Tóm tắt
Là một hệ thống phi tập trung, Blockchain (chuỗi khối) trở thành một giải pháp công nghệ phù hợp trong nhiều trường hợp. Lĩnh vực năng lượng thông minh có tiềm năng hưởng lợi từ việc sử dụng Blockchain bằng cách cải thiện quản lý dữ liệu và giao dịch, thông qua các ứng dụng như giao dịch năng lượng ngang hàng (peer-to-peer), nâng cấp lưới điện và hỗ trợ xe điện. Nhiều nhà nghiên cứu đã đề xuất các mô hình và nguyên mẫu ứng dụng dựa trên Blockchain, được kỳ vọng sẽ nâng cao hiệu suất của các hệ thống năng lượng thông minh.
Trong bài viết này, một đánh giá định tính sẽ được thực hiện để xem xét một số đề xuất ứng dụng và xác định tác động của công nghệ Blockchain trong năng lượng thông minh. Kết quả cho thấy cả các yếu tố tích cực và tiêu cực. Các yếu tố có lợi bao gồm tăng cường bảo mật, cải thiện quyền riêng tư dữ liệu, tính minh bạch và bất biến của dữ liệu, loại bỏ sự kiểm soát và phụ thuộc vào bên thứ ba, giải pháp phổ quát và khả năng truy cập dữ liệu cao hơn.
Các thách thức bao gồm khả năng mở rộng và tốc độ hạn chế, yêu cầu hỗ trợ ngoài chuỗi (off-chain), chi phí thiết lập và bảo trì cao, cũng như cần thêm các thử nghiệm thực tế. Một phát hiện thú vị là tác động của công nghệ Blockchain đối với chi phí giao dịch - liệu có thể làm tăng hay giảm chi phí này - vẫn chưa được xác định rõ ràng.
Cuối cùng, bài viết đề xuất rằng các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào tính khả thi về mặt kinh tế và chi phí giao dịch, đồng thời xác định các trường hợp sử dụng và thiết kế ứng dụng năng lượng thông minh nào phù hợp nhất với công nghệ Blockchain.
Giới thiệu
Công nghệ Blockchain đã được nhiều ngành công nghiệp chú ý đến do tiềm năng của nó. Có thể đưa ra giả thuyết rằng ngành năng lượng, đặc biệt là năng lượng thông minh, cũng có thể tận dụng các hệ thống dựa trên Blockchain để tự điều chỉnh và quản lý thông tin hợp đồng cũng như các giao dịch.
Mục tiêu của bài viết này là xét đến tác động của công nghệ Blockchain trong các hệ thống năng lượng thông minh từ cả góc độ tích cực và tiêu cực. Để đạt được điều này, các đề xuất hiện có về hệ thống năng lượng thông minh dựa trên blockchain sẽ được phân tích nhằm xác định cả lợi ích và những rủi ro, thách thức tiềm ẩn trong các phương pháp tiếp cận này.
Blockchain là gì?
Công nghệ Blockchain là một cơ chế cơ sở dữ liệu tiên tiến cho phép chia sẻ thông tin một cách minh bạch trong một mạng lưới doanh nghiệp. Cơ sở dữ liệu blockchain lưu trữ dữ liệu trong các khối (blocks), được liên kết với nhau tạo thành một chuỗi. Dữ liệu được sắp xếp theo thứ tự thời gian và không thể bị xóa hoặc sửa đổi mà không có sự đồng thuận từ mạng lưới.
Do đó, công nghệ blockchain có thể được sử dụng để tạo ra một sổ cái bất biến (immutable ledger) nhằm theo dõi các đơn hàng, thanh toán, tài khoản và các giao dịch khác. Hệ thống này được tích hợp các cơ chế ngăn chặn các giao dịch trái phép, đồng thời đảm bảo tính nhất quán trong việc chia sẻ dữ liệu giữa các bên liên quan.
Năng lượng thông minh là gì?
Khái niệm “thông minh” đã thu hút sự quan tâm từ cả chính phủ và ngành công nghiệp trong những năm gần đây. Khái niệm này “bao hàm các lý tưởng về hiệu quả, bảo mật và kiểm soát tiện ích trong một môi trường được hỗ trợ và điều phối bởi công nghệ.” “Thông minh” đã được áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm cả ngành năng lượng thông minh.
Một trong những thành phần quan trọng nhất của hệ thống năng lượng là lưới điện. Việc ứng dụng các công nghệ thông tin và truyền thông tiên tiến vào nhiều phân đoạn của lưới điện đã tạo ra lưới điện thông minh. Theo Ủy ban Châu Âu định nghĩa lưới điện thông minh là “một mạng lưới điện có khả năng tích hợp một cách thông minh các hành động của tất cả người dùng được kết nối với nó - bao gồm các nhà máy phát điện, người tiêu dùng và các đối tượng vừa tiêu thụ vừa phát điện - nhằm cung cấp điện một cách bền vững, kinh tế và an toàn”.
So với các lưới điện truyền thống chủ yếu phục vụ nhiên liệu hóa thạch, lưới điện thông minh quan tâm nhiều hơn đến các nguồn năng lượng tái tạo như điện gió và điện mặt trời, góp phần thúc đẩy các nỗ lực bảo vệ môi trường.
Các lợi ích
Tăng cường bảo mật cho lưới điện thông minh, cải thiện quyền riêng tư dữ liệu, minh bạch và bất biến của dữ liệu và hoạt động, loại bỏ sự kiểm soát và phụ thuộc vào bên thứ ba, giảm chi phí, giải pháp phổ quát và khả năng truy cập dữ liệu cao hơn.
Tăng cường bảo mật cho lưới điện thông minh: Bản chất phi tập trung của công nghệ blockchain có thể tăng cường đáng kể mức độ bảo mật cho hệ thống lưới điện thông minh, vì toàn bộ mạng lưới sẽ giám sát các giao dịch.
Cải thiện quyền riêng tư dữ liệu: Trong hầu hết các trường hợp của lưới điện thông minh, blockchain công khai được sử dụng, trong đó danh tính của từng đơn vị trong mạng lưới vẫn được ẩn danh đối với các đơn vị khác. Blockchain chỉ lưu trữ thông tin về các giao dịch, do đó quyền riêng tư dữ liệu và danh tính người dùng có thể được bảo vệ.
Minh bạch và bất biến của dữ liệu và hoạt động: Việc tất cả các giao dịch trong blockchain được truyền đến tất cả các nút trong mạng đảm bảo tính minh bạch của các giao dịch và hoạt động. Vì lý do này, gần như không thể che giấu bất kỳ hoạt động cá nhân nào khỏi mạng lưới.
Loại bỏ sự kiểm soát và phụ thuộc vào bên thứ ba: Một trong những đặc điểm quan trọng nhất của blockchain là tính phi tập trung. Việc loại bỏ sự kiểm soát của bên thứ ba đối với các giao dịch giúp loại bỏ rủi ro từ sự cố của bên thứ ba, qua đó nâng cao độ tin cậy và ổn định của hệ thống.
Giảm chi phí: Công nghệ blockchain có thể giúp giảm chi phí giao dịch, ví dụ như giảm phí giao dịch và giảm số lượng giao dịch thất bại.
Giải pháp phổ quát: Một số nhà nghiên cứu tin rằng hệ thống lưới điện thông minh dựa trên blockchain có thể trở thành một giải pháp phổ quát để giải quyết nhiều vấn đề khác nhau trong lĩnh vực năng lượng thông minh.
Khả năng truy cập dữ liệu cao hơn: Cấu trúc của blockchain quy định rằng, một khi một khối được thêm vào chuỗi, nó không thể bị chỉnh sửa hoặc xóa. Dữ liệu luôn có thể được truy cập sau khi được ghi vào chuỗi.
Các yếu tố rủi ro và thách thức
Những rủi ro và thách thức được đề cập trong bài viết đối với các ứng dụng năng lượng thông minh dựa trên blockchain bao gồm khả năng mở rộng và tốc độ hạn chế, yêu cầu hỗ trợ ngoài chuỗi, chi phí thiết lập và bảo trì cao, chi phí giao dịch cao, và cần thêm các thử nghiệm thực tiễn.
Khả năng mở rộng và tốc độ hạn chế: Hạn chế về khả năng mở rộng và tốc độ là một vấn đề và thách thức được công nhận rộng rãi đối với công nghệ blockchain hiện tại nói chung. Ví dụ, Bitcoin chỉ có thể xử lý khoảng bảy giao dịch mỗi giây do khối lượng công việc cần thiết cho cơ chế bằng chứng công việc (PoW). Trong khi đó, hệ thống giao dịch của Visa có thể hỗ trợ trung bình 2000 giao dịch mỗi giây.
Yêu cầu hỗ trợ ngoài chuỗi: Một hệ thống năng lượng thông minh không thể hoạt động nếu không có cơ sở hạ tầng vật lý phù hợp. Mặc dù blockchain có thể giúp cải thiện chất lượng ghi chép kỹ thuật số, nhưng nó không thể cải thiện dữ liệu đầu vào ban đầu. Điều này đặt ra yêu cầu về một hệ thống ngoài chuỗi được thiết kế và vận hành tốt để đảm bảo rằng dữ liệu đầu vào ban đầu của hệ thống là chính xác và đáng tin cậy.
Chi phí thiết lập và bảo trì cao: Một nhược điểm khác của blockchain được đề cập là chi phí thiết lập ban đầu và bảo trì tương đối cao. Do blockchain là một hệ thống phi tập trung và có sự khác biệt so với hầu hết các hệ thống truyền thống, nên chi phí triển khai có thể trở thành một vấn đề trong nhiều trường hợp.
Cần thử nghiệm thực tiễn thêm: Việc thiếu các thử nghiệm thực tiễn trong quá khứ là một thách thức mà nhiều nhà nghiên cứu đã gặp phải. Mặc dù nhiều hệ thống đề xuất hoạt động tốt trong các thử nghiệm trên băng ghế kiểm tra và mô phỏng, nhưng việc thử nghiệm quy mô lớn trong bối cảnh thực tế sẽ cung cấp kết quả đáng tin cậy hơn và có thể phát hiện thêm các vấn đề khác.
Kết luận
Bài viết này đã cung cấp một phân tích và thảo luận bắt đầu với phần giới thiệu về các khái niệm cơ bản và kiến thức nền tảng liên quan đến công nghệ blockchain và năng lượng thông minh. Ngoài ra, bài viết này đã phân tích cả tác động tích cực và tiêu cực của công nghệ blockchain trong năng lượng thông minh. Các loại thiết kế của các ứng dụng cũng được xác định cùng với những ảnh hưởng tích cực và tiêu cực của blockchain.
Tóm lại, việc ứng dụng blockchain trong năng lượng thông minh là một chủ đề phức tạp và vẫn còn nhiều thách thức. Một hướng nghiên cứu khác trong tương lai là so sánh hiệu suất của các hệ thống năng lượng thông minh dựa trên blockchain hiện có với các lý thuyết và các đề xuất trong tài liệu tham khảo. Điều này có thể giúp tạo ra mối liên kết chặt chẽ hơn giữa ngành công nghiệp năng lượng thông minh và lĩnh vực nghiên cứu.
Tài liệu tham khảo
[1] Aitzhan, N., & Svetinovic, D. (2018). Security and privacy in decentralized energy trading through multi-signatures, blockchain and anonymous messaging streams. IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing, 15(5), 840-852. https://doi.org/10.1109/tdsc.2016.2616861.
[2] Bergquist, J., Laszka, A., Sturm, M., & Dubey, A. (2017). On the design of communication and transaction anonymity in blockchain-based transactive microgrids. Proceedings of the 1St Workshop on Scalable and Resilient Infrastructures for Distributed Ledgers - SERIAL '17. https://doi.org/10.1145/3152824.3152827.
[3] Cheng, S., Zeng, B., & Huang, Y. (2017). Research on application model of blockchain technology in distributed electricity market. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 93, 012065. https://doi.org/10.1088/1755-1315/93/1/012065.
[4] Dong, Z., Luo, F., & Liang, G. (2018). Blockchain: A secure, decentralized, trusted cyber infrastructure solution for future energy systems. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 6(5), 958-967. https://doi.org/10.1007/s40565-018- 0418-0.
[5] Gao, J., Asamoah, K., Sifah, E., Smahi, A., Xia, Q., & Xia, H. et al. (2018). GridMonitoring: Secured Sovereign Blockchain Based Monitoring on Smart Grid. IEEE Access, 6, 9917-9925. https://doi.org/10.1109/access.2018.2806303.
Minh Tiến