能源區(qū)塊鏈下“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈增值效應(yīng)仿真分析

劉吉成，孫嘉康，郭啟蒙

(華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206)

清潔能源將是未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要推動(dòng)力［1］。光伏作為清潔能源的代表，具有低碳、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等明顯的優(yōu)點(diǎn)，近些年來(lái)發(fā)展迅速。但是，光伏發(fā)電出力受天氣等環(huán)境因素的影響巨大，具有不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，另外，大規(guī)模的光電并網(wǎng)將會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，影響電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行［2］。而儲(chǔ)能行業(yè)近些年來(lái)的飛速發(fā)展，為清潔能源的利用提供了新的路徑［3］，結(jié)合儲(chǔ)能的清潔能源價(jià)值鏈的研究越來(lái)越受到重視，但由于信息不對(duì)稱(chēng)性的普遍存在，價(jià)值鏈成員之間存在的信任缺失等問(wèn)題仍然有待解決。而區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)，為解決信任問(wèn)題提供了基礎(chǔ)。因此，本研究針對(duì)光伏出力的特點(diǎn)以及價(jià)值鏈成員間的信任問(wèn)題，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建了“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈，并利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對(duì)其運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行研究，為我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考。

1 相關(guān)研究回顧

對(duì)于結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù)的清潔能源價(jià)值鏈的研究已有一些，如Liu 等［4-5］針對(duì)光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性，結(jié)合儲(chǔ)能環(huán)節(jié)提出了非并網(wǎng)的光伏“發(fā)-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈模式，并對(duì)價(jià)值鏈上的各耦合節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化選擇，并對(duì)清潔能源價(jià)值鏈中的儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)企業(yè)進(jìn)行評(píng)價(jià)，使其與發(fā)電節(jié)點(diǎn)企業(yè)的聯(lián)盟更有價(jià)值：由于儲(chǔ)能商的緩沖作用，因此消除了光電的不穩(wěn)定性，保證了用戶用電的可靠性，同時(shí)也減小了電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻的壓力。

由于光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商在合作運(yùn)營(yíng)模式中構(gòu)成了一個(gè)動(dòng)態(tài)的聯(lián)盟，他們之間的行為相互影響，因此雙方的互信水平將決定其合作深度，進(jìn)而也決定了聯(lián)盟整體的價(jià)值共創(chuàng)水平。但普遍存在的信息不對(duì)稱(chēng)性將會(huì)削弱光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商之間的互信水平，從而降低他們的合作深度，影響聯(lián)盟的整體收益。而區(qū)塊鏈技術(shù)的誕生為解決聯(lián)盟成員間的信任問(wèn)題提供了方案，區(qū)塊鏈技術(shù)在能源領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，最大的特點(diǎn)在于能夠保證參與各方數(shù)據(jù)的安全性、不可篡改性以及可追溯性［6］。通過(guò)應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，能源交易的安全性及可靠性將得到有效保障［7］。洪小鈴等［8］提出了基于區(qū)塊鏈的制造聯(lián)盟系統(tǒng)，通過(guò)制造執(zhí)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能和區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)不可篡改特性，將產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程信息存入?yún)^(qū)塊鏈中，保證信息的真實(shí)性，并將這些信息作為最終利益分配的依據(jù)，以此提升靜態(tài)聯(lián)盟成員企業(yè)的互信程度，促進(jìn)聯(lián)盟企業(yè)的深入合作，實(shí)現(xiàn)共贏。靳開(kāi)元等［9］提出了一種基于區(qū)塊鏈的光伏就地消納交易模式，運(yùn)用Stackelberg 博弈模型確定內(nèi)部電價(jià)，通過(guò)邊緣計(jì)算制定最優(yōu)用電計(jì)劃，設(shè)計(jì)了基于信譽(yù)值的就地消納交易機(jī)制，對(duì)就地消納程度低的用戶進(jìn)行懲罰，鼓勵(lì)用戶通過(guò)可時(shí)移負(fù)荷消納光伏出力。另外，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)作為研究系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間影響關(guān)系的一種方法，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，為系統(tǒng)的價(jià)值增值效應(yīng)分析提供了研究手段，如馮婧等［10］運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，以新興綠色產(chǎn)業(yè)為模擬對(duì)象建立新興綠色產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值增值的系統(tǒng)流圖和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)新興綠色產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值增值的影響因素進(jìn)行分析，為新興綠色產(chǎn)業(yè)的培育及發(fā)展決策提供參考；劉吉成等［11］構(gòu)建了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈增值效應(yīng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，研究?jī)r(jià)值鏈的整體增值趨勢(shì)，探討影響風(fēng)電產(chǎn)業(yè)價(jià)值增值的主要因素，并對(duì)影響因素進(jìn)行靈敏性分析，為我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型及實(shí)現(xiàn)價(jià)值增值提供了一定參考。

通過(guò)對(duì)已有研究成果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，目前針對(duì)清潔價(jià)值鏈、能源區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用以及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究雖然不少，但是缺乏利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對(duì)能源區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到光伏價(jià)值鏈系統(tǒng)的研究，且目前的研究多集中在對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)的研究，較少有涉及到系統(tǒng)的機(jī)制原理。因此，本研究利用區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)了能源區(qū)塊鏈平臺(tái)，并組建了基于能源區(qū)塊鏈的光伏價(jià)值鏈系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對(duì)價(jià)值鏈系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，研究光伏價(jià)值鏈系統(tǒng)的價(jià)值增值機(jī)制及其內(nèi)部各要素之間的影響關(guān)系，進(jìn)而對(duì)其價(jià)值增值機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)性分析。

2 能源區(qū)塊鏈下的“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈

2.1 基本結(jié)構(gòu)

本研究結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建能源區(qū)塊鏈平臺(tái)，利用區(qū)塊鏈的去中心化、不可篡改、可追溯等特性，保證光伏發(fā)電商、儲(chǔ)能商雙方在交易過(guò)程中信息的可靠性與安全性，從而加深兩者之間的互信水平，加強(qiáng)雙方的合作關(guān)系，取得更多的收益。能源區(qū)塊鏈下的“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈（見(jiàn)圖1）由三方主體構(gòu)成，上游節(jié)點(diǎn)為光伏發(fā)電商，中游節(jié)點(diǎn)為儲(chǔ)能商，下游節(jié)點(diǎn)為電力用戶，其中還包含能量流、信息流與價(jià)值流3 種要素。價(jià)值鏈的運(yùn)行過(guò)程為：光伏發(fā)電商將生產(chǎn)出的光電輸送給儲(chǔ)能商，儲(chǔ)能商再將儲(chǔ)備的電能輸送給下游的電力用戶，構(gòu)成能量流；光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商通過(guò)共同構(gòu)建的能源區(qū)塊鏈平臺(tái)進(jìn)行信息交流、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然顒?dòng)，儲(chǔ)能商直接與用戶進(jìn)行信息交流，構(gòu)成信息流；價(jià)值流則從用戶側(cè)開(kāi)始流向儲(chǔ)能商，再到發(fā)電商處，完成價(jià)值的回收增值。這種非并網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)方式，一方面可以減少光伏出力不穩(wěn)定對(duì)電網(wǎng)的沖擊，另一方面可以使儲(chǔ)能商以高于市場(chǎng)上網(wǎng)電價(jià)的價(jià)格收購(gòu)光電，以低于市場(chǎng)峰時(shí)電價(jià)的價(jià)格將電能售給用戶，賺取中間的差價(jià)，在保證自身營(yíng)利的基礎(chǔ)上既提高了光伏發(fā)電商的收益，也提升了用戶的收益，實(shí)現(xiàn)了三方的共贏。

圖1 能源區(qū)塊鏈下的“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈

2.2 能源區(qū)塊鏈平臺(tái)設(shè)計(jì)

目前的區(qū)塊鏈技術(shù)按照應(yīng)用范圍可簡(jiǎn)單分為3種：公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈。公有鏈?zhǔn)侵冈谌澜缰腥魏稳硕伎梢詿o(wú)限制進(jìn)入和退出的，被認(rèn)為是完全去中心化的區(qū)塊鏈應(yīng)用，由數(shù)據(jù)共識(shí)機(jī)制決定誰(shuí)來(lái)記錄區(qū)塊以及哪塊區(qū)塊可以加到區(qū)塊鏈中并明確當(dāng)前狀態(tài)；私有鏈主要是應(yīng)用于一個(gè)組織內(nèi)部沒(méi)有去中心化但是具有分布式結(jié)構(gòu)的區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用；聯(lián)盟鏈介于公有鏈與私有鏈之間，具有部分去中心化開(kāi)放一定權(quán)限等特點(diǎn)［12］。本研究構(gòu)建的能源區(qū)塊鏈平臺(tái)以聯(lián)盟鏈技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶需要采用實(shí)名認(rèn)證的方式，經(jīng)過(guò)審核之后才能進(jìn)入能源區(qū)塊鏈系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的電能交易。

根據(jù)“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈特點(diǎn)，對(duì)能源區(qū)塊鏈平臺(tái)采用的共識(shí)機(jī)制進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于能源區(qū)塊鏈的參與節(jié)點(diǎn)數(shù)量遠(yuǎn)小于公有鏈，且對(duì)每個(gè)參與人都進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)名認(rèn)證，所以避免了大量惡意節(jié)點(diǎn)的存在，所以采用隨機(jī)選擇的共識(shí)機(jī)制來(lái)選擇記賬人，避免了公有鏈中工作量證明（proof of work，Pow）共識(shí)機(jī)制造成的算力浪費(fèi)，并提高了系統(tǒng)的效率。

能源區(qū)塊鏈平臺(tái)中的區(qū)塊結(jié)構(gòu)是使平臺(tái)具有去中心化、不可篡改、可追溯特性的基礎(chǔ)，包括區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩個(gè)部分［13］。區(qū)塊頭部分封裝了上一個(gè)區(qū)塊的哈希（Hash）值、時(shí)間戳、隨機(jī)數(shù)和Merkle根等數(shù)據(jù)，保證了能源區(qū)塊鏈的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)以及交易數(shù)據(jù)的不可篡改性；區(qū)塊體中封裝了能源交易商進(jìn)行能源交易產(chǎn)生的各種交易數(shù)據(jù)，通過(guò)哈希函數(shù)生成Merkle 根，再保存到區(qū)塊頭中，保證了數(shù)據(jù)的不可篡改、可追溯等特性。記賬人通過(guò)調(diào)整隨機(jī)數(shù)獲得滿足系統(tǒng)要求的新區(qū)塊，新區(qū)塊經(jīng)過(guò)其他節(jié)點(diǎn)用戶確認(rèn)之后就可以上鏈保存，隨著區(qū)塊鏈長(zhǎng)度的不斷增長(zhǎng)，越靠前的區(qū)塊中的數(shù)據(jù)就越難以被篡改。具體的區(qū)塊結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 能源區(qū)塊鏈平臺(tái)的區(qū)塊結(jié)構(gòu)

能源區(qū)塊鏈平臺(tái)以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)，保證了交易數(shù)據(jù)的安全可靠，增強(qiáng)了能源交易各方之間的信任度，加強(qiáng)了交易雙方的合作關(guān)系，提升了價(jià)值鏈的整體收益水平，采用能源區(qū)塊鏈進(jìn)行電能交易的基本模式為雙方合作提供了保障。具體為：能源交易商首先申請(qǐng)進(jìn)入能源區(qū)塊鏈平臺(tái)系統(tǒng)，然后進(jìn)行實(shí)名認(rèn)證，認(rèn)證通過(guò)后可以選擇發(fā)起電能交易，當(dāng)其他用戶響應(yīng)交易并確認(rèn)后將生成交易數(shù)據(jù)，之后區(qū)塊鏈系統(tǒng)隨機(jī)選擇記賬人對(duì)交易數(shù)據(jù)進(jìn)行打包生成新區(qū)塊，新生成的區(qū)塊將被廣播給其他節(jié)點(diǎn)的用戶，其他節(jié)點(diǎn)將確認(rèn)新區(qū)塊中的交易信息，待確認(rèn)無(wú)誤后新區(qū)塊上鏈；本輪交易結(jié)束，用戶可以選擇是否進(jìn)行下一輪交易，如果進(jìn)入下一輪交易，則其基本步驟與之前一致。如圖3 所示。

圖3 能源區(qū)塊鏈下的能源交易流程

能源區(qū)塊鏈下的“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈設(shè)計(jì)將為價(jià)值鏈中各個(gè)參與者提供安全可靠的交易機(jī)制，保證能源交易安全有序運(yùn)行，進(jìn)而為價(jià)值鏈整體的價(jià)值增值提供保障。由于價(jià)值鏈系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)復(fù)雜的特性，為了更好地研究?jī)r(jià)值鏈內(nèi)部的協(xié)同運(yùn)作機(jī)理，本研究將采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法對(duì)價(jià)值鏈進(jìn)行分析。

3 能源區(qū)塊鏈下的“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

3.1 系統(tǒng)的邊界設(shè)定及系統(tǒng)假設(shè)

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是以反饋控制理論為基礎(chǔ)，通過(guò)將定性分析與定量分析相結(jié)合，研究如何協(xié)調(diào)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)中各子系統(tǒng)及影響因素間的關(guān)系［14］。將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)運(yùn)用于能源區(qū)塊鏈下的“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈系統(tǒng)，通過(guò)建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行全方位、動(dòng)態(tài)的分析，并根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部影響因素的靈敏性，分析判斷各影響因素對(duì)系統(tǒng)增值效應(yīng)的促進(jìn)或阻礙作用。

本研究構(gòu)建的能源區(qū)塊鏈下的“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈系統(tǒng)主要為具體事物的抽象概括，因此，相比于實(shí)際情況，對(duì)模型進(jìn)行了相應(yīng)的簡(jiǎn)化設(shè)定，以問(wèn)題的主要矛盾為研究對(duì)象。本研究有以下基本假設(shè)：

（1）儲(chǔ)能商的收購(gòu)電價(jià)大于上網(wǎng)電價(jià)，儲(chǔ)能商的銷(xiāo)售電價(jià)大于收購(gòu)電價(jià)，同時(shí)，儲(chǔ)能商的銷(xiāo)售電價(jià)小于市場(chǎng)中電網(wǎng)的峰時(shí)電價(jià)。由于電網(wǎng)峰時(shí)電價(jià)與上網(wǎng)電價(jià)之間存在著不小的價(jià)差，因此該假設(shè)可以實(shí)現(xiàn)。

（2）光伏發(fā)電商將生產(chǎn)出的電能按照一定的比例售給儲(chǔ)能商，與光電上網(wǎng)相比，該部分電能將產(chǎn)生更高的收益，而送儲(chǔ)比例將受到發(fā)電商與儲(chǔ)能商之間互信水平的影響。

（3）當(dāng)發(fā)電商與儲(chǔ)能商獲得相應(yīng)收益以后，才會(huì)考慮構(gòu)建能源區(qū)塊鏈平臺(tái)進(jìn)一步加強(qiáng)合作，因此，未構(gòu)建平臺(tái)時(shí)的互信水平將處于較低水準(zhǔn)，且增加速度緩慢。

（4）由于儲(chǔ)能商的電價(jià)低于峰時(shí)電網(wǎng)電價(jià)，所以，儲(chǔ)能商的電能總是能夠被用戶接納。

（5）基于能源區(qū)塊鏈的發(fā)電、儲(chǔ)電雙方的互信水平可以達(dá)到最佳水準(zhǔn)，發(fā)電商將會(huì)把生產(chǎn)出來(lái)的全部電量售給儲(chǔ)能商，此時(shí)雙方的互信水平為1，送儲(chǔ)比率為100%。

（6）由于光伏發(fā)電商的投機(jī)心理，在信息不完全的狀態(tài)下，依舊選擇將一部分光電售賣(mài)給儲(chǔ)能商。

（7）當(dāng)儲(chǔ)能商擁有一定的電能儲(chǔ)備之后，可以將剛收購(gòu)的電能直接輸送給用戶，不必進(jìn)行存儲(chǔ)，在進(jìn)行交易時(shí)，儲(chǔ)能商也只需保證能夠給用戶提供已商定好的電量。又由于本研究中按月為時(shí)間單位進(jìn)行模擬，所以，儲(chǔ)能商實(shí)際的售電量將超過(guò)其儲(chǔ)能容量，基于此，設(shè)定儲(chǔ)能流轉(zhuǎn)率為儲(chǔ)能商最大電能購(gòu)買(mǎi)（售賣(mài)）量與儲(chǔ)能容量的比值。假設(shè)儲(chǔ)能流轉(zhuǎn)率為3，儲(chǔ)能容量為1 個(gè)單位，則儲(chǔ)能商的最大購(gòu)買(mǎi)（售賣(mài)）電量可以達(dá)到3 個(gè)單位。

3.2 系統(tǒng)因果關(guān)系分析

能源區(qū)塊鏈下的“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈系統(tǒng)是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，按層次可以化為3 個(gè)子系統(tǒng)，分別為發(fā)電商子系統(tǒng)、儲(chǔ)能商子系統(tǒng)以及用戶子系統(tǒng)，3 個(gè)子系統(tǒng)之間相互影響，共同構(gòu)成了整體的大的系統(tǒng)。通過(guò)因果關(guān)系分析可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中各因素對(duì)發(fā)電商超額收益、儲(chǔ)能商收益以及用戶收益造成的影響。

在發(fā)電商子系統(tǒng)中，對(duì)發(fā)電商超額收益進(jìn)行因果關(guān)系分析可以發(fā)現(xiàn)：發(fā)儲(chǔ)互信水平→+發(fā)電商平臺(tái)投資→?發(fā)電商超額收益；發(fā)電商平臺(tái)投資系數(shù)→+發(fā)電商平臺(tái)投資→?發(fā)電商超額收益；電價(jià)價(jià)差→+送儲(chǔ)收益→+發(fā)電商超額收益；送儲(chǔ)電量→+送儲(chǔ)收益→+發(fā)電商超額收益。其中存在兩個(gè)主要的因果關(guān)系反饋循環(huán)：發(fā)電商超額收益→+發(fā)電商平臺(tái)投資→?發(fā)電商超額收益；發(fā)電商超額收益→+發(fā)電商平臺(tái)投資→+信任增加度→+發(fā)儲(chǔ)互信水平→+送儲(chǔ)比率→+送儲(chǔ)電量→+送儲(chǔ)收益→+發(fā)電商超額收益。

在儲(chǔ)能商子系統(tǒng)中，對(duì)儲(chǔ)能商收益進(jìn)行因果關(guān)系分析可以發(fā)現(xiàn)：儲(chǔ)能商平臺(tái)投資系數(shù)→+儲(chǔ)能商平臺(tái)投資→?儲(chǔ)能商收益；發(fā)儲(chǔ)互信水平→+儲(chǔ)能商平臺(tái)投資→?儲(chǔ)能商收益；初始投資→?儲(chǔ)能商收益；售電電價(jià)→+售電收益→+儲(chǔ)能商收益；送儲(chǔ)電價(jià)→?售電收益→+儲(chǔ)能商收益；送儲(chǔ)電量→+售電收益→+儲(chǔ)能商收益。另外，涉及到儲(chǔ)能商收益的因果反饋循環(huán)主要有：儲(chǔ)能商收益→+儲(chǔ)能商平臺(tái)投資→+儲(chǔ)能商收益；儲(chǔ)能商收益→+儲(chǔ)能商平臺(tái)投資→+信任增加度→+發(fā)儲(chǔ)互信水平→+送儲(chǔ)比率→+送儲(chǔ)電量→+售電收益→+儲(chǔ)能商收益。

在用戶子系統(tǒng)中，利用因果樹(shù)圖對(duì)用戶收益進(jìn)行因果關(guān)系分析可以發(fā)現(xiàn)：售電電價(jià)→—峰時(shí)用電收益→+用戶收益；峰時(shí)網(wǎng)電電價(jià)→+峰時(shí)用電收收益→+用戶收益。

能源區(qū)塊鏈下的“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈系統(tǒng)的具體因果關(guān)系如圖4 所示，其闡述了系統(tǒng)中各要素之間的相互影響關(guān)系。

圖4 能源區(qū)塊鏈下的“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈系統(tǒng)因果關(guān)系

3.3 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

根據(jù)圖4 構(gòu)建系統(tǒng)存量流量模型，將發(fā)電商超額收益、發(fā)儲(chǔ)互信水平、儲(chǔ)能商收益、用戶收益4個(gè)系統(tǒng)要素設(shè)為水平變量，將送儲(chǔ)收益、發(fā)電商平臺(tái)投資設(shè)為發(fā)電商超額收益的流率變量，將信任增加度設(shè)為發(fā)儲(chǔ)互信水平的流入變量，將售電收益和儲(chǔ)能商平臺(tái)投資設(shè)為儲(chǔ)能商收益的流入和流出變量，將峰時(shí)用電收益設(shè)為用戶收益的流入變量；系統(tǒng)中的其他要素設(shè)為相應(yīng)的輔助變量。具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 能源區(qū)塊鏈下“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈系統(tǒng)存量流量模型

4 仿真分析及建議

4.1 參數(shù)設(shè)定及狀態(tài)方程

對(duì)能源區(qū)塊鏈下“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈系統(tǒng)存量流量模型進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真，并對(duì)主要變量進(jìn)行靈敏性分析。以寧夏地區(qū)的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況為依據(jù)，對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)定：裝機(jī)容量為10 MW；年平均有效日照時(shí)間為1 459 h；發(fā)電量按照平均月有效日照時(shí)數(shù)計(jì)算；初始送儲(chǔ)比率為20%；上網(wǎng)電價(jià)為0.35 元，送儲(chǔ)電價(jià)為0.55元，售電電價(jià)為0.8 元，峰時(shí)電網(wǎng)電價(jià)為1.0 元；發(fā)電商平臺(tái)建設(shè)投資系數(shù)、儲(chǔ)能商平臺(tái)建設(shè)投資系數(shù)均為0.3；儲(chǔ)能商的固定設(shè)備投資成本為1.12 元/kW·h；初始固定投資為100 萬(wàn)元；儲(chǔ)能流轉(zhuǎn)率為5；平臺(tái)日常維護(hù)費(fèi)為1 000 元。模型中涉及的主要狀態(tài)方程如下：

（1）發(fā)電商超額收益=INTEG(送儲(chǔ)收益-發(fā)電商，0)；

（2）儲(chǔ)能商收益=INTEG(售電收益-儲(chǔ)能商平臺(tái)投資，-初始投資) ；

（3）用戶收益=INTEG(峰時(shí)用電收益，0)；

（4）發(fā)儲(chǔ)互信水平=INTEG(IF THEN ELSE(1-發(fā)儲(chǔ)互信水平>=信任增加度,信任增加度，1-發(fā)儲(chǔ)互信水平)，0)

（5）送儲(chǔ)收益=送儲(chǔ)電量×電價(jià)價(jià)差；

（6）發(fā)電商平臺(tái)投資=IF THEN ELSE(發(fā)儲(chǔ)互信水平>=1，平臺(tái)日常維護(hù)費(fèi)，發(fā)電商超額收益×發(fā)電商平臺(tái)建設(shè)投資系數(shù)) ；

（7）信任增加度=(發(fā)電商平臺(tái)投資+儲(chǔ)能商平臺(tái)投資)/能源區(qū)塊鏈平臺(tái)造價(jià)

（8）儲(chǔ)能商平臺(tái)投資=IF THEN ELSE(發(fā)儲(chǔ)互信水平>=1，平臺(tái)日常維護(hù)費(fèi)，IF THEN ELSE(儲(chǔ)能商收益>=0，儲(chǔ)能商收益×儲(chǔ)能商平臺(tái)投資系數(shù)，0))

（9）送儲(chǔ)比率=IF THEN ELSE(發(fā)儲(chǔ)互信水平>=1,1,MAX(0.2,發(fā)儲(chǔ)互信水平))

（10）送儲(chǔ)電量=MIN(送儲(chǔ)比率×發(fā)電量，儲(chǔ)能容量×儲(chǔ)能流轉(zhuǎn)率)

4.2 仿真結(jié)果分析

仿真采用Vensim PLE 軟件進(jìn)行相應(yīng)的仿真，時(shí)間以月為單位，對(duì)發(fā)電商超額收益、儲(chǔ)能商收益、用戶收益、發(fā)儲(chǔ)互信水平等4 個(gè)方面進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖6、圖7所示。仿真結(jié)果顯示，隨著時(shí)間的推移，發(fā)電商超額收益、儲(chǔ)能商收益、用戶收益都將增加。

圖6 發(fā)電商、儲(chǔ)能商、用戶三方收益仿真比較

圖7 發(fā)電商、儲(chǔ)能商互信水平及送儲(chǔ)比率變化仿真分析

（1）對(duì)于發(fā)電商超額收益而言，主要經(jīng)歷了兩個(gè)階段。第一個(gè)階段，增長(zhǎng)速度較為緩慢。這是因?yàn)樵谧畛蹼A段，發(fā)電商與儲(chǔ)能商投入搭建能源區(qū)塊鏈平臺(tái)的資金較少，平臺(tái)尚未搭建完成，雙方互信水平處于較低水準(zhǔn)，影響了發(fā)電商的送儲(chǔ)比率提升，因此發(fā)電商超額收益增長(zhǎng)較為緩慢。在第二階段，由于雙方資金投入已經(jīng)達(dá)到一定水準(zhǔn)，能源區(qū)塊鏈平臺(tái)搭建完成，雙方互信水平達(dá)到較高水準(zhǔn)，此時(shí)將大幅度提高光電的送儲(chǔ)比率，因?yàn)榘l(fā)電商超額收益增長(zhǎng)較快。對(duì)于儲(chǔ)能商而言，由于儲(chǔ)能商的收入依賴(lài)于光電的買(mǎi)賣(mài)差額，因此將其收益初始值設(shè)為固定資產(chǎn)投入的相反數(shù)是合理的，可以發(fā)現(xiàn)，增長(zhǎng)速度同樣經(jīng)歷了兩個(gè)階段，原因與發(fā)電商的基本一致，在此則不再贅述。值得注意的是，儲(chǔ)能商的收益雖然在開(kāi)始之時(shí)低于發(fā)電商與用戶的收益，但是增長(zhǎng)速度相對(duì)較快，因此，經(jīng)過(guò)足夠的時(shí)間之后，儲(chǔ)能商的收益將超過(guò)發(fā)電商超額收益以及用戶收益。對(duì)于用戶而言，收益增長(zhǎng)與發(fā)電商超額收益的增長(zhǎng)是類(lèi)似的，都經(jīng)歷了兩個(gè)階段，但用戶并沒(méi)有參與到能源區(qū)塊鏈平臺(tái)的建設(shè)當(dāng)中，收益增加主要依賴(lài)于發(fā)電商的送儲(chǔ)電量的增長(zhǎng)，因此收益增長(zhǎng)速度與發(fā)電商超額收益增長(zhǎng)速度接近。

（2）發(fā)儲(chǔ)互信水平的增加趨勢(shì)。由于最初發(fā)電商與儲(chǔ)能商的收益尚不足以開(kāi)展能源區(qū)塊鏈平臺(tái)的建設(shè)，發(fā)儲(chǔ)雙方互信水平維持在較低水準(zhǔn)，假定其0；當(dāng)發(fā)電商獲得超額收益之后，將會(huì)利用其中部分資金投入到能源區(qū)塊鏈平臺(tái)的建設(shè)中來(lái)，因此雙方互信水平開(kāi)始增長(zhǎng)，最終達(dá)到頂峰，將其設(shè)定為1，與之前假設(shè)相符。實(shí)際上，區(qū)塊鏈技術(shù)作為一種分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)一旦上鏈將具有不可篡改、可追溯的特性，可以大幅度增加數(shù)據(jù)的可信，進(jìn)而大幅度加深合作雙方的互信水平，直至達(dá)到合作關(guān)系中的最高信任水準(zhǔn)，因此本研究將其假定為1 是合理的。

（3）光伏發(fā)電商的送儲(chǔ)比率也在不斷增高。這是因?yàn)樗蛢?chǔ)比率受到發(fā)儲(chǔ)互信水平的影響，而發(fā)儲(chǔ)互信水平處于不斷升高的趨勢(shì)當(dāng)中；送儲(chǔ)比率的升高將帶動(dòng)光伏發(fā)電超額收益的增加，而超額收益的增加將會(huì)帶動(dòng)能源區(qū)塊鏈平臺(tái)建設(shè)的加快，這又增加了發(fā)儲(chǔ)互信水平，形成正向的循環(huán)。因此，最終的送儲(chǔ)比率將達(dá)到100%。值得注意的是，這里假定在最初即使沒(méi)有能源區(qū)塊鏈平臺(tái)的建設(shè)，出于投機(jī)的心理，發(fā)電商也將一定比率的放電銷(xiāo)售給儲(chǔ)能商，這也是符合事實(shí)的。

綜上所述，從價(jià)值鏈各主體的角度來(lái)看，能源區(qū)塊鏈下的“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈的構(gòu)建將提升各主體的收益，提高光伏的利用率，實(shí)現(xiàn)價(jià)值的增值。對(duì)于光伏發(fā)電商而言，將光電銷(xiāo)售給儲(chǔ)能商將會(huì)帶來(lái)更多的收益，同時(shí)也緩解了光伏并網(wǎng)的壓力；對(duì)于儲(chǔ)能商而言，將收購(gòu)的光電在用電峰時(shí)銷(xiāo)售給電力用戶，可以實(shí)現(xiàn)成本快速回收和價(jià)值的增值；對(duì)于用戶而言，在峰時(shí)從儲(chǔ)能商處購(gòu)買(mǎi)所需電量可以節(jié)省大量費(fèi)用，獲得更多收益。從價(jià)值鏈中光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商信任問(wèn)題的角度來(lái)看，能源區(qū)塊鏈平臺(tái)的構(gòu)建，能夠解決價(jià)值鏈上成員之間的信任問(wèn)題，提升光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商之間的互信水平，進(jìn)而雙方建立穩(wěn)定的合作關(guān)系，將有助于光伏發(fā)電商、儲(chǔ)能商以及用戶收益的增加，有助于光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

4.2 主要影響因素分析

利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性以及Vensim PLE軟件功能，針對(duì)能源區(qū)塊鏈中裝機(jī)容量以及發(fā)電商平臺(tái)投資系數(shù)兩個(gè)變量進(jìn)行靈敏度分析：通過(guò)對(duì)裝機(jī)容量分析，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)電商規(guī)模對(duì)整體收益的影響；通過(guò)對(duì)發(fā)電商平臺(tái)投資系統(tǒng)的分析，可以得出能源區(qū)塊鏈平臺(tái)建設(shè)速度對(duì)價(jià)值鏈整體的收益的影響；另外，由于儲(chǔ)能商平臺(tái)投資系數(shù)對(duì)價(jià)值鏈系統(tǒng)的影響與發(fā)電商平臺(tái)投資系數(shù)的影響較為相似，且又因?yàn)閮?chǔ)能商在前期并不能提供較多的平臺(tái)建設(shè)資金，因此主要對(duì)發(fā)電商平臺(tái)投資系數(shù)的影響進(jìn)行分析。

（1）裝機(jī)容量影響。假設(shè)存在4 種不同的光伏電廠規(guī)模，裝機(jī)容量分別為5 MW、10 MW、15 MW以及20 MW，就此進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析，結(jié)果對(duì)比如圖8 所示。隨著裝機(jī)容量的增加，如圖8（a）顯示，發(fā)電商的超額收益也在增加，且增長(zhǎng)速度也在變快；圖8（b）顯示用戶收益大小及增長(zhǎng)速度均有相應(yīng)的增加；圖8（c）顯示儲(chǔ)能商能夠提前完成固定投資的回收，并且擁有較高的收益增長(zhǎng)速度；圖8（d）顯示對(duì)發(fā)儲(chǔ)雙方互信水平增進(jìn)有正向影響。值得注意的是，裝機(jī)容量并不能影響初期的發(fā)儲(chǔ)雙方互信水平，這是可以理解的，裝機(jī)容量的增加并不能打破信息不對(duì)稱(chēng)的局面，因此裝機(jī)容量不能影響最初的互信水平，但是可以加快之后的互信水平增長(zhǎng)速度。通過(guò)對(duì)裝機(jī)容量影響的分析，從光伏電廠建設(shè)的角度來(lái)看，較大規(guī)模的光伏電廠將會(huì)實(shí)現(xiàn)更高水平的價(jià)值增值效應(yīng)，其除了可以提升自身的收益以外，也可以提升儲(chǔ)能商及用戶的收益水平，實(shí)現(xiàn)多方收益的共同增長(zhǎng)。

圖8 裝機(jī)容量對(duì)價(jià)值鏈成員收益及互信水平影響的仿真分析

（2）發(fā)電商平臺(tái)投資系數(shù)影響。發(fā)電商平臺(tái)投資系數(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“投資系數(shù)”）反映了發(fā)電商對(duì)能源區(qū)塊鏈平臺(tái)建設(shè)的重視程度，二者之間呈正相關(guān)關(guān)系。假定3 種不同的發(fā)電商投資系數(shù)，分別為0.3、0.5、0.7，分別對(duì)應(yīng)于發(fā)電商對(duì)能源區(qū)塊鏈平臺(tái)建設(shè)重視程度較低、一般和較高，具體仿真結(jié)果如圖9 所示。隨著投資系數(shù)的增加，如圖9（a）所示，發(fā)電商超額收益的絕對(duì)值也相應(yīng)增加，而且，在前期投資系數(shù)較低的發(fā)電商可以獲得較高的超額收益，但是之后隨著時(shí)間的增加，投資系數(shù)較高的發(fā)電商取得了較高的超額收益；這也是可以理解的，較高的投資系數(shù)將在前期消耗大量的資金，而此時(shí)能源區(qū)塊鏈對(duì)于互信水平的影響尚不足以彌補(bǔ)大量的消耗，但是，隨著時(shí)間的推移，能源區(qū)塊鏈建設(shè)帶來(lái)的效果將會(huì)大幅度增加發(fā)電商的超額收益，彌補(bǔ)之前的投資消耗，且取得更大的收益。同時(shí)，隨著投資系數(shù)的增加，如圖9（b）所示，儲(chǔ)能商收益的絕對(duì)值以及增長(zhǎng)速度也將增加，同時(shí)減少儲(chǔ)能商回收固定投資的時(shí)間；如圖9（c）所示，用戶收益的絕對(duì)值以及增長(zhǎng)速度也會(huì)增加；如圖9（d）所示，發(fā)儲(chǔ)互信水平的增加速度也會(huì)增加，因?yàn)橥顿Y系數(shù)增加加快了能源區(qū)塊鏈平臺(tái)的建設(shè)速度，因此可以帶來(lái)發(fā)儲(chǔ)互信水平增長(zhǎng)速度的增加。值得注意的是，第一期的發(fā)儲(chǔ)互信水平依舊為0，這是因?yàn)榈? 個(gè)月之前假定發(fā)電商并沒(méi)有開(kāi)始進(jìn)行平臺(tái)建設(shè)，其在第1 個(gè)月獲得超額收益之后才開(kāi)始進(jìn)行平臺(tái)建設(shè)，因此發(fā)儲(chǔ)互信水平依舊為0。通過(guò)對(duì)發(fā)電商平臺(tái)投資系數(shù)影響的分析，從能源區(qū)塊鏈平臺(tái)建設(shè)的角度來(lái)看，區(qū)塊鏈技術(shù)作為新一代信息技術(shù)的代表之一，與傳統(tǒng)行業(yè)的融合將會(huì)帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，光伏發(fā)電商及儲(chǔ)能商對(duì)于建設(shè)能源區(qū)塊鏈的重視程度的提高有助于價(jià)值鏈成員更快獲得更多的收益，越早實(shí)現(xiàn)能源區(qū)塊鏈平臺(tái)的搭建就越早能夠建立深入穩(wěn)定的合作關(guān)系，實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈整體收益水平的提高。

圖9 發(fā)電商投資系數(shù)對(duì)價(jià)值鏈成員收益及互信水平的影響

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

在以實(shí)現(xiàn)碳中和碳達(dá)峰為目標(biāo)的發(fā)展背景下，以光伏為代表的清潔能源技術(shù)與儲(chǔ)能技術(shù)及區(qū)塊鏈技術(shù)的融合發(fā)展將會(huì)實(shí)現(xiàn)多方利益主體的價(jià)值增值，增強(qiáng)能源交易雙方的互信水平，促進(jìn)清潔能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，增強(qiáng)能源利用效率，減少碳排放。本研究結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)構(gòu)建了能源區(qū)塊鏈下的“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)，闡述了能源區(qū)塊鏈下的能源交易流程，為解決由光伏出力不穩(wěn)定導(dǎo)致的利用率低的問(wèn)題和交易過(guò)程信任缺失問(wèn)題提供方案；之后利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對(duì)該價(jià)值鏈系統(tǒng)進(jìn)行仿真，建立了相應(yīng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，在對(duì)仿真結(jié)果及主要影響因素分析的基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的建議。研究結(jié)果表明，本研究所構(gòu)建的能源區(qū)塊鏈下的“光-儲(chǔ)-用”價(jià)值鏈整體將取得較好的收益，光伏發(fā)電商、儲(chǔ)能商以及用戶都將取得較高的收益并且實(shí)現(xiàn)價(jià)值的增值，同時(shí)能源區(qū)塊鏈平臺(tái)的搭建解決了光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商交易過(guò)程中的信任問(wèn)題，使得各方均獲得了良好的發(fā)展前景。

5.2 對(duì)策建議

合理的政府政策將會(huì)對(duì)相應(yīng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到很大的幫助作用。結(jié)合以上結(jié)論，給出如下建議：

（1）在保證電網(wǎng)供電的基礎(chǔ)上大力發(fā)展“光-儲(chǔ)-用”的光伏利用模式，進(jìn)而將這種模式推廣到風(fēng)電等其他具有不穩(wěn)定性的清潔能源地利用中來(lái)。采取這一模式，不僅可以提升清潔能源的利用率，而且還能減輕電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)多方利益主體的價(jià)值增值。

（2）大力發(fā)展儲(chǔ)能行業(yè)，提倡儲(chǔ)能行業(yè)參與到清潔能源價(jià)值鏈的建設(shè)中。儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展可以為清潔能源的利用提供有利的技術(shù)條件，同時(shí)以“光-儲(chǔ)-用”為代表的清潔能源消納模式也為儲(chǔ)能行業(yè)提供發(fā)展路徑參考，實(shí)現(xiàn)正向的反饋循環(huán)，為我國(guó)雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)力量。

（3）加快能源區(qū)塊鏈的建設(shè)，發(fā)展區(qū)塊鏈技術(shù)在以光伏為代表的清潔能源領(lǐng)域的應(yīng)用。區(qū)塊鏈技術(shù)作為新一代信息技術(shù)的代表之一，它的應(yīng)用可以保障能源交易各方的利益，以及提升能源交易的可靠性，增強(qiáng)能源交易各方的互信水平，有利于清潔能源價(jià)值鏈的升級(jí)發(fā)展。

（4）健全相應(yīng)的清潔能源市場(chǎng)體制機(jī)制。以“光-儲(chǔ)-用”為代表的清潔能源消納模式以市場(chǎng)為主導(dǎo)力量，可以更加高效地對(duì)資源進(jìn)行配置，健全的市場(chǎng)體制機(jī)制將為其發(fā)展提供保障。

此外，本研究在系統(tǒng)模型的構(gòu)建中，除主要變量外其余變量的設(shè)置并不夠全面，對(duì)于系統(tǒng)中其他變量的影響分析不夠完整，今后有待進(jìn)一步深入研究。