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深度文章|区块链与电力交易融合需要研究啥?

北极星售电网  来源:电力系统自动化    2020/8/14 8:35:03  我要投稿  
所属频道: 电力交易   关键词: 电力市场 电力交易 能源互联网

北极星售电网讯:摘要

区块链技术作为分布式记账技术,为能源互联网中的多方协作场景提供了信任基础,在能源互联网中的电力交易等领域已有一些应用尝试。首先,文中回顾了区块链技术在电力交易中的理论研究情况,总结了其在分布式能源交易、产权登记、商品溯源、交易信息共享等方面的工程应用现状。然后,基于区块链的应用价值模型和中国电力市场的发展需求,展望了区块链技术在电力批发市场、电力零售市场、分布式发电市场化交易、电力衍生品交易、源荷互动电力交易、市场主体信用评价等中的应用。最后,分析了区块链技术在实际应用中面临的运算性能、存储容量和信任构建等潜在问题,给出了针对性的解决思路。

(来源:电力系统自动化 作者:谢开, 张显, 张圣楠, 等)

关键词

电力市场;区块链;电力交易;分布式发电交易;信用评价

0 引言

能源互联网是指利用互联网思维和技术改造传统能源行业,以实现互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场的深度融合[1-3],打造各方平等参与、共建共治、协同运行的能源生态圈。在新一代信息通信技术中,区块链技术作为一种全新的分布式基础架构与记账技术,以其巧妙的技术设计和数据治理方式,能够为能源互联网中的多方协作提供信任基础[4-5]。

区块链的技术特点与能源互联网的理念具有一定的相似性,二者都体现了去中心化和自治协同性的思想,具有智能化、合约化的趋势,都能够促进市场化平台的建立[6]。因此,近年来关注区块链技术在能源互联网中应用的理论和实践研究也越来越多。文献[7]总结了区块链在能源供给、输送、分配、消费和交易领域的典型应用场景,指出区块链将率先在能源交易领域得到应用。文献[8-9]总结了区块链技术在分布式能源交易、数据管理与信息安全、碳排放权认证与绿色证书交易等领域的应用情况,认为分布式能源交易等场景是最值得优先发展和推广的应用领域。文献[10]介绍了国内外区块链+能源应用的工程现状,指出区块链用于解决可再生能源消纳、电力分布式交易、多利益主体间的信任缺乏等问题具有独特优势。

可以看出,在以电网为核心的能源互联网中,电力交易等能源智能交易是目前区块链技术的主要应用方向[11-12]。文献[13]中介绍了分布式能源交易中的互联共识机制、能源交易账户和支付流程等方面的通用区块链技术应用情况,给出了点对点(P2P)交易架构和交易流程。文献[14-16]对基于区块链的分布式能源交易中的市场信用风险评估和管控方法、P2P交易和集中出清过程中的关键技术、智能合约形式和区块内容等具体应用开展了细化研究。在售电侧开放的环境中,区块链可以提供去中心化的双向配售电交易方案,文献[17-19]对于交易的多层次平台架构和可以触发自动交易的智能合约技术等进行了探讨和研究,文献[20]研究了区块链应用于综合需求侧响应资源交易的框架和关键问题。基于区块链技术去中心化、开放自治性、信息不可篡改、匿名性等优势,研究分析了其在电力现货市场交易[21]、跨国跨洲电力市场交易[22]、基于信誉值的光伏系统动态交易[23]、开展电力交易阻塞管理[24]、碳交易市场[25]、多能源系统交易体系[26]等诸多场景中的应用可行性,并设计了相应的架构和机制。

受制于政策环境、投资等因素影响,中国落地的电力交易区块链应用极少,对建设细节和应用效果的报道更少,导致现有研究多是框架和机制设计,缺乏对建设成本、应用难点和解决方法的分析。同时,在现货交易等必须进行安全校核的电力交易场景中,需要调度机构作为可信中心化系统保障电网运行安全,利用区块链重构现有电力交易模式是不可行的,区块链只适用于交易系统中的一部分应用,应当加以明确限定。此外,现有研究对于中国电力市场的未来发展形势关注较少,没有针对电力市场发展的需求开展系统的区块链技术应用前景分析。

本文首先总结了区块链技术在中国电力交易相关领域的工程应用现状。在此基础上,简述了区块链的特征和应用价值,展望了区块链技术在电力交易领域的可行应用场景和应用方法,然后分析了应用中可能面临的问题和挑战,为下一步区块链的具体工程应用提供了有益的支持和借鉴。

1 区块链技术在中国电力交易中的工程应用现状

1.1 电力P2P交易类应用

电力P2P交易具备交易自治、自发进行、电网公司仅核收过网费等特征,对交易可信性、公平性、公正性有较高要求,新能源的随机性还将导致交易执行的不确定性[27-29]。其交易需求与区块链技术的特点高度吻合,因而在全球范围内,最初的区块链能源项目都集中在P2P能源市场平台,知名的如LO3 Energy项目的布鲁克林微电网[30]、Conjoule公司在德国试点的P2P市场[31]、The Sun Exchange公司在非洲开展的太阳能P2P购买项目[32]等。

2017年,国家发展和改革委员会和能源局联合发布《关于开展分布式发电市场化交易试点的通知》[33],为中国分布式发电临近交易,探索清洁电力就近消纳的市场新机制提供了政策支持。

1)深圳蛇口能源区块链项目[34]。分布式光伏电站将发出的电能通过能源互联网平台提供给示范社区内的用户,社区内首批100名电力用户志愿参与绿色清洁电能虚拟交易。当用户选择可再生能源时,底层的区块链技术将自动生成智能合约,将分布式光伏电站与用户进行配对,实现P2P直接虚拟交易,同时对选用可再生能源的用户进行认证并出具电子证书。

2)四川智慧能源微电网项目。构建基于区块链的电力分享平台,微电网内的用户能够自由进行电力交易。区块链负责交易管理,依靠原有的电力设施进行电力传输。项目开发了用户端应用程序以提升使用体验,在电力生产者和电网处部署了 3~6个区块链节点,每1.5~5 s确认一次分享记录,每个节点年运维费用约为2万元。

1.2 产权登记与商品溯源类应用

区块链与资金交易过程对接,可以减少登记机构的反复审查和确认过程,从而简化产权登记和交易流程,并防止交易欺诈行为的产生[35]。类似的,由交易产生的电子票据,同样可以通过区块链网络生成,在每个交易环节记账时加入时间戳,确保记账过程单向不可逆,降低审核难度和成本。区块链不可篡改的特性给商品的防伪及追溯提供了有效的解决方案,产品和供应链上的信息都可以按照时间顺序写入区块链,从而变得透明可追溯。国外BLT公司的贸易商共享账本项目[36]、Ondiflo区块链平台的油/气交易自动化项目[37]均据此开展。

1)北京电力交易中心可再生能源超额消纳凭证交易系统。在注册阶段,通过区块链密钥生成机制,形成包含存证编号+用户信息+公钥的完整区块链身份凭证信息,背书用户身份和公钥的绑定关系替代传统数字证书认证。交易阶段,市场主体可再生能源消纳量、超额消纳凭证交易结果等信息全部上链存证,实现可再生能源消纳量记账共识互信,账目真实、不可抵赖。同时,运用区块链可追溯特性,实现可再生能源消纳电量全生命周期溯源记录,一方面增强存证的可信度,另一方面可有效防止超额消纳量多次交易套利现象发生。

2)珠海绿色证书交易平台[38]。基于国产加密算法和电网私有链技术,建立绿色证书交易平台,以接口服务的形式支持绿色证书的登记、交易、流通和注销等管理业务。通过区块链技术实现了账户信息记录、交易信息保存、流通踪迹溯源和监审过程透明,保证分布式可再生能源对应的绿色证书的全生命周期可信且受控。

1.3 交易信息共享类应用

区块链具有数据的不可篡改性以及透明性,可有效降低数据的信任成本,实现电力交易信息公开与共享。

1)能链资产证券化云平台[39]。基于区块链登记分布式能源资产,使海量的分布式电力资产生产运维过程清晰可见,回报收益可预测。准确、及时、不可篡改的信息披露,帮助投资机构做出最佳投资决策,为能源资产所有者增加融资渠道,降低融资成本。

2)北京电力交易中心可再生能源超额消纳凭证交易系统。区块链服务网关向国家电网公司、南方电网公司、蒙西电网公司电力交易平台以及绿色证书交易平台等系统开放,实现责任主体的消纳账户、实际用电信息以及可再生能源电力物理消纳信息在全国范围可监测、可追溯,并提供已确权信息实体的分布式记账权限,完成了全国范围的省级行政区划、承担消纳责任权重的市场成员个体信息的分析统计及跟踪预警。

3)浙江电力营销合同管理应用项目[40]。电力营销电子合同签署后,电子合同数据不仅会保存在电网公司,还会同步转发至公证处和司法鉴定机构。区块链技术用来确保各方存储的电子合同数据信息的一致性。

2 区块链技术在电力交易中的潜在应用场景

区块链技术在电力交易领域的核心应用价值在于建立信任,解决信息世界的信任问题[41],同时具有可追溯、公开透明、防止单点故障等优势。在应用场景选取时,需要准确把握区块链技术的价值和优势,重点分析业务需求的痛点,兼顾用户信息化水平等因素,以此判断是否需要应用区块链技术。

一个可行的方法是,分析判断电力交易中的业务痛点或应用创新需要进行归类,将其与区块链应用价值技术和数据模型进行匹配[42]。逐项分析如下:①在IT架构层次上,该需求是否具有去中心、透明开放、状态一致、强依赖密码学等特征;②在数据层次上,是否需要在多方共识的基础上保持数据一致,防止数据被篡改,并对数据应用全过程溯源;③在业务和社会治理层次上,区块链技术是否能带来流程优化、模式创新等或为透明可信、开放共享和辅助监管等需求提供了新的解决方法。如果3个层次都有契合点,则适合采用区块链技术。

随着中国电力体制改革的深化,电力市场正朝着更加透明、公平、自由的市场化交易模式演变,呈现出如下新的特点:①市场交易规模进一步放开,中小用户逐步进入市场,在批发市场之外将形成规模庞大、交易活跃的零售市场;②电力现货市场平稳运行,分时节点电价充分还原电力商品本质属性;③交易品种更多样,在集中交易之外形成电力生产和消费间就近匹配交易的自由市场,满足用户个性化消费需求;④市场主体多元化,能源生产者和消费者的角色逐渐模糊,需求侧资源等分散主体都能参与交易;⑤市场信息更透明,市场博弈更加复杂,市场主体的肖像描绘和评价更加必要,将出现专门的信息服务商提供交易信息服务。

未来电力市场中,区块链是发挥群体协作,协调参与者权利与义务的良好解决方案。结合区块链的技术特征和电力市场未来发展的特点,展望和分析了区块链技术在电力批发市场、电力零售市场、分布式发电市场化交易、电力衍生品交易、源荷互动电力交易、市场主体信用评价等6个方面的潜在应用场景。

2.1 电力批发市场业务

在电力批发市场中,售电公司等市场主体开展跨省运营的需求日益增多,存在的数据传输安全和资产核算不清等风险,例如:①目前电力交易平台的“一地注册,多地共享”机制通过国、省两级平台纵向网络通道同步注册信息实现,数据在两级交易平台交互过程中存在更新不同步、信息变更滞后、数据丢失等风险;②《售电公司准入与退出管理办法》[43]规定了售电公司资产总额及其允许售电量范围,目前电力交易平台无法对售电公司全国范围的售电量进行快速统计核查,也无法甄别同一资产在异地重复核算的情况。

1)应用区块链分布式存储技术进行市场主体全生命周期管理,可以简化信息共享的数据传输机制。构建包含国、省两级电力交易中心的联盟链,当市场成员在一地注册或发生信息变更时,同步广播至各地,自动完成信息更新,可以支撑市场主体注册、重大信息变更、重大事项公示、退市等全生命周期的业务活动。与多个中心化数据库间的数据传递机制相比,能够避免数据更新不同步或数据传递丢失的问题。

对于目前已经注册的市场主体,让其在新的区块链平台重新进行注册和信息填报是不现实的,需要解决从现有数据库到区块链的数据同步迁移问题。可以采用数据抽取-转换-加载(extract-transform-load,ETL)方式连接区块链与中心数据库(或中心化数据库的日志系统),在ETL工具上实现数据脚本采集,从中心化数据库抽取所需数据开展数据清洗,并通过区块链远程过程调用接口实时提交到区块链上,过程如图1所示。

51.jpg

图1基于ETL工具的数据同步和上链流程

Fig.1Data synonization and uplink process based on ETL tool

2)应用区块链存证溯源技术进行售电公司资产及售电量链上核查。将售电公司资产项目上链管理,将已注册的售电公司资产赋予电子数据属性,进行标签化溯源治理,避免同一资产重复核算。同时根据月度结算结果,各节点采用对售电公司在不同市场的售电量进行签名记账,并采用哈希算法计算上链存储,实现对售电公司全国范围内售电量的核查统计。

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