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能源系统中的区块链:概念,应用与展望

美国著名学者杰里米!里夫金在其著作《第三次工业 革 命》 一书中首先提出了“能 源 互 联 网” ( Energy Internet) 的概念和愿景,在国内外引起了广泛关注。文献[2]给出了能源互联网的初步定义: 能源互联网是以电力系统为核心,以互联网及其他前沿信息技术为基础,以分布式可再生能源为主要一次能源,与天然气网络、交通网络等其他系统紧密耦合而
形成的闭环运行的复杂多网流系统。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,实现在生产、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。能源互联网不仅可在工业系统中应用,也可在居民区甚至家庭内实施。到目前为止,对能源互联网的研究总体上尚处于理论研究和架构设计层面,真正运行的能源互联网尚很鲜见。
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存在广泛的摩擦。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,能源消费者可能同时成为生产者,参与者的身份逐渐多元化。能源互联网因参与主体多,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特性,导致能量流、信息流、资金流的流向复杂,在能量流动和价值流动过程中交易管理等成本大大增加。以电力市场环境下的电力调度为例,调度中心一直被人诟病采用的调度方式不公平、不透明; 事实上,即使调度是公平的,外界也不会相信,这种信任问题是中心化调度方式所导致的。如何适当监督调度机构并要求其披露相关信息给市场参与者,以便让参与者信任调度中心,是一个相当困难的问题。能源互联网可以实现能量与信息的高效传递,但参与主体之间存在的信任问题会给交易带来很高的附加成本。
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”并取得了初步成果,尚处于概念证明阶段或前期研究,没有商业化应用报道。Grid Singularity 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表,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 ConsenSys 一 起 开 展 了
TransActive 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 next47部门也加入了 TransActive Grid 项目。德国 RWE 与区块链公司 Slock. it 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 2 000 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 emission reduction,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。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。
区块链技术在金融等行业已有较多应用,且有些已经商业化。本节对区块链技术在能源领域的应用进行展望
当市场收益随着经济向好逐渐增加时股市就会上涨同时人们会根据现有的趋势抱有对未来更好的预期继续增加投资热情,随着经济周期的高涨过程投资热情同样高涨,任何东西,只要需求增加价格就会上涨表现出来的往往是股票价价格在经济复苏和上行过程中高于市场收益所得到的理性价格。
P2P 电力交易
TransActive Grid 项目考虑邻近电力公司之间的电力交易,把电力当作普通商品来处理,未考虑网络安全约束。在 P2P 电力交易中考虑安全约束,并进行阻塞管理; 不过,该文认为在缺乏中心化机构管理的情形下,电力市场交易主体之间存在信任问题。事实上,区块链的主要特征就是提供了信任机制,如果讲在区块链上进行交易存在信任问题,那只能说明区块链设计得不够合理。另外,该文提出的弱中心化机构和传统的中心化机构的主要区别在于
能够更好地保护用户隐私,不过该文所述的弱中心化交易机构需要设置进入门槛,从而就需要一个身份认证中心,这样的身份认证中心仍然面对隐私泄露风险。因此,从隐私和安全校核的角度来看,采用区块链技术开发电力交易平台未必合适。P2P 电力交易的思路摈弃了交易中心模式,笔者认为在 P2P 交易框架下如要考虑安全校核,交易就必须程序化且软件代码公开,这样才符合区块链的思想。P2P 电力交易的理想应用场景为含有分布式电源和/或储能等有供用双方且可以形成自治的微网环境。考虑到电力系统的安全性要求,主网的电力交易不适于采用 P2P 交易模式。
电动汽车充电桩
电动汽车充电桩的运营商数量众多,通常每个运营商都建立了自己的支付平台; 各充电设施建设机构出于运营考虑,发行不同的充电卡,并可能采用不同的收费标准,这给电动汽车用户带来很大不便。由于区块链是去中心的、可信任的,采用区块链技术建立统一的充电桩底层支付平台更容易为公众所接受。在电动汽车与电力系统的交互领域,尚存在私人充电桩难以实现共享、电动汽车 V2G 尚缺乏激励机制、动力电池梯级利用无法保证电芯质量等众多问题。采用区块链技术有望解决这些问题。例如,可采用基于智能合约和分布式总账的充电桩按时租赁、基于虚拟货币激励机制的电动汽车 V2G 自动响应、基于区块链的电池电芯生命周期数据的储存和认证等。
物理信息安全
电力信息系统一般是孤立系统,通常认为其受网络攻击的可能性不大。在 2010 年,人们发现了有史以来第一个专门针对工业控制系统的计算机病毒Stuxnet,其通常首先通过受感染的 USB 等设备渗透计算机网络,这样与外部网络相互隔离的企业内部网络也可能受到 Stuxnet 的攻击。2015 年底,由于电力信息系统遭黑客攻击,导致乌克兰发生了大规模停
电。可见,能源系统防御恶意网络攻击的能力有待加强。如果无法保证足够的信息安全,就需要限制未来的信息网络从专用网向互联网的跨越,“互联网 + 能源网”的融合模式也就难以形成。电网公司目前采用的最主要的信息安全防护方式是内外网隔离,但在有些情况下必须进行内外网数据交互,虽然有防火墙进行隔离,但防火墙难免存在漏洞,不能保证万无
一失。智能电表等信息采集设备的数量非常庞大,传统的通过构建专网进行数据采集的方式成本过高,而利用互联网等公用信息网络则存在网络攻击、数据篡改等安全威胁。主要原因在于目前采用的数据库是中心化的,一旦中心数据库遭到入侵,则数据可被读取和篡改,信息安全就无法得到保障。区块链的高冗余存储、去中心化、高安全性和隐私保护等特点使其特别适合存储和保护重要隐私数据,以避免因中心化机构遭受攻击或权限管理不当而造成的大规模数据丢失或泄露。因此,基于区块链的数据安全技术可提升能源互联网的信息安全。
能源互联网的商业模式
区块链技术的发展能够给能源互联网引入新的商业模式,可通过大力推动光伏电站众筹、资产证券化等模式实施。目前,用户配电设施主要由用户自己投资建设,资金一次性投入较大。采用众筹方式进行投资建设,可以降低客户负担,而投资者也可获得收益。该模式需要解决的主要问题在于怎样确定众筹标的物和现实情况是对应的,如果无法确认标的物的真实性,就存在很大的投资风险,从而影响投资积极性。另外,配电资产的投资收益和用电量有关,只有提供精确可信的计量数据,才能保障投资者利益。区块链技术能解决这两个难题,基于区块链的众筹配售电有望成为一种新型商业模式。区块链技术正在高速发展之中,在能源领域具有很大的应用前景。在能源区块链领域,目前尚未形成规范的技术标准。在相关国际标准形成之前,工业界和学术界需要投入大量人力物力开展相关的研发工作,以抢占这一领域的理论和技术研究高地。区块链技术与其他技术领域如大数据技术的融合也是值得关注的重要课题。
能源系统中各个市场主体间如果缺乏信任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。
能源这篇论文已经结束,我们今天来看看关于《区块链:从数字货币到信用社会》这本书我和大家好好分享一下。
我们先来看看序言一——区块链:建设互联网的价值高速公路
区块链因比特币而生。一般我们都将比特币简单地视为一种货币,但从根本上来说,区块链更是价值传输协议。相较于通常意义上的数字货币,区块链与互联网TCP/IP(传输控制协议/网络互联协议)协议更为相似。只不过,TCP/IP协议为信息互联网而设计,区块链则为价值互联网提供了理论基础。但在互联网上进行价值交换,需解决三个问题:一是确保价值交换的唯一性;二是如何确立价值交换双方的信任关系;三是如何确保双方的承诺能够完成依靠网络的自治机制(智能合约)而自动执行,而无需可信第三方的介入。2009年基于区块链技术的数字货币比特币的诞生,给上述三个问题找到了解决方案。区块链是一种新型的去中心化协议,链上数据不可随意更改或伪造,因而提供了无需信任积累的信用建立范 式。区块链可理解为一个账本(ledger),人们只需加入一个公开透明的数据库,通过点对点的记账、数据传输、 认证或智能合约来达成信用共识,而不再借助任何中间方。这个公开透明的数据库包括了过去所有的交易记录、 历史数据及其他相关信息。这些信息安全地分布式存储在一串使用密码学方法产生的数据块中,即为一个区块, 从创始区块连接到当前区块,就形成了区块链。由于每个区块都包含了上一个区块的索引,即区块的哈希 (hash),使得每一个区块按照时间顺序产生,若要逆转某个区块上的交易,需要重新计算该区块之后的所有区 块,这在计算难度上几乎是不可能的。于是,区块链逐步成为一种可靠的审计工具,也让系统内参与者之间的信 任建立得以实现。
区块链本身具有分布式(Distributed)、去中介(Disintermediation)、去信任(Trustless)、不可篡改 (Immutable)、可编程(Programmable)等特征。这些特征使区块链能弥补传统金融机构的不足,提高运作效 率,降低运营成本,灵活更新市场规则,防止信息篡改和伪造,同时也大大提高了稳定性,减少了宕机风险。因 而区块链可应用的场景非常广泛,众多金融机构正在研究区块链技术在金融市场的应用。区块链可直接用于银行相关业务。例如,对账户的反洗钱检查、交易后的银行结算等涉及人工审核的业务。区块链的分布式网络结构使账户资产、信用等信息可在各银行间共通,这大大简化了重复性手续,节省大量人力 物力。
由于任何人都能创造自己的区块链系统:启动条件十分简易,且不难实现。现有区块链林林总总,有公有链、联盟链与私有链之分。知名项目除 了R3CEV,还有Linux基金会推进的超级账本(Hyperledger),以智能合约平台而著称的以太坊,以及基于比特币 区块链系统的闪电网络与侧链技术……正如区块链数据的合法性是以算法来竞争最长链,这些区块链协议与技术 也呈现出非常激烈的竞争局面,它们最终哪一种会胜出,联盟链与公有链哪一个笑到最后,并成为互联网通用价值传输协议,目前还是个谜。 或许,互联网的早期发展能带给我们以启示。互联网鼻祖是美国国防部的军用网,叫做“阿帕 网”(ARPAnet)。在20世纪70年代,ARPAnet已经形成好几十个计算机网络,但是每个网络只能在网络内部的计 算机之间互联通信,不同计算机网络是一个个信息孤岛,它们之间不能通讯。直到1974年,研究人员设计了连接 分组网络的协议,其中就包括著名的TCP/IP——网际互联协议IP和传输控制协议TCP,这才将这些孤岛连通起 来,构成现在的因特网(Internet)。因而,联盟链与公有链之间,比特币与以太坊之间,以及其他区块链网络之 间,也许并不是一个你死我活、赢家通吃的局面,而是会通过构建不同区块链之间的价值传输协议,而形成一个
统一的区块链:互联链(Interchain)。同样,互联链也会像互联网的物理层、网络层、传输层、应用层的层级设 计一样,根据功能定位的不同、应用场景的不同、共享账簿的开放权限的不同,而演化为不同层级的协议。如果说TCP/IP协议让我们进入了信息自由传递的时代,区块链则将把我们带入价值高速公路时代。区块链协 议的完善,将构成共享金融的基础设施。当今互联网正进入分布式时代,逐渐从传递信息的互联网演变为交换价 值的互联链。出于价值交换的需要,人类进入数据可计算时代。数据结构也进化成为附带计算机程序的代码,数 据可以自我计算,自我运行,从而成为智能数据,为整个人类社会进入智慧社会打开了大门。

根据国家《关于防范代币发行融资风险的公告》,大家应警惕代币发行融资与交易的风险隐患。

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