区块链技术在电力业务的探索应用

 

 

关键词：区块链;分布式能源;电动汽车

 

 

Abstract: To explore the application ideas of block chain technology in the field of electricity in the power industry, combined with its own characteristics, as well as distributed energy business in recent years, the sustainable development of the electric car business, electricity reform brings new changes in trade, according to the distributed characteristic, with block chain technology, security, sharing features, such as transparency, put forward the application direction block chain technology in power industry and the scene. First of all, the basic concepts and characteristics of the block chain technology; then, from the analysis of the development and application of block chain technology in all sectors of society, to explore the application direction in the power industry; then, based on the organization of power trading, block chain technology in power industry layout, account management, customer management can play a role; finally in the face of opportunities and difficulties, block chain technology in power industry are analyzed and summarized.

Key words:  block chain; distributed energy; electric vehicle

 

1 引言

 

区块链技术作为最具有革命性新兴技术之一，自从2008年伴随比特币诞生以来，历经近9年的发展变化，带来了共享式经济协作体系，从1.0版本升级到3.0版本，从原来单纯的公有链模式到后来的私有链模式出现，慢慢进入各行各业的视野，并且积累不少成功应用的经验与案例，特别是在金融领域，而且应用的功能流程越来越复杂深入。与此同时，在经济增速减慢的形势下电力业务也将面临公众市场的冲击，售电公司、新能源业务的涌现，注定为电力行业带来更多机遇。在此背景下，利用区块链技术的分布式特性、安全性、共享性等优势，透过理解其深层运作机制，探索电力行业引入区块链技术对电力业务发展的应用。

随着互联网+、云计算、大数据、物联网、共享经济的蓬勃发展，电力企业信息化正在由过往内部信息化管理转型为以内部为基础面向外部的信息化架构，最终形成信息化平台。区块链技术之间具有隐私、安全、自治等特点，在技术层面解决信息化平台在互联网时代价值传递过程中的安全稳定问题，同时区块链底层的开源与各种多方共识的业务规则逻辑，能够为电力业务交易与账务管理提供重要支撑。

在未来电力业务，区块链连接电力企业现有的应用系统，不会像比特币一样是无法辨别的匿名账户和价格变幻不定的虚拟资产，也不是简单地追加一个分布式数据库管理体系，而是关联成千上万真实的个人或者企业用户，让企业的内部异构系统更好地发挥相互协作，解决传统应用中难以解决的困难，更好地发挥区块链技术的特点与优势，同时在外部系统形成更加安全可靠的互访机制，使电力业务更好适应市场的变化。

 

2 区块链技术发展

 

目前为止，区块链还没形成统一的官方定义，但综合来看，它的构成是由区块根据先后顺序链接起来形成的一种流水式数据结构，其中每个区块一般包含区块头与区块体，区块头封装了当前的版本号、前一区块地址、时间戳、随机数、当前区块的目标哈希值、梅克尔树等信息，区块体则主要包含相关交易信息，每一笔交易都会被记录在里面，给公众或者相应持有权限人员查询，梅克尔树对每一笔交易进行数字签名，确保每一笔交易都不会伪造重复。

 

图1：区块链排列顺序图

 

Figure 1: Sequence diagram of block chain

区块链技术的架构发展目前主要分为三种形式，包括以比特币为代表的虚拟货币区块链架构，到以太坊为代表的智能合约区块链架构，再到以超级账本为代表的混合分布式区块链架构。

 

2.1 比特币区块链架构

 

该架构能够实现一种完全基于点对点网络的电子现金系统，使得在线支付能够直接由一方发起并支付给另外一方，中间不需要通过任何的中介机构。总结来说，比特币能够实现不需要中央机构就可以发行货币，不需要中介机构就可以支付，保持使用者的匿名性，交易无法被撤销。

 

2.2 以太坊区块链架构

 

该架构提供一个带有图灵完备语言的区块链，用这种语言可以创建合约来编写任意状态转换功能，用户只要简单地使用一些代码就能够实现逻辑应用，创建一个基于区块链技术的应用程序，并应用于电子货币以外的业务场景。

 

2.3 超级账本区块链架构

 

该架构采用了松耦合的设计，将共识机制、身份验证等组件模块化，使之在应用过程中可以方便地根据应用场景来配置相应的模块。同时还采用了容器技术，将智能合约的代码放在容器中运行，从而使得智能合约可以用大部分高级语言进行编写。

 

图2：区块链架构关系图

 

Figure 2: Relational graph of block chain structure

区块链技术架构所构造的分布式系统，需要实现不同账本节点上的账本数据的一致性与正确性，借鉴已有的分布式系统中实现状态共识的算法，确定网络中选择记账节点的机制与保障数据全网络体系统一的共识。早期的比特币区块链采用高度依赖节点的工作量证明机制，在公有链范畴得到广泛应用，之后又涌现了权益证明等共识机制。实用拜占庭容错协议则适用于私有链或者联盟链环境，以及用于管理复制日志的Raft共识算法。

 

3 基于区块链技术的应用经验

 

3.1 电力行业外的经验

招商银行实现将区块链技术应用于全球现金管理领域的跨境直联清算、全球账户统一视图以及跨境资金归集这三大场景。2016年6月，招商银行已通过跨境直联清算业务POC实验，率先实现将区块链技术运用于银行核心系统中，在模拟环境稳定运行半年后，计划于2017年在总行、香港分行和永隆银行两岸三地间，通过区块链技术改造的跨境直联清算业务将实现正式商用。

基于区块链的新跨境直联清算系统充分展现过往系统无法企及的优点：高效率性，去中心后报文传递时间由6分钟减少至秒级;高安全性，处于一个私有链封闭的网络环境中报文难以篡改伪造;高可用性，分布式的架构没有一个核心节点，其中任何一个节点出故障都不会影响整个系统的运作;高扩展性，新参与者可以快速地部署与加入系统。

 

3.2 电力行业内的经验

 

在美国的纽约布鲁克林，LO3 Energy与Consensus Systems合作设计运行的纽约微电网区块链售电项目，这两家公司在一个小街区为十户住户建立了一个基于区块链系统的可交互分布式光伏售电平台，平台命名为TransActive Grid，安装了屋顶太阳能的家庭可以基于区块链，不依赖于任何电力公司，直接向同一条街上没有安装屋顶太阳能的邻居出售他们生产的电力能源公司。

欧盟Scanergy绿色能源交易项目利用区块链系统将网络的生产与消费状态传达给用户，信息每15分钟检测一次。同时系统会向能源的供应者奖励一种类似比特币的电子货币。在澳大利亚，内陆电网运用区块链系统为电网节点上的检测装置建立相应的通讯机制。当检测到电网节点上的运行信息时，会将信息传递给200英尺外的下一个检测装置，用户可以通过区块链系统利用手机等设备发布和共享信息。

 

4 区块链在电力业务的应用场景

 

4.1 分布式能源

从分布式能源交易过程来看，通过上游的材料采购，到中游的发电，再到下游的售电与客户交易，都存在集中交易所带来的双方之间信息不对称的情况，这将增加信用中介参与的交易与时间成本，另一方面交易信息集中管理带来的数据丢失风险。通过构建基于区块链技术的分布式能源交易网络，无论原材料商、发电商还是售电客户端，每个交易主体都是信用认证本身，不需要委托第三方作为独立的信用中介，由各交易主体共同维护交易行为的唯一性、合法性。

 

图3：分布式能源区块链平台交易流程图

 

Figure 3: Transaction flow of distributed energy block chain platform

基于区块链的分布式能源解决思路，把以上所提的环节并行融合一体，在区块链上实现数据融合，所有参与者共同维护同一个区块链上的账本，实现以技术手段为保证的自证其信。同时，大量在区块链上布置的电力数据，还可以成为其他电力应用的数据来源。

 

4.2 电动汽车

 

电动汽车作为电力行业近年来的新兴发展业务，与物联网技术的结合，在交易支付的模式中形成绑定信用卡、储蓄卡的数字钱包，电动汽车进入充电站以后能够按电量的补给量去结算各种款项。基于区块链技术的电动汽车交易平台采用私有链模式，分布式存储在各充电站区域，例如供电局等，允许受限用户查询访问相关交易记录，每条交易记录都存放到单独的区块中,然后再将这些区块连接起来,再利用分布存储方式不通过银行等系统达到高信赖度、高安全性的支付，存放在此交易平台中的数据因为设计过程考虑密码保护、私有链受限与共识机制，因此不会因网络上的攻击而被篡改,可以安全地使用此电动汽车交易平台进行结算。

 

图4：电动汽车区块链交易模型图

 

Figure 4: Block chain trade model of electric vehicle

 

5. 结论

 

文中提到的区块链技术与电力行业相结合，提出在分布式能源、电动汽车等业务流程与规则的应用，以区块链的低成本信任传递为手段，将不同主体和不同系统融合为一个电力能源交易平台，在电力领域内形成“弱中心化、强分布式”的智能集群体系，并且能够根据具体业务场景配置合约协议，区块链技术将使电力信息互联网极有潜力迈向电力价值互联网。虽然在未来很长一段时间内，两者将会并存发展，但是信息互联网最终将变为价值互联网的一个计算中心，这时电力行业将趋于扁平化、理想化的状态。

 

参考文献：

 

[1] 张宁、王毅、康重庆等. 能源互联网中的区块链技术：研究框架与典型应用初探[J], 中国电机工程学报, 2016,36(15):4011-4022

[2] 杨茂江. 基于密码和区块链技术的数据交易平台设计[J], 信息通信技术, 2016,(4):24-31