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区块链技术:助力构建新型能源供用体系

来源:《电气技术》杂志 日期:2018-04-25 浏览: 339 次

 

当前,能源互联网正在推动着能源行业的链式变革。通过互联网技术和思维改造能源系统,促进我国能源生产、消费以及体制变革,推动我国能源转型。能源互联网将改变传统的电、热、冷、气等能源“平行流动”的状况,实现生产、输送、存储、消费等各个环节的耦合,使得不同形式能源在诸多环节可相互转化,实现多流网络的协同运行。

能源互联网可实现能量与信息的高效传递,但能源行业的价值链并没有完全打通,源、网、荷、储等多个环节还未能深度融合,各个环节之间的交易还存在广泛的摩擦。同时,随着能源互联网中的分布式电源、储能、电动汽车、电转气等设备的快速发展,能源系统中参与者众多,消费者与生产者界限越来越模糊,参与者的身份日益多元化。

由于参与者主体众多,系统复杂性强,以及身份的模糊性、资源的多样性及分布性等,能源互联网交易呈现出主体多元化、商品多样化、决策分散化、信息透明化、时间即时化、管理市场化、约束层次化等特点。

这些特点引发了一系列问题主体多元化和商品多样化形成海量数据和信息,带来信息传输及处理能力不足的问题;决策分散化和信息透明化易引发主体自律性困境和信任感危机;随着子系统增加,交易平台的程序化处理机制导致交易时间长,即时化特征被掩盖,交易响应速度滞后于市场需求;各行业价值量单位不同,管理市场化导致子系统能源圈“各自为政”,多能源互动受阻。

为适应能源互联网系统中交易的多元化、分散化、即时化等特征,并使交易更加便捷且低成本,未来能源互联网交易模式趋势之一将是扁平化和“去中心化”。此时,以“去中心化”和信任机制为主要特征的区块链技术与能源互联网不谋而合。区块链技术系比特币的底层技术,用以解决网络环境下个人独自记录的比特币账户以及账户间的可信度和安全性问题。

区块链被认为是人类信用进化史上继血亲信用、贵金属信用、央行货币信用之后的第4个里程碑,是继蒸汽机、电力、信息和互联网科技之后,极有潜力引发新一轮颠覆性革命的核心技术。

区块链本质就是一个去中心化的分布式账本数据库,主要通过安全散列算法、非对称加密等密码学原理、共识机制等一系列技术配合形成的技术集合。近年来,区块链技术逐渐被用在了金融、证券以及能源等领域。

据了解,区块链对信息的数据化和网络化,便于集中传输和处理,提升系统处理能力;区块链的公私钥等加密技术能防止虚假交易和记录篡改,便于形成交易主体自律性和系统信用体系;区块链的“去中心化”可有效提升交易效率,降低交易成本;区块链中的主体链(共有链)将各行业价值链进行串联,构建新型能源生态圈。

关注发电端和用电端,充分发挥了区块链技术的可追溯和“去中心化”等特性,区块链在能源领域显示出强大的应用潜力

一方面,区块链技术服务于能源资产的生产开发,因为无论对于能源资产的资产证券化,还是对于绿色能源的碳资产开发,都可以通过区块链技术进行资产登记、溯源、流转,既可以大幅提升效率,又可以降低交易成本;

另一方面,在能源消费端,电动汽车的充放电、分布式能源的就近交易也可以通过区块链底层技术来开发相关应用。此外,区块链技术在储能、需求侧相应、LNG方面的探索应用的进展也较为乐观。

区块链技术旨在将大量由分布式能量采集装置,分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来,以电力系统为纽带,利用互联网思维和技术改造能源产业,从而构建横向多元互补、纵向源、网、荷、储协调、能源与信息高度融合的新型能源供用体系。

目前,国内外已经开始“区块链+能源”的研究,并取得了初步成果,区块链技术尚处于概念证明阶段或前期研究阶段。20164月,美国的能源公司LO3与西门子数字电网以及比特币开发公司Consensus Systems合作,通过微网+区块链项目,利用智能电表实时获得发、用电量等相关数据,实现社区居民间的点对点电力交易,这是全球第一个基于区块链技术的能源市场。

20175月,德国能源集团RWE子公司Innogy SE推出依靠以太坊网络来处理其运营的Share&Charge区块链平台,以付费方式共享家庭充电站,并已建成几百个基于区块链的电动汽车充电站。

20165月,全球首个能源区块链实验室在北京成立,并于2016年底推出能源区块链主链Demo,同时基于能源区块链主链发行以核证碳减排量(CCER)为基础资产的数字资产“碳票”,将业主、监管部门、交易所、碳资产公司等分别设为一个个节点,通过共享账本和智能合约技术打通碳资产开发全流程,将项目开发时间缩短35~60%

201610月,我国初创区块链团队Energolabs成立,旨在建立由一系列去中心化能源应用组成的生态系统Energo,其核心是一套基于QTUMMirco-grid的清洁能源计量、登记、管理、交易与结算的去中心化系统。目前,Energolabs已在东南亚、澳洲开始推广和部署Energo网络。

20175月,万向区块链股份有限公司面向全球发起项目招募,万向集团将在未来7~10年投入2000亿元在浙江萧山打造一个以新能源汽车和相关制造业为核心的10平方公里的数字城市——万向创新聚能城,其区块链应用场景包括分布式能源系统、居民身份与电动车设备ID登记在同一账本上的共享经济模式、追踪动力电池及二次回收用作储能电池、智能制造、机机对话、智能家居与智能社区服务等。

20182月,深圳蛇口招商局慈善基金会携手TUV Nord、新能源交易所、熊猫绿色能源集团及华为共同发起的能源区块链项目,将区块链技术应用在新能源领域,是全球首个应用区块链技术的社区公益项目。分布式电站每日所发出的清洁电力放入能源互联网平台,当用户选择清洁能源时,区块链技术将生成智能合约,直接配对电站与用户之间的点对点虚拟交易。

目前,区块链技术在能源领域的应用还处在初级阶段,还面临着各种亟待解决的问题和阻碍。安全性威胁是区块链迄今为止所面临的最重要的问题。其中基于PoW共识过程的区块链主要面临的是51%攻击问题即节点通过掌握全网超过51%的算力就有能力成功篡改和伪造区块链数据区块链的非对称加密机制也将随着数学、密码学和计算技术的发展而变得越来越脆弱;区块链的隐私保护还存在安全性风险。

效率也是制约区块链应用的重要因素,区块链要求系统内每个节点保存一份数据备份,这对日益增长的海量数据存储来说是极为困难的;PoW共识过程高度依赖区块链网络节点贡献的算力这些算力主要用于解决SHA256哈希和随机数搜索除此之外并不产生任何实际社会价值因而一般意义上认为这些算力资源是被浪费掉了同时被浪费掉的还有大量的电力资源。而如何有效汇集分布式节点的网络算力来解决实际问题,是区块链技术需要解决的重要问题。

此外,区块链共识过程本质上是众包过程,如何设计激励相容的共识机制,使得去中心化系统中的自利节点能够自发地实施区块数据的验证和记账工作,并提高系统内非理性行为的成本以抑制安全性攻击和威胁,是区块链有待解决的重要科学问题。

区块链的应用可以推动能源互联网产业升级,而能源互联网则可以为区块链提供市场,实现其技术价值。当前,区块链技术已逐渐植根于能源行业,但其融入应用仍将是一个循序渐进的过程。因此,区块链技术除了要突破自身的安全性和可扩展性问题外,还有待能源体制改革的深入发展,期待“区块链技术+能源”之路越走越宽,越走越远。(电气技术/刘星)

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