區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用及挑戰(zhàn)

2018-01-25 17:23:41 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào) 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

比特幣系統(tǒng)的底層核心技術(shù)--區(qū)塊鏈，作為一種去中心化(開(kāi)放式、扁平化、平等性，不具備強(qiáng)制性的中心控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu))數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，近年來(lái)開(kāi)始

比特幣系統(tǒng)的底層核心技術(shù)--區(qū)塊鏈，作為一種去中心化(開(kāi)放式、扁平化、平等性，不具備強(qiáng)制性的中心控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu))數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，近年來(lái)開(kāi)始進(jìn)入人們的視野。能源互聯(lián)網(wǎng)作為多種能源融合、信息物理融合、多元市場(chǎng)融合的“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源產(chǎn)物，也受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源試圖建立“一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及能源市場(chǎng)深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)”，實(shí)現(xiàn)“設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對(duì)稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開(kāi)放”。區(qū)塊鏈技術(shù)本身就在革新傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)格局與模式，以保障信任為核心促進(jìn)交易、認(rèn)證等多方面高效運(yùn)行。同樣地，區(qū)塊鏈技術(shù)也將在能源互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，促進(jìn)多形式能源、各參與主體的協(xié)同，促進(jìn)信息與物理系統(tǒng)的進(jìn)一步融合，實(shí)現(xiàn)交易的多元化和低成本化。

1區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈?zhǔn)怯蓞^(qū)塊有序鏈接起來(lái)形成的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中區(qū)塊是指數(shù)據(jù)的集合，相關(guān)信息和記錄都包括在里面，是形成區(qū)塊鏈的基本單元。區(qū)塊鏈特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織形式，使區(qū)塊鏈技術(shù)具有4個(gè)主要特點(diǎn)：去中心化、透明化、合約執(zhí)行自動(dòng)化、可追溯性。區(qū)塊鏈技術(shù)的特點(diǎn)與能源互聯(lián)網(wǎng)的理念在一定程度上具有相似性，參見(jiàn)表1。

表1區(qū)塊鏈技術(shù)與能源互聯(lián)網(wǎng)理念

2區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用維度

區(qū)塊鏈技術(shù)核心功能就是不依靠中心或者第三方機(jī)構(gòu)，保障數(shù)據(jù)的真實(shí)可信，打破信任壁壘，極大降低了業(yè)務(wù)開(kāi)展需要支付的信任成本，促進(jìn)業(yè)務(wù)的高效開(kāi)展。區(qū)塊鏈的技術(shù)特征與能源互聯(lián)網(wǎng)的理念吻合，使區(qū)塊鏈未來(lái)有潛力成為能源互聯(lián)網(wǎng)中重要的技術(shù)解決方案之一。如圖1所示，區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用可以從功能維度、對(duì)象維度和屬性維度等三個(gè)方面進(jìn)行歸納和分析。

圖1區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

在功能維度，區(qū)塊鏈去中心化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的模式與技術(shù)，使其天然地包含透明性與可追溯性，因此十分適用于對(duì)認(rèn)證及交換等原先需要第三方進(jìn)行組織及擔(dān)保的場(chǎng)合。區(qū)塊鏈在機(jī)制上能夠?qū)崿F(xiàn)可信任與自組織，因此不需要第三方機(jī)構(gòu)的存在，對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)思維”下的未來(lái)能源系統(tǒng)中具有重要意義。具體而言，在能源及排放的計(jì)量認(rèn)證、能量及其衍生產(chǎn)品的市場(chǎng)交易、多能源形式多主體的組織協(xié)同、能源融資等方面將發(fā)揮巨大作用。

在對(duì)象維度，傳統(tǒng)能源系統(tǒng)呈現(xiàn)源、網(wǎng)、荷界限清晰的結(jié)構(gòu)，而未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)中將引入大量的儲(chǔ)能技術(shù)，同時(shí)源、網(wǎng)、荷的界限逐漸模糊，在不同能源系統(tǒng)中的耦合性逐漸增強(qiáng)。源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)化對(duì)傳統(tǒng)的運(yùn)行和交易機(jī)制都產(chǎn)生了極大的挑戰(zhàn)。而區(qū)塊鏈對(duì)等以及去中心化的特質(zhì)，能夠?yàn)樵础⒕W(wǎng)、荷、儲(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)化發(fā)展提供關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

在屬性維度，區(qū)塊鏈本質(zhì)上是分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的對(duì)象不僅可以是比特幣等“價(jià)值”量，還能能夠存儲(chǔ)其他需要進(jìn)行注冊(cè)、認(rèn)證、追溯、交易或共享的量，例如所有權(quán)、生產(chǎn)流程、控制信號(hào)、版權(quán)甚至健康檔案。能源互聯(lián)網(wǎng)是集成能量、信息以及價(jià)值的網(wǎng)絡(luò)，其中信息流和物理流深度融合、雙向流動(dòng)，開(kāi)放扁平的能源系統(tǒng)將孕育自由多元化的能源及其衍生產(chǎn)品市場(chǎng)，進(jìn)而帶來(lái)復(fù)雜多元的“價(jià)值流”，區(qū)塊鏈能夠在能量、信息以及價(jià)值三個(gè)方面支撐能源互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行。

3區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的典型應(yīng)用

區(qū)塊鏈能夠?yàn)樘寂欧艡?quán)的認(rèn)證和碳排放的計(jì)量提供一個(gè)智能化的系統(tǒng)平臺(tái)，如圖2所示。

圖2區(qū)塊鏈技術(shù)在碳排放權(quán)認(rèn)證方面的應(yīng)用

區(qū)塊鏈去中心化的本質(zhì)有助于解決物理信息系統(tǒng)中面臨的部分安全問(wèn)題，參見(jiàn)圖3。

圖3區(qū)塊鏈技術(shù)在信息物理系統(tǒng)安全中的應(yīng)用

區(qū)塊鏈能夠?yàn)樘摂M發(fā)電資源的交易提供成本低廉、公開(kāi)透明的系統(tǒng)平臺(tái)，參見(jiàn)圖4。

圖4區(qū)塊鏈技術(shù)在虛擬發(fā)電資源交易方面的應(yīng)用

區(qū)塊鏈能夠?yàn)槎嗄茉聪到y(tǒng)提供一個(gè)去中心化的系統(tǒng)平臺(tái)，參見(jiàn)圖5。

圖5區(qū)塊鏈技術(shù)在多能源系統(tǒng)協(xié)同方面的應(yīng)用

4區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的挑戰(zhàn)

區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用仍然存在巨大的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)部分來(lái)自于區(qū)塊鏈技術(shù)自身的局限性，部分來(lái)自于區(qū)塊鏈與能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的潛在制約因素。在能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中，區(qū)塊鏈目前仍然存在一些內(nèi)生性短板：

1）區(qū)塊鏈的計(jì)算能力及響應(yīng)速度仍然存在瓶頸；

2）異步共識(shí)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)挑戰(zhàn)；

3）智能合約的責(zé)任主體缺失問(wèn)題。除區(qū)塊鏈內(nèi)生性短板，能源互聯(lián)網(wǎng)本身的特點(diǎn)也使得區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用面臨不同方面的挑戰(zhàn)：①區(qū)塊鏈技術(shù)的能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少；②能源互聯(lián)網(wǎng)壟斷性對(duì)區(qū)塊鏈信息安全性產(chǎn)生威脅；③能源系統(tǒng)內(nèi)在復(fù)雜性與物理規(guī)律帶來(lái)的挑戰(zhàn)；④區(qū)塊鏈法律與監(jiān)管仍有待完善。

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