區(qū)塊鏈在電網(wǎng)重建中的應(yīng)用前瞻

李紹龍 李申章 孫捷

摘要

信息技術(shù)如今已經(jīng)在許多行業(yè)中發(fā)揮了重要的作用，而區(qū)塊鏈技術(shù)作為信息技術(shù)中的一種如今已經(jīng)在房地產(chǎn)、金融等領(lǐng)域中扮演著重要的角色。區(qū)塊鏈技術(shù)具有分布存儲(chǔ)、共識(shí)機(jī)制等眾多優(yōu)點(diǎn)可以在當(dāng)下許多領(lǐng)域中都能夠得到有效應(yīng)用，而在當(dāng)前電網(wǎng)重建的背景下，在電力領(lǐng)域中應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)在電網(wǎng)重建中的應(yīng)用進(jìn)行分析，并對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)在電網(wǎng)重建中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行研究和探討，以供

參考。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù) 區(qū)塊鏈 電網(wǎng)重建 應(yīng)用

1 引言

自上個(gè)世紀(jì)九十年代以來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，也對(duì)全球各行各業(yè)造成了巨大供需互動(dòng)業(yè)務(wù)模型的沖擊，在互聯(lián)網(wǎng)背景下，也出現(xiàn)了許多新的基于互聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)模式。這些經(jīng)濟(jì)模式自推出發(fā)布以來，就憑借著眾多的優(yōu)點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)模式擁有著巨大的競爭優(yōu)勢(shì)。區(qū)塊鏈模式就是基于互聯(lián)網(wǎng)背景下推出的新的模式，在2015年，在美國迪士尼樂園中就出現(xiàn)了首次基于區(qū)塊鏈的比特幣婚姻記錄，并在區(qū)塊鏈上完成了資產(chǎn)登記注冊(cè)。區(qū)塊鏈在我國也得到了廣泛的應(yīng)用，例如：我國與泰國之間如今已經(jīng)可以通過區(qū)塊鏈來完成貨幣結(jié)算，基于區(qū)塊鏈的結(jié)算模式相比傳統(tǒng)的結(jié)算模式，結(jié)算時(shí)間只有傳統(tǒng)結(jié)算時(shí)間的十分之一。為了更好的保障區(qū)塊鏈這種經(jīng)濟(jì)模式，在去年的十月份，美國證券交易委員會(huì)就宣布出臺(tái)一系列措施來保證區(qū)塊鏈交易的安全性。正是看到了區(qū)塊鏈在貨幣交易中的眾多優(yōu)點(diǎn)，歐洲學(xué)者M(jìn)ikeMihaylov提出了采用區(qū)塊鏈來實(shí)現(xiàn)在能源領(lǐng)域上的交易。主要是利用區(qū)塊鏈上點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易的特點(diǎn)，例如：有的居民家中是采用太陽能板供電，當(dāng)太陽能板產(chǎn)生的電能較多時(shí)，居民可以通過區(qū)塊鏈的方式來交易、轉(zhuǎn)賣給其他鄰居等，這種交易方式也不需要電力公司的人員參與進(jìn)來，即達(dá)到了節(jié)能效果，又降低了交易難度。正是在此背景下，本文對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)在電網(wǎng)重建中的應(yīng)用進(jìn)行分析研究。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)的定義及功能

2.1 區(qū)塊鏈技術(shù)的定義

區(qū)塊鏈指的是分散式節(jié)點(diǎn)，在該區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)地位都是平等的，不需要一個(gè)中央控制器來對(duì)其進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)庫也具有可信任、安全性高等特點(diǎn)，區(qū)塊鏈中所有的信息處理流程在本質(zhì)上都是公開的、開放的。使用區(qū)塊鏈進(jìn)行數(shù)據(jù)庫信息處理避免了過去采取中央處理器中數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)扎堆等現(xiàn)象，在區(qū)塊鏈中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以進(jìn)行信息處理，也可以對(duì)所處理的信息進(jìn)行編碼和產(chǎn)生互聯(lián)模塊中相關(guān)的數(shù)據(jù)，相鄰模塊中收到數(shù)據(jù)后，也可以對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、認(rèn)證。從上可以看出，區(qū)塊鏈可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多個(gè)并行處理，相比過去的中心服務(wù)器而言，提高了處理速度，降低了服務(wù)器的壓力，在數(shù)據(jù)處理、傳輸安全性上也能夠得到保證。

2.2 區(qū)塊鏈技術(shù)的功能

2.2.1 功能維度

區(qū)塊鏈在信息處理上是分散式處理，所處理、存儲(chǔ)的信息也都是分散、離散化的。在區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)傳輸上也具有透明性和可追溯性。因此在一定程度上可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，區(qū)塊鏈能夠?qū)崿F(xiàn)信息辨別，具有自我組織能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此通過采用區(qū)塊鏈技術(shù)就不需要通過第三方來進(jìn)行擔(dān)保交易等。因而在能源領(lǐng)域中，對(duì)能源及排放的計(jì)量認(rèn)證、能量及衍生品的相關(guān)交易等，都可以通過區(qū)塊鏈技術(shù)來予以實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 對(duì)象維度

對(duì)于傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)，它的結(jié)構(gòu)分部主要是通過網(wǎng)絡(luò)、實(shí)現(xiàn)源碼、荷載來進(jìn)行界限劃分等，而若是采用區(qū)塊鏈來對(duì)能源系統(tǒng)進(jìn)行處理，由于區(qū)塊鏈中能夠?qū)崿F(xiàn)大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理等功能，因此未來在區(qū)塊鏈中的能源系統(tǒng)劃分將變得更加模糊，在對(duì)象維護(hù)上，點(diǎn)與點(diǎn)之間的稱合關(guān)系將變得更加緊密，在區(qū)塊鏈中通過分散信息處理將減輕中心化數(shù)據(jù)處理的負(fù)擔(dān)。

2.2.3 屬性維度

區(qū)塊鏈與傳統(tǒng)服務(wù)器之間的本質(zhì)區(qū)別是傳統(tǒng)服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)是采取集中處理，而區(qū)塊鏈在數(shù)據(jù)處理上是采取分散化，在區(qū)塊鏈中存儲(chǔ)的對(duì)象也可以擁有一定的價(jià)值，例如一些虛擬貨幣，如比特幣。正是由于區(qū)塊鏈中存儲(chǔ)的對(duì)象具有一定的價(jià)值，因而在區(qū)塊鏈中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)對(duì)象的交易、置換、認(rèn)證、注冊(cè)等功能。而且由于在區(qū)塊鏈中能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)際物品的物流和信息流兩者深度融合，所以能夠在根本上實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈中的存儲(chǔ)信息在價(jià)值、能量、信息三方面進(jìn)行傳輸、交換等，這也給能源互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

3 區(qū)塊鏈技術(shù)在電網(wǎng)重建中的可行性分析

對(duì)于區(qū)塊鏈技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用，首先要結(jié)合電網(wǎng)層面的實(shí)際需求看能否和區(qū)塊鏈技術(shù)優(yōu)勢(shì)之間能夠有個(gè)契合點(diǎn)。結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)，筆者認(rèn)為主要有兩個(gè)方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)來提高區(qū)塊鏈技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：首先，由于區(qū)塊鏈中實(shí)現(xiàn)交易不需要第三方，對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)中也就是不需要電力部門來參與其中，這能夠有效的提高消費(fèi)者的積極性。其次，當(dāng)前電力系統(tǒng)中的電價(jià)都是由電力公司提出方案然后由政府相關(guān)部門來進(jìn)行核準(zhǔn)的，在定價(jià)上雖然已經(jīng)是一個(gè)合理的價(jià)格范圍，但采用區(qū)塊鏈能實(shí)現(xiàn)電力資源交往，用戶與消費(fèi)者間可以通過區(qū)塊鏈中的等價(jià)交易虛擬貨幣實(shí)現(xiàn)交易，既能夠保證電力資源不浪費(fèi)，又能在一定程度上確保消費(fèi)者使用電力資源的費(fèi)用能夠得到進(jìn)一步的降低。

3.1 基于區(qū)塊鏈架構(gòu)的電網(wǎng)系統(tǒng)

當(dāng)前我國電力行業(yè)正努力的朝著智能電網(wǎng)方向發(fā)展，其中的智能化發(fā)展離不開互聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)對(duì)其提供技術(shù)支持。在當(dāng)前電力信息平臺(tái)中，可以依據(jù)需求來對(duì)現(xiàn)行的電力信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸方式等進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理等，也可以通過開放式架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電、配電、用電的智能管理。對(duì)于各個(gè)電力系統(tǒng)間的信息傳輸?shù)榷伎梢酝ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)通信領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的TCP/IP技術(shù)來實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?，在信息傳輸過程中對(duì)信息進(jìn)行物理、邏輯隔離來保障信息傳輸?shù)陌踩?，而在?dāng)前服務(wù)器、TCP/IP這種同行方式下，很難做到信息的物理、邏輯隔離，但在區(qū)塊鏈中能夠很容易的實(shí)現(xiàn)上述方式。在區(qū)塊鏈中可以對(duì)區(qū)塊內(nèi)的存儲(chǔ)信息提取特征值，再對(duì)提取的特征值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所提取到的特征值會(huì)隨著處理時(shí)間的變化而變化，在變化形式上也主要是以指數(shù)的形式來實(shí)現(xiàn)上述變化，因而只需要在區(qū)塊鏈內(nèi)做哈希運(yùn)算即可實(shí)現(xiàn)。通過哈希運(yùn)算的處理提高了系統(tǒng)的可靠性，針對(duì)電網(wǎng)領(lǐng)域的需求，在電網(wǎng)領(lǐng)域內(nèi)采用區(qū)塊鏈的技術(shù)框架如圖1所示。

如圖1所示，在區(qū)塊鏈技術(shù)框架中底層的應(yīng)用層是指區(qū)塊鏈在不同領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，由于應(yīng)用對(duì)象的不同，因此在應(yīng)用層中差別也比較大，主要是在交易信息上有著很大的不同。應(yīng)用層的下一層是中間層，中間層作為應(yīng)用層和協(xié)議層之間的通信信息傳輸，在某種意義上也是應(yīng)用層的接口，中間層的具體功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)驗(yàn)證以及為應(yīng)用層中的應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)接口等功能。中間層的下一層是區(qū)塊鏈協(xié)議層，對(duì)該協(xié)議層而言主要是實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)交易編碼算法等功能。目前來說區(qū)塊鏈中虛擬價(jià)值物品使用最多的是比特幣，比特幣作為一種有價(jià)值的物品，區(qū)塊鏈在對(duì)比特幣進(jìn)行交易處理時(shí)需要通過SHA256的方式進(jìn)行求解，因此需要區(qū)塊鏈有著較高的并行運(yùn)算能力。到2017年1月初，對(duì)比特幣的運(yùn)算能力已經(jīng)達(dá)到了400P浮點(diǎn)預(yù)算，在區(qū)塊鏈中采用這種運(yùn)算方式比當(dāng)前我國最頂尖的計(jì)算器運(yùn)算能力還要強(qiáng)。正是由于具備了這么多的優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)于當(dāng)前電網(wǎng)領(lǐng)域，利用區(qū)塊鏈中強(qiáng)大的并行計(jì)算能力可以實(shí)時(shí)的解決好能源供需等問題，也能夠通過區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能電表間的數(shù)據(jù)高速傳輸、交互等功能，通過區(qū)塊鏈技術(shù)降低了智能電網(wǎng)中的互聯(lián)成本，也提高了系統(tǒng)集成性。

3.2 多級(jí)交互下的區(qū)塊鏈支撐

智能電網(wǎng)這個(gè)概念已經(jīng)提出了許多年，在其概念模型中認(rèn)為電網(wǎng)可以通過互聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化管理，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)相應(yīng)過程的自適應(yīng)匹配功能，特別是當(dāng)前技術(shù)比較成熟的前提下，利用電網(wǎng)供求系統(tǒng)變化可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)交互的區(qū)塊鏈支撐。例如：在電網(wǎng)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)測(cè)試中，可以通過建立模型的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)功能的評(píng)價(jià)。通過將區(qū)塊鏈協(xié)議作為基礎(chǔ)，對(duì)整個(gè)信息處理流程進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，并將信息的整個(gè)處理流程融合為一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)，在該平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)所有業(yè)務(wù)需求的處理。在區(qū)塊鏈技術(shù)的支持下，可以在電網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)用戶所有流程的自助處理，用戶也可以在區(qū)塊鏈技術(shù)支持下的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)資源信息處理、傳輸、交易等流程。在整個(gè)的交易過程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交易者信息的保密，只需要得到用戶的授權(quán)即可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息系統(tǒng)的全部操作。由此可見，應(yīng)用區(qū)塊鏈能夠?qū)崿F(xiàn)智能電網(wǎng)的安全、智能、標(biāo)準(zhǔn)等要求，區(qū)塊鏈技術(shù)能夠給智能電網(wǎng)的具體設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持，也能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)系統(tǒng)的服務(wù)提供保障。圖2所示的是區(qū)塊鏈技術(shù)的具體應(yīng)用場(chǎng)景，可以對(duì)核心技術(shù)組件來進(jìn)行分析。

如圖2所示，在電網(wǎng)互動(dòng)過程中涉及到多個(gè)機(jī)構(gòu)參與其中，例如監(jiān)管機(jī)構(gòu)、電網(wǎng)企業(yè)等，每一個(gè)機(jī)構(gòu)的資源需求也都互不相同，針對(duì)這個(gè)背景，可以利用區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)越性來實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)構(gòu)之間的信息傳輸，從而達(dá)到資源有效分配的目的。

4 區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中的問題

4.1 需要在區(qū)塊中聚集大量用戶負(fù)荷

區(qū)塊鏈在電網(wǎng)重建中的具體應(yīng)用上，也應(yīng)當(dāng)充分考慮到區(qū)塊中用戶使用電力資源的實(shí)際需求。通常來說，用戶負(fù)荷主要是受到天氣、季節(jié)等方面的因素影響，因此在負(fù)荷集成上主要是資源類別的不同。另外對(duì)于大型企業(yè)，資源聚集也有著更多的實(shí)際意義。例如，當(dāng)收到用戶需求信號(hào)時(shí)，通常對(duì)于這個(gè)需求信號(hào)要么是響應(yīng)要么是拒絕響應(yīng)，用邏輯表達(dá)方式也就是‘0和‘1的區(qū)別，因此這種方式在電力系統(tǒng)上也能夠比較輕松的完成控制，但當(dāng)用戶數(shù)量比較多時(shí)，由于每一個(gè)用戶都有著相應(yīng)的響應(yīng)輸出結(jié)果，因此這給控制系統(tǒng)增加了較大的難度。對(duì)于這種方式可以采用區(qū)塊鏈的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)響應(yīng)結(jié)果的處理，在具體處理形式上，主要是通過對(duì)響應(yīng)結(jié)果實(shí)行特征提取，通過對(duì)提取的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，來給電網(wǎng)系統(tǒng)做出智能化控制，通過區(qū)塊鏈這種智能響應(yīng)控制方式能夠?qū)Χ嘤脩粝到y(tǒng)具有較強(qiáng)的控制能力，這也是一種柔性負(fù)荷的控制。

4.2 用戶需求電荷量難以進(jìn)行評(píng)估

在需求側(cè)資源參與電網(wǎng)互動(dòng)時(shí)需要針對(duì)不同的產(chǎn)品建立數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行分析討論，在對(duì)模型分析討論后結(jié)合電力市場(chǎng)上的實(shí)際需求進(jìn)行相應(yīng)的匹配分析，依據(jù)模型中負(fù)荷曲線特性來分析實(shí)際的需求。在模型建立上可以制定一系列的分析策略，包括對(duì)負(fù)荷的一些特性進(jìn)行分析，例如：負(fù)荷的控制線、削減性、意愿性等特性。其中，削減性主要是和設(shè)備的一些物理性能有著直接的關(guān)系；控制線主要是和負(fù)荷整體的控制系統(tǒng)相關(guān)；而意愿性主要是指消費(fèi)者的體驗(yàn)等，包括用戶們的用戶體驗(yàn)、員工計(jì)劃等，意愿性主要是受到主觀因素影響比較大，因此在特征提取上也相對(duì)比較困難，以至于通過建模的方式來進(jìn)行評(píng)估也比較困難。

4.3 區(qū)塊鏈技術(shù)在電網(wǎng)重建初期資源耗費(fèi)較大

使用區(qū)塊鏈技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)重建時(shí)，在重建的初期需要記錄、處理的數(shù)據(jù)量是最多的。因此在初期進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要在區(qū)塊鏈內(nèi)采取全網(wǎng)廣播的方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的掃描與檢驗(yàn)處理，對(duì)于區(qū)塊鏈中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)時(shí)，也需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法處理。這種方式在全網(wǎng)規(guī)模較小的時(shí)候比較方便使用，而當(dāng)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，可以采取分模塊法的方式來實(shí)現(xiàn)認(rèn)證，通過對(duì)許多個(gè)小模塊進(jìn)行并行處理實(shí)現(xiàn)后再將各個(gè)模塊處理的結(jié)果匯總到一起進(jìn)行結(jié)果融合。從客觀上進(jìn)行分析，目前區(qū)塊鏈在電網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用還是存在著不少的問題，主要是：一方面在當(dāng)前智能電網(wǎng)的背景下，目前電網(wǎng)重建的總體功能需求還不是很明朗；另一方面區(qū)塊鏈技術(shù)在電網(wǎng)重建的應(yīng)用上也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性，例如在區(qū)塊內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)信息處理時(shí)，這些數(shù)據(jù)在電力行業(yè)通常指的是一些電力上的算力競爭，這些算力競爭也相對(duì)比較復(fù)雜，在資源耗費(fèi)上也都比較嚴(yán)重，而且由于算力過多也存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)性，因此在區(qū)塊鏈電網(wǎng)重建的實(shí)際使用中具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性。

5 結(jié)論

區(qū)塊鏈技術(shù)在當(dāng)前許多領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，其最大的特點(diǎn)就是區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、透明公開以及安全可靠，因此在區(qū)塊鏈內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)虛擬有價(jià)值物品的交易等。此外，區(qū)塊鏈區(qū)域內(nèi)是分散化處理信息，和傳統(tǒng)的服務(wù)器集中處理數(shù)據(jù)相比，抗風(fēng)險(xiǎn)的能力更強(qiáng)，可靠性更高，因此在交易、記賬、信息發(fā)送、結(jié)算、對(duì)賬等方面有著眾多的優(yōu)勢(shì)。在當(dāng)前我國大力發(fā)展智能電網(wǎng)的背景下利用該技術(shù)可以為整個(gè)電網(wǎng)重建帶來活力，然而，該技術(shù)在未來如何融入現(xiàn)有的能源體系，如何將對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)部署的影響縮減到最小，仍然是一個(gè)復(fù)雜的課題。目前無論在產(chǎn)業(yè)上還是學(xué)術(shù)界均未能達(dá)成共識(shí)，后續(xù)需要針對(duì)如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平滑過渡、逐步介入能源領(lǐng)域，開展更深層次的研究，從而避免在技術(shù)發(fā)展過程中處于監(jiān)管沖突和安全性嚴(yán)重妥協(xié)的兩難境地。

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