區(qū)塊鏈技術(shù)及其在能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用
導(dǎo)讀:自2016年10月工業(yè)和信息化部發(fā)布《中國區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書(2016)》及2016年12月區(qū)塊鏈?zhǔn)状伪蛔鳛閼?zhàn)略性前沿技術(shù)技術(shù)寫入國務(wù)院發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”國家信息化規(guī)劃的通知》以來,區(qū)塊鏈技術(shù)日益受到我國政府的重視和關(guān)注。作為新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分,區(qū)塊鏈技術(shù)很有可能推動(dòng)現(xiàn)有計(jì)算模式的變革,對能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。
1、什么是區(qū)塊鏈技術(shù)?
2008年11月,一位自稱中本聰?shù)目茖W(xué)家發(fā)表了一篇名為《比特幣:一個(gè)P2P電子現(xiàn)金系統(tǒng)》的論文,提出了一種基于P2P組網(wǎng)技術(shù)、數(shù)學(xué)、密碼學(xué)技術(shù)、演算法與經(jīng)濟(jì)模型等技術(shù)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)的構(gòu)架理念,從此比特幣誕生了。作為比特幣系統(tǒng)的底層核心技術(shù),區(qū)塊鏈技術(shù)逐步進(jìn)入人們的視野。
區(qū)塊鏈技術(shù)是基于時(shí)間戳的“區(qū)塊+鏈?zhǔn)?rdquo;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、利用分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)算法來添加和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)方法保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全、利用由自動(dòng)化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計(jì)算范式。區(qū)塊鏈目前分為三類:私有鏈、公有鏈、聯(lián)盟鏈。區(qū)塊鏈技術(shù)具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn):
去中心化:區(qū)塊鏈技術(shù)基于P2P的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),不存在中心節(jié)點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地位均等,互為備份,增加數(shù)據(jù)庫的魯棒性。
訪問權(quán)限控制:區(qū)塊鏈系統(tǒng)對授信用戶開放,未經(jīng)授權(quán),節(jié)點(diǎn)無法訪問區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)。(但對公有鏈而言是完全透明的)
數(shù)據(jù)安全性:區(qū)塊鏈通過鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、數(shù)字加密、共識(shí)算法等技術(shù)保證了區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)不可虛構(gòu),不可偽造,不可篡改,不可刪除,保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠、安全且可追溯。
區(qū)塊鏈通過共識(shí)算法、智能合約等技術(shù)保證了系統(tǒng)無需信任背書或第三方監(jiān)督也能正確執(zhí)行、自行運(yùn)轉(zhuǎn)。
2、區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
在政策支持方面,當(dāng)前各國都在大力發(fā)展區(qū)塊鏈技術(shù),美國、英國等發(fā)達(dá)國家通過推出創(chuàng)新政策、發(fā)放補(bǔ)貼等方式動(dòng)員高校、企業(yè)以及其他機(jī)構(gòu)參與研發(fā)。近年來,我國政府對區(qū)塊鏈技術(shù)也十分重視。2017年,國務(wù)院先后在《關(guān)于創(chuàng)新管理優(yōu)化服務(wù)培育壯大經(jīng)濟(jì)發(fā)展新動(dòng)能加快新舊動(dòng)能接續(xù)轉(zhuǎn)換的意見》《關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》《關(guān)于進(jìn)一步擴(kuò)大和升級信息消費(fèi)持續(xù)釋放內(nèi)需潛力的指導(dǎo)意見》《關(guān)于積極推進(jìn)供應(yīng)鏈創(chuàng)新與應(yīng)用的指導(dǎo)意見》等文件中,多次提出鼓勵(lì)開展區(qū)塊鏈技術(shù)研究及試點(diǎn)應(yīng)用,建立新型社會(huì)信用體系。
在技術(shù)發(fā)展方面,區(qū)塊鏈技術(shù)是具有普適性的底層技術(shù)框架。按照目前區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò),區(qū)塊鏈技術(shù)會(huì)經(jīng)歷以可編程數(shù)字加密貨幣體系為主要特征的區(qū)塊鏈1.0模式、以可編程金融系統(tǒng)為主要特征的區(qū)塊鏈2.0模式和以可編程社會(huì)為主要特征的區(qū)塊鏈3.0模式。目前,一般認(rèn)為區(qū)塊鏈技術(shù)正處于2.0模式的初期,股權(quán)眾籌和P2P借貸等各類基于區(qū)塊鏈技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)金融應(yīng)用相繼涌現(xiàn)。然而,上述模式實(shí)際上是平行而非演進(jìn)式發(fā)展的,區(qū)塊鏈1.0模式的數(shù)字加密貨幣體系仍然遠(yuǎn)未成熟。
在行業(yè)應(yīng)用方面,區(qū)塊鏈最先的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)貨幣和支付手段的去中心化,試圖脫離本質(zhì)為國家信用擔(dān)保的法幣體系,建立新的數(shù)字貨幣體系,如比特幣的開發(fā)與應(yīng)用。繼比特幣提出后,其他數(shù)百種基于區(qū)塊鏈的加密數(shù)字貨幣也相繼出現(xiàn)。跨國大型金融集團(tuán)諸如紐交所、花旗、納斯達(dá)克等都在2015年以創(chuàng)投的形式進(jìn)入了區(qū)塊鏈領(lǐng)域。而我國央行研發(fā)的數(shù)字貨幣,率先探索了區(qū)塊鏈技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用,基于區(qū)塊鏈的數(shù)字票據(jù)交易平臺(tái)也測試成功。今年2月,由央行發(fā)行的法定數(shù)字貨幣也在該平臺(tái)試運(yùn)行,這意味著在全球范圍內(nèi),中國央行將成為首個(gè)發(fā)行數(shù)字貨幣,并開展真實(shí)應(yīng)用的中央銀行。
除了金融領(lǐng)域,區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用場景也在逐步向醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)、物流等領(lǐng)域拓展,在能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域也開始嶄露頭角。中國電科院正在積極探索區(qū)塊鏈技術(shù)在電力調(diào)度與交易領(lǐng)域的應(yīng)用場景,并已啟動(dòng)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的電力系統(tǒng)調(diào)頻業(yè)務(wù)考核管理、分布式源—荷市場化交易等關(guān)鍵技術(shù)研究和原型系統(tǒng)研發(fā)工作。
3、區(qū)塊鏈在能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景
能源互聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心,以互聯(lián)網(wǎng)及其他前沿信息技術(shù)為基礎(chǔ),以分布式可再生能源為主要一次能源,與天然氣網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)等其他系統(tǒng)緊密耦合而形成的復(fù)雜多網(wǎng)流系統(tǒng)。相比現(xiàn)有的電網(wǎng),能源互聯(lián)網(wǎng)涉及了更多樣的能源形式和更廣泛的參與主體,并在信息的交互模式上進(jìn)行了改革。區(qū)塊鏈技術(shù)具有不可偽造、難以篡改的特點(diǎn),能夠有效解決復(fù)雜系統(tǒng)中各主體間的信任問題。同時(shí),區(qū)塊鏈技術(shù)在去中性化、系統(tǒng)自治等方面的特點(diǎn)與能源互聯(lián)網(wǎng)的理念具有一定程度的相似性。因此,區(qū)塊鏈技術(shù)將能在能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建、發(fā)展與升級過程中發(fā)揮重要作用,其應(yīng)用前景將主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
能源供給:分布式和集中式的結(jié)合是未來能源供給領(lǐng)域的典型模式,區(qū)塊鏈的去中心化與分布式電源之間的物理特性具有較強(qiáng)的耦合性,而基于區(qū)塊鏈技術(shù)的實(shí)時(shí)更新有助于實(shí)現(xiàn)集中式和分布式之間的實(shí)時(shí)信息共享,避免多種能源的重復(fù)建設(shè),減小能源供給系統(tǒng)的浪費(fèi),可應(yīng)用的場景包括:基于私有鏈的分布式能源多能互補(bǔ)之間的計(jì)量;基于聯(lián)盟鏈的大型能源基地之間的打捆模式等。
能源輸送:參與能源輸送的角色眾多,且存在廣義的博弈競爭,區(qū)塊鏈技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)角色之間的強(qiáng)制信任和角色之間交易的透明化,能夠?qū)崿F(xiàn)多種能源之間的協(xié)調(diào)和優(yōu)化傳輸,提高系統(tǒng)的效率。典型的應(yīng)用場景包括:基于私有鏈的能源傳輸系統(tǒng)的阻塞管理和損耗分?jǐn)傆?jì)算;基于聯(lián)盟鏈的能源傳輸系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和協(xié)調(diào)控制等。
能源分配:分布式能源的廣泛接入改變了能源分配系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),多種能源之間的交叉轉(zhuǎn)化和時(shí)空耦合對能源系統(tǒng)的計(jì)量提出了新的要求。基于區(qū)塊鏈技術(shù)的自動(dòng)執(zhí)行和廣泛共享將會(huì)顯著提升能源分配的合理性,典型的應(yīng)用場景包括:基于聯(lián)盟鏈區(qū)域能源系統(tǒng)的自動(dòng)計(jì)量,基于聯(lián)盟鏈的儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)劃運(yùn)行一體化分析等。
能源消費(fèi):基于分布式賬本和智能化合約的區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用,將會(huì)極大地提升能源消費(fèi)側(cè)和能源供給側(cè)的透明度,從而改變區(qū)域能源系統(tǒng)的用能需求曲線,實(shí)現(xiàn)多種能源之間的合理利用和泛在交互。典型的應(yīng)用場景包括:基于私有鏈的需求側(cè)管理、家庭能量管理、電動(dòng)汽車充放電智能支付系統(tǒng)等。
能源交易:結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)狀的分析,區(qū)塊鏈將會(huì)率先在能源交易領(lǐng)域得到應(yīng)用,典型的場景包括:基于私有鏈的電費(fèi)結(jié)算;基于聯(lián)盟鏈的微電網(wǎng)中多元化角色的內(nèi)部交易;基于公有鏈的分布式能源系統(tǒng)內(nèi)部各種多樣化能源之間的交易;基于公有鏈的國家之間的能源交易體系和商業(yè)模式等。
4、需要關(guān)注的問題
區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中,需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾方面問題:
效率問題:區(qū)塊鏈技術(shù)本身處在一個(gè)不斷完善和成熟的過程中,當(dāng)前區(qū)塊鏈在計(jì)算效率方面難以滿足能源系統(tǒng)產(chǎn)銷實(shí)時(shí)性的要求。未來區(qū)塊鏈系統(tǒng)需要在吞吐量方面進(jìn)行優(yōu)化,包括在減少區(qū)塊生成時(shí)間和區(qū)塊確認(rèn)時(shí)間等方面開展相關(guān)研究。
安全問題:區(qū)塊鏈技術(shù)中,允許節(jié)點(diǎn)在區(qū)塊中加入自定義信息。若附加信息中包含惡意代碼,將會(huì)對整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響。另外,區(qū)塊鏈中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)有一份完整的賬本,對所有用戶都公開透明,敏感信息容易被泄露。這些安全風(fēng)險(xiǎn)可以考慮利用硬件加密措施、加大區(qū)塊鏈審計(jì)(防篡改、可溯源是區(qū)塊鏈的優(yōu)勢,也是數(shù)據(jù)話語權(quán)的體現(xiàn))力度和進(jìn)一步研究相關(guān)匿名算法來解決。
政策問題:能源行業(yè)是國家強(qiáng)監(jiān)管的基礎(chǔ)性行業(yè),與國家政策的依附性非常強(qiáng)。當(dāng)前很多應(yīng)用在技術(shù)上是可行的,但若無國家相關(guān)政策指引,仍無法實(shí)現(xiàn)落地。隨著“管住兩頭,放開中間,售點(diǎn)側(cè)改革,交易平臺(tái)獨(dú)立”新電改政策的全面推廣實(shí)施,給區(qū)塊鏈在能源領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了新的契機(jī)。但在具體領(lǐng)域的實(shí)施過程中,仍需要國家相關(guān)政策的跟進(jìn)和落實(shí)。
人才問題:區(qū)塊鏈技術(shù)是包含了數(shù)據(jù)庫技術(shù)、密碼學(xué)技術(shù)、P2P技術(shù)、數(shù)字認(rèn)證等多學(xué)科融合的技術(shù)體系,在能源互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用時(shí),還需要進(jìn)一步結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)業(yè)務(wù)模式。此外,還需要進(jìn)一步結(jié)合金融交易相關(guān)知識(shí)。復(fù)合型人才的缺失是區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)一步推廣的一個(gè)瓶頸。
責(zé)任編輯:滄海一笑
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