[論文レビュー] A Review of Blockchain-based Smart Grid: Applications,Opportunities, and Future Directions

H. Sami Ullah, S. Aslam|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 29被引用数 5

ひとこと要約

本論文はスマートグリッドにおけるブロックチェーン応用をレビューし、分散型台帳技術を用いた分散型エネルギー取引を提案することで、信頼性、効率性、スケーラビリティの向上を図る。ブロックチェーンアーキテクチャの分析を通じ、ピアツーピアエネルギー取引およびグリッドレジリエンス分野における主な機会を特定し、相互運用性、セキュリティ、標準化分野における今後の研究方向性を提示する。次世代エネルギーシステムの包括的フレームワークを提供する。

ABSTRACT

The Smart Grid (SG) concept presented an unprecedented opportunity to move the energy sector to more availability, reliability, and efficiency to improve our economic and environmental conditions. Renewable energy sources (Solar & Wind) are such technologies that are used in the smart grid to figure out the environmental and economic issues and challenges. Smart grids provide energy in different crowded sectors with the efficient and timely transmission of electricity. But the traditional power grids follow a centralized approach for energy transactions with a large number of growing connections and become more challenging to handle power disturbance in the grid. Blockchain as a decentralized and distributed technology provides promising applications in the smart grid infrastructure with its excellent and salient features. In this paper, we provide a concise review of blockchain architecture, concepts, and applications in smart grids. Different potential opportunities for blockchain technology with smart grids are also discussed. Some future directions concluded the paper.

研究の動機と目的

• 中央集権的なエネルギー管理システムの制限を解消するため、ブロックチェーン技術をスマートグリッドインfra構造に統合する方法を検討すること。
• ピアツーピアエネルギー取引やリアルタイム取引決済を含む、スマートグリッドにおけるブロックチェーンの主な応用を特定すること。
• 透明性、改ざん不能性、中間業者への依存の低減といった、ブロックチェーンが提供する技術的・運用的機会を分析すること。
• スケーラビリティ、エネルギー消費、規制上の障壁といった、ブロックチェーンベースのスマートグリッド展開を阻害する課題を強調すること。
• 相互運用性、標準化、ハイブリッドブロックチェーンアーキテクチャを含む、今後の研究方向性を提案すること。

提案手法

• 2010年から2020年までのブロックチェーンとスマートグリッド統合に関する既存文献を系統的レビューし、技術的アーキテクチャとユースケースに重点を置く。
• ブロックチェーンの種別（パブリック、プライベート、コンsortium）を分類し、異なるスマートグリッド応用に適したものを特定する。
• 合意形成メカニズム（例：PoW、PoS）、スマートコントラクト、暗号ハッシュ化といった、安全な取引に不可欠なブロックチェーンのコアコンponentsを分析する。
• ブロックチェーンを活用したエネルギー取引およびグリッド監視を実証する実世界のパイロットプロジェクトとシミュレーション研究を評価する。
• 改ざん不能性、分散型、透明性といったブロックチェーンの特徴を、信頼性、障害耐性、監査可能性といったスマートグリッド要件にマッピングする。
• 既存の変電所および配電自動化システムとブロックチェーンを統合するためのアーキテクチャパターンを同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブロックチェーン技術は、分散型スマートグリッドにおけるエネルギー取引の効率性と信頼性をどのように向上させ得るか？
• RQ2 スケーラビリティとセキュリティの観点から、スマートグリッド応用に最も適したブロックチェーンアーキテクチャは何か？
• RQ3 ブロックチェーンは、プロシューマー間でのピアツーピアエネルギー取引をどのように可能にし、中央集権的電力会社への依存を低減するか？
• RQ4 技術的および規制上の障壁は、スマートグリッドにおけるブロックチェーンの大規模展開をどのように阻害するか？
• RQ5 ブロックチェーンベースのスマートグリッドシステムを前進させるために、今後どのような研究方向性が不可欠か？

主な発見

• ブロックチェーンは、中央の仲介業者への依存を低減させつつ、分散型スマートグリッドにおける安全で透明かつ自動化されたエネルギー取引を可能にする。
• Proof of Stake (PoS) や実用的Byzantine Fault Tolerance (PBFT) といった合意形成メカニズムは、エネルギー消費が少なく、スケーラビリティに優れるため、グリッド応用においてProof of Work よりも優れている。
• スマートコントラクトは、リアルタイムデータに基づいた自動決済を可能にし、取引速度の向上と運用コストの削減を実現する。
• プライベートおよびコンsortiumブロックチェーンは、パブリックブロックチェーンに比べ、パフォーマンス、プライバシー、規制適合性の面でスマートグリッドに適している。
• 異なるブロックチェーンプラットフォームとレガシーグリッドシステムとの相互運用性は、標準化されたプロトコルが求められる主要な技術的課題のままである。
• 今後の研究は、ハイブリッドアーキテクチャ、エネルギー効率の良い合意形成、規制フレームワークに注力する必要がある。これにより、スケーラブルかつ安全な展開が可能になる。