關鍵詞：區塊鏈;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年的發展變化，帶來了共享式經濟協作體系，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，慢慢進入各行各業的視野，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務也將面臨公眾市場的沖擊，售電公司、新能源業務的涌現，注定為電力行業帶來更多機遇。在此背景下，利用區塊鏈技術的分布式特性、安全性、共享性等優勢，透過理解其深層運作機制，探索電力行業引入區塊鏈技術對電力業務發展的應用。

隨著互聯網+、云計算、大數據、物聯網、共享經濟的蓬勃發展，電力企業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網時代價值傳遞過程中的安全穩定問題，同時區塊鏈底層的開源與各種多方共識的業務規則邏輯，能夠為電力業務交易與賬務管理提供重要支撐。

在未來電力業務，區塊鏈連接電力企業現有的應用系統，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據庫管理體系，而是關聯成千上萬真實的個人或者企業用戶，讓企業的內部異構系統更好地發揮相互協作，解決傳統應用中難以解決的困難，更好地發揮區塊鏈技術的特點與優勢，同時在外部系統形成更加安全可靠的互訪機制，使電力業務更好適應市場的變化。

 

2 區塊鏈技術發展

 

目前為止，區塊鏈還沒形成統一的官方定義，但綜合來看，它的構成是由區塊根據先后順序鏈接起來形成的一種流水式數據結構，其中每個區塊一般包含區塊頭與區塊體，區塊頭封裝了當前的版本號、前一區塊地址、時間戳、隨機數、當前區塊的目標哈希值、梅克爾樹等信息，區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字簽名，確保每一筆交易都不會偽造重復。

 

圖1：區塊鏈排列順序圖

 

Figure 1: Sequence diagram of block chain

區塊鏈技術的架構發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塊鏈架構，到以太坊為代表的智能合約區塊鏈架構，再到以超級賬本為代表的混合分布式區塊鏈架構。

 

2.1 比特幣區塊鏈架構

 

該架構能夠實現一種完全基于點對點網絡的電子現金系統，使得在線支付能夠直接由一方發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，比特幣能夠實現不需要中央機構就可以發行貨幣，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 以太坊區塊鏈架構

 

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

 

2.3 超級賬本區塊鏈架構

 

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：區塊鏈架構關系圖

 

Figure 2: Relational graph of block chain structure

區塊鏈技術架構所構造的分布式系統，需要實現不同賬本節點上的賬本數據的一致性與正確性，借鑒已有的分布式系統中實現狀態共識的算法，確定網絡中選擇記賬節點的機制與保障數據全網絡體系統一的共識。早期的比特幣區塊鏈采用高度依賴節點的工作量證明機制，在公有鏈范疇得到廣泛應用，之后又涌現了權益證明等共識機制。實用拜占庭容錯協議則適用于私有鏈或者聯盟鏈環境，以及用于管理復制日志的Raft共識算法。

 

3 基于區塊鏈技術的應用經驗

 

3.1 電力行業外的經驗

招商銀行實現將區塊鏈技術應用于全球現金管理領域的跨境直聯清算、全球賬戶統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清算業務POC實驗，率先實現將區塊鏈技術運用于銀行核心系統中，在模擬環境穩定運行半年后，計劃于2017年在總行、香港分行和永隆銀行兩岸三地間，通過區塊鏈技術改造的跨境直聯清算業務將實現正式商用。

基于區塊鏈的新跨境直聯清算系統充分展現過往系統無法企及的優點：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點，其中任何一個節點出故障都不會影響整個系統的運作;高擴展性，新參與者可以快速地部署與加入系統。

 

3.2 電力行業內的經驗

 

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塊鏈售電項目，這兩家公司在一個小街區為十戶住戶建立了一個基于區塊鏈系統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塊鏈系統將網絡的生產與消費狀態傳達給用戶，信息每15分鐘檢測一次。同時系統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，內陸電網運用區塊鏈系統為電網節點上的檢測裝置建立相應的通訊機制。當檢測到電網節點上的運行信息時，會將信息傳遞給200英尺外的下一個檢測裝置，用戶可以通過區塊鏈系統利用手機等設備發布和共享信息。

 

4 區塊鏈在電力業務的應用場景

 

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據丟失風險。通過構建基于區塊鏈技術的分布式能源交易網絡，無論原材料商、發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：分布式能源區塊鏈平臺交易流程圖

 

Figure 3: Transaction flow of distributed energy block chain platform

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

 

4.2 電動汽車

 

電動汽車作為電力行業近年來的新興發展業務，與物聯網技術的結合，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。基于區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塊中,然后再將這些區塊連接起來,再利用分布存儲方式不通過銀行等系統達到高信賴度、高安全性的支付，存放在此交易平臺中的數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

 

文中提到的區塊鏈技術與電力行業相結合，提出在分布式能源、電動汽車等業務流程與規則的應用，以區塊鏈的低成本信任傳遞為手段，將不同主體和不同系統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務場景配置合約協議，區塊鏈技術將使電力信息互聯網極有潛力邁向電力價值互聯網。雖然在未來很長一段時間內，兩者將會并存發展，但是信息互聯網最終將變為價值互聯網的一個計算中心，這時電力行業將趨于扁平化、理想化的狀態。

 

參考文獻：

 

[1] 張寧、王毅、康重慶等. 能源互聯網中的區塊鏈技術：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. 基于密碼和區塊鏈技術的數據交易平臺設計[J], 信息通信技術, 2016,(4):24-31