ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДОЛОГІЧНИХ ОСНОВ УПРОВАДЖЕННЯ БЛОКЧЕЙНУ Й СМАРТ-КОНТРАКТІВ В ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ МІКРОМЕРЕЖАХ
DOI:
https://doi.org/10.30837/0135-1710.2026.188.108Ключові слова:
мікромережа, блокчейн, смарт-контракт, P2P-торгівля енергією, алгоритм консенсусу, Solidity, відновлювані джерела енергії, децентралізаціяАнотація
Предметом дослідження є теоретико-методологічні й прикладні аспекти впровадження технології блокчейн і смарт-контрактів у системи управління мікромережами (Microgrids), а також процеси автоматизації обміну енергетичними ресурсами між учасниками розподіленої енергосистеми. Мета роботи – дослідити методологічні основи застосування блокчейну й смарт-контрактів у мікромережах за допомогою аналізу сучасних наукових студій, систематизації підходів до використання алгоритмів консенсусу, класифікації смарт-контрактів за сферами застосування та експериментальної перевірки запропонованих рішень. Для досягнення окресленої мети необхідно було виконати такі завдання: проаналізувати наявні архітектури мікромереж і методи їх управління; здійснити порівняльний аналіз алгоритмів консенсусу (PoW, PoS, PoA, PBFT, RAFT тощо) щодо їх застосовності в приватних і публічних енергетичних мережах; розробити класифікацію смарт-контрактів за сферами застосування; дослідити програмні засоби реалізації децентралізованих застосунків. Методи дослідження. Системний аналіз застосовано для вивчення архітектури мікромереж; порівняльний аналіз – для оцінювання ефективності алгоритмів консенсусу; класифікація – для групування смарт-контрактів. У практичній частині використано методи комп’ютерного моделювання та експериментальної перевірки: розроблення смарт-контракту мовою Solidity, тестування в середовищі Remix IDE й симуляція локальної блокчейн-мережі за допомогою інструментарію Hardhat. Результати дослідження. Систематизовано методологічні основи інтеграції блокчейну в мікромережі. Визначено, що для торгівлі енергією в межах локальних спільнот найбільш ефективними є гібридні або приватні моделі консенсусу. Розроблено та обґрунтовано класифікацію смарт-контрактів, що передбачає чотири рівні: торгівля енергією, моніторинг, розподілене управління й кібербезпека. Практичним результатом стала реалізація смарт-контракту EnergyTrading, який успішно автоматизує реєстрацію пропозицій та купівлю електроенергії, що підтверджено експериментом у локальному середовищі. Упровадження смарт-контрактів дає змогу створити надійну P2P-платформу для торгівлі електроенергією без посередників і водночас підвищити економічну ефективність для домогосподарств. Експериментально підтверджено працездатність механізму автоматизованих розрахунків. Крім цього, виявлено ключові виклики: обмежена масштабованість наявних блокчейн-рішень і необхідність удосконалення кіберзахисту від вразливостей у коді контрактів. Подальший розвиток потребує адаптації законодавчої бази й модернізації апаратної частини енергомереж.
Посилання
Karadag, B., Zaim, A. H., Akbulut, A. (2024), "Blockchain in Finance: A Systematic Literature Review", Journal of Business, Economics and Finance (JBEF), Vol. 13, No. 2, P. 113–130. DOI: https://doi.org/10.17261/Pressacademia.2024.1945
Kasyapa, M. S. B., Vanmathi, C. (2024), "Blockchain integration in healthcare: a comprehensive investigation of use cases, performance issues, and mitigation strategies", Frontiers in Digital Health, Vol. 6, P. 1359858. DOI: https://doi.org/10.3389/fdgth.2024.1359858
Prakash, A. (2024), "Blockchain Technology for Supply Chain Management: Enhancing Transparency and Efficiency", International Journal for Global Academic & Scientific Research (IJGASR), Vol. 3, No. 2, P. 01–11. DOI: https://doi.org/10.55938/ijgasr.v3i2.73
Ayaz, K., Sulemani, M. S., Ahmed, N. (2017), "Efficient Energy Performance within Smart Grid", Smart Grid and Renewable Energy, Vol. 8, No. 3, P. 75–86. DOI: https://doi.org/10.4236/sgre.2017.83005
Gao, S., Wang, Z., Yang, Y., Li, C., Fan, J., Kou, J. (2024), "Economic Cost and Carbon Emission Reduction of Microgrid via Bi-Objective Optimization", Proceedings of the 2024 43rd Chinese Control Conference (CCC), Kunming, China, 28–31 July 2024, IEEE, P. 1–6. DOI: https://doi.org/10.23919/CCC63176.2024.10662760
Dixit, S., Singh, P., Ogale, J., Bansal, P., Sawle, Y. (2023), "Energy Management in Microgrids with Renewable Energy Sources and Demand Response", Computers and Electrical Engineering, Vol. 110, Article 108848. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compeleceng.2023.108848
Wang, Y., Wang, Z., Sheng, H. (2024), "Optimizing wind turbine integration in microgrids through enhanced multi-control of energy storage and micro-resources for enhanced stability", Journal of Cleaner Production, Vol. 444, Article 140965. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.140965
Kodanda Pani, N. K., Ravi, A., Bai, L., Qiu, F., Zhao, S., Zhang, Y. (2023), "Enhancing Microgrid Resilience through Wave Energy Integration", Proceedings of the 2023 North American Power Symposium (NAPS), Asheville, NC, USA, 15–17 October 2023, IEEE. DOI: https://doi.org/10.1109/NAPS58826.2023.10318531
Верховна Рада України (2024), Проект Закону про внесення змін до деяких законів України щодо врегулювання окремих питань використання термінології у сфері впровадження "розумних мереж", URL: https://itd.rada.gov.ua/billInfo/Bills/Card/43837
Umar, A., Kumar, D., Ghose, T. (2022), "Blockchain-based decentralized energy intra-trading with battery storage flexibility in a community microgrid system", Applied Energy, Vol. 322, Article 119544. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.119544
Han, D., Zhang, C., Ping, J., Yan, Z. (2020), "Smart contract architecture for decentralized energy trading and management based on blockchains", Energy, Vol. 199, Article 117417. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117417
Hahn, A., Singh, R., Liu, C.-C., Chen, S. (2017), "Smart contract-based campus demonstration of decentralized transactive energy auctions", 2017 IEEE Power & Energy Society Innovative Smart Grid Technologies Conference (ISGT), Washington, DC, USA. DOI: https://doi.org/10.1109/ISGT.2017.8086092
Aghmadi, A., Hussein, H., Polara, K. H., Mohammed, O. (2023), "A Comprehensive Review of Architecture, Communication, and Cybersecurity in Networked Microgrid Systems", Inventions, Vol. 8, No. 4, Article 84. DOI: https://doi.org/10.3390/inventions8040084
Inamdar, S., Mohanty, R., Chen, P., Majumder, R., Bongiorno, M. (2019), "On Benefits and Challenges of Nested Microgrids", 2019 IEEE PES Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), Macao, China, 01–04 December 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/APPEEC45492.2019.8994363
Alam, M. N., Chakrabarti, S., Ghosh, A. (2019), "Networked Microgrids: State-of-the-Art and Future Perspectives", IEEE Transactions on Industrial Informatics, Vol. 15, No. 3, P. 1238–1250. DOI: https://doi.org/10.1109/TII.2018.2881540
Ayrir, W., Helmi, A. M., Ramadan, H. S. (2024), "Interconnected microgrids optimization via reconfiguration-based modular approach", Applied Energy, Vol. 375, Article 124050. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.124050
Lasseter, R. H. (2011), "Smart Distribution: Coupled Microgrids", Proceedings of the IEEE, Vol. 99, No. 6, P. 1074–1082. DOI: https://doi.org/10.1109/JPROC.2011.2114630
Bullich-Massagué, E., Díaz-González, F., Aragüés-Peñalba, M., Girbau-Llistuella, F., Olivella-Rosell, P., Sumper, A. (2018), "Microgrid clustering architectures", Applied Energy, Vol. 212, P. 340–361. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.12.048
Liu, B. (2021), "Overview of the Basic Principles of Blockchain", 2021 International Conference on Intelligent Computing, Automation and Applications (ICAA), Nanjing, China, 25–27 June 2021. DOI: https://doi.org/10.1109/ICAA53760.2021.00108
Azbeg, K., Ouchetto, O., Jai Andaloussi, S., Fetjah, L. (2021), "An Overview of Blockchain Consensus Algorithms: Comparison, Challenges and Future Directions", Advances on Smart and Soft Computing. Advances in Intelligent Systems and Computing, Vol. 1188, Springer, Singapore. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-15-6048-4_31
Bach, L. M., Mihaljević, B., Zagar, M. (2018), "Comparative Analysis of Blockchain Consensus Algorithms", 2018 41st International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO), Opatija, Croatia, 21–25 May 2018, P. 1545–1550. DOI: https://doi.org/10.23919/MIPRO.2018.8400278
Islam, Md. M., Merlec, M. M., In, H. P. (2022), "A Comparative Analysis of Proof-of-Authority Consensus Algorithms: Aura vs Clique", 2022 IEEE International Conference on Services Computing (SCC), Barcelona, Spain, 10–16 July 2022, P. 327–332. DOI: https://doi.org/10.1109/SCC55611.2022.00054
Zheng, X., Feng, W. (2021), "Research on Practical Byzantine Fault Tolerant Consensus Algorithm Based on Blockchain", Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1802, No. 3, Art. no. 032022. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1802/3/032022
Bowman, M., Das, D., Mandal, A., Montgomery, H. (2021), "On Elapsed Time Consensus Protocols", Progress in Cryptology – INDOCRYPT 2021. Lecture Notes in Computer Science, Vol. 13143, Springer, Cham, 12–15 December 2021, Jaipur, India. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-92518-5_25
Xu, X., Hou, L., Li, Y., Geng, Y. (2021), "Weighted RAFT: An Improved Blockchain Consensus Mechanism for Internet of Things Application", 2021 7th International Conference on Computer and Communications (ICCC), Chengdu, China, 10–13 December 2021. DOI: https://doi.org/10.1109/ICCC54389.2021.9674683
Moniz, H. (2020), "The Istanbul BFT Consensus Algorithm", arXiv preprint, arXiv:2002.03613. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2002.03613
Xu, H., Long, Y., Liu, Z., Liu, Z. H., Gu, D. (2018), "Dynamic Practical Byzantine Fault Tolerance", 2018 IEEE Conference on Communications and Network Security (CNS), Beijing, China, 30 May – 1 June 2018, P. 1–8. DOI: https://doi.org/10.1109/CNS.2018.8433150
Crain, T., Gramoli, V., Larrea, M., Raynal, M. (2018), "DBFT: Efficient Leaderless Byzantine Consensus and its Application to Blockchains", 2018 IEEE 17th International Symposium on Network Computing and Applications (NCA), 1 November 2018, P. 1–8. DOI: https://doi.org/10.1109/NCA.2018.8548057
Liu, S., Wang, X., Hui, L., Wu, W. (2023), "Blockchain-Based Decentralized Federated Learning Method in Edge Computing Environment", Applied Sciences, Vol. 13, No. 3, Article 1677. DOI: https://doi.org/10.3390/app13031677
Kuznetsov, O., Peliukh, O., Poluyanenko, N., Bohucharskyi, S., Kolovanova, I. (2023), "Comparative Analysis of Cryptographic Hash Functions in Blockchain Systems", CPITS-2023-II: Cybersecurity Providing in Information and Telecommunication Systems, CEUR Workshop Proceedings, Vol. 3550, October 26, 2023, Kyiv, Ukraine, P. 81–94. URL: https://ceur-ws.org/Vol-3550/paper7.pdf
Junaidi, N., Abdullah, M. P., Alharbi, B., Shaaban, M. (2023), "Blockchain-based management of demand response in electric energy grids: A systematic review", Energy Reports, Vol. 9, P. 5075. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.04.020
Wang, X., Yang, W., Noor, S., Chen, C., Guo, M., van Dam, K. H. (2019), "Blockchain-based smart contract for energy demand management", Energy Procedia, Vol. 158, P. 2719–2724. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.02.028
Power Ledger. Офіційний сайт. URL: https://www.powerledger.io/ (дата звернення: 01.09.2025).
SunContract. Офіційний сайт. URL: https://suncontract.org/ (дата звернення: 01.09.2025).
GridPlus. Офіційний сайт. URL: https://gridplus.io/ (дата звернення: 01.09.2025).
UA 
EN 
