基于異構(gòu)區(qū)塊鏈的多能系統(tǒng)交易體系及關(guān)鍵技術(shù)
1研究背景
區(qū)塊鏈技術(shù)在多個領(lǐng)域相繼提出了不同的應用及擴展方式，多能源協(xié)作優(yōu)化作為目前熱點研究方向，未來可促進多種能源有機整合，集成互補，其中還包括清潔能源生產(chǎn)和就近消納，減少棄風、棄光、棄水限電等。在單一系統(tǒng)中區(qū)塊鏈的應用能夠很好地保障系統(tǒng)內(nèi)的交易合法性，但是對于未來多能系統(tǒng)中，多領(lǐng)域的參與主體存在多種區(qū)塊鏈交易類型是無法避免的。而且建立統(tǒng)一的主區(qū)塊鏈，即單一主鏈的實際可行度不高，主要存在以下幾點問題：①主鏈功能過于單一，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)容易膨脹；②不同受眾用戶的需求不同；③并發(fā)交易量大，網(wǎng)絡服務器負擔大。不同的實體根據(jù)業(yè)務交易需求所采用的最終結(jié)算代幣系統(tǒng)也有所不同，從而區(qū)塊鏈應用也存在一定程度上的差別。多種能源系統(tǒng)所采用的異構(gòu)區(qū)塊鏈開發(fā)和應用的架構(gòu)、技術(shù)制式均不相同。其次，不同區(qū)塊鏈條之間也很難達成共識性原則，每個獨立的區(qū)塊鏈系統(tǒng)都有單獨授權(quán)的虛擬代幣，非通用的虛擬代幣兌換存在障礙，導致交易結(jié)算效率低下。
2多能系統(tǒng)互聯(lián)交易模式設計
在正常情況下，多能系統(tǒng)需要動態(tài)實時監(jiān)控所有參與實體的狀態(tài)，同時結(jié)合供需間的平衡關(guān)系，判斷是否集成多種類型能源，協(xié)調(diào)配合電網(wǎng)實現(xiàn)削峰填谷、新能源消納、節(jié)能等目標。而智能合約作為輔助性應用，可結(jié)合特定業(yè)務需求，制定成為某種支撐業(yè)務開展的嵌入式腳本。圖1給出了以智能合約為中心化管理的多能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1承載智能合約的多能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖2為多能系統(tǒng)下的基于智能合約業(yè)務實現(xiàn)流程框圖，并在實現(xiàn)流程框圖中以虛線框的方式標注出了智能合約寫入、執(zhí)行后結(jié)果導出結(jié)算的對應部分。其中多能系統(tǒng)主要負責優(yōu)化目標及約束條件設計，并完成計量認證階段的數(shù)據(jù)采集，完成優(yōu)化決策設計及對應最優(yōu)值求解。然后將執(zhí)行指令及對應閾值寫入?yún)^(qū)塊鏈智能合約，在多能系統(tǒng)對參與交易的實體執(zhí)行響應完成后，在交易結(jié)算階段由多能系統(tǒng)上區(qū)塊鏈的智能合約自動結(jié)算。
圖2多能系統(tǒng)下的基于智能合約的業(yè)務實現(xiàn)流程
多能互補交易體系設計過程中，按照自上而下的原則共分為4個層次，分別為能源層、服務映射層、業(yè)務層、交易支撐層，如圖3所示。
圖3異構(gòu)區(qū)塊鏈交易體系
3關(guān)鍵技術(shù)支撐
3.1多能系統(tǒng)側(cè)鏈管理技術(shù)
電網(wǎng)企業(yè)可以利用已經(jīng)構(gòu)建的已建區(qū)塊鏈主鏈進行延伸并逐步擴展多能系統(tǒng)的側(cè)鏈，側(cè)鏈作為一種新型的區(qū)塊鏈，主要用于錨定已有的主鏈，可以有效解決現(xiàn)階段多能系統(tǒng)異構(gòu)區(qū)塊鏈間的資金轉(zhuǎn)移和信息互通問題。通過側(cè)鏈技術(shù)規(guī)避主鏈功能及表現(xiàn)形式單一化的局限性，解決主鏈短時間內(nèi)數(shù)據(jù)易膨脹、同步成本高的問題。
3.2N異構(gòu)區(qū)塊數(shù)據(jù)檢索技術(shù)
參與多能系統(tǒng)調(diào)配的實體可將個人用戶資產(chǎn)認證、可調(diào)配資源容量大小、調(diào)配時間段或者所屬管轄區(qū)等私人信息記錄到對應的索引表。在將其信息數(shù)據(jù)映射到對應的處理進程列表后，生成多能系統(tǒng)對應的信息條目（Entries）。交易條目根據(jù)特別的規(guī)則生成Hash值，Hash值及其所處列表的索引（index）將會記錄到區(qū)塊鏈中對應的特定位置并生成條目區(qū)塊（Entryblocks），這些條目區(qū)塊按照系統(tǒng)分配的ID（ChainID）存儲到目錄區(qū)塊中（Directoryblocks），并錨定到區(qū)塊鏈中對應位置。當多能系統(tǒng)需要對這些數(shù)據(jù)進行檢索時，只需要通過特定規(guī)則有目的地遴選出當初按照特定hash函數(shù)生成的條目對應的目錄區(qū)塊ID，查詢相關(guān)hash值以及對應所處列表等信息，即可反向獲取系統(tǒng)內(nèi)部的條目數(shù)據(jù)。
3.3多能區(qū)塊鏈自治管理技術(shù)
該技術(shù)的主要核心思想是將傳統(tǒng)的多個區(qū)塊鏈一致性與有效性進行剝離分立。這里的一致性是指區(qū)塊中的記賬唯一性，在工作量證明和分布式記錄之后不會再次出現(xiàn)另外一條虛假的區(qū)塊，該區(qū)塊鏈在全網(wǎng)中的記錄是相同且一致的。而有效性則指的是每個區(qū)塊交易的數(shù)值大小是確定且合理的。二者進行獨立分離后，不同能源系統(tǒng)的賬本所處的區(qū)塊鏈分別被視為主鏈，并繼續(xù)保留其原有的一致性，主要記錄其是否發(fā)生過交易。而對應這些主鏈配套的其他區(qū)塊鏈則繼承其有效性，主要記錄其交易發(fā)生的金額或者虛擬幣轉(zhuǎn)移情況。
4實踐難題和技術(shù)瓶頸
4.1風險問題規(guī)避
在構(gòu)建適應多能互補區(qū)塊鏈高連通度的生態(tài)圈時，需要正視跨鏈連接技術(shù)所帶來的數(shù)據(jù)開放安全風險問題。該安全風險問題來自兩方面。其一是單條區(qū)塊鏈的自身安全風險，其二是多個區(qū)塊鏈互聯(lián)后的安全問題。一方面，各個能源服務商所持有的異構(gòu)區(qū)塊鏈之間信息交互的協(xié)議、接口的兼容、計量認證的合理性，參與交易與否并開放其區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)管理權(quán)都能決定交易是否能順利完成。另一方面，異構(gòu)區(qū)塊鏈的開放時限、程度是否滿足快速完成多能系統(tǒng)的交易結(jié)算需求，交易數(shù)據(jù)是采用推送還是自行提取的方式獲取都是目前無法商榷和定論。
4.2參與主體協(xié)作
協(xié)作過程中的多領(lǐng)域參與主體對其中部分權(quán)益需要進行割舍，例如將部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)和交易內(nèi)容開放給其他群體或者電網(wǎng)。過渡的權(quán)益受體可以是電網(wǎng)或者社會公信水準高的第三方機構(gòu)，區(qū)塊鏈關(guān)鍵交易數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)讓、系統(tǒng)對外接口適配許可等均需要利益相關(guān)方協(xié)商。在多能系統(tǒng)不同交易鏈間的互通過程中，最終參與交易的多方主體協(xié)作是跨鏈管理的重點。
4.3操作性能取舍
未來多能系統(tǒng)大規(guī)模推廣應用后，其交易頻率、交易數(shù)量將會十分龐大，單位時間內(nèi)可能會達到成千上萬級的交易量。交易過程服務商與服務商、服務商與用戶之間不同業(yè)務類型對交易的處理需求不同。交易類型種類繁多、系統(tǒng)對接時限要求不一、交易數(shù)據(jù)類型不一致都是開展多能系統(tǒng)區(qū)塊鏈交易時存在的潛在問題。針對多能系統(tǒng)需要考慮如何根據(jù)不同類型參與主體之間的需求，確定最終所搭建的區(qū)塊鏈和配套區(qū)塊鏈的框架。在保障多能系統(tǒng)效率的前提下，還應當考慮主區(qū)塊鏈和配套區(qū)塊鏈之間的同步交易速率、數(shù)據(jù)讀寫、交易透明傳遞等問題。
4.4智能合約規(guī)范
智能合約目前并沒有統(tǒng)一的規(guī)范，就其本質(zhì)上而言，智能合約是個由某種代碼或者可編程的腳本組成。其本身不具備任何的自我約束和自檢的能力，只能用于執(zhí)行某個特定的動作?？此破湓谥贫ǔ晒Σl(fā)布錨定到區(qū)塊鏈后，具有不可篡改的特性，但合約本身仍具有潛在的安全性問題，在業(yè)務實現(xiàn)時需要考慮。而且，隨著多能系統(tǒng)業(yè)務的逐步深化，智能合約規(guī)則的設定將更為復雜，需要具備遠端配置和更新維護的能力，支撐未來多能系統(tǒng)的復雜業(yè)務應用。
5展望
通過多能系統(tǒng)跨鏈資源整合，實現(xiàn)不同層級和應用領(lǐng)域的信息交換，提高多能源交易的信息透明度，最終促進多種能源協(xié)調(diào)發(fā)展。通過區(qū)塊鏈可編程的智能合約邏輯設定，可以保障多能系統(tǒng)中復雜交易的實現(xiàn)，并從技術(shù)角度解決未來可能發(fā)生的潛在爭議問題，為未來多能互補領(lǐng)域下的區(qū)塊鏈生態(tài)圈發(fā)展提供支撐。