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隨著大規模可(ke)再生(sheng)能源、電(dian)動汽車、儲能裝置及柔性負荷的(de)快速發展(zhan)(zhan)，分布(bu)式能源符合中國電(dian)力市場的(de)發展(zhan)(zhan)需求與方向(xiang)，逐漸(jian)成為主要的(de)發電(dian)能源。

1.研究背景

傳統電力市(shi)場主體之(zhi)間進行(xing)交(jiao)易(yi)(yi)時，多采用集(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)式(shi)(shi)模式(shi)(shi)：發電商與(yu)用戶(hu)將(jiang)數據(ju)上傳至中(zhong)(zhong)(zhong)央處理系統，通(tong)過集(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)撮合或者優化等方法(fa)匹配(pei)發用電雙(shuang)方。但隨著類型多、數量廣的(de)(de)(de)分布(bu)式(shi)(shi)能源的(de)(de)(de)興(xing)起，交(jiao)易(yi)(yi)數量、規模以及(ji)信息數據(ju)隨之(zhi)增加，集(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)決策(ce)的(de)(de)(de)方法(fa)會使得交(jiao)易(yi)(yi)中(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)的(de)(de)(de)運行(xing)成本變高(gao)同時耗時增長。如果交(jiao)易(yi)(yi)中(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)內(nei)部(bu)(bu)暗箱操作或者遭受外部(bu)(bu)黑客攻擊(ji)，交(jiao)易(yi)(yi)的(de)(de)(de)安(an)(an)全性(xing)和(he)參與(yu)主體的(de)(de)(de)隱私(si)無法(fa)得到保(bao)(bao)證。在(zai)此背景下，分布(bu)式(shi)(shi)交(jiao)易(yi)(yi)——具有參與(yu)者眾多、單筆交(jiao)易(yi)(yi)量小(xiao)等特點的(de)(de)(de)交(jiao)易(yi)(yi)模式(shi)(shi)逐漸成為一種交(jiao)易(yi)(yi)趨勢。而(er)分布(bu)式(shi)(shi)交(jiao)易(yi)(yi)決策(ce)過程中(zhong)(zhong)(zhong)缺少中(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)監(jian)管機制，如何對(dui)交(jiao)易(yi)(yi)雙(shuang)方身份進行(xing)核實、校驗信息來確(que)保(bao)(bao)交(jiao)易(yi)(yi)安(an)(an)全是亟待(dai)解決的(de)(de)(de)問題。

作為一種(zhong)去中心化的(de)分(fen)布式(shi)記(ji)賬(zhang)系統，區塊鏈(lian)技(ji)(ji)術憑(ping)借其(qi)分(fen)散化、匿名性(xing)、可(ke)靠性(xing)高等優點在(zai)分(fen)布式(shi)能(neng)源(yuan)交易領(ling)域得到了廣泛的(de)研(yan)究。已有(you)諸多學者(zhe)探索分(fen)析了區塊鏈(lian)技(ji)(ji)術應(ying)用至虛擬(ni)電廠、儲能(neng)、電動(dong)汽車、輔助(zhu)服務、大用戶(hu)直購電等方(fang)面的(de)可(ke)行(xing)性(xing)；設(she)計了基于區塊鏈(lian)技(ji)(ji)術的(de)分(fen)布式(shi)能(neng)源(yuan)交易架構及結算機制；借助(zhu)區塊鏈(lian)對電能(neng)進(jin)行(xing)監管與結算等。

中國(guo)的分(fen)布(bu)式發電市場化方興未艾，因(yin)此全面(mian)總結區(qu)塊鏈(lian)技術在(zai)分(fen)布(bu)式能(neng)源交(jiao)易方面(mian)的應用，對消納分(fen)布(bu)式能(neng)源、推(tui)動(dong)分(fen)布(bu)式交(jiao)易模式的發展、降低(di)交(jiao)易成本、提高需求側管理水平有著(zhu)重要意義。

2.基于區塊鏈的分布式能源交易模式及架構

現(xian)階段基(ji)于(yu)區(qu)塊鏈(lian)的(de)(de)(de)(de)電(dian)力(li)交(jiao)(jiao)易(yi)(yi)模式的(de)(de)(de)(de)理(li)論研究(jiu)與設計，主要可以分(fen)為(wei)兩(liang)類：一是研究(jiu)個體間點對(dui)點交(jiao)(jiao)易(yi)(yi)，另(ling)一種是有(you)中(zhong)(zhong)介優化處(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)集(ji)中(zhong)(zhong)出(chu)清，如圖1所示(shi)。基(ji)于(yu)區(qu)塊鏈(lian)的(de)(de)(de)(de)點對(dui)點交(jiao)(jiao)易(yi)(yi)利(li)用了區(qu)塊鏈(lian)技術去中(zhong)(zhong)心(xin)化和去信任(ren)的(de)(de)(de)(de)特性(xing)：在進行此類交(jiao)(jiao)易(yi)(yi)時，只有(you)發、用電(dian)兩(liang)側。交(jiao)(jiao)易(yi)(yi)前，雙(shuang)(shuang)方約定好合約內(nei)容，無需(xu)第三方參加(jia)。基(ji)于(yu)區(qu)塊鏈(lian)的(de)(de)(de)(de)集(ji)中(zhong)(zhong)出(chu)清需(xu)要借助區(qu)塊鏈(lian)技術公開透明的(de)(de)(de)(de)特性(xing)：對(dui)于(yu)基(ji)于(yu)區(qu)塊鏈(lian)的(de)(de)(de)(de)交(jiao)(jiao)易(yi)(yi)而言，需(xu)要有(you)去中(zhong)(zhong)心(xin)化的(de)(de)(de)(de)交(jiao)(jiao)易(yi)(yi)平臺將買賣雙(shuang)(shuang)方的(de)(de)(de)(de)報價及需(xu)求聚集(ji)在一起(qi)進行撮合匹配，形成供需(xu)曲線(xian)后出(chu)清。

圖1：點(dian)對點(dian)交易模(mo)式和集(ji)中出清模(mo)式

采用(yong)分(fen)布式交(jiao)易模式的能源交(jiao)易過程主要可以分(fen)為：信(xin)息發布、撮合(he)、結算(suan)、存儲(chu)等(deng)階段。點(dian)對點(dian)與集(ji)中出(chu)清兩種交(jiao)易模式下(xia)，區塊鏈等(deng)技(ji)術在各階段實(shi)現(xian)的功(gong)能有(you)所(suo)(suo)差異，如圖2所(suo)(suo)示。

圖2：基(ji)于(yu)區塊鏈的分布(bu)式能源交(jiao)易技術(shu)框(kuang)架

3.基于區塊鏈的分布式能源交易未來展望

3.1基于區塊鏈的交易工程實踐現有瓶頸的解決途徑

隨著(zhu)分布式能源交(jiao)易(yi)(yi)規模逐漸增大(da)，區(qu)塊(kuai)鏈(lian)有限的(de)計算能力及響應速度(du)，會使得(de)交(jiao)易(yi)(yi)吞吐量低，限制交(jiao)易(yi)(yi)的(de)速度(du)。為解(jie)決這些問題，區(qu)塊(kuai)鏈(lian)開發人員主要從(cong)縮短交(jiao)易(yi)(yi)達成共(gong)識時間、并行處(chu)理交(jiao)易(yi)(yi)，或是(shi)將鏈(lian)上的(de)計算任務轉移到鏈(lian)下這幾(ji)個方(fang)面(mian)來提高區(qu)塊(kuai)鏈(lian)的(de)處(chu)理性能。

迄今為止，區塊(kuai)鏈技術在電力行(xing)業(ye)的工(gong)程實際應用仍集中于簡(jian)單的買賣雙方(fang)直接交易(yi)，考(kao)慮到現有區塊(kuai)鏈新技術的發展，如果要設計更復(fu)雜的實際交易(yi)，理論上可以(yi)從(cong)以(yi)下兩點進(jin)行(xing)研(yan)究。

1）鏈下處理：在進行(xing)(xing)交(jiao)易的最優(you)化問(wen)題(ti)計算(suan)時，可將優(you)化步驟放至(zhi)鏈下(xia)，采用(yong)分布式優(you)化算(suan)法進行(xing)(xing)求(qiu)解。這這種情(qing)況下(xia)，鏈上只需判斷交(jiao)易是否(fou)可以(yi)(yi)達成(cheng)(cheng)以(yi)(yi)及(ji)記(ji)錄達成(cheng)(cheng)交(jiao)易后雙方的能源及(ji)金額(e)數量。

2）多鏈融合：分布式能(neng)源交易時(shi)，各主體可(ke)建立(li)自己的(de)私有鏈或者基于“第二層(ceng)擴容”的(de)子(zi)鏈，將撮合等(deng)交易過程(cheng)放在子(zi)鏈中進行處理，結算(suan)時(shi)金融資產轉移等(deng)安全級別(bie)較(jiao)高的(de)操作放在主鏈中。

3.2區塊鏈技術應用至分布式能源交易的挑戰及可能的解決方法

結合(he)現(xian)有的(de)(de)(de)能源雙邊交易工程實踐可(ke)知，基于區塊鏈(lian)的(de)(de)(de)分布式能源交易需要(yao)進一步(bu)考慮物理模型的(de)(de)(de)構建、智能合(he)約(yue)的(de)(de)(de)安全可(ke)靠性等(deng)方面的(de)(de)(de)問題。

1）區塊鏈技術難以處理復雜的物理邏輯。現階段由(you)于技(ji)術壁(bi)壘，電力交易(yi)時潮流越限、線路阻塞、電壓調整等(deng)因素(su)尚未能充(chong)分(fen)考慮(lv)，其(qi)解決途(tu)徑可以(yi)選擇繼續探(tan)索(suo)計及(ji)物理(li)拓撲(pu)約束(shu)的(de)(de)分(fen)布式(shi)出清(qing)方法，也可以(yi)將(jiang)鏈(lian)(lian)(lian)下(xia)(xia)物理(li)約束(shu)校驗(yan)與鏈(lian)(lian)(lian)上出清(qing)相結合。前者(zhe)的(de)(de)優(you)點(dian)在于保證了各交易(yi)參與方的(de)(de)信(xin)息安全性，但數據(ju)交互復雜度(du)過高，處(chu)(chu)理(li)效(xiao)率取(qu)決于區塊(kuai)鏈(lian)(lian)(lian)技(ji)術的(de)(de)發(fa)展速(su)(su)度(du)；后者(zhe)的(de)(de)優(you)點(dian)在于將(jiang)部分(fen)交易(yi)過程(cheng)移到鏈(lian)(lian)(lian)下(xia)(xia)可以(yi)極大地加(jia)快鏈(lian)(lian)(lian)上處(chu)(chu)理(li)速(su)(su)度(du)，但鏈(lian)(lian)(lian)上與鏈(lian)(lian)(lian)下(xia)(xia)的(de)(de)信(xin)息接口的(de)(de)設計，以(yi)及(ji)鏈(lian)(lian)(lian)下(xia)(xia)的(de)(de)數據(ju)存儲安全問題也是需(xu)要進一步考慮(lv)。

2）區塊鏈技術的安全性需要關注。保(bao)障交易的(de)安全可(ke)靠是目前人(ren)們使用區(qu)塊鏈(lian)中(zhong)智(zhi)(zhi)能(neng)合(he)(he)約的(de)主要需(xu)求(qiu)之一，但如果(guo)在區(qu)塊鏈(lian)上部(bu)署(shu)的(de)交易智(zhi)(zhi)能(neng)合(he)(he)約出(chu)現(xian)編碼錯誤，通常很難執行(xing)回滾(gun)或分叉。盡管人(ren)工(gong)(gong)審計在一定程度(du)上減(jian)少了智(zhi)(zhi)能(neng)合(he)(he)約的(de)漏洞，但所需(xu)的(de)人(ren)力物力成本(ben)過高。考慮到(dao)新興發(fa)展(zhan)的(de)人(ren)工(gong)(gong)智(zhi)(zhi)能(neng)可(ke)以(yi)(yi)跟(gen)蹤學習，自動選擇啟發(fa)式策略。因此，在未(wei)來(lai)(lai)的(de)發(fa)展(zhan)中(zhong)可(ke)以(yi)(yi)將區(qu)塊鏈(lian)與人(ren)工(gong)(gong)智(zhi)(zhi)能(neng)相結合(he)(he)，采用各種(zhong)人(ren)工(gong)(gong)智(zhi)(zhi)能(neng)技術來(lai)(lai)協助(zhu)區(qu)塊鏈(lian)中(zhong)智(zhi)(zhi)能(neng)合(he)(he)約的(de)編寫(xie)與測試。

3.3應用領域的擴展

1）賦能電力物聯網：鑒于電(dian)(dian)力物(wu)聯(lian)(lian)(lian)(lian)網(wang)的(de)核心(xin)技術——分布式互(hu)聯(lian)(lian)(lian)(lian)網(wang)與區(qu)(qu)(qu)塊鏈的(de)特(te)性(xing)(xing)相契合，借助區(qu)(qu)(qu)塊鏈去中(zhong)(zhong)心(xin)化的(de)架構(gou)可(ke)(ke)(ke)以(yi)改變(bian)電(dian)(dian)力物(wu)聯(lian)(lian)(lian)(lian)網(wang)原有的(de)中(zhong)(zhong)心(xin)結(jie)(jie)構(gou)，大(da)大(da)減(jian)小中(zhong)(zhong)心(xin)機構(gou)的(de)計算(suan)(suan)壓力。同時具(ju)有存(cun)儲(chu)功能以(yi)及不可(ke)(ke)(ke)篡改特(te)性(xing)(xing)的(de)區(qu)(qu)(qu)塊鏈，可(ke)(ke)(ke)以(yi)記錄下電(dian)(dian)力物(wu)聯(lian)(lian)(lian)(lian)網(wang)的(de)終(zhong)端(duan)設備，例(li)如智能電(dian)(dian)表采(cai)集的(de)發用電(dian)(dian)真實數據，在結(jie)(jie)算(suan)(suan)環節(jie)進行驗證(zheng)(zheng)以(yi)保證(zheng)(zheng)交易公平性(xing)(xing)。

2）支撐泛在電力物聯網：為了(le)維持電(dian)(dian)網(wang)的(de)穩定運(yun)行(xing)、改善服務質量，國網(wang)提出了(le)承載電(dian)(dian)力(li)系統數據(ju)信(xin)息流的(de)泛(fan)在(zai)電(dian)(dian)力(li)物(wu)聯網(wang)。相較(jiao)于電(dian)(dian)力(li)物(wu)聯網(wang)，其更(geng)(geng)側重于為用(yong)戶提供(gong)信(xin)息服務。考慮到用(yong)戶希望獲得更(geng)(geng)多的(de)電(dian)(dian)網(wang)知(zhi)情(qing)權，將區(qu)塊鏈與(yu)泛(fan)在(zai)電(dian)(dian)力(li)物(wu)聯網(wang)相結合(he)來，保障(zhang)網(wang)絡信(xin)息公開透明，使得參與(yu)泛(fan)在(zai)電(dian)(dian)力(li)物(wu)聯網(wang)建設的(de)用(yong)戶可以共享網(wang)絡中(zhong)的(de)數據(ju)信(xin)息，進而(er)調整(zheng)自(zi)己的(de)發用(yong)電(dian)(dian)方(fang)案。

3.4推進區塊鏈技術在中國分布式能源交易的應用建議

中國結合區(qu)塊(kuai)鏈技術(shu)的分(fen)布式能源交易(yi)項(xiang)目尚處于初期建(jian)設階段，結合現(xian)有(you)的理論依據以(yi)及國內外的實踐工程，可(ke)以(yi)從以(yi)下幾方面進一步(bu)拓展應用。

1）亟需智能家庭、智能建筑等技術創新

推動(dong)以(yi)家(jia)庭為單位的(de)(de)基于區塊鏈(lian)技術的(de)(de)分(fen)布(bu)式(shi)能(neng)(neng)源項(xiang)目建設。采用(yong)與區塊鏈(lian)相(xiang)(xiang)連的(de)(de)智能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)表記(ji)錄(lu)家(jia)庭電(dian)(dian)(dian)器、光伏電(dian)(dian)(dian)池等(deng)之(zhi)(zhi)間的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力流動(dong)，對于生產(chan)出(chu)的(de)(de)多余電(dian)(dian)(dian)力，既(ji)可以(yi)出(chu)售給(gei)鄰近電(dian)(dian)(dian)力用(yong)戶(hu)，實現家(jia)庭用(yong)戶(hu)之(zhi)(zhi)間進(jin)行電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)互濟，引導用(yong)戶(hu)積極參與清潔電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)的(de)(de)生產(chan)，進(jin)一步地減少分(fen)布(bu)式(shi)電(dian)(dian)(dian)力對電(dian)(dian)(dian)網(wang)的(de)(de)波動(dong)，也可以(yi)出(chu)售給(gei)電(dian)(dian)(dian)網(wang)。與區塊鏈(lian)相(xiang)(xiang)連的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)網(wang)獲得(de)多余的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力及數據后(hou)，在(zai)鏈(lian)下(xia)對訂單進(jin)行撮合匹配，將(jiang)電(dian)(dian)(dian)力賣給(gei)其他用(yong)戶(hu)（如圖3所示）。

圖3：結合(he)區塊鏈的智能家庭用(yong)電

2）綜合能源系統協調優化

構(gou)建一個基(ji)于區塊(kuai)(kuai)鏈(lian)(lian)的(de)(de)綜合能源系(xi)統交易平(ping)臺，實現多系(xi)統之間(jian)的(de)(de)優化調度(du)(du)，如圖4所示(shi)。電(dian)、熱、氣(qi)各系(xi)統將能源產量及價格等數據(ju)上傳至(zhi)區塊(kuai)(kuai)鏈(lian)(lian)，使信(xin)息在(zai)所有系(xi)統之間(jian)進行(xing)(xing)傳遞。同(tong)時(shi)區塊(kuai)(kuai)鏈(lian)(lian)平(ping)臺替代(dai)調度(du)(du)機構(gou)統一協調管控三(san)個系(xi)統的(de)(de)運行(xing)(xing)。為了加快調度(du)(du)速度(du)(du)，可以在(zai)鏈(lian)(lian)上采用分(fen)片(pian)技(ji)術來并行(xing)(xing)處理(li)。各系(xi)統在(zai)進行(xing)(xing)自決(jue)策(ce)優化時(shi)，也可參考其他系(xi)統的(de)(de)信(xin)息進行(xing)(xing)決(jue)策(ce)調整。

圖4：基于區塊鏈的綜合能(neng)源系統

4.結語

總的來說，區(qu)塊鏈技(ji)(ji)術(shu)作為一種新興的去(qu)中心化數據管理(li)(li)技(ji)(ji)術(shu)手段，其應(ying)(ying)用受到各行(xing)各業的關(guan)注，但目(mu)前國(guo)內對電(dian)力區(qu)塊鏈的應(ying)(ying)用尚未成(cheng)熟。因此，迫切需要(yao)開展基于(yu)區(qu)塊鏈技(ji)(ji)術(shu)的分布式(shi)能源(yuan)(yuan)交(jiao)(jiao)易管理(li)(li)及規劃(hua)(hua)關(guan)鍵技(ji)(ji)術(shu)研(yan)究(jiu)，提(ti)出適應(ying)(ying)分布式(shi)能源(yuan)(yuan)高效(xiao)、經濟利用的優化規劃(hua)(hua)和并網設(she)計方(fang)法。在此基礎上應(ying)(ying)用區(qu)塊鏈技(ji)(ji)術(shu)提(ti)高電(dian)力交(jiao)(jiao)易和管理(li)(li)的效(xiao)率，提(ti)升區(qu)域分布式(shi)能源(yuan)(yuan)運行(xing)管理(li)(li)的自治化水平，提(ti)高運營(ying)經濟效(xiao)益(yi)。