關鍵詞：區(qū)塊鏈;分布式能源;電動汽車

 

 

Abstract: To explore the application ideas of block chain technology in the field of electricity in the power industry, combined with its own characteristics, as well as distributed energy business in recent years, the sustainable development of the electric car business, electricity reform brings new changes in trade, according to the distributed characteristic, with block chain technology, security, sharing features, such as transparency, put forward the application direction block chain technology in power industry and the scene. First of all, the basic concepts and characteristics of the block chain technology; then, from the analysis of the development and application of block chain technology in all sectors of society, to explore the application direction in the power industry; then, based on the organization of power trading, block chain technology in power industry layout, account management, customer management can play a role; finally in the face of opportunities and difficulties, block chain technology in power industry are analyzed and summarized.

Key words:  block chain; distributed energy; electric vehicle

 

1 引言

 

區(qū)塊鏈技術作為最具有革命性新興技術之一，自從2008年伴隨比特幣誕生以來，歷經近9年的發(fā)展變化，帶來了共享式經濟協(xié)作體系，從1.0版本升級到3.0版本，從原來單純的公有鏈模式到后來的私有鏈模式出現(xiàn)，慢慢進入各行各業(yè)的視野，并且積累不少成功應用的經驗與案例，特別是在金融領域，而且應用的功能流程越來越復雜深入。與此同時，在經濟增速減慢的形勢下電力業(yè)務也將面臨公眾市場的沖擊，售電公司、新能源業(yè)務的涌現(xiàn)，注定為電力行業(yè)帶來更多機遇。在此背景下，利用區(qū)塊鏈技術的分布式特性、安全性、共享性等優(yōu)勢，透過理解其深層運作機制，探索電力行業(yè)引入區(qū)塊鏈技術對電力業(yè)務發(fā)展的應用。

隨著互聯(lián)網+、云計算、大數(shù)據、物聯(lián)網、共享經濟的蓬勃發(fā)展，電力企業(yè)信息化正在由過往內部信息化管理轉型為以內部為基礎面向外部的信息化架構，最終形成信息化平臺。區(qū)塊鏈技術之間具有隱私、安全、自治等特點，在技術層面解決信息化平臺在互聯(lián)網時代價值傳遞過程中的安全穩(wěn)定問題，同時區(qū)塊鏈底層的開源與各種多方共識的業(yè)務規(guī)則邏輯，能夠為電力業(yè)務交易與賬務管理提供重要支撐。

在未來電力業(yè)務，區(qū)塊鏈連接電力企業(yè)現(xiàn)有的應用系統(tǒng)，不會像比特幣一樣是無法辨別的匿名賬戶和價格變幻不定的虛擬資產，也不是簡單地追加一個分布式數(shù)據庫管理體系，而是關聯(lián)成千上萬真實的個人或者企業(yè)用戶，讓企業(yè)的內部異構系統(tǒng)更好地發(fā)揮相互協(xié)作，解決傳統(tǒng)應用中難以解決的困難，更好地發(fā)揮區(qū)塊鏈技術的特點與優(yōu)勢，同時在外部系統(tǒng)形成更加安全可靠的互訪機制，使電力業(yè)務更好適應市場的變化。

 

2 區(qū)塊鏈技術發(fā)展

 

目前為止，區(qū)塊鏈還沒形成統(tǒng)一的官方定義，但綜合來看，它的構成是由區(qū)塊根據先后順序鏈接起來形成的一種流水式數(shù)據結構，其中每個區(qū)塊一般包含區(qū)塊頭與區(qū)塊體，區(qū)塊頭封裝了當前的版本號、前一區(qū)塊地址、時間戳、隨機數(shù)、當前區(qū)塊的目標哈希值、梅克爾樹等信息，區(qū)塊體則主要包含相關交易信息，每一筆交易都會被記錄在里面，給公眾或者相應持有權限人員查詢，梅克爾樹對每一筆交易進行數(shù)字簽名，確保每一筆交易都不會偽造重復。

 

圖1：區(qū)塊鏈排列順序圖

 

Figure 1: Sequence diagram of block chain

區(qū)塊鏈技術的架構發(fā)展目前主要分為三種形式，包括以比特幣為代表的虛擬貨幣區(qū)塊鏈架構，到以太坊為代表的智能合約區(qū)塊鏈架構，再到以超級賬本為代表的混合分布式區(qū)塊鏈架構。

 

2.1 比特幣區(qū)塊鏈架構

 

該架構能夠實現(xiàn)一種完全基于點對點網絡的電子現(xiàn)金系統(tǒng)，使得在線支付能夠直接由一方發(fā)起并支付給另外一方，中間不需要通過任何的中介機構。總結來說，比特幣能夠實現(xiàn)不需要中央機構就可以發(fā)行貨幣，不需要中介機構就可以支付，保持使用者的匿名性，交易無法被撤銷。

 

2.2 以太坊區(qū)塊鏈架構

 

該架構提供一個帶有圖靈完備語言的區(qū)塊鏈，用這種語言可以創(chuàng)建合約來編寫任意狀態(tài)轉換功能，用戶只要簡單地使用一些代碼就能夠實現(xiàn)邏輯應用，創(chuàng)建一個基于區(qū)塊鏈技術的應用程序，并應用于電子貨幣以外的業(yè)務場景。

 

2.3 超級賬本區(qū)塊鏈架構

 

該架構采用了松耦合的設計，將共識機制、身份驗證等組件模塊化，使之在應用過程中可以方便地根據應用場景來配置相應的模塊。同時還采用了容器技術，將智能合約的代碼放在容器中運行，從而使得智能合約可以用大部分高級語言進行編寫。

 

圖2：區(qū)塊鏈架構關系圖

 

Figure 2: Relational graph of block chain structure

區(qū)塊鏈技術架構所構造的分布式系統(tǒng)，需要實現(xiàn)不同賬本節(jié)點上的賬本數(shù)據的一致性與正確性，借鑒已有的分布式系統(tǒng)中實現(xiàn)狀態(tài)共識的算法，確定網絡中選擇記賬節(jié)點的機制與保障數(shù)據全網絡體系統(tǒng)一的共識。早期的比特幣區(qū)塊鏈采用高度依賴節(jié)點的工作量證明機制，在公有鏈范疇得到廣泛應用，之后又涌現(xiàn)了權益證明等共識機制。實用拜占庭容錯協(xié)議則適用于私有鏈或者聯(lián)盟鏈環(huán)境，以及用于管理復制日志的Raft共識算法。

 

3 基于區(qū)塊鏈技術的應用經驗

 

3.1 電力行業(yè)外的經驗

招商銀行實現(xiàn)將區(qū)塊鏈技術應用于全球現(xiàn)金管理領域的跨境直聯(lián)清算、全球賬戶統(tǒng)一視圖以及跨境資金歸集這三大場景。2016年6月，招商銀行已通過跨境直聯(lián)清算業(yè)務POC實驗，率先實現(xiàn)將區(qū)塊鏈技術運用于銀行核心系統(tǒng)中，在模擬環(huán)境穩(wěn)定運行半年后，計劃于2017年在總行、香港分行和永隆銀行兩岸三地間，通過區(qū)塊鏈技術改造的跨境直聯(lián)清算業(yè)務將實現(xiàn)正式商用。

基于區(qū)塊鏈的新跨境直聯(lián)清算系統(tǒng)充分展現(xiàn)過往系統(tǒng)無法企及的優(yōu)點：高效率性，去中心后報文傳遞時間由6分鐘減少至秒級;高安全性，處于一個私有鏈封閉的網絡環(huán)境中報文難以篡改偽造;高可用性，分布式的架構沒有一個核心節(jié)點，其中任何一個節(jié)點出故障都不會影響整個系統(tǒng)的運作;高擴展性，新參與者可以快速地部署與加入系統(tǒng)。

 

3.2 電力行業(yè)內的經驗

 

在美國的紐約布魯克林，LO3 Energy與Consensus Systems合作設計運行的紐約微電網區(qū)塊鏈售電項目，這兩家公司在一個小街區(qū)為十戶住戶建立了一個基于區(qū)塊鏈系統(tǒng)的可交互分布式光伏售電平臺，平臺命名為TransActive Grid，安裝了屋頂太陽能的家庭可以基于區(qū)塊鏈，不依賴于任何電力公司，直接向同一條街上沒有安裝屋頂太陽能的鄰居出售他們生產的電力能源公司。

歐盟Scanergy綠色能源交易項目利用區(qū)塊鏈系統(tǒng)將網絡的生產與消費狀態(tài)傳達給用戶，信息每15分鐘檢測一次。同時系統(tǒng)會向能源的供應者獎勵一種類似比特幣的電子貨幣。在澳大利亞，內陸電網運用區(qū)塊鏈系統(tǒng)為電網節(jié)點上的檢測裝置建立相應的通訊機制。當檢測到電網節(jié)點上的運行信息時，會將信息傳遞給200英尺外的下一個檢測裝置，用戶可以通過區(qū)塊鏈系統(tǒng)利用手機等設備發(fā)布和共享信息。

 

4 區(qū)塊鏈在電力業(yè)務的應用場景

 

4.1 分布式能源

從分布式能源交易過程來看，通過上游的材料采購，到中游的發(fā)電，再到下游的售電與客戶交易，都存在集中交易所帶來的雙方之間信息不對稱的情況，這將增加信用中介參與的交易與時間成本，另一方面交易信息集中管理帶來的數(shù)據丟失風險。通過構建基于區(qū)塊鏈技術的分布式能源交易網絡，無論原材料商、發(fā)電商還是售電客戶端，每個交易主體都是信用認證本身，不需要委托第三方作為獨立的信用中介，由各交易主體共同維護交易行為的唯一性、合法性。

 

圖3：分布式能源區(qū)塊鏈平臺交易流程圖

 

Figure 3: Transaction flow of distributed energy block chain platform

基于區(qū)塊鏈的分布式能源解決思路，把以上所提的環(huán)節(jié)并行融合一體，在區(qū)塊鏈上實現(xiàn)數(shù)據融合，所有參與者共同維護同一個區(qū)塊鏈上的賬本，實現(xiàn)以技術手段為保證的自證其信。同時，大量在區(qū)塊鏈上布置的電力數(shù)據，還可以成為其他電力應用的數(shù)據來源。

 

4.2 電動汽車

 

電動汽車作為電力行業(yè)近年來的新興發(fā)展業(yè)務，與物聯(lián)網技術的結合，在交易支付的模式中形成綁定信用卡、儲蓄卡的數(shù)字錢包，電動汽車進入充電站以后能夠按電量的補給量去結算各種款項?；趨^(qū)塊鏈技術的電動汽車交易平臺采用私有鏈模式，分布式存儲在各充電站區(qū)域，例如供電局等，允許受限用戶查詢訪問相關交易記錄，每條交易記錄都存放到單獨的區(qū)塊中,然后再將這些區(qū)塊連接起來,再利用分布存儲方式不通過銀行等系統(tǒng)達到高信賴度、高安全性的支付，存放在此交易平臺中的數(shù)據因為設計過程考慮密碼保護、私有鏈受限與共識機制，因此不會因網絡上的攻擊而被篡改,可以安全地使用此電動汽車交易平臺進行結算。

 

圖4：電動汽車區(qū)塊鏈交易模型圖

 

Figure 4: Block chain trade model of electric vehicle

 

5. 結論

 

文中提到的區(qū)塊鏈技術與電力行業(yè)相結合，提出在分布式能源、電動汽車等業(yè)務流程與規(guī)則的應用，以區(qū)塊鏈的低成本信任傳遞為手段，將不同主體和不同系統(tǒng)融合為一個電力能源交易平臺，在電力領域內形成“弱中心化、強分布式”的智能集群體系，并且能夠根據具體業(yè)務場景配置合約協(xié)議，區(qū)塊鏈技術將使電力信息互聯(lián)網極有潛力邁向電力價值互聯(lián)網。雖然在未來很長一段時間內，兩者將會并存發(fā)展，但是信息互聯(lián)網最終將變?yōu)閮r值互聯(lián)網的一個計算中心，這時電力行業(yè)將趨于扁平化、理想化的狀態(tài)。

 

參考文獻：

 

[1] 張寧、王毅、康重慶等. 能源互聯(lián)網中的區(qū)塊鏈技術：研究框架與典型應用初探[J], 中國電機工程學報, 2016,36(15):4011-4022

[2] 楊茂江. 基于密碼和區(qū)塊鏈技術的數(shù)據交易平臺設計[J], 信息通信技術, 2016,(4):24-31