智慧城市中的智慧能源應(yīng)用 | 前沿技術(shù)

本文作者：Vinod Pangracious是阿聯(lián)酋迪拜美國(guó)大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系主任和副教授

在當(dāng)今世界，對(duì)智能應(yīng)用的需求不斷增長(zhǎng)，以使城市生活既有趣又可持續(xù)。

本文介紹了一種基于區(qū)塊鏈的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)能源交易框架，用于在互聯(lián)社會(huì)中交易分散的清潔能源。智慧能源交易模型旨在在與家庭自動(dòng)化單元交互的同時(shí)自主發(fā)起交易。該應(yīng)用使用分布式可再生能源自主管理清潔能源的產(chǎn)生、消耗和分配。

文中提議的應(yīng)用是一個(gè)自主的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易模型，旨在增加清潔能源的生產(chǎn)、消耗和優(yōu)化，這確實(shí)將減少可再生能源（包括家庭）產(chǎn)生過(guò)多清潔能源的大都市地區(qū)的溫室氣體排放。

區(qū)塊鏈?zhǔn)腔诠蚕矸植际綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。自 2008 年問(wèn)世以來(lái)，區(qū)塊鏈已成為一項(xiàng)重大的創(chuàng)新和顛覆性技術(shù)，徹底改變了我們交互、自動(dòng)化和跟蹤數(shù)字交易和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式。信任是區(qū)塊鏈的基本特征，它使用數(shù)字簽名和密鑰來(lái)授權(quán)和驗(yàn)證交易并積極識(shí)別發(fā)起人。

隨著時(shí)間的推移創(chuàng)建的新塊經(jīng)過(guò)數(shù)字驗(yàn)證并附加到鏈上，確保數(shù)據(jù)完整性并創(chuàng)建可驗(yàn)證的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)路徑，其中共享和透明的塊同時(shí)為所有參與者提供可見(jiàn)性。

圖 1.上圖為智能能源鏈實(shí)施模型，下圖為智慧能源鏈模型（并網(wǎng)）的功能。

開發(fā)并用作為家庭和企業(yè)提供靈活性的底層技術(shù)的混合區(qū)塊鏈技術(shù)將保護(hù)私人數(shù)據(jù)以及僅保護(hù)結(jié)果和決策。這項(xiàng)技術(shù)將使我們能夠進(jìn)行重大改進(jìn)，以保護(hù)各個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，包括個(gè)人、醫(yī)療、銀行、金融、交易和法律數(shù)據(jù)。

此外，分散的自治塊在解決方案優(yōu)化、規(guī)劃、知識(shí)和數(shù)據(jù)管理方面開辟了一個(gè)新的研究和開發(fā)機(jī)會(huì)世界。通常，鏈中節(jié)點(diǎn)通過(guò)將交易數(shù)據(jù)包含在一個(gè)塊中來(lái)促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)共識(shí)。區(qū)塊鏈的一個(gè)重要特點(diǎn)是沒(méi)有中央數(shù)據(jù)塊處理或分發(fā)數(shù)據(jù)，但每個(gè)塊都可以獨(dú)立執(zhí)行算法并將信息發(fā)送到鏈上。數(shù)據(jù)塊集成了與簡(jiǎn)單機(jī)器學(xué)習(xí)算法交互的能力，以處理數(shù)據(jù)并將決策傳播回鏈。

具有學(xué)習(xí)能力的數(shù)據(jù)塊將能夠處理數(shù)據(jù)并就用戶決定的某些事項(xiàng)做出決定。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易框架被設(shè)計(jì)成一個(gè)用戶友好的應(yīng)用，其中人類生活的增強(qiáng)和商業(yè)模式通過(guò)分散的交互和處理鏈上的塊的集合被集成和增強(qiáng)，其中每個(gè)塊都具有嵌入的能力訪問(wèn)數(shù)據(jù)收集和處理設(shè)備的決策過(guò)程，如圖1所示。

智慧能源鏈（Smart Energy-Chain）是對(duì)等交易應(yīng)用的演示，其中綠色能源產(chǎn)生并與能源短缺且已經(jīng)成為交易模型網(wǎng)絡(luò)一部分的潛在客戶進(jìn)行交易。智能能源鏈?zhǔn)且粋€(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)清潔能源交易平臺(tái)，來(lái)自小型分布式能源的可再生能源，如具有太陽(yáng)能或風(fēng)力發(fā)電能力的家庭或辦公樓，在當(dāng)?shù)啬茉瓷a(chǎn)者之間進(jìn)行交易和消費(fèi)者。

引入智能能源鏈的動(dòng)機(jī)是為人類構(gòu)建可持續(xù)的智能生態(tài)系統(tǒng)的愿景?？沙掷m(xù)生活意味著在人類生活的各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)自給自足。我們認(rèn)為能源、教育和財(cái)務(wù)獨(dú)立是可持續(xù)社會(huì)的基本要求。Energy-Chain 項(xiàng)目基于清潔能源自給自足的概念，以在可持續(xù)城市中實(shí)現(xiàn)碳中和，其中具有太陽(yáng)能或風(fēng)能發(fā)電能力的房屋或建筑物將充當(dāng)分布式能源，稱為 Energy-Chain Homes 。

安裝了太陽(yáng)能或風(fēng)能系統(tǒng)的建筑物或家庭將能夠產(chǎn)生、消耗和交易產(chǎn)生的多余能源，用于家庭使用、電動(dòng)汽車充電或其他無(wú)法產(chǎn)生足夠能源的家庭，不管它是否干凈。在系統(tǒng)中驗(yàn)證的每棟房屋或建筑物都被視為智能能源鏈數(shù)字交易塊。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的區(qū)塊將能夠從網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)有關(guān)多余發(fā)電量以及不足的家庭和建筑物所需的電力的信息。

該平臺(tái)不僅接受提供清潔能源的產(chǎn)消者，也接受非清潔能源消費(fèi)者。因此，一個(gè)人不必?fù)碛幸粋€(gè)清潔能源系統(tǒng)就能通過(guò)能源鏈?zhǔn)褂们鍧嵞茉础Ｒ粋€(gè)簡(jiǎn)單的三屋智能能源鏈原型和交易塊演示如圖所示圖 2A。圖 2B說(shuō)明了 Energy-Chain 中塊的內(nèi)容。目前，所有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的區(qū)塊都將擁有產(chǎn)消者的信息，并提供有關(guān)可用于交易的總發(fā)電量、消耗量和剩余電力的信息以及產(chǎn)消者的積極識(shí)別。交易模型平臺(tái)還有一個(gè)圖形用戶界面，用戶可以在其中可視化區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)和能源生產(chǎn)和消費(fèi)信息，如圖 2B 所示。

圖 2.(A) 展示了三屋智能能源鏈原型

圖 2.(B) 說(shuō)明交易的生成內(nèi)容

通過(guò)數(shù)字交易模型進(jìn)行能源交易的事件和交易就像使用任何其他移動(dòng)應(yīng)用程序一樣簡(jiǎn)單。分散式數(shù)據(jù)分析模塊已經(jīng)經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，可以每天自主地執(zhí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)能源交易。此信息將放置在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的公共部分，供其他需要能源競(jìng)標(biāo)代幣以生成能源交易的客戶使用。我們使用并網(wǎng)和離網(wǎng)智能能源鏈在用戶之間分配智能能源。

Smart Energy-Chain 的重點(diǎn)是為任何有清潔能源發(fā)電能力的人使用太陽(yáng)能或風(fēng)能建立一個(gè)小型商業(yè)平臺(tái)。此外，它還有助于提高人們對(duì)可持續(xù)未來(lái)和促進(jìn)使用清潔能源的影響的認(rèn)識(shí)，并為建設(shè)可持續(xù)城市社會(huì)的去碳化做出積極貢獻(xiàn)。智慧能源鏈?zhǔn)菨M足日益增長(zhǎng)的能源需求的可持續(xù)解決方案，也被認(rèn)為是發(fā)展智慧城市的關(guān)鍵改革。這種以能源鏈為主導(dǎo)的交易模式是一種數(shù)字化的解決方案，旨在建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的城市。

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