区块链在综合能源中的应用研究【乐鱼体育APP】

企业新闻 | 2021-05-25
本文摘要:作者:中国电力工程照料团体华北电力设计院有限公司 王秋瑾,王云泽,马欣欣摘要:区块链作为一项颠覆性技术,正在引领全球新一轮技术厘革和工业厘革。

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作者:中国电力工程照料团体华北电力设计院有限公司 王秋瑾,王云泽,马欣欣摘要:区块链作为一项颠覆性技术,正在引领全球新一轮技术厘革和工业厘革。本文通过对区块链关键技术的分析,研究区块链技术在电力企业应用的原则和前景,并以一个详细的能源互联网工程为例,提出了区块链技术在综合能源的应用方案。该方案联合电力系统生产的特点,针对能源生意业务与普通商品生意业务区块链网络方案的差别特性,在能源生意业务同盟链中引入专有的监视审计中心节点,设计了基于区块链技术的绿证生意业务和共享充电桩治理,给出综合能源的两种部署方案,促进电、热、气以及电气化交通等多种能源系统的高效融合和开放互联。

关键词:区块链技术;综合能源;能源互联网1 引言当前,新一轮科技革命和工业厘革席卷全球,大数据、云盘算、物联网、人工智能、区块链等新技术不停涌现,数字经济正深刻地改变着人类的生产和生活方式,成为了经济增长的新动能[1]。区块链作为一项颠覆性技术,正在引领全球新一轮技术厘革和工业厘革[2],我国区块链技术连续创新,开始在供应链、金融、教育、医疗、能源等领域快速应用[3],有望推动我国经济体系实现技术厘革、组织厘革和效率厘革,为构建现代化经济体系作出重要孝敬。陪同着能源革命和环保运动,能源行业正在向清洁化、漫衍式转型,出现多能流互补的新型能源结构。

自下而上的漫衍式能源体系将成为传统能源体系的有力增补。在这一历程中,区块链有望成为能源互联网基础设施重要的实现手段[4]。区块链技术可以联合能源行业漫衍式生意业务系统和清洁能源普及两大趋势广泛应用。

针对能源生产环节,“区块链+能源生产”提高能源生产效率,降低治理成本,增加监测准确度;针对能源生意业务市场,“区块链+能源生意业务”为批发能源生意业务市场提供宁静生意业务保障并降低相同成本,为零售能源生意业务市场提供实时支付清结算系统,推进清洁能源普及;针对能源行业投融资环节,“区块链+能源资产投融资”增加投融资渠道,降低投融资风险;针对能源行业的节能减排。“能源互联网”是以新能源技术和信息技术的深入联合为特征的一种新的能源使用体系,未来,电力输送网络将会酿成信息能源网络,任何能源生产者都能够将所生产的能源通过一种外部网花样的智能型漫衍式电力系统与他人分享。本文联合电力系统生产的特点,分析了区块链技术在电力企业应用的原则和前景,并以一个详细的能源互联网工程为例,研究和提出了区块链技术在能源互联网工程中的应用方案。

2 区块链及其关键技术2.1 区块链概述区块链泉源于比特币,作为比特币的底层支撑技术,于2010年左右开始兴起,并逐步演化成一种为种种庞大生意业务提供宁静可靠交互保障的技术[5]。它并不依赖任何中心机构的治理,而是以“区块”作为数据单元在网络中漫衍式记载与存储。区块链就是将这些区块有序地毗连起来形成的一种链式数据结构,组成一种险些不行能被更改的漫衍式数据库[6]。

区块由两部门组成:(1)区块头,链接上一级区块,并为区块链提供完整性;(2)区块主体,记载网络中更新的数据信息。区块链结构方式如图1所示,每个区块都市通过区块头信息链接上一级区块,从而形成链式结构[7]。图1 区块链结构方式狭义来讲,区块链是一种根据时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构,并以密码学方式保证漫衍式账本的不行窜改和不行伪造。

广义来讲,区块链技术是使用块链式数据结构来验证与存储数据、使用漫衍式节点共识算法来生成和更新数据、使用密码学的方式保证数据传输和会见的宁静、使用自动化剧本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的漫衍式基础架构与盘算范式[8]。2.2 区块链的特点区块链特殊的数据结构和运行方式,使区块链技术具有4个主要特点:去中心化,开放、共识,生意业务透明、匿名,不行窜改、可追溯。2.2.1 去中心化区块链由众多节点组成端到端的网络,不存在中心化的设备和治理机构。区块链数据的验证、记账、存储、计费、维护和传输等历程均是基于漫衍式系统结构,节点之间数据交流通过数字签名技术举行验证,无需相互信任,只要根据系统既定的规则举行,节点之间不能也无法相互欺骗。

接纳纯数学方法而非中心机构来建设漫衍式节点间的信任关系,从而形成去中心化的可信任的漫衍式系统。2.2.2 开放、共识任何主体都可以到场到区块链网络,每一台设备都能作为一个节点,每个节点都允许获得一份完整的数据库拷贝。

节点间基于一套共识机制,通过竞争盘算配合维护整个区块链,任一节点失效,其余节点仍能正常事情。2.2.3 生意业务透明、双方匿名区块链的运行规则是公然透明的,所有的数据信息也是公然的,因此每一笔生意业务都对所有节点可见。由于节点与节点之间是去信任的,因此节点之间无需公然身份,生意业务历程可匿名举行。除了账户隐私信息被加密外,其他数据都是对所有人或者到场者公然的,可以通过公然接口查询数据记载,信息高度透明。

2.2.4 不行窜改、可追溯区块链接纳了链式结构和时间戳,所有数据都有先后顺序和时间标志,区块链接纳共识机制来读写数据,系统治理员并不掌握数据的读写权,无法像对普通数据库那样随意插入或删除。单个甚至多个节点对数据库的修改无法影响其他节点的数据库,除非能保证整个网络中凌驾51%的节点同时修改,但这险些不行能发生。区块链中的每一笔生意业务都通过密码学方法与相邻两个区块串联,因此可以追溯到任何一笔生意业务。

区块链技术焦点功效就是不依靠中心或者第三方机构,保障数据的真实可信,打破信任壁垒,极大降低了信任成本,促进其在多个领域高效开展应用[9]。3 区块链技术在能源领域的应用前景现在区块链技术有望成为解决能源互联网生长瓶颈的重要突破口,而且在能源领域的应用中已经取得了开端的研究结果。[10]“区块链+能源”项目具有广泛的应用场景,可分为以下几类详细应用:能源生产信息治理、能源生意业务、能源计划等。

(1)能源生产信息治理“区块链+能源生产信息治理”是指通过区块链技术实现在生产环节对相应单元的计量、检测、运维等生产信息治理。传统能源生产环节多由公司自主举行,大量未经认证数据形成孤岛,信息价值难以被挖掘。

电能、热能和石油等能源通过区块链技术可以大幅降低政府、企业、小我私家在能源生产环节的进入门槛,在此基础上实现更灵活的商业模式[11]。作为强线下的应用场景,能源生产流通需要通过将区块链技术和硬件设备举行联合,买通数字世界和物理世界的隔膜。

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依靠物联网设备收罗数据,保证数据流转真实,同时联合区块链大幅提升数据的可信度和宁静性,为进一步应用打下基础。(2)能源生意业务“区块链+能源生意业务”是指以区块链技术为手段提高生意业务效率与宁静。先进的支付方式、更短的生意业务时长、零违约率等对于能源行业的资金流转和市场康健具有指导意义。

能源生意业务分为两类:一类是批发能源生意业务,这类生意业务具有资金量大,生意业务周期长,依赖人力,风险较大的特点;另一类是零售能源生意业务,这类生意业务具有实时支付清结算难题,清洁能源输出颠簸性大,需求响应实现难题等特点。针对批发能源生意业务市场,区块链及智能合约能够保证资金宁静,降低违约率。例如,通过商业商之间部署的共享账本做出调整,直接在区块链上记载生意业务信息,使对方验证。

这种模式使生意业务员无需各自存储数据,而是共享宁静的前言,保证储存的信息透明、准确、已验证。这个生意业务系统,可以提高生意业务效率,淘汰人工错误。针对零售能源生意业务市场,漫衍式生意业务系统和动员清洁能源是两大特色,其中,漫衍式电能生意业务应用尤为广泛,使用区块链技术,搭建电力行业的微网、漫衍式生意业务系统和电动汽车充放电生意业务平台等多款应用,该系统使消费者变为“产消者”,即能源消费者又是清洁能源的生产者。(3)能源计划“区块链+能源计划”指对能源系统的计划。

随着漫衍式能源越发广泛地开发和接入到能源系统网络,节点呈数量级的增长,且生意业务和结算越发频繁,对能源系统计划提出了更高的要求。区块链技术的去中心化、可信任、公然透明、开放共享可以为未来能源计划提供基本理念和框架设计,以更好地适应未来能源生长形势。

[12]4 区块链技术在综合能源中的应用方案4.1 工程概况该工程位于某都会新区(以下简称:新区)。新区所在的省属能源输入型地域,对外依存度较高,油气资源相对富厚,煤炭资源匮乏,风能、太阳能、地热能、潮汐能等其他形式的清洁能源具有一定的开采潜力,水电、火电及核电是现在主要的电力供应形式。新区是典型的受端电网,新区电力险些全部依赖区外电源供应。

4.2 区块链技术应用方案4.2.1 综合能源系统新区的能源系统计划原则是坚持“高效、清洁、宁静”的战略目标,合理控制新区能源消费总量,推动能源结构优化,鼎力大举生长非化石能源,推进化石能源清洁高效使用,形成以清洁煤电、核电、气电、可再生能源为重要组成部门的新区能源供应体系。为了更好地实现多能源互补,提高能源使用率,新区依托先进的电力电子技术、信息技术和智能治理技术,打造基于能源互联网的综合能源系统。针对新区的综合能源系统,建设一个开放、宁静、高效的能源服务系统将是发挥综合能源系统优势的一个重要因素[13]。

传统能源生意业务主要是一种集中式优化决议的资源设置方式,具有成本高、易受攻击且用户隐私难以保障的缺点。能源互联网是一种泛能源系统,在开放互联、以用户为中心和漫衍式对等共享等新内在的引导下,其能源生意业务将趋向主体多元化、商品多样化、决议疏散化、信息透明化、生意业务即时化,同时也将出现能量流、信息流与价值流“三流”大融合的趋势。在现有集中式生意业务模式下,能源生意业务需要大量的第三方治理机构来构建和维护生意业务信用,发生了不须要的高额成本。

因此,促进能源互联网下能源系统的进一步生长,需对现有能源生意业务模式举行厘革,实现漫衍式市场模式取代集中式治理模式的厘革。在漫衍式能源生意业务模式下,能源生意业务市场的到场者是对等的、疏散的、且多种能源协同自治,无需第三方信任机构。区块链技术由于其公正、透明及去中心化的特点,在漫衍式能源生意业务中有十分辽阔的应用前景。4.2.2 基于区块链技术综合能源生意业务能源互联网力争促进电、热、气以及电气化交通等多种能源系统的高效融合和开放互联。

因此需要一个能实现种种能源自由生意业务的综合能源生意业务平台。由于本方案中的新区拥有综合能源服务商,能源用户可选择直接向综合能源服务商提出能源服务请求或由调理中心实时调理审核两种主要场景,如图2、图3所示。其他场景可由以上两种场景扩展。

图2 能源用户向综合能源服务商购置能源服务场景图3 调理中心实时调理审核场景在以上场景中,能源生意业务的逻辑由智能合约实现,生意业务到场方通过挪用差别的智能合约提倡多方到场的生意业务流程,确保了生意业务的宁静性和不行窜改性。生意业务的到场方在独立的通道内举行生意业务,保证了生意业务的私密性和宁静性。生意业务数据在各到场方之间共享,可利便查询、追溯,并不行窜改。场景中的生意业务结算机构卖力对所有生意业务举行审核,并凭据区块链上的生意业务记载举行链下结算,结算记载上传至区块链,供相关方查询和追溯。

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调理中心在到场非实时生意业务的监视审核的同时,执行保证电网平衡、稳定的实时调理,并将实时调理的效果存储到区块链上供其他节点审核。能源计量信息由各到场方上传至区块链,由调理中心和相关方举行审核,并以此作为结算依据。基于超级账本技术的能源互联网生意业务系统构架如图4所示。

图4 基于超级账本技术的能源互联网生意业务系统构架本方案建设了一个包罗能源用户、调理中心、能源供应商、生意业务结算机构、综合能源服务商、能源输送服务商6种组织的能源生意业务系统。组织中的节点共有四种角色:提交节点、代表节点、背书节点和锚节点,每个用户可凭据需要负担一个或多个角色[14]。每个组织都有自己独立的CA服务器(证书节点),后续新增的节点通过CA服务器发表证书。

组织可以凭据需要举行扩充,但需获得其他到场组织简直认。所有组织共用一个具有负载平衡功效的排序节点群,卖力数据的排序和打包。4.2.3 基于区块链技术的共享充电桩治理随着电动汽车使用量的快速增长,其所带来的能源需求也不停增长。一方面,电动汽车大规模接入电网,导致电网负荷连续增长,峰谷差加剧,控制难度加大;另一方面,现有充电基础设施建设及运营模式与电动汽车生长不协调,普遍存在重视电动汽车,不重视充电桩,造成车多桩少、有车无桩现象严重。

为相识决充电桩设施不足、使用率偏低的问题,新区拟接纳共享经济的模式,勉励私人建设充电桩,同时提高充电桩的使用率。区块链技术特征与充电桩共享的应用需求具有很好的联合点,可以制止中心化平台带来的毛病。基于区块链技术可以构建运行生态化、认证公正化、合约智能化、信息透明化的应用系统。

使用区块链技术构建充电桩共享平台,可以有效解决电动汽车增长带来的问题,同时充电桩区块链可以作为能源区块链的一个侧链,一方面可以将侧链与主链隔离,保证主链宁静;另一方面侧链与主链交互能源信息,使能源调理平台可以获得充电桩使用的数据,通过大数据分析获得负荷变化纪律,优化能源调理计谋。4.2.4 区块链服务平台能源生意业务由区块链服务平台实现,平台共分为三层,由下而上划分包罗基础设施层、平台层、应用层,如图5所示。图5 区块链平台结构示意图(1)基础设施层用于底层基础硬件、网络情况。

(2)平台层主要包罗区块层、合约层和生意业务层。用于区块链服务平台的搭建和区块链底层框架的部署,是整个能源生意业务系统的焦点。(3)应用层主要用于业主用户身份治理、发电设备相关数据上链和数据查询,通过数据收罗,提供数据分析和统计,为决议提供参考。

通过提供接口法式,实现相关终端与相关应用举行对接,利便数据传输和治理。主要包罗新能源发电设备治理、新能源运营治理、新能源用户治理、数据分析、身份治理和接口治理。

4.2.5 区块链的部署新区的综合能源生意业务系统区块链可接纳2种部署方案:一种是在能源互联网生意业务系统市场主体间组建能源生意业务专网,超级账本的组织部署在各到场方当地。能源供应商、能源传输商、能源调理中心、能源用户等凭据差别的能源属性在能源生意业务系统中构建各自独立的组织。另一种方案是接纳云区块链部署方案,能源生意业务系统的组织节点均部署在云区块链服务商提供的云平台上,账本的共享数据由能源供应商、能源传输商、能源调理中心、能源用户等市场到场方配合维护,云区块链服务商卖力对区块链基础设施举行维护。

5 竣事语本文通过对区块链关键技术的先容,分析了区块链技术能源领域应用前景,并以一个详细的综合能源工程为例,研究和提出了区块链技术在综合能源工程中的应用方案。该方案从实际出发,对比了种种区块链技术应用的条件,最终确定接纳超级账本技术门路。

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并联合超级账本技术的特点,对能源互联网项目的生意业务模式、体系构架、平台功效架构,以及部署方式都给出了完整的解决方案。现在,海内正在鼎力大举推动综合能源的使用历程,区块链技术在综合能源中的应用可以确保多种能源形式的使用和消纳效率,提高生意业务的宁静可靠性,满足用户越来越高的服务需求。参考文献:[1] 李彬, 曹望璋, 张洁, 等. 基于异构区块链的多能系统生意业务体系及关键技术[J]. 电力系统自动化, 2018, 42 (4) : 183 - 193.[2] 赛迪区块链研究院. 区块链加速工业融合[J]. 软件和集成电路, 2019, (11) : 18 - 22.[3] 王君宇, 吴清烈, 曹卉宇. 海内区块链典型应用研究综述[J]. 科技与经济, 2019, 32 (5) : 1 - 6.[4] 田秀霞, 陈希, 田福粮. 基于区块链的社区漫衍式电能宁静生意业务平台方案[J]. 信息网络宁静, 2019, (1) : 51 - 58[5] 沈巍, 王丹. 基于区块链的漫衍式能源市场化生意业务架构及应用机制[J]. 华北电力大学学报(社会科学版), 2019, (2) : 146 - 150.[6] 王栋, 石欣, 陈智雨, 等. 区块链智能合约技术在供应链中的应用研究[J]. 网络空间宁静, 2018, 9 (8) : 8 - 17.[7] 梅文明, 王栋. 区块链技术在电力领域应用场景的探索分析[J]. 电力信息与通信技术, 2020, 18 (2) : 21 - 29.[8] 薛忠斌. 区块链技术在能源互联网中应用[J]. 煤炭工程, 2017, (z1) : 46 - 49.[9] 张蓓. 能源互联网中的区块链技术应用维度和前景展望[J]. 上海节能, 2018, (3) : 146 - 150.[10] 周洪益, 钱苇航, 柏晶晶, 等. 能源区块链的典型应用场景分析及项目实践[J]. 电力建设, 2020, 41 (2) : 11 - 20.[11] 陈浩, 李雅超, 丁羽, 等. 西欧国家能源领域的区块链技术应用现状[J]. 电力需求侧治理, 2019, 21 (6) : 88 - 92.[12] 赖敏榕, 傅建钢, 赖小垚. 能源领域中区块链技术的应用场景浅析与展望[J]. 能源与情况, 2019, (3) : 38 - 40.[13] 李华强, 李旭翔, 阚力丰. 能源互联网配景下综合能源服务市场运营模式及关键技术[J]. 工程科学与技术, 2020, (7) : 13 - 24.[14] 冯翔, 刘涛, 吴寿鹤, 等. 区块链开发实战:Hyperledger Fabric关键技术与案例分析[M]. 北京:机械工业出书社, 2018.作者简介:王秋瑾(1977- ),女,河北廊坊人,高级工程师,硕士,现就职于中国电力工程照料团体华北电力设计院有限公司,从事电力设计咨询事情。

王云泽(1977- ),男,陕西西安人,高级工程师,硕士,现就职于中国电力工程照料团体华北电力设计院有限公司,从事电力设计咨询事情。马欣欣(1956- ),女,北京人,正高级工程师,现就职于中国电力工程照料团体华北电力设计院有限公司,从事电力设计咨询事情。摘自《自动化博览》2020年11月刊。


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