不同區(qū)塊鏈架構對分布式能源交易適用性分析

符安文

摘要：傳統(tǒng)的電力市場交易模式主要由電力調度部門根據(jù)市場實際需求和供需計劃，并以集中的方式將發(fā)電廠內(nèi)的電量調度給用電方。當下，隨著我國分布式的快速發(fā)展，并網(wǎng)需求與日俱增，集中調度方式逐漸退出歷史舞臺，而區(qū)塊鏈架構下分布式能源交易便有效解決了這一問題，這是因為區(qū)塊鏈中具備的節(jié)點對等、去中心化及數(shù)據(jù)公開透明等的特點與分布式能源交易的方式基本相似。文章主要針對分布式能源交易過程中的可靠性低、速度慢的問題提出了不同區(qū)塊鏈架構對分布式能源交易模式。

關鍵詞：區(qū)塊鏈架構 分布式能源 交易模式 適用性

中圖分類號：TM73?? 文獻標識碼：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)劃實施以來，我國相關部門不斷出臺文件引導企業(yè)進行能源供給側結構性改革，并正在努力地從過去的集中能源供給向著分布式能源的方向轉變，特別是在相關政策的正確引導和資本市場的大力推動下，分布式能源在我國各個城市地區(qū)實現(xiàn)了迅速的推廣和應用。在這樣的背景之下，發(fā)改委與能源局聯(lián)合出臺了《關于開展分布式發(fā)電市場交易試點的通知》（以下簡稱《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力。2019年，江蘇省、廣東省開始全面貫徹與實施《通知》，并根據(jù)《通知》中的具體要求制定了符合自身實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，不同區(qū)塊鏈架構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，相關部門嘗試在知名企業(yè)的項目中開展分布式交易能源模式，相關學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、購電方面的應用機制，編制了區(qū)塊鏈弱中心化電力交易方案和管理機制，分析了不同區(qū)塊鏈架構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)；設計了不同區(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)塊鏈架構下的分布式能源交易新理念。盡管如此，由于上述研究和應用未能根據(jù)我國當前最新出臺的政策進行緊密結合，如《通知》中就過往機制與可再生能源消納考核機制的制定辦法。因此，如何更好地促進不同區(qū)塊鏈架構在分布式交易能源中的價值和作用，制定與我國國情相符合的分布式能源交易方案，還需要進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，這就在無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程中，雙方除了應當盡到自己的責任和義務，還應當與相關部門發(fā)布的政策性文件建立緊密的聯(lián)系性。同時，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)同效率低下等問題，因此建立分布式交易能源中心可能并不現(xiàn)實，所以提出一種既可以降低交易成本，又可以共享各個部門數(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計

2.1分布式能源交易機制

《通知》中明確指出要注重和加強分布式能源與電力用戶之間的交易，借助市場優(yōu)勢，激發(fā)分布式能源發(fā)電房與用戶交易的積極性和主動性。同時，通過設定的電網(wǎng)費標準可以幫助用戶明確自身所處的電壓等級、配送電價與交易過程中對應的輸出和配電之差。

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、集中競價和掛牌交易3種類型，在實際的交易過程中由于交易雙方考慮到了分布式能源當前的市場情況，所以文章主要以掛牌交易去中心化能源交易所（decentralized energy exchange，DEEX）為主要研究對象對全文進行統(tǒng)籌分析。DEEX在不同區(qū)塊鏈架構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程中的發(fā)布方、電力用戶、電網(wǎng)公司及負責可再生能源的信息管理中心；組織者和維護者指的是用來驗證分布式交易能源節(jié)點的人員，也就是說當該節(jié)點為參與者時，便可以向DEEX平臺發(fā)送交易請求，當該節(jié)點為礦工的情況下，就可以自動生成新的區(qū)塊鏈并添加至相應的鏈條上，進而實現(xiàn)自監(jiān)督的根本目的。在DEEX中，一個完整的分布式能源交易過程可以劃分為交易和交割兩個過程，交易作為交割的前提條件，主要包括自由報價交易、預付費交易；交割主要包括正常的電量交易和結算交易兩種類型。

2.1.1 自由報價交易

自由報價交易是分布式能源交易最常見的一種交易模式，與掛牌交易模式有著很多的相似之處，且在不同區(qū)塊鏈架構下支持市價和限價兩種交易模式。其中，市價交易模式指的是分布式能源的發(fā)布者在當前的市場環(huán)境中期望選擇一個或者多個理想的交易對象進行交易，且該筆交易可以立即達成；限價交易指的是分布式能演的發(fā)布者不滿足當前的市場價格而提出的自己期望的交易價格、交易方式和交易時間，并等待用戶可以響應這一交易過程，但無法控制有關的交易事項。

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撲位置和電壓等級上的，因此在具體的交易過程中應綜合考慮過網(wǎng)費對分布式能源交易可能帶來的影響，對于不同區(qū)塊鏈架構下的分布式能源發(fā)布方在當前的市場中最理想的交易對象是以不確定的形式存在的，此時，DEEX便可以以參與者的角色向被交易的一方提供準確的電壓等級和所在的拓撲位置，幫助和引導參與主體查詢分布式能源交易情況，再確定以何種交易模式進行交易^[3]。

2.1.2 預付費交易

在分布式能源的預付費交易環(huán)節(jié)，電力用戶應當根據(jù)自己在某一個周期內(nèi)已經(jīng)使用的電量向DEEX平臺中預先存入一些費用，發(fā)布方也應當在該平臺中存入一定的保證金，便于分布式能源交易實現(xiàn)自動結算目的。

2.1.3 費用結算

在分布式能源的費用結算階段，不同的參與主體可以通過安裝可以自動運行的智能電表，準確反映用電和發(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)了交易偏差問題時，應當在查明原因的同時立即追究過錯方的責任，為避免這一問題的出現(xiàn)，增加不必要的工作任務量。基于此，文章提出如下實施方案：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，電價部門有權按照當前的市場價格提醒其盡快繳費，而少于協(xié)議內(nèi)容的電量則可以按照電力用戶當前使用的目錄單價先向電網(wǎng)公司購買一定數(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了協(xié)議范圍內(nèi)的電量，電網(wǎng)公司同樣有權按照當前的市場價格提醒其進行繳費，而低于協(xié)議內(nèi)容的電量則可以當作協(xié)議之外的標準銷售給電網(wǎng)公司。

2.2可再生能源消納認證機制

2019年，國家能源局首次發(fā)布了《可再生能源消納保障機制》，在該機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任，消納量不足的一方可以向另一方購買超額的消納量進而在電網(wǎng)公司平臺上獲得綠證。綠證的核發(fā)單位為國家能源局在各個城市地區(qū)設立的可再生能源信息管理中心，但綠證的核發(fā)時間較長，且流程較為復雜。可再生能源作為分布式能源中的一個重要組成部分，在具體的分布式能源交易過程中，需要以記錄代核發(fā)的身份對分布式交易能源雙方進行審核，即當雙方之間達成一筆分布式能源交易時，便可以認定為其中的一方已經(jīng)具備了能源局核發(fā)的綠證，此時分布式能源發(fā)布方可以將綠證經(jīng)過交易流轉至電力用戶名下，轉化成消納量，這一代核發(fā)的方法可以省去分布式能源發(fā)布方的申報和國家可再生能源信息管理中心進行核發(fā)，減少了雙方工作人員繁重的工作任務量。誠然，由于不同區(qū)塊鏈架構下的分布式能源發(fā)布方與國家可再生能源信息管理中心并不屬于同一個同一部門，也不屬于一個同時管理二者的上級部門，即使是設立了專門的部門，又由于費用較高的問題也只能被擱淺下來。所以，傳統(tǒng)的記錄代核發(fā)方式早已難以滿足不同區(qū)塊鏈架構下分布式能源交易模式了。此時，就可以將可再生能源信息管理中心看作成一個獨立的節(jié)點，通過全部交易主體的一致確認的基礎上核發(fā)綠證，實現(xiàn)分布式能源的流轉^[4]。

文中所述分布式能源發(fā)布方與電力用戶交易過程就涵蓋了綠證的流轉，而在具體的遠期擴展工作中，DEEX應當綜合考慮掛單交易模式下是否可以實現(xiàn)綠證的流轉，并為綠證需求的所有參與者提供交易平臺，綠證交易平臺的現(xiàn)有方案全部為掛牌交易模式。

2.3信用管理機制

信用管理機制下的分布式能源交易模式指的是先預付一部分費用再進行交易的一種模式，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，對于電網(wǎng)來說是一種嚴峻的挑戰(zhàn)，不僅會使得交易過程變得更加艱難，還違背了分布式交易能源的初衷，因此很有必要對不同區(qū)塊鏈架構下的分布式能源進行詳細的分析與研究。基于此，文章提出了基于分布式交易能源完成情況的計算方法，然后將計算的結果與分布式交易能源在交易環(huán)節(jié)存入的保證金、市場準入機制結合在了一起，即不同交易方在分布式能源交易過程中的信用程度越低，保證金的比例就會越低，如果交易主體的信用保證金低于了下限，電網(wǎng)公司有權禁止交易雙方進入DEEX中^[5]。

分布式能源發(fā)布方在n個交易周期后的信用平均值計算公式如式（3）所示：

式中，代表第i個周期內(nèi)分布式交易能源雙方已經(jīng)消耗的電量，如果實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n個周期內(nèi)的電量交易計算方法同上，但下限應控制在0.5之內(nèi)。

分布式能源交易發(fā)電方在第n個交易需要提供的保證金計算公式如下：

式中，代表電力用戶已經(jīng)確定的目錄電價，并在目錄單價下設置交易主體信用初值為1，式（4）中表明：某一個特定周期內(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)的總價則成正比，也就是說當分布式能源一方的電力信用等級為1時，保證金數(shù)額處于下限時，總電費按照5%計算，當下限超過0.5%時，保證金數(shù)額就超過了上限，總電費為55%。

電力用戶事先預存的費用可以起到重要的保證作用，即當用戶的用電量不足時，便可以從預付費中扣除保證金使自身的信用不因此而受到影響；同時，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現(xiàn)方案

3.1正確選擇區(qū)塊鏈平臺

在對不同區(qū)塊鏈架構下分布式交易能源不斷研究的背景下，很多獨具特色和優(yōu)勢的區(qū)塊鏈平臺，每一個平臺都可以作為一個礦工，都在竭盡全力地求解一道Ethash的數(shù)學難題，最先得出結果的主體可以獲得記賬的權利，主要職責是負責以太網(wǎng)環(huán)境下產(chǎn)生的新的分布式能源交易事項，然后將交易結果統(tǒng)一打包至一個區(qū)塊鏈中，并將此共享給其他的礦工使用。需要特別說明的是，該交易過程僅僅指的是形式上的交易，除了要進行及時的轉賬之外，不論是協(xié)議還是協(xié)議之外的其他部署均應列入這一范疇。此外，以太網(wǎng)作為分布式能源交易的主要技術支撐，從目前情況來看，其技術已經(jīng)相當?shù)某墒欤撈脚_的應運而生可以有效降低交易難度。

私有鏈作為區(qū)塊鏈下的另一個節(jié)點，在使用之前需要進行身份確認、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入，鏈上的數(shù)據(jù)信息也可以供所有的交易主體隨時享用。

在分布式能源交易過程中，所有的參與主體均需要以真實的身份進入，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現(xiàn)途徑。

3.2方案的實現(xiàn)

以太網(wǎng)為技術支撐的分布式能源交易需要借助軟硬件兩個層面來實現(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，用來計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Socket的形式向電力用戶真實地反饋所需要的數(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，但需要每一個交易主體設置以太網(wǎng)為主的虛擬機EVM客戶端，借助信息技術的優(yōu)勢將二者聯(lián)系在一起，進而建立起一種多主體的私有鏈。同時，每一個階段中還對交易流程進行了個性化的部署，借助truffie開發(fā)工具實現(xiàn)。各個交易主體在交易頁面中自由訪問合約，并進行自由交易。

3.3智能合約編寫

3.3.1自由報價成交階段

1. 獲得綠證函數(shù)。該綠證函數(shù)可以作為所有的分布式能源交易主體將資金轉化至DEEX通道中提供重要的保證，在進入DEEX之前所有的參與主體都需要在所在區(qū)域內(nèi)的金融機構開設一個賬戶，專門用來存放參與分布式能源交易所需要的資金。當參與主體賬戶余額不足的情況下，可以繼續(xù)向該賬戶轉入相應數(shù)量的金額。而金融機構也有權定期查看分布式能源交易主體的交易記錄，并能根據(jù)正在運行的輕節(jié)點調整相應的函數(shù)，在參與分布式能源交易的賬戶總增加Token，綜合考慮到該節(jié)點需要花費大量的成本，金融機構可以向各個參與主體收取相應的手續(xù)費。
2. 限價交易函數(shù)。如果市場上對分布式能源沒有公開的報價，又或者是參與分布式交易能源的各個主體對當前市場中設定的價格標準并不滿意，而參與主體又有充足的權利可以調整該價格，并向對方出示自己認為理想的價格，用電數(shù)量、所在的拓撲位置及重要的身份信息。其中，協(xié)議中明確規(guī)定的參與主體所提交的期望價格并不是可以隨意設定的，而是根據(jù)自己愿意支出的部分，并根據(jù)參與主體的拓撲位置和指定的配網(wǎng)系統(tǒng)所對應的電壓等級進行編號^[6]。

3.3.2預付費階段

1. 預付費用查詢。當分布式能源交易進入預付費這一環(huán)節(jié)后，各參與主體同樣可以進入DEEX平臺中，深入在該平臺上已經(jīng)注冊的賬號和密碼，查詢自己應當支付的交易費用。但是，由于每一個參與主體都有多筆不同的或者是已經(jīng)成交的訂單，訂單中又包括不同的交易對象、交易時間和交易價格等。因此，該函數(shù)的實現(xiàn)為當前周期的數(shù)組內(nèi)容。
2. 撤單函數(shù)。撤單函數(shù)指的是參與者的訂單未能在既定的時間內(nèi)得到其他參與主體的積極回應，或者是正處于交易過程中的分布式能源未能完成，就可以通過這一函數(shù)，測回訂單。

3.3.3結算階段

（1）發(fā)電量反饋函數(shù)。分布式能源進入結算階段，各主體方的智能電表可以使用該函數(shù)向對方反饋發(fā)電數(shù)量；合約方為每一個參與主體分別設置了電網(wǎng)額外的電量，主要用來記錄電網(wǎng)公司可以完成收購的電量，作為后續(xù)結算的憑證，當交易的電量超過協(xié)議范圍時，該函數(shù)中的Grid Buy值就會自動得到更新。

（2）用電量反饋函數(shù)。當電網(wǎng)公司檢測到分布式交易能源的主體已經(jīng)使用的電量時，智能電表就會自動調整該函數(shù)，并向對方反饋自己的用電量。

4結語

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事項，期望能為我國分布式能源交易的實施帶來些許有益幫助。另外，運用分布式交易能源的可再生能源認證條件、綠證核發(fā)及信息管理方式，有效克服了傳統(tǒng)交易模式下各個分布式能源發(fā)布方各自為政的缺點和弊端，驗證了方案的有效性。

參考文獻[1] 沈翔宇，陳思捷，嚴正，等.區(qū)塊鏈在能源領域的價值、應用場景與適用性分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2021（5）：18-29.