数字新基建助推能源互联网“一体两翼”区块链中台应用建设思考

当前“新基建”已从社会范围的讨论走向社会共识和国家战略,并写入了 2020 年《政府工作报告》:加强新型基础设施建设,发展新一代信息网络,拓展 5G 应用,建设数据中心,增加充电桩、换电站等设施,推广新能源汽车,激发新消费需求、助力产业升级。

新基建的实施必将加速能源等行业的变革。电力系统是保证国民经济运行、国家能源安全的核心基础设施,而实现能源的清洁化与可再生化已成为全球共识。2016 年国家发改委、国家能源局印发《能源生产和消费革命战略(2016-2030)》推进能源生产和消费革命,预计 2025 年我国资源富集地区新能源装机占比将超过 50%,新能源发电占比将超过 30%、2050 年预计达 50%。然而,我国的新能源发电呈现出局部高密度并网的发展态势,高渗透率新能源改变了输配电网的潮流和电压分布,并开始出现功率倒送、电压过高等现象,新能源的迅速发展给电力系统安全稳定运行带来了重大挑战。在新基建的建设过程中,5G、人工智能、互联网等先进的技术,将在更广阔的领域、更深程度上与能源产业融合,成为发展我国清洁能源产业、保障国家能源安全的关键。

6 月 15 日国家电网发布“数字新基建”十大重点建设任务,并与华为、阿里、腾讯、百度等签署合作协议。“年内将安排投资约 247 亿元,预计拉动社会投资约 1000 亿元”,国家电网董事长、党组书记毛伟明在当日的“数字新基建”重点建设任务发布会暨云签约仪式上提及。这一投资额较国家电网 2019 年信息化建设投资同比增加约 82%。

2020 年 6 月腾讯云与智慧产业事业群总裁汤道生在接受《光明日报》专访时透露,腾讯未来五年将投入 5000 亿,用于新基建的进一步布局。云计算、人工智能、区块链、服务器、大型数据中心、超算中心、物联网操作系统、5G 网络、音视频通讯、网络安全、量子计算等都将是腾讯重点投入领域。其中在数据中心方面,腾讯将陆续在全国新建多个百万级服务器规模的大型数据中心。同时腾讯还将结合产业技术创新需要,重点投入云启产业基地、工业互联网基地、创新中心、产业园区等方面的建设。

能源区块链体系建设

在新基建产业浪潮即将来临之际,智慧能源实验室提议并开始实施智慧能源新基建的“一体两翼三能”研发和产业平台的建设:一体。以能源互联网一体化平台为依托,利用平台优势快速形成研发与产业领军效应;两翼。能学院(能源数字学院)与能数建(能源数字新基建)为两翼,打通学、研、产、用各个环节,使最新的科技成果能够最快地转换为生产力;三能。能维(设备医生)、能效(能源管家)、能链(能源银行)的 3 维“人财物“一体化的能源产品体系架构。能源区块链中台打通企业技术中台 IT 支撑系统与前台业务应用之间的信息断层和管理断层,在保障业务连续性的同时赋予业务快速迭代和创新能力,提升业务与 IT 管理效能。通过轻量级、低入侵、松耦合的立体化监控与管理工具集、能源运维管理、能源运维监控中心、智能应用(容改需业务中台、云运维业务中台、征信链业务中台)等。

能源区块链体系建设方面:增加能源需求侧响应,主动配电网,绿色电力营销,能源区块链中台用电户通过“需求侧容改需的区块链应用”帮用电企业优化电费省钱;电网通过“可靠性中台”让用电设备上链解决配用电安全可靠;园区服务者通过“多站融合”建立区域链让区域服务更便捷高效。通过负荷侧的主动行为,以用户为中心使用清洁能源、可再生能源(绿电)上链更便捷。通过区块链的 SDK 直接上链到能源区块链业务中台架构体系中。

光伏发电企业属于典型的重资产型企业,巨大的资产投入对企业的现金流管理有很大挑战,稍有不慎,就会造成资金链断裂,企业破产。由于光伏资产大部分部署在各个城市为中心的郊区,甚至是远郊地区,而发电过程是即时生产、即时消费,光伏企业在转让、发行 ABS 或融资租赁时,对资产价值的评估往往耗时耗力,且难以量化,光伏资产评估、资产投融资、资产租赁与交易以及资产质量的把控成为光伏资管理的最大难点。分布式光伏资产的投资融资使用区块链平台让资产先数据化,再证券化,从来解决融资问题,特别是解决通过众筹模式走不通的问题。

为帮助光伏发电企业解决“追溯难、认证难、授权难、分拆难、降低技术风险、认证风险、财务移交风险”等问题,微能区块链中台一端连接电站业主,一端连接投资方,身份认证、发电、交易等全程记录在区块链上,数据信息互联互通的能链平台,其核心目的是协助电站资产方完成资产的标准化和司法确权,同时帮助投资者在最短的时间内获得最有价值的优质资产,帮助两端快速、安全的完成交易。进一步,我们对能链体系的布局如下:

将区块链基础能力抽象成为区块链能源中台,打造通用区块链引擎,使得各类能源业务系统能以极低的成本实现各类区块链基础功能。包括但不限于存证验真、数据追溯、多方协作、机密保护等,实现存证验真、数据追溯。

区块链能源中台。将区块链基础能力抽象成为区块链能源中台,打造通用区块链产品,使得各类能源业务系统能以极低的成本实现各类区块链基础功能。包括但不限于存证验真,数据追溯,多方协作,机密保护等。实现存证验真、数据追溯。

能源信息溯源。利用区块链存证验真及数据追溯能力,区块链可以实现溯源,目前在商品溯源领域已经有了广泛的落地应用。同样,区块链在能源的溯源上可让消费者清楚的知道所用每一份能源的来源。更重要的是,对于国家能够更细致的进行新能源生产消纳统计和考核,这是有重要意义的。同时,对于能源信息及能源质量通过物联网设备实时存证,保证能源可靠性。

能源数据交换。在能源产生和流转过程中,涉及到多个组织和角色间的数据交换。传统数据交换需要数据交换中心的介入。而区块链的智能合约可实现去中介化强制执行,并校验数据交换过程中的完整性,保证数据所有方、数据使用方、数据交换执行方三权分立,实现数据交换秒批秒到,数据使用按照预先制定规则执行,从事后监管变为事前限制,让所有方放心、交换方安心、使用方省心。

能源可信交易。区块链的去中心化和分布式特点,让能源生产者、销售部门部门和消费者可以实现“直连”,可以大幅度降低能源的交易成本,提升交易效率。消费者本身也是生产者或是销售者,打破角色边界。未来区块链技术可以和央行数字货币无缝对接,真正实现能源资产的概念。

能源调度及管理。基于区块链的能源调度系统可以充分利用数据的真实可靠且不可修改的历史特性,进行能源需求的预测、能源交易管理和制定调度计划。

新能源交通。区块链可协调电动汽车充电的平台,不需要任何集中的中介。对于充电桩运营商以及用户来说,区块链技术的接入实际上提供了一个信任机制,各方将有机会实现互联互通。应用区块链之后,不仅可以实现共享充电桩,而且可以促进共建充电桩。

分布式协作生产。通过区块链技术可以实现生产环节对对应单元的计量、检测、运维等生产管理。传统能源生产环节多由公司自主进行,大量未经认证的数据形成孤岛,信息价值难以被挖掘。作为强线下的应用场景,能源生产流通过区块链技术和物联网设备的结合,打通数字世界和物理世界的隔阂,依靠物联网设备采集数据,同时结合区块链大幅提升数据的可信度和安全性,为安全生产打下基础;另一方面,通过区块链进行生产环节的采购,可以解决多主体交易信息不对称的问题,对采购环节状态实施把控,实现了公开透明的物资采购全生命周期管理,真正实现智慧供应链体系。

能源区块链业务中台架构及功能

用户权限管理。提供细粒度的平台账户权限管理能力,为了和用户已有的用户管理系统对接、提供 LDAP 支持,可通过企业现有的 LDAP 服务目录导入用户,避免了繁琐的用户输入。

证书密匙管理。平台实施以下保障措施以确保关键资料、证书、配置规范和区块链数据的完整性和安全性:所有访问用户拥有的加密密钥的 API 调用都由云提供商记录,并完全可审核,所有文件系统 AES-256 静态加密。对于传输中的数据,实现 HTTPS/WSS/Kafka-TLS 1.2 可协商加密。对提供的应用程序凭据使用 salt 散列验证来验证对网络的任何入站调用,不保存明文密码。

业务对接 API 网关。为管理员、Dapps 开发者提供支持多租户多环境的统一编网关,用于密钥管理、签名、事件流管理和高容量可靠事务提交的基础设施支持。管理节点围绕平台资源(公链、联盟链、环境、节点、服务等)提供完整的生命周期操作。每个参与组织都可以使用 API 来创建自动化 DevOps pipeline。网关还支持直接的 Kafka 连接,用于从去中心化应用和事件驱动 ESB 技术直接流式传输事务。

智能合约开发 IDE。提供合约开发管理功能,用可视化的界面,让业务人员定义一个业务流程和商业规则,自动编译成链上智能合约,并部署到链上环境。

加密解密套件。集成国密加解密、签名、验签、哈希算法、国密 SSL 通信协议等支持。

链上数据处理。将区块链上的数据可视化并实时展示,获取当前区块链中的信息,包括当前块高、交易总量等,通过智能合约的配置,导出区块链上合约的业务数据,包括 event、构造函数、合约地址、执行函数的信息等。

区块链浏览器。导出区块链上的基础数据,如当前块高、交易总量等,通过智能合约的配置,导出区块链上合约的业务数据,包括 event、构造函数、合约地址、执行函数的信息等。

交易管理。接收交易请求,缓存交易到数据库中,异步上链,提升吞吐量,解决区块链的 tps 瓶颈。同时提供交易审计功能。

综上所述,在国家“新基建”与国家电网“数字新基建”大力建设环境下,结合能源行业的现状与需求,提出“一体两翼”建设内容及能源区块链中台建设内容,为能源行业区块链建设奠定理论基础并指引技术架构及建设路径。