深度｜基于区块链的分布式能源交易方案设计综述-第5页-北极星售电网

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4.2 信息通信技术支撑分析

基于区块链的分布式能源交易方案设计过程

中,参照分布式光伏接入电网的模式,按照自下而上的原则共分为4层,即数据采集层、数据传输层、数据处理层、业务应用支撑层。

1）数据采集层。通过智能电表、智能家居收集用户在平台上购电和售电的交易信息数据,各项数据通过各种途径和渠道实时传输发送至区块链平台[46],平台对这些数据进行整理,分类并储存。目前电表设置的时间为15 min采集一次数据,之后可考虑改成更高频率的数据采集仪器,确保决策更精准。

2）数据传输层。区块链技术可以为智能电表、产能设备以及耗能设备提供跨越各种网络的无缝访问[47],协助部署5G无线接入技术。智能终端用户通过5G网络快速获取并下载区块链上的数据,使平台的推广成为可能[48]。在下行通信方向,区块链网络可利用PLC、RS485、Wifi等低成本通信技术进行信息交互[49]。

3）数据处理层。区块链的数据量庞大,为了降低实体经济成本,可采用信息上云、交易上链的模式[50]。云计算服务由于具备成本低、可靠性高、调整速度快、资源弹性伸缩等优势,能解决区块链开发部署中的多系统、成本高的问题[51]。将云计算与区块链相结合,可有效降低区块链的开发门槛,推动区块链向更多领域发展[52],同时也可以有效分析和处理区块链中的海量数据[53]。

4）业务应用支撑层。本层涉及到区块链的关键技术,如能判断交易自动进行的智能合约、保证各节点协同的共识机制等。未来有许多区块链平台,各平台可能有不同标准,涉及到接口不兼容问题。在区块链网络中运用人工智能AI技术可协助各设备在不同的系统中拥有统一的注册授权、管理完善的生命周期管理机制,可解决以上不兼容问题。

基于区块链的交易机制仍存在以下问题：

1）区块链节点成本问题。基于区块链的电力交易体系需要大量的信息化设备的投资和建设[54],若将区块链技术应用到电力交易市场,必须考虑区块链技术在电网中的简化应用方式。

2）区块链数据的存储方式[55]。区块链技术对于底层的数据存储具有一定的要求,为了降低开销,可以将业务数据与记录数据进行分离,将与信息交互有关的数据上链使用,其余数据放在链下存储。

3）底层通信速率低[56]。通道的效率及性能较差,是否应该考虑简化区块链的验证机制,是否规定全部节点都进行记账。可以在区域配置区块链节点,降低系统的部署成本。

4.3 两种交易模式的比较

传统的电力市场交易依赖于银行等第三方机构[57],交易流程多、效率低、时间长。电力需要从中心发电厂运输到个人用户处,电力损耗大,交易成本增加。集中式管理将数据存储在中心机构的数据库中,中心机构管理所有用户账目信息和交易历史记录,数据安全系数低,且数据库一旦受到攻击,数据难以恢复[58]。用户只掌握自己的记录,无法知晓其他用户的交易记录,故影响互信市场的建立[59]。黑客如果掌握所有交易记录,可借此推测出账户信息,对用户的交易安全及隐私保护产生巨大威胁[60]。

基于区块链的分布式能源交易系统中,各节点成为独立的产消者,各主体平等分散决策,采用P2P形式进行直接能源交易,减少了不必要的电力损耗,使资源成本和交易成本降到最低。在不同的区域之间各节点也可进行能源交易[61],跨区域的分布式能源P2P交易如图8所示。所有交易公开,交易节点可以匿名,保证节点账户的安全性[62]。分散化管理无需中心服务器,规避昂贵的运维费用,降低成本。安全的数据共享,拥有更多的数据、优化的模型和更好的结果[63]。数据溯源跟踪,增加市场主体之间的互信任。

综上所述,表4从交易方式、资源消耗、交易成本、数据存储、数据安全5个方面对比了传统电力市场交易和基于区块链的分布式能源交易性能。

4.4 局限性分析

目前,由于区块链应用正处于初步探索阶段,关于区块链应用落地的标准还未得到制定,故不同领域关于此方面各有不同的看法。以下是常见的区块链应用落地三大误区：1）区块链一定要发币,一定要挖矿;2）区块链是万能的;3）公有链能用

表4 传统电力市场交易和基于区块链的分布式能源交易性能对比Tab. 4 Comparison of performance between traditional electricity market transactions and blockchain-based distributed energy trading

于商业部署。对应上述三大误区,本文针对分布式能源交易系统提出3点解决办法：1）公有链的各节点平等[64],需要用币作为激励,但联盟链由于节点结成共同利益联盟,故无需用币作为激励。分布式能源交易系统采用联盟链,可以根据业务或利益驱动,节点之间通过投票达成共识,不一定要发币和挖矿。2）区块链技术不是万能的,并不能提高系统性能,只是改变了集中管理的方式。研究分布式能源市场区块链应用时应注意结合中国能源市场政策和业务需求。3）我国《信息系统安全等级保护基本要求》和《金融行业信息系统信息安全等级保护实施指引》都规定了信息系统应在网络边界部署访问控制设备、启用访问控制功能,且在网络区域边界对网络最大流量数及网络并发连接数进行监控,限制网络最大流量数及网络连接数。这些规章都与公有链的特性相悖,故公有链的技术架构并不符合国家的相关规定,无法用于商业部署。

5 结论

基于区块链的分布式能源交易的优势在于,一方面使分布式能源P2P交易透明便捷,另一方面又同时保证了中心化有效监管。系统的不足之处为电网上分布式节点数量有一定的上限值,这会给交易市场运行带来更高的风险。目前可靠且可实现的区块链实体应用用例较少,且后续的区块链吞吐量增大问题、安全性防护问题、数据处理优化问题等还未得到解决,区块链技术落实到分布式能源交易市场难度大。未来的分布式能源交易区块链市场可能是多链协同、跨链流通形式,将源网荷储、物联网、微电网、电力交易、碳排放、多能互补、能源项目资产化和其他领域通过不同的区块链互联,运用多链形式解决接口扩展适配的问题、跨链形式加速分布式能源流通。在区块链技术发展的早期,进行分布式能源交易市场区块链实体应用白盒测试还为时尚早,但研究应用落地标准、解决存在问题却是刻不容缓。

参考文献

[1]周海明,刘超群,刘敦楠,等.能源互联网选择权放开交易研究[J].中国电机工程学报,2015,35(21):5412-5417.ZhouHaiming,LiuChaoqun,LiuDunnan,et al.Internet option open energy trading research[J].Proceedings of the CSEE,2015,35(21):5412-5417(in Chinese).

原标题：基于区块链的分布式能源交易方案设计综述

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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