山西電力交易中心有限公司 史超

1 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)域鏈?zhǔn)且环N用于互聯(lián)網(wǎng)操作平臺(tái)開(kāi)發(fā)的新型技術(shù)，以分布式賬本存儲(chǔ)數(shù)據(jù)為主要應(yīng)用，為用戶提供了便利條件。區(qū)塊鏈技術(shù)存在以下優(yōu)勢(shì)，可以滿足電力交易平臺(tái)建設(shè)需求。

1.1 安全性和可靠性

在已經(jīng)開(kāi)發(fā)的各類電力交易公鏈或聯(lián)盟鏈上均引入了工作量證明機(jī)制，為其配備了加密型算法和哈希值。如果想篡改或生成虛假交易信息，需要耗費(fèi)較大的運(yùn)算能力重新計(jì)算散列。在電力市場(chǎng)化交易范圍逐步擴(kuò)大的形勢(shì)下，區(qū)域鏈的應(yīng)用使得交易信息的可溯源性和安全可靠性得到進(jìn)一步保障。

1.2 去中心化可信的履約環(huán)境

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)共享式賬本，是由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)留下的副本，其應(yīng)用協(xié)議達(dá)成共識(shí)后，運(yùn)算力最強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)獲得記錄交易信息的概率越大，擁有記賬權(quán)的節(jié)點(diǎn)將交易信息同步給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)交易信息的一致性，可以省去第三方機(jī)構(gòu)背書(shū)，提高市場(chǎng)主體溝通效率，降低成本。

1.3 購(gòu)電側(cè)自動(dòng)需求響應(yīng)

摒棄了傳統(tǒng)交易模式，為用戶提供智能化電力交易服務(wù)。在實(shí)際應(yīng)用中引入智能化理念，建立智能合約，將購(gòu)售電信息、結(jié)算規(guī)則等約束寫(xiě)入智能合約，并自動(dòng)觸發(fā)執(zhí)行，滿足電力交易強(qiáng)物理執(zhí)行需求，同步實(shí)現(xiàn)電費(fèi)結(jié)算和支付。

2 基于區(qū)塊鏈的電力交易應(yīng)用設(shè)計(jì)研究分析

2.1 基于電力交易的智能合約設(shè)計(jì)

通過(guò)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建電力市場(chǎng)交易聯(lián)盟鏈，形成電力交易網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)交易智能合約。

發(fā)電企業(yè)、電力用戶和售電公司申報(bào)購(gòu)售電量和電價(jià)，將申報(bào)數(shù)據(jù)等購(gòu)售電信息以代碼形式寫(xiě)入智能合約，并將電網(wǎng)企業(yè)發(fā)布的機(jī)組檢修計(jì)劃等邊界信息和購(gòu)售電費(fèi)結(jié)算公示模型用計(jì)算機(jī)代碼一同編譯為智能合約。當(dāng)合約中交易事項(xiàng)發(fā)生時(shí)，觸發(fā)智能合約自動(dòng)執(zhí)行響應(yīng)，并將電量結(jié)算依據(jù)、電費(fèi)支付信息等存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上，市場(chǎng)主體核對(duì)無(wú)誤后完成支付。利用區(qū)塊鏈自動(dòng)共享的信息方式和不可篡改的特性，簡(jiǎn)化交易結(jié)算數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)環(huán)節(jié)，規(guī)避失誤操作。通過(guò)智能合約將結(jié)算業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)化，實(shí)現(xiàn)交易結(jié)算和清算支付一體化，提高結(jié)算效率。

2.2 區(qū)塊鏈技術(shù)的大用戶直購(gòu)電交易框架設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的電力交易市場(chǎng)，對(duì)中心數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)要求較高，并且需要頻繁地與第三方機(jī)構(gòu)核對(duì)。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中容易受到其他因素干擾，可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)被篡改或者丟失的情況，導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息安全性降低，出現(xiàn)信息不對(duì)稱情況[1]。針對(duì)此問(wèn)題，利用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建直購(gòu)電交易平臺(tái)，提高交易平臺(tái)信任度，采用分布式存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)透明化交易，為用戶提供便利服務(wù)。大用戶直購(gòu)電交易框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

由圖1可知，電力交易平臺(tái)由生產(chǎn)消費(fèi)者、一般消費(fèi)者、生產(chǎn)者、公共維護(hù)等多部分組成，通過(guò)登記發(fā)行、計(jì)費(fèi)介質(zhì)、買賣交易、電費(fèi)收繳、補(bǔ)貼發(fā)放、支付清算等6個(gè)環(huán)節(jié)完成購(gòu)電交易。

圖1 大用戶直購(gòu)電交易框架設(shè)計(jì)

2.2.1 登記發(fā)行

電力登記發(fā)行具有較高的實(shí)時(shí)性，可以將其看作期貨登記發(fā)行。通過(guò)構(gòu)建多元化交易體系，形成數(shù)字資產(chǎn)，與實(shí)際商品相同，采用同樣的方法購(gòu)買電力，建立交易體系，為未來(lái)電力使用提前作好準(zhǔn)備[2]。

2.2.2 計(jì)費(fèi)介質(zhì)

計(jì)費(fèi)介質(zhì)是區(qū)塊鏈購(gòu)電交易平臺(tái)的核心部分，作為建立交易的中間物質(zhì)，屬于虛擬貨幣，根據(jù)交易需求，設(shè)置特定的計(jì)費(fèi)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)價(jià)值的轉(zhuǎn)移，為各行業(yè)各提供購(gòu)電交易服務(wù)。

2.2.3 買賣交易

該平臺(tái)支持線上電力買賣交易，為用戶創(chuàng)造了便利條件。在建立電力交易過(guò)程中，買家和賣家信息都被記錄到此平臺(tái)，便于用戶查詢。如果購(gòu)電過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，可以通過(guò)查找信息咨詢電力交易情況，不會(huì)出現(xiàn)單方面的毀約或不負(fù)責(zé)任情況。

2.2.4 電費(fèi)收繳

采用多元化交易體系收繳電費(fèi)，無(wú)須人工上門(mén)收費(fèi)，根據(jù)用戶所處區(qū)域不同，按照區(qū)域分布情況劃分，形成多個(gè)模塊，采取智能合約方式收繳電費(fèi)，降低了電費(fèi)收繳復(fù)雜度，為用戶創(chuàng)造了便利條件[3]。

2.2.5 補(bǔ)貼發(fā)放

為了鼓勵(lì)用戶在此平臺(tái)上消費(fèi)，政府出資為消費(fèi)者發(fā)放補(bǔ)貼，對(duì)于初次使用者給予折扣或者現(xiàn)金紅包方式補(bǔ)貼，在進(jìn)入平臺(tái)首頁(yè)中領(lǐng)取。針對(duì)老用戶，在每年固定月份為客戶發(fā)放補(bǔ)貼的基礎(chǔ)上，以購(gòu)電贈(zèng)送優(yōu)惠券方式進(jìn)行發(fā)放，在下一次購(gòu)電時(shí)可以使用。

2.2.6 支付清算

為了確保購(gòu)電信息時(shí)效性及單筆結(jié)算數(shù)據(jù)清晰，本平臺(tái)添加了支付清算功能，每當(dāng)用戶結(jié)束一筆交易時(shí)，更新此次購(gòu)電交易，清算后開(kāi)啟下一次支付服務(wù)。

2.3 區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式發(fā)電市場(chǎng)交易體系設(shè)計(jì)

我國(guó)電力供需復(fù)雜多變，其區(qū)域性、時(shí)段性、季節(jié)性特點(diǎn)較為突出，容易受到氣候、電煤供應(yīng)、來(lái)水來(lái)風(fēng)等不確定性因素影響。以山西為例，分布式發(fā)電企業(yè)范圍廣、數(shù)量多，綜合考慮環(huán)境保護(hù)、電網(wǎng)消納能力有限，傳統(tǒng)的大電網(wǎng)集中式結(jié)算的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)計(jì)量采集裝置進(jìn)行電量采集，通過(guò)交易平臺(tái)結(jié)算系統(tǒng)處理電費(fèi)結(jié)算業(yè)務(wù)，存在結(jié)算業(yè)務(wù)流程長(zhǎng)、響應(yīng)不及時(shí)等問(wèn)題，與當(dāng)下分布式發(fā)電迅猛發(fā)展的趨勢(shì)不能匹配。

區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展為新能源的接入與消納提供了新的技術(shù)思路。以分布式電源結(jié)算業(yè)務(wù)為應(yīng)用場(chǎng)景，引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)和智能合約構(gòu)建聯(lián)盟鏈，以交易事件驅(qū)動(dòng)和智能合約自動(dòng)執(zhí)行來(lái)實(shí)現(xiàn)電費(fèi)結(jié)算業(yè)務(wù)高效運(yùn)行。在確保參與市場(chǎng)化交易的主體之間結(jié)算過(guò)程安全、可信的同時(shí)，有效簡(jiǎn)化結(jié)算業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，提高業(yè)務(wù)執(zhí)行效率。分布式發(fā)電具有獨(dú)立分散的特點(diǎn)，而區(qū)塊鏈的去中心化架構(gòu)特性正好與之相契合，特別是在合同簽訂、注冊(cè)信息的存證、交易和結(jié)算過(guò)程等關(guān)鍵業(yè)務(wù)中，可以更好地融合應(yīng)用。

區(qū)塊鏈的分布式發(fā)電市場(chǎng)化交易子系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 區(qū)塊鏈的分布式發(fā)電市場(chǎng)化交易子系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)示意圖

從圖2可以看出，該業(yè)務(wù)架構(gòu)主要包括11 大功能模塊：支撐分布式發(fā)電市場(chǎng)化的交易管理、市場(chǎng)注冊(cè)、合同管理、信息發(fā)布、結(jié)算成分管理及適應(yīng)分布式發(fā)電的電力電量平衡需求、GIS 輔助分析、市場(chǎng)信息統(tǒng)計(jì)需求、服務(wù)窗口管理需求、市場(chǎng)信息公示網(wǎng)站、區(qū)域權(quán)限管理。

市場(chǎng)成員注冊(cè)管理、合同管理、交易管理、結(jié)算管理等4 個(gè)模塊的相關(guān)微服務(wù)將通過(guò)區(qū)塊鏈網(wǎng)關(guān)與區(qū)塊鏈平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。接口層為其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)接口，通過(guò)接口可以調(diào)用4 個(gè)功能模塊的相關(guān)微服務(wù)，使用區(qū)塊鏈網(wǎng)關(guān)，將所有微服務(wù)與區(qū)塊鏈平臺(tái)各項(xiàng)集成的功能集中到網(wǎng)關(guān)中，如圖3所示。該區(qū)塊鏈平臺(tái)具有節(jié)點(diǎn)管理、系統(tǒng)管理、平臺(tái)狀態(tài)等基本功能。

圖3 微服務(wù)與區(qū)塊鏈網(wǎng)關(guān)

2.3.1 節(jié)點(diǎn)管理

通過(guò)CA 認(rèn)證授權(quán)實(shí)現(xiàn)聯(lián)盟鏈節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)入。當(dāng)一個(gè)新節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求加入聯(lián)盟鏈時(shí)，需將自己的公鑰和身份標(biāo)識(shí)信息發(fā)送給證書(shū)簽證機(jī)構(gòu)（CA 機(jī)構(gòu)），CA機(jī)構(gòu)根據(jù)身份信息頒發(fā)證書(shū)，作為加入聯(lián)盟鏈的許可認(rèn)證。同時(shí)設(shè)置加入該聯(lián)盟鏈所需的硬件條件，當(dāng)新節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)加入聯(lián)盟鏈時(shí)，對(duì)該節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)性能、計(jì)算性能等指標(biāo)進(jìn)行審核判斷，符合條件才能加入該聯(lián)盟鏈成為有效節(jié)點(diǎn)。

2.3.2 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理模塊是監(jiān)控運(yùn)維后臺(tái)服務(wù)。監(jiān)控運(yùn)維中的密鑰管理、系統(tǒng)監(jiān)控，通過(guò)Web實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)管理、區(qū)塊鏈日志，通過(guò)腳本實(shí)現(xiàn)。支持智能合約編譯、部署、加載。

2.3.3 平臺(tái)狀態(tài)

系統(tǒng)管理模塊將提供系統(tǒng)狀態(tài)控制的相關(guān)Web服務(wù)，包括系統(tǒng)鳥(niǎo)瞰、區(qū)塊信息、應(yīng)用信息、交易信息、系統(tǒng)監(jiān)控（CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)）等。

3 區(qū)塊鏈效率制約因素和安全風(fēng)險(xiǎn)

目前，區(qū)塊鏈技術(shù)在安全性開(kāi)發(fā)這個(gè)方向還不是很成熟，雖然采用了隱私保護(hù)機(jī)制、加密算法等安全技術(shù)，通過(guò)信息加密處理，提高電力交易安全性。但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，密碼學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相繼出現(xiàn)，對(duì)技術(shù)的非對(duì)稱加密機(jī)制造成了嚴(yán)重影響，引發(fā)了安全風(fēng)險(xiǎn)[4]。需要注意的主要是以下幾點(diǎn)。一是更新維護(hù)智能合約時(shí)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)透明公開(kāi)，對(duì)用戶安全造成嚴(yán)重威脅，容易引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)。二是信息安全性較低，雖然采取了加密技術(shù)，但是分布式節(jié)點(diǎn)容易遭受攻擊，節(jié)點(diǎn)賬本信息泄露的可能性較高，同樣引發(fā)安全性風(fēng)險(xiǎn)的可能性較高。三是由于區(qū)塊鏈不夠成熟，在實(shí)際應(yīng)用中容易受到不同因素影響，降低了區(qū)塊鏈效率。區(qū)塊鏈膨脹問(wèn)題的制約。區(qū)塊鏈的應(yīng)用，對(duì)數(shù)據(jù)備份完整性要求較高，在增加區(qū)塊鏈長(zhǎng)度的過(guò)程中，因數(shù)據(jù)量的增加，成本隨之增加，并且加大了數(shù)據(jù)查詢檢索難度。區(qū)塊鏈每秒能夠處理的交易筆數(shù)有限，因而限制交易運(yùn)行效率，當(dāng)交易量需求較大時(shí)，無(wú)法滿足交易頻率要求。區(qū)塊鏈交易時(shí)間較長(zhǎng)，需要耗費(fèi)大量時(shí)間確認(rèn)交易，阻礙了高頻交易發(fā)展，對(duì)于一些時(shí)間比較敏感的交易應(yīng)用只能選擇其他介質(zhì)。

綜上所述，雖然區(qū)塊鏈具有較好的發(fā)展前景，是電交易不缺少的一部分，但是由于其自身存在較多制約因素，對(duì)其正常使用造成了制約，阻礙了發(fā)展速度。在科學(xué)快速發(fā)展的時(shí)代背景下，一些新的交易技術(shù)相繼而出，很有可能代替區(qū)塊鏈。因此，需要從應(yīng)用制約和安全風(fēng)險(xiǎn)控制兩個(gè)方面繼續(xù)完善，使得區(qū)塊鏈技術(shù)成為電力交易應(yīng)用開(kāi)發(fā)不可代替的核心技術(shù)，以此促進(jìn)區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

以區(qū)塊鏈技術(shù)為核心，通過(guò)分析此項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，初步確定其在電力交易平臺(tái)開(kāi)發(fā)中應(yīng)用較為合理。而后利用區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)智能合約，構(gòu)建大用戶直購(gòu)電交易框架，形成電力交易平臺(tái)體系架構(gòu)。以區(qū)塊鏈效率制約因素和安全風(fēng)險(xiǎn)作為技術(shù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)改進(jìn)研究突破口，提出改進(jìn)思路。