能源互聯(lián)網(wǎng)中區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用研究

楊俊峰

（湖北郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430023）

0 引 言

“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源戰(zhàn)略及示范項(xiàng)目的落地是中國推動(dòng)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的重要一環(huán)，也是能源數(shù)字化的先行者。分布式能源、智能微網(wǎng)等新型商業(yè)模式出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)更廣泛、更靈活的能源交易和補(bǔ)貼模式提供了有益的嘗試。能源行業(yè)應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)可提供一種去中心化的能源系統(tǒng)，有助于加強(qiáng)個(gè)人消費(fèi)者和生產(chǎn)者的市場(chǎng)影響力，這也使消費(fèi)者直接擁有購買和銷售能源的高度自主權(quán)。區(qū)塊鏈技術(shù)能源領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大的應(yīng)用潛力，除了可以執(zhí)行能源供應(yīng)交易外，本文結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，提出基于區(qū)塊鏈的能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈

能源互聯(lián)網(wǎng)是一種泛能源系統(tǒng)，在開放互聯(lián)、以用戶為中心和分布式對(duì)等共享等新內(nèi)涵的引導(dǎo)下，呈現(xiàn)出信息傳遞與能源傳輸相結(jié)合的新趨勢(shì)。在現(xiàn)有集中式交易模式下，能源交易需要大量的第三方管理機(jī)構(gòu)來構(gòu)建和維護(hù)交易信用，產(chǎn)生了不必要的高額成本。

區(qū)塊鏈屬于互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代新興的信息技術(shù)，采用去中心化的協(xié)作機(jī)制，以通過信用、證據(jù)以及交易記錄跟蹤并分析參與方的行為，保障所有的交易和數(shù)據(jù)是可信的。區(qū)塊鏈的多中心化恰恰契合了分布式能源的特點(diǎn)，能夠大幅度降低分布式電力的交易成本，提升交易效率。在分布式能源交易模式下，能源交易市場(chǎng)的參與者是對(duì)等的、分散的，且多種能源協(xié)同自治。

2 區(qū)塊鏈+設(shè)備接入認(rèn)證

電力物聯(lián)網(wǎng)中終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、單點(diǎn)計(jì)算存儲(chǔ)能力弱，其設(shè)備接入認(rèn)證便可采用區(qū)塊鏈技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備接入電力通信網(wǎng)，使用及調(diào)動(dòng)功能應(yīng)用時(shí)，應(yīng)被記錄入相應(yīng)的事件中。同時(shí)，所有的合法接入，均被記錄入共同的一個(gè)區(qū)塊鏈分布式賬本中，包括接入時(shí)間、業(yè)務(wù)類型、訪問權(quán)限、設(shè)備狀態(tài)、終端ID、公鑰和證書等信息。當(dāng)新的終端節(jié)點(diǎn)接入時(shí)應(yīng)進(jìn)行認(rèn)證，先向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送認(rèn)證請(qǐng)求，主節(jié)點(diǎn)予以驗(yàn)證并將請(qǐng)求進(jìn)行封包，并檢索接入認(rèn)證區(qū)塊鏈中合適的節(jié)點(diǎn)，形成對(duì)應(yīng)的分布式認(rèn)證組。該節(jié)點(diǎn)應(yīng)滿足合法性，即節(jié)點(diǎn)已經(jīng)成功接入業(yè)務(wù)系統(tǒng)，還應(yīng)符合認(rèn)證性要求，即歸屬于同類業(yè)務(wù)，同時(shí)還應(yīng)滿足功能要求，即有足夠的電量和處理能力運(yùn)行認(rèn)證算法。主節(jié)點(diǎn)再通過組播方式將請(qǐng)求發(fā)送給認(rèn)證組，發(fā)起分布式認(rèn)證。認(rèn)證中結(jié)合共識(shí)算法和待接入節(jié)點(diǎn)的公鑰證書形成新的區(qū)塊。

3 區(qū)塊鏈+能源認(rèn)證計(jì)量

圖1為一種基于區(qū)塊鏈的能源計(jì)量應(yīng)用。

如圖1所示，基于區(qū)塊鏈的能源計(jì)量應(yīng)用主要涉及關(guān)鍵過程數(shù)據(jù)認(rèn)證、實(shí)時(shí)效驗(yàn)、數(shù)據(jù)效驗(yàn)。

數(shù)據(jù)Hash認(rèn)證：對(duì)購電和售電的關(guān)口計(jì)量表的計(jì)量數(shù)據(jù)和相關(guān)配置信息（包括能源類別、設(shè)備編號(hào)、經(jīng)緯度、電能量示值、和時(shí)間戳等）通過Hash算法計(jì)算形成256位Hash值，記錄Hash值并同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)配置信息，通過區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的不可篡改性，保證數(shù)據(jù)的可靠性并可追溯。

實(shí)時(shí)校驗(yàn)：結(jié)合發(fā)電、購電的設(shè)備或系統(tǒng)的容量等數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)驗(yàn)證，對(duì)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行容量分析判斷，超出合理范圍的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)預(yù)警并剔除異常數(shù)據(jù)。

歷史數(shù)據(jù)校驗(yàn)：結(jié)合電力系統(tǒng)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，和計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)異常計(jì)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行異常告警，必要情況下，將異常用戶的賬戶進(jìn)行凍結(jié)，實(shí)施懲罰措施。

圖1 一種基于區(qū)塊鏈的能源計(jì)量應(yīng)用

4 區(qū)塊鏈+能源互聯(lián)網(wǎng)交易

分布式能源交易可采取在不同的售電和購電關(guān)口安裝分布式交易單元的方式，分布式交易單元和中心的區(qū)塊鏈服務(wù)器組成區(qū)塊鏈分布式記賬節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。分布式交易單元，提供靈活的智能合約和共識(shí)機(jī)制發(fā)布和執(zhí)行接口，提供發(fā)電和用電關(guān)口的數(shù)據(jù)采集、分布式智能合約執(zhí)行、交易數(shù)據(jù)加密和傳輸、節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)上鏈同步等功能。分布式交易根據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)發(fā)布和交易達(dá)成的智能合約，自動(dòng)觸發(fā)條件后調(diào)用智能合約，形成交易記錄并全網(wǎng)廣播確認(rèn)[1]，如圖2所示。

圖2 一種分布式交易單元

基于對(duì)整個(gè)光伏售電用戶和購電用戶分布在若干自然村落，無法通過有線的方式進(jìn)行組網(wǎng)，針對(duì)每個(gè)用戶關(guān)口表位置設(shè)置分布式交易單元，每個(gè)分布式交易單元通過4G與區(qū)塊鏈交易平臺(tái)進(jìn)行組網(wǎng)。圖示交易單元設(shè)計(jì)中節(jié)點(diǎn)布置不少于5個(gè)，其中不少于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)用于提供數(shù)據(jù)接入，一個(gè)節(jié)點(diǎn)提供對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的支持，為了保證系統(tǒng)接入的可靠性和方便，構(gòu)建一個(gè)前端分布式交易單元接入的負(fù)載均衡模塊，提供接入負(fù)載均衡服務(wù)。區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)可以布置在共有云上，也可以是自建的區(qū)塊鏈服務(wù)器，在保證網(wǎng)絡(luò)的情況下，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)可以采用混合的方式。

5 結(jié)論與展望

未來能源互聯(lián)網(wǎng)最重要的特征之一是分布式能源的大量使用以及“互聯(lián)網(wǎng)+智能能源”的聯(lián)合應(yīng)用。而區(qū)塊鏈技術(shù)在該領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大的應(yīng)用潛力，除了可以進(jìn)行能源供應(yīng)交易外，區(qū)塊鏈技術(shù)還可以解決電力交易中存在的可再生能源并網(wǎng)結(jié)算復(fù)雜、電力交易參與方過多、計(jì)量認(rèn)證等諸多難題。隨著物聯(lián)技術(shù)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的深入發(fā)展，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的不同場(chǎng)景應(yīng)用必將在能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域逐步落地。