導(dǎo)語：隨著大規(guī)?？稍偕茉?、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能裝置及柔性負(fù)荷的快速發(fā)展，分布式能源符合中國(guó)電力市場(chǎng)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(chǎng)主體之間進(jìn)行交易時(shí)，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(huì)使得交易中心的運(yùn)行成本變高同時(shí)耗時(shí)增長(zhǎng)。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(shì)。而分布式交易決策過程中缺少中心監(jiān)管機(jī)制，如何對(duì)交易雙方身份進(jìn)行核實(shí)、校驗(yàn)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(chǔ)能、電動(dòng)汽車、輔助服務(wù)、大用戶直購(gòu)電等方面的可行性；設(shè)計(jì)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(duì)電能進(jìn)行監(jiān)管與結(jié)算等。

中國(guó)的分布式發(fā)電市場(chǎng)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(duì)消納分布式能源、推動(dòng)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(jì)，主要可以分為兩類：一是研究個(gè)體間點(diǎn)對(duì)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(duì)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(shí)，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(duì)于基于區(qū)塊鏈的交易而言，需要有去中心化的交易平臺(tái)將買賣雙方的報(bào)價(jià)及需求聚集在一起進(jìn)行撮合匹配，形成供需曲線后出清。


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(chǔ)等階段。點(diǎn)對(duì)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(shí)現(xiàn)的功能有所差異，如圖2所示。


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(shí)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(jì)算能力及響應(yīng)速度，會(huì)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(shí)時(shí)間、并行處理交易，或是將鏈上的計(jì)算任務(wù)轉(zhuǎn)移到鏈下這幾個(gè)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(shí)際應(yīng)用仍集中于簡(jiǎn)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(jì)更復(fù)雜的實(shí)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(jì)算時(shí)，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(shí)，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(shí)金融資產(chǎn)轉(zhuǎn)移等安全級(jí)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(shí)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(shí)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(jì)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(yàn)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(jì)，以及鏈下的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(cuò)誤，通常很難執(zhí)行回滾或分叉。盡管人工審計(jì)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(dòng)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(cè)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(jì)算壓力。同時(shí)具有存儲(chǔ)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(shí)數(shù)據(jù)，在結(jié)算環(huán)節(jié)進(jìn)行驗(yàn)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(guó)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)。考慮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(guó)分布式能源交易的應(yīng)用建議

中國(guó)結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式能源交易項(xiàng)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(guó)內(nèi)外的實(shí)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(dòng)以家庭為單位的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式能源項(xiàng)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(dòng)，對(duì)于生產(chǎn)出的多余電力，既可以出售給鄰近電力用戶，實(shí)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(duì)電網(wǎng)的波動(dòng)，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(duì)訂單進(jìn)行撮合匹配，將電力賣給其他用戶（如圖3所示）。


2）綜合能源系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化

構(gòu)建一個(gè)基于區(qū)塊鏈的綜合能源系統(tǒng)交易平臺(tái)，實(shí)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(jià)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(shí)區(qū)塊鏈平臺(tái)替代調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)一協(xié)調(diào)管控三個(gè)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(shí)，也可參考其他系統(tǒng)的信息進(jìn)行決策調(diào)整。


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(guó)內(nèi)對(duì)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(jì)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(yíng)經(jīng)濟(jì)效益。