作關系較為緊密，根據相同顏色代表的年份節點數量多少可知，2020年對可再生能源和區塊鏈領域進行相關研究的學者較多，作者合作發表相關文獻數量較多。根據右上角聯系強度圖例所示，節點面積與作者聯系強度成正相關，節點外數字表示合作聯系強度，聯系強度越高，該作者在領域內影響力越大。根據聯系強度識別關鍵作者，對關鍵作者的文章和研究方向進行深入分析。JAVAID N 學者在2020 年首次發表該領域相關文章，是目前該領域中發文量最多也是主要的學術貢獻者，累計共發表13 篇文章，其中《Blockchain-based load balancing in decentralized hybrid P2P energy trading market in smart grid》[5]是JAVAID N 在“區塊鏈+可再生能源”研究領域中被引次數最高的1 篇文章（83 次），文章主要利用區塊鏈技術不可篡改等特點建立集中能源交易系統，解決傳統能源交易可能存在信任和隱私問題，建立高效的混合能源交易市場，進一步降低交易成本?！禕lockchain based sustainable local energy trading considering home energy management and demurrage mechanism》[6]被引次數也較高（54 次），文章研究利用區塊鏈技術去中心性的特點優化可再生能源交易，通過從生產端和消費端兩方面對能源消耗進行優化，實現電力成本最小化。綜上，學者在可再生能源和區塊鏈領域的融合研究中重點關注了區塊鏈特性和能源交易的結合應用，也屬于該領域的基礎性研究。

2 “區塊鏈+可再生能源”研究熱點分析

關鍵詞是一篇文獻有效信息的極簡概括，通過識別關鍵詞之間的相互聯系和隨時間變化的分布規律，可以表征領域的主要研究熱點、洞察其發展趨勢。利用VOSviewer 軟件對檢索的結果進行統計分析，共獲得有效關鍵詞3 162 個。然而現有關鍵詞存在冗余重復等現象，因此對所有關鍵詞進行去重合并得到新的數據集，并對新數據集設置恰當的閾值，最終獲得總聯系強度前20 的關鍵詞共現網絡。關鍵詞共現網絡及合作聯系強度如圖7 所示。其中，節點中數字為關鍵詞出現頻次，節點顏色為關鍵詞出現時間。

由圖7 可知，由關鍵詞合作聯系強度可以發現，“區塊鏈”作為關聯強度最高的主題關鍵詞與其余關鍵詞均有著密切的聯系，為確保研究結果可以更好地呈現，在總聯系強度分析中去掉“區塊鏈”，可以發現其余19 種高頻關鍵詞往往相伴出現，具有強烈的交叉和共現性。這些關鍵詞基本涵蓋了區塊鏈技術在可再生能源領域的主體研究內容和研究熱點，將這些關鍵詞進行分類，可知在“區塊鏈+可再生能源”領域中，能源管理、能源互聯網、能源安全和能源系統等研究主題處于重要地位，是研究熱點的“橋梁”。根據共現圖擴大聯系網，以這些高頻關鍵詞為中心進行分類歸納，可以明確該領域目前研究熱點主要集中于可再生能源交易安全、系統及模式領域的應用。除此之外，區塊鏈作為一種高效的現代化技術，世界各國已將其置于戰略性發展地位，在雙碳政策大力推行的背景下，部分學者認為以區塊鏈技術為基礎的綠色證書交易前景大好。因此，將從以下3 方面對“區塊鏈+可再生能源”研究的熱點問題進行歸納總結：

2.1 可再生能源交易安全

部分專家以區塊鏈技術為安全交易的基礎進行研究，提出基于區塊鏈技術去中心化、隱私性強等特點來保障消費和交易數據的安全，實現能源服務企業高效透明的調度管理[7-8]。其中，在點對點能源交易模式中，區塊鏈是支撐能源交易安全的主要技術手段。區塊鏈通過構建網絡將政府、電網企業、監管部門、新能源發電商、電力用戶等主體作為節點接入，實現點對點交易。利用共識機制、智能合約等關鍵技術，保證交易的安全性、公開透明性和數據可靠性[9-10]。MENGELKAMP E[11]和劉楊[12]等學者提出為確保能源生產和消費的平衡，電力供需雙方在微電網能源市場上實行點對點的方式交易自己生產的能源，以區塊鏈技術為輔助手段優化微電網能源市場，有效解決了當前發電方式的不可控性[13]。因此，在可再生能源交易安全方面，現有研究熱點主要聚焦于利用區塊鏈去中心化、隱私性強等特點提高交易效率、保障電力交易的安全，但對區塊鏈在電力交易方面的局限性考慮不足[14]。因此，未來研究除了關注區塊鏈技術特點在可再生能源交易中的實踐與應用外，應當更加關注區塊鏈去中心化等特點給可再生能源應用帶來了哪些局限與空白。

2.2 可再生能源交易系統及模式

隨著“區塊鏈+可再生能源交易”研究領域的不斷深入，部分專家學者從不同方面提出一系列機制完善能源交易系統、改善交易模式，以實現能源交易的可靠性和安全性[15]。隨著雙碳目標的提出，未來化石能源比例將逐步降低，可再生能源會受到更多青睞，但可再生能源存在低密度和間歇性等局限，因此將區塊鏈引入到可再生能源交易中可有效解決能源在系統中的問題。根據電力市場的現有交易機制，孫恒一等專家提出基于區塊鏈技術的新能源消納優化調度策略，促進電網短期電力調度與新能源波動性的結合，助力可再生能源交易能源系統升級[16]?；趨^塊鏈點對點能源交易可進一步支持可再生能源發展，為本地能源系統優化提供解決方案、減少電網負載和延遲[13，17]、增加能源生產商額外的收入來源[18]。

此外，“生產消費者”也是一種新的交易模式，OLIVARES-ROJAS J C 等[19]專家基于區塊鏈系統構建電能交易模型，允許生產消費者將電能商業化，從而促進了電力市場的變革。在可再生能源交易系統及模式方面，現有研究熱點主要聚焦于利用區塊鏈技術完善可再生能源交易系統、改善交易模式，對區塊鏈技術自身模型和架構的優化關注較少。未來，相關領域研究應當更加關注在區塊鏈技術自身優化方面，考慮當區塊鏈吞吐量增大時，能源交易過程中信息的安全和信息的處理等方面可能出現的問題，并進一步關注相應的解決措施[20]。

2.3 綠色證書交易

區塊鏈是支撐可再生能源對等網絡交易的新技術[21]。其中，證書交易是區塊鏈在能源交易領域中的重要應用，例如以區塊鏈能源交易平臺為載體，創建以減碳量為核心的能源碳通證[22]；不僅可以實現對可再生能源消納市場主體的激勵，還可以為雙碳目標下未來新型商業模式的建立提出設計思路。

在雙碳政策下，由于傳統的綠證交易自愿性等特點，對參與交易的市場主體限制和激勵較弱。因此，一些學者基于雙碳目標探討了區塊鏈對等網絡中綠證交易的新模式，這也是區塊鏈在綠色證書交易領域中的研究熱點。胡春陽等[23]考慮綠證在市場中的供需情況對綠證價格和新能源電價的影響，提出區塊鏈平臺下電動汽車的綠證交易模式，完善了綠證交易及電動汽車充電調度策略，提升新能源發電商效益并降低電動汽車成本[24]。馮昌森等[25]提出1 種基于區塊鏈的綠證和碳聯合交易市場模式，將綠色發電企業與傳統化石能源發電企業聯系起來，優化配置綠證和碳排放權資源、推動能源轉型、實現雙碳目標。未來，隨著綠證市場的持續發展，基于區塊鏈技術的各個市場交易主體可隨時對綠證狀態進行追蹤和更新，類似金融領域的憑證交易一樣[26]。因此，在可再生能源綠色證書交易方面，相關研究除了關注區塊鏈對等網絡中綠證交易模式自身的優化，更應當關注在電力市場中區塊鏈與綠色電力交易各個主體間的交易模式與交易策略。

3 “區塊鏈+可再生能源”研究趨勢分析

3.1 區塊鏈與可再生能源管理的結合

隨著雙碳目標的實行推進，電力能源管理關注度不斷提高，“區塊鏈+可再生能源管理”將是電力能源經濟的主流發展趨勢。能源管理是1 個高度集中化的行業[27]，在能源交易中，可再生能源交易雙方即能源生產者和能源使用者不能直接進行雙方交易，而是需要通過公共電網或者有保障可信任的私人中介進行交易，造成能源管理存在一定的安全隱患和成本壓力。而區塊鏈最重要的特征就是去中心化和數據的不可篡改性，可保障交易數據的安全且交易成本低[28-29]。未來，將區塊鏈技術和智能合約應用在能源管理方面，可有效控制能源供應系統，使系統中各主體（電力生產商、配電系統運營商、傳輸系統運營商和供應商等）都可以通過區塊鏈網絡在各個層次上進行交易，可在簡化交易流程的同時，平衡能源的供給和需求、保障交易安全。隨著能源管理的整個流程去中心化和數字化程度的提高，各環節待評估和分析數據溢出，應用人工智能有助于快速有效地處理這些數據。因此，在可再生能源管理中，區塊鏈與人工智能的融合是未來研究的關鍵領域[30-31]。

3.2 區塊鏈與可再生能源互聯網的結合

區塊鏈技術和能源互聯網天然的耦合度，會使二者的結合具有廣闊的發展前景。未來可以利用互聯網和區塊鏈技術，創建能源科技一體化的綜合能源系統。該系統可以通過太陽能、風能、地熱能等可再生能源與傳統發電能源進行集成利用，在降低能源消耗和成本的同時，實現能源的互補共存[32]。此外，還可以利用區塊鏈技術建設可再生能源互聯網的全國分布式能源系統。在分布式能源發電系統中，利用互聯網和區塊鏈技術可實現可再生能源發電系統之間互聯互通并保障供電需求；在分布式能源儲存系統中，利用互聯網和區塊鏈技術可實現跨區儲能系統的管理并優化儲能模式，實現能源統一管理、集中調配，解決全國性的能源區域不平衡以及能源的高效協調利用等問題[32]。在分布式儲能系統規劃與配置技術方面，充分發揮多點分布式儲能聚合效應，可實現對電網多種需求的支撐，產生相應的經濟、社會效益[33]。未來，區塊鏈與可再生能源互聯網的結合還可以進一步提高可再生能源并網消納，提高配電網的運行水平。

3.3 區塊鏈與綠色電力交易的結合

根據國家雙碳政策，未來將重點關注綠色電力交易的發展。在現行交易模式和交易環境下，綠色電力交易認證流程復雜、溯源難度大、交易成本高且存在交易數據偽造、篡改等潛在痛點，而區塊鏈獨特的鏈式存儲結構可以解決這些問題，極大地促進區塊鏈在綠證交易的應用和發展[33-34]。然而針對現階段國際綠電綠證交易中存在的難以確保綠證唯一性、真實性、交易流程復雜等共性問題，未來可以依托區塊鏈分布式存儲技術原理和跨鏈技術[35]實現從綠色電力生產源頭捕捉碳資產動態形成過程，并打通綠證交易關鍵主體間的數據壁壘，輔以公開透明的交易機制，為綠電綠證的認證與消納在技術層面提供可視、可信、可靠證明。在區塊鏈與綠色電力交易的結合方面，未來還可以通過構建基于區塊鏈的綠電交易平臺，利用多維溯源查詢等技術，實現區塊鏈的綠電生產、交易、消費全鏈條溯源，同時通過發揮交易平臺優勢進一步強化與綠證的銜接，依據綠電交易結算結果將綠證分配至電力用戶，實現綠電環境價值從交易源頭到“消費認證”的貫通，激活綠色電力商品的價值及其產生的環境效益。

4 結語

本文利用文獻計量學對“區塊鏈+可再生能源”領域內920 篇文獻從研究現狀、熱點和趨勢等3 方面進行分析。

從研究現狀來看，2016—2023 年“區塊鏈+可再生能源”領域的出版物迅速增加，特別是在2022年，發文量占總量的1/3。其中能源系統優化、清潔能源技術、循環發展等問題備受關注。中國、美國和英國等國家的高校和科研院所合作研究日益增多，針對如何實現雙碳目標、實現最大限度地節能減排、發展循環經濟成為近年來的最重要的研究主題。

從研究熱點和趨勢來看，該領域在可再生能源交易安全、可再生能源交易系統及模式、綠色證書交易等方面研究范圍較廣且一直保持熱度。未來的研究趨勢包括：可再生能源管理中區塊鏈與人工智能的結合、區塊鏈與可再生能源互聯網的結合、區塊鏈與綠色電力交易的結合等。

本文的研究結果有助于研究者全面了解該領域目前的研究工作及發展方向。未來研究將進一步擴大檢索范圍，增加研究數據庫，為區塊鏈與可再生能源的融合發展的研究提供更加全面的數據和理論支撐。