Công nghệ blockchain - Lợi ích và thách thức khi phi tập trung hóa lưới điện

Các thách thức này bao gồm xây dựng cơ sở hạ tầng giao dịch năng lượng, năng lực và an ninh vận hành và các quy trình ra quyết định phi tập trung.

Phi tập trung hóa, khử cacbon và số hóa là ba động lực chính trong quá trình chuyển đổi mô hình sang nền kinh tế năng lượng mới. Đặc biệt, phi tập trung hóa là kết quả của sự tăng trưởng theo cấp số nhân đang diễn ra của các thiết bị thông minh của khách hàng đang được tích hợp vào lưới điện, cũng như tăng cường chú trọng vào theo dõi và điều khiển bên lề lưới điện. Theo báo cáo của Viện Đổi mới Điện, tính tới năm 2019, hơn 98 triệu công tơ thông minh đã được triển khai ở Mỹ và ​​tổng cộng đã có 107 triệu công tơ thông minh được lắp đặt vào cuối năm 2020. Trong một dự báo khác, Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) dự báo số xe điện triển khai trên toàn cầu sẽ là 40 đến 70 triệu chiếc vào năm 2025 và 120 đến 160 triệu chiếc vào năm 2030.

Những xu hướng này cho thấy rõ sự cấp thiết của việc đầu tư vào phi tập trung hóa lưới điện để đảm bảo năng lực vận hành có thể mở rộng. Công nghệ blockchain đã cho thấy nhiều hứa hẹn trong việc tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phi tập trung hóa trong lưới điện. Tuy nhiên, có ít nhất ba thách thức chính mà các công ty điện lực phải vượt qua để blockchain có thể đóng một vai trò không thể thiếu trong mạng lưới phi tập trung trong tương lai.

Những thách thức này là:

a) Xây dựng cơ sở hạ tầng giao dịch năng lượng

b) Năng lực và an ninh vận hành

c) Các quy trình ra quyết định phi tập trung

Cơ sở hạ tầng giao dịch năng lượng

Các công ty điện lực có thể khai thác lợi thế của blockchain để xây dựng cơ sở hạ tầng giao dịch năng lượng cần thiết cho việc phi tập trung hóa lưới điện. Blockchain có thể tạo điều kiện thuận lợi cho cơ sở hạ tầng giao dịch để buôn bán năng lượng giữa những người ngang hàng (P2P) trên lưới điện. Trong kiến ​​trúc hệ thống mới này, không cần có đơn vị trung gian nào để hỗ trợ an ninh hoặc vào sổ các giao dịch (trong khi trong các lưới điện tập trung thông thường, các nhiệm vụ này được thực hiện bởi nhà điều hành hệ thống). Thông qua sổ cái kỹ thuật số phân tán mà blockchain cung cấp, một dải rộng các dữ liệu - từ các giao dịch tài chính đến các tín hiệu hệ thống điện - được lưu trữ thành một gói gọi là khối (block). Các khối này được nhận dạng bằng một đặc tính mật mã được gọi là hàm băm và được kết nối theo thứ tự thời gian. Bên cạnh hàm băm hiện tại, hàm băm của khối trước đó cũng được bao gồm trong khối này.

Điều này liên kết các khối với nhau và tạo ra một chuỗi (chain) - do đó có từ chuỗi khối (blockchain). Nói chung, mỗi khối trong một blockchain chứa một tiêu đề khối và một danh mục tất cả các giao dịch. Tiêu đề khối chủ yếu bao gồm gốc Merkle của tất cả các giao dịch bên trong khối, hàm băm của khối trước đó, dấu thời gian và nonce (một phần dữ liệu tùy ý được sử dụng cho sự đồng thuận). Để ngăn chặn việc đưa dữ liệu giả mạo vào chuỗi, cần có một quy trình cụ thể được gọi là cơ chế đồng thuận. Cơ chế đồng thuận đảm bảo tất cả các nút trong chuỗi về tính đúng đắn của khối mới nhất được thêm vào chuỗi.

Việc triển khai quy mô lớn các blockchain để tạo điều kiện cho cơ sở hạ tầng giao dịch năng lượng đòi hỏi đầu tư cơ sở hạ tầng đáng kể và cần áp dụng các khuôn khổ quy định mới. Khoản đầu tư này bao gồm chi phí triển khai nền tảng blockchain và chi phí nâng cấp cần thiết cho công tơ thông minh, giao thức truyền thông, thiết bị lưu trữ dữ liệu và các thành phần lưới điện khác.

Các công ty điện lực cần coi quá trình phi tập trung hóa như một dự án vốn mà trong đó quyết định đầu tư phải được biện minh thông qua dòng tiền mặt dự kiến ​​trong tương lai và lợi tức đầu tư trong suốt vòng đời của dự án.

Một kiến ​​trúc hệ thống cho các lưới điện phi tập trung.

Khả năng vận hành

Mặc dù blockchain có thể cung cấp một kiến ​​trúc hệ thống an toàn và phân tán, nhưng các hạn chế về công nghệ ngăn cản việc mở rộng nhanh chóng quy mô triển khai. Đáng chú ý nhất là có những hạn chế về số lượng giao dịch, độ trễ và dung lượng lưu trữ gây trở ngại nghiêm trọng cho việc triển khai quy mô lớn công nghệ này cho mục đích phi tập trung hóa. Tuy nhiên, công việc nghiên cứu và phát triển (R&D) đầy hứa hẹn đang được tiến hành để giải quyết vấn đề này bằng cách tăng kích thước khối, phân nhỏ (sharding), phân nhánh (forking) và phát triển các kiến ​​trúc blockchain mới.

Ngoài ra, cần có các cơ chế đồng thuận hiệu quả hơn vì các lựa chọn hiện tại phải chịu mức tiêu thụ năng lượng cao và nguy cơ hình thành độc quyền trên blockchain. Các cơ chế đồng thuận khác, chẳng hạn như PoS, đã được đưa vào áp dụng để khắc phục vấn đề này. Tuy nhiên, các cơ chế này đi kèm với sự đánh đổi khiến blockchain có nguy cơ bị độc quyền bởi các "tác nhân xấu" và do đó làm giảm các mục tiêu phi tập trung hóa lưới điện.

Do đó, việc thiết kế các cơ chế đồng thuận tiết kiệm năng lượng hơn, mức độ phi tập trung hóa cao hơn, khả năng mở rộng quy mô và an toàn hơn là một điều kiện tiên quyết khác để vận hành một lưới điện quy mô lớn, phi tập trung hóa hoàn toàn. Cuối cùng, trạng thái hiện tại của khả năng tương tác blockchain, được định nghĩa là khả năng trao đổi thông tin của các nền tảng blockchain khác nhau, đặt ra một thách thức bổ sung đối với việc vận hành hiệu quả của các lưới điện phi tập trung này. Theo dự kiến, các ứng dụng blockchain khác nhau cần tương tác với các blockchain năng lượng sẽ được phát triển trong tương lai. Để giải quyết vấn đề này, cần phát triển khả năng tương tác chéo lớn hơn để tạo điều kiện thuận lợi cho các yêu cầu về tương tác trong tương lai giữa các nền tảng blockchain khác nhau.

Do đó, các công ty điện lực cần cân nhắc các hạn chế kỹ thuật hiện có của công nghệ blockchain trong việc xem xét các yêu cầu chức năng của chiến lược phi tập trung hóa lưới điện của họ.    

Quy trình ra quyết định phi tập trung

Trong một lưới điện phi tập trung được kích hoạt bởi blockchain, quá trình ra quyết định được phân tán trên toàn mạng lưới giữa những người tham gia mạng lưới (hoặc các tác nhân quyết định trong ngữ cảnh này). Mỗi thành viên tham gia mạng lưới có một cấp quyền hạn nhất định trong một khuôn khổ phân tán tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ra quyết định hợp tác thay thế cho việc ra quyết định tập trung trong các hệ thống thông thường. Các mô hình quyết định lý thuyết trò chơi và các mô hình quyết định hợp tác trong điều kiện không chắc chắn, chẳng hạn như các quy trình ra quyết định Markov có thể quan sát được một phần phi tập trung (Dec-POMDPs), thay thế các mô hình lý thuyết quyết định chủ yếu tập trung vào các quyết định đơn phương tức là các quyết định của một người chơi.

Mặc dù có sự phân tán giữa các quyết định của những người tham gia mạng lưới, nhưng vẫn cần một thực thể duy nhất giám sát các cấu hình hoạt động khác nhau như điều độ và phân phối điện, cũng như điều khiển tần số và điện áp. Điều này có thể đặt ra một thách thức đối với việc quản trị một hệ thống phi tập trung, nơi các quy trình ra quyết định, ở một mức độ lớn, bị phân tán trên mạng lưới. Đồng thời, vẫn tồn tại các chức năng vận hành lưới điện về bản chất mang tính chất tập trung.

Ngay cả khi các khía cạnh trung tâm của các hoạt động này được tự động hóa thông qua các tác nhân phần mềm tự quản, vẫn cần có một thực thể duy nhất để duy trì sự ổn định của hệ thống và cung cấp các dịch vụ bảo trì và hỗ trợ cần thiết cho mạng lưới. Điều đó sẽ đòi hỏi một cơ cấu quản trị hiệu quả để đảm bảo mức độ dịch vụ và vận hành ổn định lưới điện yêu cầu.

Các công ty điện lực cần đặc biệt chú ý đến việc thiết kế cấu trúc và chính sách quản trị hệ thống trước khi chuyển dịch sang một lưới điện phi tập trung toàn diện trong tương lai.

Blockchain là một công nghệ mở đường cho các công ty điện lực khi họ lập kế hoạch và xây dựng mạng lưới của tương lai và chuyển đổi sang nền kinh tế năng lượng mới. Blockchain có thể hỗ trợ cụ thể các nỗ lực phân quyền lưới điện bằng cách cung cấp một kiến ​​trúc hệ thống phân tán và an toàn. Tuy nhiên, các công ty điện lực cần phải giải quyết nhiều trở ngại lớn, đáng chú ý nhất là cơ sở hạ tầng giao dịch năng lượng, khả năng vận hành và quy trình ra quyết định phi tập trung. Các công ty điện lực đóng một vai trò quan trọng trong việc đưa ra các quyết định đúng đắn để giải quyết những thách thức này trước khi triển khai đầy đủ các hệ thống năng lượng dựa trên blockchain. 

Biên dịch: Bùi Thị Thu Hường

Theo “T&D world’’, số tháng 10/2021