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区块链技术应用于能源系统中的解决方案

来源:原创    时间:2018-03-24    浏览:0 次

        互联网作为第三次工业革命的代表技术,改变了现代社会的生活方式和经济发展方式,而以分散化和信任机制为特征的区块链技术则是新一代互联网技术。本文首先总结了分块链的定义和技术框架,给出了块链的特点和意义,然后介绍了块链在一些领域中的应用。最后,总结了砌块链在能源系统领域的研究现状。在他的书中,著名的美国学者杰里米·里夫金首次提出了“能源”。能源互联网络的概念和愿景已引起国内外的广泛关注。能源互联网的初步定义:能源互联网络是基于互联网等前沿信息技术,以电力系统和分布式为基础的。
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        可再生能源是我国主要的一次能源和天然气网络,能源互联网络将改变传统的电、热、冷、气等能源在生产、传输、储存等方面的“并行流”。由于各种环节的耦合,如消耗,不同形式的能量可以在多个环节相互转化,从而实现多流网络的协同运行。能源互联网不仅可以用于工业系统,也可以用于居民区甚至家庭。到目前为止,对能源互联网的研究在理论研究和建筑设计方面还很少见。能源互联网可以有效地传递能源和信息,但能源产业。
        价值链并没有打开道路。网络、负载、存储和许多其他链接尚未深入地集成到各个链接之间的事务中。随着分布式电源、储能、电动汽车、燃气等设备在能源互联网上的迅速发展,能源消费者可能会逐渐成为生产者的参与者。由于多系统的复杂性和模糊资源的多样性和分布性,能源互联网络导致了能量流和信息流。在能量流和价值流的过程中,交易管理的成本大大增加。
        以电力市场中的电力调度为例,调度中心被批评为调度方式不公平、不透明。事实上,即使调度是公平的,外界也不会相信这个信任问题是由集中式调度引起的。如何对调度程序进行适当的监督,并要求其向市场参与者披露相关信息,以说服市场参与者。能源互联网络可以有效地传递能量和信息,但是参与者之间的信任问题会给交易带来很高的额外成本。
        2015年10月31日《经济学人》刊发了一篇題为f the blockchain; the trust machine”的封面文章的认为区块链( blockchain)技术具有改变人与人合作模式和商业合作模式的巨大潜力是“创造信任”的技术。这篇文章的发表使得区块链技术开始受到广泛关注。区块链基于密码学原理解决交易过程的所有权确认问题保证交易系统对价值交换活动的记录、传输、存储结果都是可信的。区块链记录的信息一旦生成将永久记录,且无法篡改。区块链被认为是继大型计算机、个人电脑、互联网、移动/社交网络之后计算范式的第5次颠覆式创新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。
        区块链技术属于分布式存储技术数据保存在网络中的每个节点,由所有节点共同维护难以篡改这样就能够有效解决交易双方间的信任问题。针对能源互联网的特征对区块链技术进行重构与二次开发是解决能源互联网中参与者间信任问题的有效途径。区块链是一个很新的概念,尚不存在公认的定义其所包括的研究和技术内容与范围还没有清楚的界定理论和应用研究都在快速发展之中。在此背景下本文首先介绍区块链的定义、意义及其发展历程之后概述区块链技术的应用现状着重介绍其在能源行业的应用潜力:最后对区块链技术在能源互联网中的应用前景进行展望。
        区块链技术源于比特币系比特币的底层技术;比特币也是区块链技术最早的应用对象。在2008年全球金融危机爆发后,一位自称中本聪( SatoshNakamoto)(其真实身份至今不明)的人发表了一篇题为“ Bitcoin: a peer-to-peer electronic cashsysten”6的论文。2009年1月4日比特币正式诞生。不过因其投机风险过大且易被用于贩毒、走私、洗钱等非法活动中国人民银行联合工信部、银监会、证监会和保监会于2013年12月5日印发了《关于防范比特币风险的通知》要求金融机构和支付机构不得开展比特币相关业务比特币在国内遭到封杀。国际上对比特币虽然有较大争议但隐藏在比特币背后的区块链技术却逐步获得广泛认可。IBM和 Intel等几十家国际科技巨头参与了超级账本项目( Hy perledger Project其中的核心就是区块链技术;万达集团已加入该项目并成为第一个来自中国的董事会核心成员。区块链联盟R3则致力于采用区块链技术解决跨境银行支付、交易和结算成本高的问题,已有近50家正式成员其中包括花旗、摩根大通、高盛等银行业巨头中国平安和香港友邦也已加入(近期高盛等部分成员退出该联盟独自开展区块链技术研究)。国内网络科技巨头如百度、阿里巴巴、腾讯(BAT)等都已经对区块链技术进行了战略布局。百度投资区块链支付应用公司 Circle;阿里巴巴旗下的蚂蚁金服宣布开发基于区块链技术的支付宝爱心捐赠平台;腾讯旗下的微众银行加入金融区块链合作联盟。至此国内外多个著名的互联网科技与银行巨头已实际参与或密切关注区块链技术研究。
        2016年12月28日在公安部、工信部、中国科学院等相关部门的大力支持下,“首届中国区块链技术创新应用大赛”由中关村区块链产业联盟主办国网浙江省电力公司电力科学研究院、微软(中国)有限公司、IBM(中国)有限公司等单位协办,共同为国内外广大区块链研发人员提供了交流与展示平台旨在推动区块链技术的创新与应用,引起巨大反响。虽然区块链技术在2016年受到了非常广泛的关注但到目前为止尚没有公认的定义。美国学者Melanie swan在其《区块链:新经济蓝图及导读》书中给出了区块链的定义:区块链技术是一种公开透明的、去中心化的数据库。这个定义强调了区块链的2个特点但过于笼统。在工信部发布的国区块链技术和应用发展白皮书(2016)》13中区块链被定位为分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。工信部的这个定义点出了所涉及到的关键技术但未说明这些关键技术之间的关系。区块链技术是利用加密链式区块结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用自动化脚本代码(智能合约)来编程和操作数据的一种全新的去中心化基础架构与分布式计算范式。该定义明确了区块链技术是由加密算法、共识机制等关键技术有机组合而成的种去中心化的技术框架相对比较全面。区块链本质上是一个数据库主要通过安全散列算法( secure hash algorithm SHA)、非对称加密等密码学原理、共识机制等一系列技术巧妙配合所形成的技术集合。笔者尝试在文献[14]的基础上给出如下定义:区块链技术是基于时间截的“区块+链式”数据结构、利用分布式节点共识算法来添加和更新数据、利用密码学方法保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新分布式基础架构与计算范式。
        区块链的核心技术框架主要包括数据层、网络层、共识层激励层、合约层和应用层(对于不同的项目和平台,细节方面也有所不同。2016年1月20日中国人民银行数字货币研讨会在北京召开行长周小川要求进一步明确央行发行数字货币的战略目标做好关键技术攻关研究数字货币的多场景应用争取早日推出央行发行的数字货币。央行数字货币研究所已于2016年12月正式成立并已取得阶段性成果原型方案已初步确定法定数字货币的原型系统有望在2017年春节后推出9。2016年12月国务院印发的《“十三五”国家信息化规划》中包括了区块链技术。在数字货币的即将推出和十三五规划政策助力的背景下区块链患发展。
        区块链目前主要应用于金融业不过国内外已开始研究“区块链+能源”井取得了初步成果,尚处于概念证明阶段或前期研究没有商业化应用报道。Grid singulariy公司开发了能源支付捐赠平台,捐助者可将钱直接发送到比特币驱动的预付费电裘,无须通过中介组织保证捐赠款不会被挪用。能源公司LO3和区块链公司 Consensus一起开展了Trans Active grid项目验证了基于区块链技术的分布式P2P能源交易可成功将居民家中太阳能板产生的过剩电能卖给邻居。目前,西门子公司的nex147部门也加入了 Trans Active grid项目。德国RWE与区块链公司 Slock,iⅱt合作研发出基于区块链技术的电动汽车支付系统 Block charge用户直接与机器,而非与人或公司签订合同美国的 Filament公司计划在澳洲利用区块链技术和物联网技术通过在电线杆上装设的传感设备将其数据通过区块链传输出去,以及时报告停电隐患。在物联网中 Filament采用无线传感器组件使各个智能设备进行独立沟通和交互。同时这些智能设备还能进行价值交换,包括比特币、数据和网络接口在内的多种内容都能进行交换。另外设备间的交易是由智能合约直接管理的因此是自动执行的。美国的 IDEO Colab采用区块链技术和物联网设计了基于区块链技术的太阳能电池板设备利用 Filament的接口直接与纳斯达克平台联系在追踪记录发电量的同时自动形成可再生能源证书/补贴(RECs)。这可以激励可再生能源市场的发展并保证RECs市场的透明性。国网浙江省电力公司电力科学研究院承担了国家电网公司第一个区块链科技项目是国内最早将区块链应用于能源互联网的科研机构。万向区块链实验室将投资2000亿元在杭州建设新聚能城在云端使用区块链技术来重构“数字化城市”,建设集物联网、互联网、车联网于一体以研发、孵化、转化生产、运营为生命全周期以智能生活、智能交通、智能服务为内容的万物互联互通的智能城市。
        能源区块链实验室将建成能源区块链主链发行以核证碳减排量( Chinese certified emissionreduction,CCER)为基础资产的数字资产即碳票并以碳票为应用结算单位。文献[7]介绍了碳排放权认证、信息物理系统安全、虚拟发电资源交易以及多能源系统协同等应用场景。
        能源系统中各个市场主体间如果缺乏信仼就容易导致交易摩擦而在参与者众多的情形下这一般难以避免。区块链技术具有去中心化、公开透明、安全可信的特点为解决能源系统中的交易摩擦提供了重要途径。虽然区块链技术在能源等行业有不同程度的应用研究但总体上处于初期阶段仍存在着效率较低、资源浪费等技术难题,导致区块链技术尚未得到广泛应用。本文概述了区块链技术的定义、技术特点、意义与应用等,以促进区块链技术在能源系统中应用的研究与开发。

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