符安文
摘要:傳統(tǒng)的電力市場(chǎng)交易模式主要由電力調(diào)度部門(mén)根據(jù)市場(chǎng)實(shí)際需求和供需計(jì)劃,并以集中的方式將發(fā)電廠內(nèi)的電量調(diào)度給用電方。當(dāng)下,隨著我國(guó)分布式的快速發(fā)展,并網(wǎng)需求與日俱增,集中調(diào)度方式逐漸退出歷史舞臺(tái),而區(qū)塊鏈架構(gòu)下分布式能源交易便有效解決了這一問(wèn)題,這是因?yàn)閰^(qū)塊鏈中具備的節(jié)點(diǎn)對(duì)等、去中心化及數(shù)據(jù)公開(kāi)透明等的特點(diǎn)與分布式能源交易的方式基本相似。文章主要針對(duì)分布式能源交易過(guò)程中的可靠性低、速度慢的問(wèn)題提出了不同區(qū)塊鏈架構(gòu)對(duì)分布式能源交易模式。
關(guān)鍵詞:區(qū)塊鏈架構(gòu) 分布式能源 交易模式 適用性
中圖分類(lèi)號(hào):TM73?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
Analysis of the Applicability of Different Blockchain Architectures to Distributed Energy Transactions
FU Anwen
(Chengdou Xcener Blockchain Co., Ltd., Chengdu,Sichuan Province,610041 China)
Abstract: The transaction mode of the traditional power market is that the power dispatching department dispatches the electricity in the power plant to the electricity consumer in a centralized manner according to the actual market demand and supply and demand plan. At present, with the rapid development of distribution in China, the demand for grid-connection is increasing day by day, and the centralized scheduling method is gradually withdrawing from the historical stage. Distributed energy transactions under the blockchain architecture can effectively solve this problem, and this is because the characteristics of node peering, decentralization and data openness and transparency in the blockchain are basically similar to the way of distributed energy transactions. This article mainly aims at the problems of low reliability and slow speed in the process of distributed energy transactions, and proposes the model of?? different blockchain architectures to distributed energy transactions.
Key Words:Blockchain architecture;Distributed energy;Transaction mode;Applicability
2016年,自“十三五”規(guī)劃實(shí)施以來(lái),我國(guó)相關(guān)部門(mén)不斷出臺(tái)文件引導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,并正在努力地從過(guò)去的集中能源供給向著分布式能源的方向轉(zhuǎn)變,特別是在相關(guān)政策的正確引導(dǎo)和資本市場(chǎng)的大力推動(dòng)下,分布式能源在我國(guó)各個(gè)城市地區(qū)實(shí)現(xiàn)了迅速的推廣和應(yīng)用。在這樣的背景之下,發(fā)改委與能源局聯(lián)合出臺(tái)了《關(guān)于開(kāi)展分布式發(fā)電市場(chǎng)交易試點(diǎn)的通知》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《通知》),這就為分布式能源的改革與發(fā)展提供了源源不竭的動(dòng)力。2019年,江蘇省、廣東省開(kāi)始全面貫徹與實(shí)施《通知》,并根據(jù)《通知》中的具體要求制定了符合自身實(shí)際情況的分布式能源交易政策和文件。
1區(qū)塊鏈與分布式交易能源概述
1.1區(qū)塊鏈
近兩年來(lái),不同區(qū)塊鏈架構(gòu)在分布式能源教育中發(fā)揮出了十分重要的作用,例如在工業(yè)方面,相關(guān)部門(mén)嘗試在知名企業(yè)的項(xiàng)目中開(kāi)展分布式交易能源模式,相關(guān)學(xué)者也提出了借助余量上網(wǎng)的配電網(wǎng)新型交易模式,優(yōu)化和完善了不同區(qū)塊鏈在用戶用電、購(gòu)電方面的應(yīng)用機(jī)制,編制了區(qū)塊鏈弱中心化電力交易方案和管理機(jī)制,分析了不同區(qū)塊鏈架構(gòu)與分布式能源交易的適用性,介紹了一種基于區(qū)塊鏈分布式能源交易系統(tǒng);設(shè)計(jì)了不同區(qū)塊鏈下分布式能源交易監(jiān)管模型,建立了一種不同區(qū)塊鏈架構(gòu)下的分布式能源交易新理念。盡管如此,由于上述研究和應(yīng)用未能根據(jù)我國(guó)當(dāng)前最新出臺(tái)的政策進(jìn)行緊密結(jié)合,如《通知》中就過(guò)往機(jī)制與可再生能源消納考核機(jī)制的制定辦法。因此,如何更好地促進(jìn)不同區(qū)塊鏈架構(gòu)在分布式交易能源中的價(jià)值和作用,制定與我國(guó)國(guó)情相符合的分布式能源交易方案,還需要進(jìn)行不斷的探索和研究。
1.2分布式能源交易
分布式能源交易自出現(xiàn)以來(lái)就具有參與主體多、位置不集中、數(shù)量交易額度小等的特點(diǎn),這就在無(wú)形之中增加了分布式能源交易的難度,提升了分布式交易能源的交易成本。在分布式能源交易過(guò)程中,雙方除了應(yīng)當(dāng)盡到自己的責(zé)任和義務(wù),還應(yīng)當(dāng)與相關(guān)部門(mén)發(fā)布的政策性文件建立緊密的聯(lián)系性。同時(shí),又由于分布式交易能源的交易中心是以信息孤島的形式存在的,具有信息共享難度大、協(xié)同效率低下等問(wèn)題,因此建立分布式交易能源中心可能并不現(xiàn)實(shí),所以提出一種既可以降低交易成本,又可以共享各個(gè)部門(mén)數(shù)據(jù)信息的方案顯得尤為重要[1]。
2基于區(qū)塊鏈的分布式能源交易方案設(shè)計(jì)
2.1分布式能源交易機(jī)制
《通知》中明確指出要注重和加強(qiáng)分布式能源與電力用戶之間的交易,借助市場(chǎng)優(yōu)勢(shì),激發(fā)分布式能源發(fā)電房與用戶交易的積極性和主動(dòng)性。同時(shí),通過(guò)設(shè)定的電網(wǎng)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)可以幫助用戶明確自身所處的電壓等級(jí)、配送電價(jià)與交易過(guò)程中對(duì)應(yīng)的輸出和配電之差。
分布式能源與電力用戶之間的交易方式主要有雙邊協(xié)商、集中競(jìng)價(jià)和掛牌交易3種類(lèi)型,在實(shí)際的交易過(guò)程中由于交易雙方考慮到了分布式能源當(dāng)前的市場(chǎng)情況,所以文章主要以掛牌交易去中心化能源交易所(decentralized energy exchange,DEEX)為主要研究對(duì)象對(duì)全文進(jìn)行統(tǒng)籌分析。DEEX在不同區(qū)塊鏈架構(gòu)下既是參與者也是組織者,參與者指的是在分布式能源交易過(guò)程中的發(fā)布方、電力用戶、電網(wǎng)公司及負(fù)責(zé)可再生能源的信息管理中心;組織者和維護(hù)者指的是用來(lái)驗(yàn)證分布式交易能源節(jié)點(diǎn)的人員,也就是說(shuō)當(dāng)該節(jié)點(diǎn)為參與者時(shí),便可以向DEEX平臺(tái)發(fā)送交易請(qǐng)求,當(dāng)該節(jié)點(diǎn)為礦工的情況下,就可以自動(dòng)生成新的區(qū)塊鏈并添加至相應(yīng)的鏈條上,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自監(jiān)督的根本目的。在DEEX中,一個(gè)完整的分布式能源交易過(guò)程可以劃分為交易和交割兩個(gè)過(guò)程,交易作為交割的前提條件,主要包括自由報(bào)價(jià)交易、預(yù)付費(fèi)交易;交割主要包括正常的電量交易和結(jié)算交易兩種類(lèi)型。
2.1.1 自由報(bào)價(jià)交易
自由報(bào)價(jià)交易是分布式能源交易最常見(jiàn)的一種交易模式,與掛牌交易模式有著很多的相似之處,且在不同區(qū)塊鏈架構(gòu)下支持市價(jià)和限價(jià)兩種交易模式。其中,市價(jià)交易模式指的是分布式能源的發(fā)布者在當(dāng)前的市場(chǎng)環(huán)境中期望選擇一個(gè)或者多個(gè)理想的交易對(duì)象進(jìn)行交易,且該筆交易可以立即達(dá)成;限價(jià)交易指的是分布式能演的發(fā)布者不滿足當(dāng)前的市場(chǎng)價(jià)格而提出的自己期望的交易價(jià)格、交易方式和交易時(shí)間,并等待用戶可以響應(yīng)這一交易過(guò)程,但無(wú)法控制有關(guān)的交易事項(xiàng)。
由于分布式交易能源方、電力用戶很有可能是處在不同的拓?fù)湮恢煤碗妷旱燃?jí)上的,因此在具體的交易過(guò)程中應(yīng)綜合考慮過(guò)網(wǎng)費(fèi)對(duì)分布式能源交易可能帶來(lái)的影響,對(duì)于不同區(qū)塊鏈架構(gòu)下的分布式能源發(fā)布方在當(dāng)前的市場(chǎng)中最理想的交易對(duì)象是以不確定的形式存在的,此時(shí),DEEX便可以以參與者的角色向被交易的一方提供準(zhǔn)確的電壓等級(jí)和所在的拓?fù)湮恢?,幫助和引?dǎo)參與主體查詢(xún)分布式能源交易情況,再確定以何種交易模式進(jìn)行交易[3]。
2.1.2 預(yù)付費(fèi)交易
在分布式能源的預(yù)付費(fèi)交易環(huán)節(jié),電力用戶應(yīng)當(dāng)根據(jù)自己在某一個(gè)周期內(nèi)已經(jīng)使用的電量向DEEX平臺(tái)中預(yù)先存入一些費(fèi)用,發(fā)布方也應(yīng)當(dāng)在該平臺(tái)中存入一定的保證金,便于分布式能源交易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)結(jié)算目的。
2.1.3 費(fèi)用結(jié)算
在分布式能源的費(fèi)用結(jié)算階段,不同的參與主體可以通過(guò)安裝可以自動(dòng)運(yùn)行的智能電表,準(zhǔn)確反映用電和發(fā)電情況,但需要電網(wǎng)公司將電量在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)送入電力使用方即可。例如,分布式交易能源的發(fā)布方與電力用戶二者之間不論哪一方出現(xiàn)了交易偏差問(wèn)題時(shí),應(yīng)當(dāng)在查明原因的同時(shí)立即追究過(guò)錯(cuò)方的責(zé)任,為避免這一問(wèn)題的出現(xiàn),增加不必要的工作任務(wù)量。基于此,文章提出如下實(shí)施方案:分布式能源發(fā)電方輸出的協(xié)議約定范圍內(nèi)的用電量,電價(jià)部門(mén)有權(quán)按照當(dāng)前的市場(chǎng)價(jià)格提醒其盡快繳費(fèi),而少于協(xié)議內(nèi)容的電量則可以按照電力用戶當(dāng)前使用的目錄單價(jià)先向電網(wǎng)公司購(gòu)買(mǎi)一定數(shù)量的電量后再輸送至電力用戶。在這樣的情況下,如果電力用戶所使用的電量超過(guò)了協(xié)議范圍內(nèi)的電量,電網(wǎng)公司同樣有權(quán)按照當(dāng)前的市場(chǎng)價(jià)格提醒其進(jìn)行繳費(fèi),而低于協(xié)議內(nèi)容的電量則可以當(dāng)作協(xié)議之外的標(biāo)準(zhǔn)銷(xiāo)售給電網(wǎng)公司。
2.2可再生能源消納認(rèn)證機(jī)制
2019年,國(guó)家能源局首次發(fā)布了《可再生能源消納保障機(jī)制》,在該機(jī)制中明確提出了分布式能源交易雙方都具有可再生能源消納責(zé)任,消納量不足的一方可以向另一方購(gòu)買(mǎi)超額的消納量進(jìn)而在電網(wǎng)公司平臺(tái)上獲得綠證。綠證的核發(fā)單位為國(guó)家能源局在各個(gè)城市地區(qū)設(shè)立的可再生能源信息管理中心,但綠證的核發(fā)時(shí)間較長(zhǎng),且流程較為復(fù)雜??稍偕茉醋鳛榉植际侥茉粗械囊粋€(gè)重要組成部分,在具體的分布式能源交易過(guò)程中,需要以記錄代核發(fā)的身份對(duì)分布式交易能源雙方進(jìn)行審核,即當(dāng)雙方之間達(dá)成一筆分布式能源交易時(shí),便可以認(rèn)定為其中的一方已經(jīng)具備了能源局核發(fā)的綠證,此時(shí)分布式能源發(fā)布方可以將綠證經(jīng)過(guò)交易流轉(zhuǎn)至電力用戶名下,轉(zhuǎn)化成消納量,這一代核發(fā)的方法可以省去分布式能源發(fā)布方的申報(bào)和國(guó)家可再生能源信息管理中心進(jìn)行核發(fā),減少了雙方工作人員繁重的工作任務(wù)量。誠(chéng)然,由于不同區(qū)塊鏈架構(gòu)下的分布式能源發(fā)布方與國(guó)家可再生能源信息管理中心并不屬于同一個(gè)同一部門(mén),也不屬于一個(gè)同時(shí)管理二者的上級(jí)部門(mén),即使是設(shè)立了專(zhuān)門(mén)的部門(mén),又由于費(fèi)用較高的問(wèn)題也只能被擱淺下來(lái)。所以,傳統(tǒng)的記錄代核發(fā)方式早已難以滿足不同區(qū)塊鏈架構(gòu)下分布式能源交易模式了。此時(shí),就可以將可再生能源信息管理中心看作成一個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn),通過(guò)全部交易主體的一致確認(rèn)的基礎(chǔ)上核發(fā)綠證,實(shí)現(xiàn)分布式能源的流轉(zhuǎn)[4]。
文中所述分布式能源發(fā)布方與電力用戶交易過(guò)程就涵蓋了綠證的流轉(zhuǎn),而在具體的遠(yuǎn)期擴(kuò)展工作中,DEEX應(yīng)當(dāng)綜合考慮掛單交易模式下是否可以實(shí)現(xiàn)綠證的流轉(zhuǎn),并為綠證需求的所有參與者提供交易平臺(tái),綠證交易平臺(tái)的現(xiàn)有方案全部為掛牌交易模式。
2.3信用管理機(jī)制
信用管理機(jī)制下的分布式能源交易模式指的是先預(yù)付一部分費(fèi)用再進(jìn)行交易的一種模式,綜合考慮到交易雙方的發(fā)電量和用電量的不確定性,交易違約的情況值得深入研究。在國(guó)家大力提倡分布式能源的背景下,如果分布式能源交易的現(xiàn)象只增不減,對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是一種嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),不僅會(huì)使得交易過(guò)程變得更加艱難,還違背了分布式交易能源的初衷,因此很有必要對(duì)不同區(qū)塊鏈架構(gòu)下的分布式能源進(jìn)行詳細(xì)的分析與研究。基于此,文章提出了基于分布式交易能源完成情況的計(jì)算方法,然后將計(jì)算的結(jié)果與分布式交易能源在交易環(huán)節(jié)存入的保證金、市場(chǎng)準(zhǔn)入機(jī)制結(jié)合在了一起,即不同交易方在分布式能源交易過(guò)程中的信用程度越低,保證金的比例就會(huì)越低,如果交易主體的信用保證金低于了下限,電網(wǎng)公司有權(quán)禁止交易雙方進(jìn)入DEEX中[5]。
分布式能源發(fā)布方在n個(gè)交易周期后的信用平均值計(jì)算公式如式(3)所示:
式中,代表第i個(gè)周期內(nèi)分布式交易能源雙方已經(jīng)消耗的電量,如果實(shí)際使用的電量大于雙方協(xié)議范圍內(nèi)的電量,本周期內(nèi)的電量使用情況用I表示,如果實(shí)際發(fā)電量小于協(xié)議發(fā)電量,本周期信用代表已經(jīng)完成的電量,電力用戶在未來(lái)n個(gè)周期內(nèi)的電量交易計(jì)算方法同上,但下限應(yīng)控制在0.5之內(nèi)。
分布式能源交易發(fā)電方在第n個(gè)交易需要提供的保證金計(jì)算公式如下:
式中,代表電力用戶已經(jīng)確定的目錄電價(jià),并在目錄單價(jià)下設(shè)置交易主體信用初值為1,式(4)中表明:某一個(gè)特定周期內(nèi)分布式能源交易雙方存入的電力保證金與電力用戶當(dāng)前的電量使用情況成反比,但是與本期內(nèi)分布式交易能源雙方協(xié)議范圍內(nèi)的總價(jià)則成正比,也就是說(shuō)當(dāng)分布式能源一方的電力信用等級(jí)為1時(shí),保證金數(shù)額處于下限時(shí),總電費(fèi)按照5%計(jì)算,當(dāng)下限超過(guò)0.5%時(shí),保證金數(shù)額就超過(guò)了上限,總電費(fèi)為55%。
電力用戶事先預(yù)存的費(fèi)用可以起到重要的保證作用,即當(dāng)用戶的用電量不足時(shí),便可以從預(yù)付費(fèi)中扣除保證金使自身的信用不因此而受到影響;同時(shí),所有的分布式能源交易主體,交易主體要能在保證自身經(jīng)濟(jì)利益不受損害的情況下,才能獲得參與DEEX的交易資格。
3基于不同區(qū)塊鏈分布式能源交易的實(shí)現(xiàn)方案
3.1正確選擇區(qū)塊鏈平臺(tái)
在對(duì)不同區(qū)塊鏈架構(gòu)下分布式交易能源不斷研究的背景下,很多獨(dú)具特色和優(yōu)勢(shì)的區(qū)塊鏈平臺(tái),每一個(gè)平臺(tái)都可以作為一個(gè)礦工,都在竭盡全力地求解一道Ethash的數(shù)學(xué)難題,最先得出結(jié)果的主體可以獲得記賬的權(quán)利,主要職責(zé)是負(fù)責(zé)以太網(wǎng)環(huán)境下產(chǎn)生的新的分布式能源交易事項(xiàng),然后將交易結(jié)果統(tǒng)一打包至一個(gè)區(qū)塊鏈中,并將此共享給其他的礦工使用。需要特別說(shuō)明的是,該交易過(guò)程僅僅指的是形式上的交易,除了要進(jìn)行及時(shí)的轉(zhuǎn)賬之外,不論是協(xié)議還是協(xié)議之外的其他部署均應(yīng)列入這一范疇。此外,以太網(wǎng)作為分布式能源交易的主要技術(shù)支撐,從目前情況來(lái)看,其技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?,該平臺(tái)的應(yīng)運(yùn)而生可以有效降低交易難度。
私有鏈作為區(qū)塊鏈下的另一個(gè)節(jié)點(diǎn),在使用之前需要進(jìn)行身份確認(rèn)、審查,數(shù)據(jù)信息僅供區(qū)塊鏈讀取,而與私有鏈可以相提并論的就是公有鏈,公有鏈下所有的階段均可以隨意進(jìn)入,鏈上的數(shù)據(jù)信息也可以供所有的交易主體隨時(shí)享用。
在分布式能源交易過(guò)程中,所有的參與主體均需要以真實(shí)的身份進(jìn)入,禁止被DEEX之外的參與主體獲取,因此,可選擇私有鏈作為主要方案實(shí)現(xiàn)途徑。
3.2方案的實(shí)現(xiàn)
以太網(wǎng)為技術(shù)支撐的分布式能源交易需要借助軟硬件兩個(gè)層面來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中,硬件環(huán)境下的分布式能源交易需要借助智能電表,用來(lái)計(jì)算電力用戶的電量使用情況和其他的數(shù)據(jù)信息,在交易完成后,智能電表就可以通過(guò)Socket的形式向電力用戶真實(shí)地反饋所需要的數(shù)據(jù)信息,確保分布式交易工作的順利進(jìn)行。
軟件層主要有交互界面、客戶端、智能合約及多主體區(qū)塊鏈共同組成,但需要每一個(gè)交易主體設(shè)置以太網(wǎng)為主的虛擬機(jī)EVM客戶端,借助信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將二者聯(lián)系在一起,進(jìn)而建立起一種多主體的私有鏈。同時(shí),每一個(gè)階段中還對(duì)交易流程進(jìn)行了個(gè)性化的部署,借助truffie開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)。各個(gè)交易主體在交易頁(yè)面中自由訪問(wèn)合約,并進(jìn)行自由交易。
3.3智能合約編寫(xiě)
3.3.1自由報(bào)價(jià)成交階段
3.3.2預(yù)付費(fèi)階段
3.3.3結(jié)算階段
(1)發(fā)電量反饋函數(shù)。分布式能源進(jìn)入結(jié)算階段,各主體方的智能電表可以使用該函數(shù)向?qū)Ψ椒答伆l(fā)電數(shù)量;合約方為每一個(gè)參與主體分別設(shè)置了電網(wǎng)額外的電量,主要用來(lái)記錄電網(wǎng)公司可以完成收購(gòu)的電量,作為后續(xù)結(jié)算的憑證,當(dāng)交易的電量超過(guò)協(xié)議范圍時(shí),該函數(shù)中的Grid Buy值就會(huì)自動(dòng)得到更新。
(2)用電量反饋函數(shù)。當(dāng)電網(wǎng)公司檢測(cè)到分布式交易能源的主體已經(jīng)使用的電量時(shí),智能電表就會(huì)自動(dòng)調(diào)整該函數(shù),并向?qū)Ψ椒答佔(zhàn)约旱挠秒娏俊?/p>
4結(jié)語(yǔ)
綜上所述,文章主要論述了不同區(qū)塊鏈下分布式能源交易的相關(guān)事項(xiàng),期望能為我國(guó)分布式能源交易的實(shí)施帶來(lái)些許有益幫助。另外,運(yùn)用分布式交易能源的可再生能源認(rèn)證條件、綠證核發(fā)及信息管理方式,有效克服了傳統(tǒng)交易模式下各個(gè)分布式能源發(fā)布方各自為政的缺點(diǎn)和弊端,驗(yàn)證了方案的有效性。
參考文獻(xiàn)[1] 沈翔宇,陳思捷,嚴(yán)正,等.區(qū)塊鏈在能源領(lǐng)域的價(jià)值、應(yīng)用場(chǎng)景與適用性分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2021(5):18-29.