編者按:區(qū)別于集中式模式的傳統(tǒng)電力市場,分布式能源興起帶來分布式交易模式,并逐漸成為一種交易趨勢。但目前國內(nèi)對電力區(qū)塊鏈的應(yīng)用尚未成熟。因此,迫切需要開展基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式能源交易管理及規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究,提出適應(yīng)分布式能源高效、經(jīng)濟(jì)利用的優(yōu)化規(guī)劃和并網(wǎng)設(shè)計方法。
導(dǎo)語:隨著大規(guī)??稍偕茉础㈦妱悠?、儲能裝置及柔性負(fù)荷的快速發(fā)展,分布式能源符合中國電力市場的發(fā)展需求與方向,逐漸成為主要的發(fā)電能源。
導(dǎo)語:隨著大規(guī)??稍偕茉础㈦妱悠?、儲能裝置及柔性負(fù)荷的快速發(fā)展,分布式能源符合中國電力市場的發(fā)展需求與方向,逐漸成為主要的發(fā)電能源。
1.研究背景
傳統(tǒng)電力市場主體之間進(jìn)行交易時,多采用集中式模式:發(fā)電商與用戶將數(shù)據(jù)上傳至中央處理系統(tǒng),通過集中撮合或者優(yōu)化等方法匹配發(fā)用電雙方。但隨著類型多、數(shù)量廣的分布式能源的興起,交易數(shù)量、規(guī)模以及信息數(shù)據(jù)隨之增加,集中決策的方法會使得交易中心的運(yùn)行成本變高同時耗時增長。如果交易中心內(nèi)部暗箱操作或者遭受外部黑客攻擊,交易的安全性和參與主體的隱私無法得到保證。在此背景下,分布式交易——具有參與者眾多、單筆交易量小等特點(diǎn)的交易模式逐漸成為一種交易趨勢。而分布式交易決策過程中缺少中心監(jiān)管機(jī)制,如何對交易雙方身份進(jìn)行核實、校驗信息來確保交易安全是亟待解決的問題。
作為一種去中心化的分布式記賬系統(tǒng),區(qū)塊鏈技術(shù)憑借其分散化、匿名性、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)在分布式能源交易領(lǐng)域得到了廣泛的研究。已有諸多學(xué)者探索分析了區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用至虛擬電廠、儲能、電動汽車、輔助服務(wù)、大用戶直購電等方面的可行性;設(shè)計了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式能源交易架構(gòu)及結(jié)算機(jī)制;借助區(qū)塊鏈對電能進(jìn)行監(jiān)管與結(jié)算等。
中國的分布式發(fā)電市場化方興未艾,因此全面總結(jié)區(qū)塊鏈技術(shù)在分布式能源交易方面的應(yīng)用,對消納分布式能源、推動分布式交易模式的發(fā)展、降低交易成本、提高需求側(cè)管理水平有著重要意義。
2.基于區(qū)塊鏈的分布式能源交易模式及架構(gòu)
現(xiàn)階段基于區(qū)塊鏈的電力交易模式的理論研究與設(shè)計,主要可以分為兩類:一是研究個體間點(diǎn)對點(diǎn)交易,另一種是有中介優(yōu)化處理的集中出清,如圖1所示。基于區(qū)塊鏈的點(diǎn)對點(diǎn)交易利用了區(qū)塊鏈技術(shù)去中心化和去信任的特性:在進(jìn)行此類交易時,只有發(fā)、用電兩側(cè)。交易前,雙方約定好合約內(nèi)容,無需第三方參加。基于區(qū)塊鏈的集中出清需要借助區(qū)塊鏈技術(shù)公開透明的特性:對于基于區(qū)塊鏈的交易而言,需要有去中心化的交易平臺將買賣雙方的報價及需求聚集在一起進(jìn)行撮合匹配,形成供需曲線后出清。
圖1 點(diǎn)對點(diǎn)交易模式和集中出清模式
采用分布式交易模式的能源交易過程主要可以分為:信息發(fā)布、撮合、結(jié)算、存儲等階段。點(diǎn)對點(diǎn)與集中出清兩種交易模式下,區(qū)塊鏈等技術(shù)在各階段實現(xiàn)的功能有所差異,如圖2所示。
圖2 基于區(qū)塊鏈的分布式能源交易技術(shù)框架
3.基于區(qū)塊鏈的分布式能源交易未來展望
3.1 基于區(qū)塊鏈的交易工程實踐現(xiàn)有瓶頸的解決途徑
隨著分布式能源交易規(guī)模逐漸增大,區(qū)塊鏈有限的計算能力及響應(yīng)速度,會使得交易吞吐量低,限制交易的速度。為解決這些問題,區(qū)塊鏈開發(fā)人員主要從縮短交易達(dá)成共識時間、并行處理交易,或是將鏈上的計算任務(wù)轉(zhuǎn)移到鏈下這幾個方面來提高區(qū)塊鏈的處理性能。
迄今為止,區(qū)塊鏈技術(shù)在電力行業(yè)的工程實際應(yīng)用仍集中于簡單的買賣雙方直接交易,考慮到現(xiàn)有區(qū)塊鏈新技術(shù)的發(fā)展,如果要設(shè)計更復(fù)雜的實際交易,理論上可以從以下兩點(diǎn)進(jìn)行研究。
1)鏈下處理:在進(jìn)行交易的最優(yōu)化問題計算時,可將優(yōu)化步驟放至鏈下,采用分布式優(yōu)化算法進(jìn)行求解。這這種情況下,鏈上只需判斷交易是否可以達(dá)成以及記錄達(dá)成交易后雙方的能源及金額數(shù)量。
2)多鏈融合:分布式能源交易時,各主體可建立自己的私有鏈或者基于“第二層擴(kuò)容”的子鏈,將撮合等交易過程放在子鏈中進(jìn)行處理,結(jié)算時金融資產(chǎn)轉(zhuǎn)移等安全級別較高的操作放在主鏈中。
3.2 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用至分布式能源交易的挑戰(zhàn)及可能的解決方法
結(jié)合現(xiàn)有的能源雙邊交易工程實踐可知,基于區(qū)塊鏈的分布式能源交易需要進(jìn)一步考慮物理模型的構(gòu)建、智能合約的安全可靠性等方面的問題。
1)區(qū)塊鏈技術(shù)難以處理復(fù)雜的物理邏輯?,F(xiàn)階段由于技術(shù)壁壘,電力交易時潮流越限、線路阻塞、電壓調(diào)整等因素尚未能充分考慮,其解決途徑可以選擇繼續(xù)探索計及物理拓?fù)浼s束的分布式出清方法,也可以將鏈下物理約束校驗與鏈上出清相結(jié)合。前者的優(yōu)點(diǎn)在于保證了各交易參與方的信息安全性,但數(shù)據(jù)交互復(fù)雜度過高,處理效率取決于區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展速度;后者的優(yōu)點(diǎn)在于將部分交易過程移到鏈下可以極大地加快鏈上處理速度,但鏈上與鏈下的信息接口的設(shè)計,以及鏈下的數(shù)據(jù)存儲安全問題也是需要進(jìn)一步考慮。
2)區(qū)塊鏈技術(shù)的安全性需要關(guān)注。保障交易的安全可靠是目前人們使用區(qū)塊鏈中智能合約的主要需求之一,但如果在區(qū)塊鏈上部署的交易智能合約出現(xiàn)編碼錯誤,通常很難執(zhí)行回滾或分叉。盡管人工審計在一定程度上減少了智能合約的漏洞,但所需的人力物力成本過高??紤]到新興發(fā)展的人工智能可以跟蹤學(xué)習(xí),自動選擇啟發(fā)式策略。因此,在未來的發(fā)展中可以將區(qū)塊鏈與人工智能相結(jié)合,采用各種人工智能技術(shù)來協(xié)助區(qū)塊鏈中智能合約的編寫與測試。
3.3 應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展
1)賦能電力物聯(lián)網(wǎng):鑒于電力物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)——分布式互聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈的特性相契合,借助區(qū)塊鏈去中心化的架構(gòu)可以改變電力物聯(lián)網(wǎng)原有的中心結(jié)構(gòu),大大減小中心機(jī)構(gòu)的計算壓力。同時具有存儲功能以及不可篡改特性的區(qū)塊鏈,可以記錄下電力物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備,例如智能電表采集的發(fā)用電真實數(shù)據(jù),在結(jié)算環(huán)節(jié)進(jìn)行驗證以保證交易公平性。
2)支撐泛在電力物聯(lián)網(wǎng):為了維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行、改善服務(wù)質(zhì)量,國網(wǎng)提出了承載電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息流的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。相較于電力物聯(lián)網(wǎng),其更側(cè)重于為用戶提供信息服務(wù)??紤]到用戶希望獲得更多的電網(wǎng)知情權(quán),將區(qū)塊鏈與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合來,保障網(wǎng)絡(luò)信息公開透明,使得參與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的用戶可以共享網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息,進(jìn)而調(diào)整自己的發(fā)用電方案。
3.4 推進(jìn)區(qū)塊鏈技術(shù)在中國分布式能源交易的應(yīng)用建議
中國結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式能源交易項目尚處于初期建設(shè)階段,結(jié)合現(xiàn)有的理論依據(jù)以及國內(nèi)外的實踐工程,可以從以下幾方面進(jìn)一步拓展應(yīng)用。
1)亟需智能家庭、智能建筑等技術(shù)創(chuàng)新
推動以家庭為單位的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式能源項目建設(shè)。采用與區(qū)塊鏈相連的智能電能表記錄家庭電器、光伏電池等之間的電力流動,對于生產(chǎn)出的多余電力,既可以出售給鄰近電力用戶,實現(xiàn)家庭用戶之間進(jìn)行電能互濟(jì),引導(dǎo)用戶積極參與清潔電能的生產(chǎn),進(jìn)一步地減少分布式電力對電網(wǎng)的波動,也可以出售給電網(wǎng)。與區(qū)塊鏈相連的電網(wǎng)獲得多余的電力及數(shù)據(jù)后,在鏈下對訂單進(jìn)行撮合匹配,將電力賣給其他用戶(如圖3所示)。
圖3 結(jié)合區(qū)塊鏈的智能家庭用電
2)綜合能源系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化
構(gòu)建一個基于區(qū)塊鏈的綜合能源系統(tǒng)交易平臺,實現(xiàn)多系統(tǒng)之間的優(yōu)化調(diào)度,如圖4所示。電、熱、氣各系統(tǒng)將能源產(chǎn)量及價格等數(shù)據(jù)上傳至區(qū)塊鏈,使信息在所有系統(tǒng)之間進(jìn)行傳遞。同時區(qū)塊鏈平臺替代調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)一協(xié)調(diào)管控三個系統(tǒng)的運(yùn)行。為了加快調(diào)度速度,可以在鏈上采用分片技術(shù)來并行處理。各系統(tǒng)在進(jìn)行自決策優(yōu)化時,也可參考其他系統(tǒng)的信息進(jìn)行決策調(diào)整。
圖4 基于區(qū)塊鏈的綜合能源系統(tǒng)
4.結(jié)語
總的來說,區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種新興的去中心化數(shù)據(jù)管理技術(shù)手段,其應(yīng)用受到各行各業(yè)的關(guān)注,但目前國內(nèi)對電力區(qū)塊鏈的應(yīng)用尚未成熟。因此,迫切需要開展基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式能源交易管理及規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究,提出適應(yīng)分布式能源高效、經(jīng)濟(jì)利用的優(yōu)化規(guī)劃和并網(wǎng)設(shè)計方法。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)提高電力交易和管理的效率,提升區(qū)域分布式能源運(yùn)行管理的自治化水平,提高運(yùn)營經(jīng)濟(jì)效益。
原標(biāo)題:基于區(qū)塊鏈的分布式能源交易關(guān)鍵技術(shù)思考