区块链在综合能源服务的应用前景

  • 日期:11-10
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原标题:区块链在综合能源服务中的应用前景随着能源结构转型的加快和电力体制改革的加快,以及智能电网、智能能源、能源互联网等能源利用形式的快速发展,中国国家电网公司提出了“加强、优化、拓展”综合能源服务业务的发展思路,推动公司从电力供应商向综合能源服务供应商的转型。 并将综合能源服务纳入主营业务和新的利润增长点,努力进一步推动“以电为枢纽”的综合能源服务模式的发展 综合能源服务的发展模式主要分为两类:

1)产业链延伸模式,多能源系统的规划、建设和运行,实现高效的能源转换和利用;2)“售电+综合服务”模式涵盖综合服务业务模式下的能源使用设计和规划,为用户提供能效、节能服务等增值服务,形成以电能转换为主导的能源交易 其中,第二种模式侧重于电力交易和能源增值服务。与第一种模式相比,行业基础要求较低。因此,“售电+综合服务”模式是现阶段综合能源服务的主要发展方向 然而,电网公司在发展综合能源服务市场方面具有天然优势,如:仍然处于垄断地位的输配电网络、大量承担社会责任的自有配电公司、大量的用户资源和用电数据、大量技术熟练、经验丰富的工程师、强大的工程设计和施工能力以及完善的管理体系,这些都能够很好地支持综合能源服务工作的优质高效发展。

虽然综合能源服务市场规模巨大,但借此机会有利于进一步促进电网公司资源的优化配置和企业管理模式的转变,增强企业的社会竞争力。 然而,随着中国电力体制和电力市场改革的深入,由电力节能公司转型而来的综合能源服务公司也面临着巨大的运营压力。问题在于市场经验的缺乏和市场竞争的激烈,以及增值服务覆盖的“源-网-销售-负载”全环节的多种服务类型,客户需求差异大,谈判机制和交易模式多样化,交易安全性和实时性要求高,运营系统管控困难,社会对电网企业信誉要求高。 因此,有必要研究如何建立一体化能源服务的市场运行和可信控制机制、一体化能源和一体化服务的运行匹配机制、电网主供电业务与其他增值业务的协调机制,以进一步构建一体化能源服务的运行控制系统,提高一体化能源服务谈判机制的效率、交易的安全性和服务的实时性,确保各用户对一体化能源服务企业和相应业务的满意和信任

综合能源服务是一种全新的增值服务类型,涵盖所有电力环节和所有业务类型。要结合现有运行经验,采用新模式、新技术、新方法,实现新突破。 云计算、大数据和区块链等关键技术支持集成分布式和微电网技术的新型综合能源服务模式的开发。 其中,区块链在智能合同、配电决策、合作自治、拓扑、交易监管等方面与综合能源服务需求有着天然的匹配。通过区块链技术,可以保证综合能源服务信息的准确性和及时性,提高服务质量和服务效率。 文献构建了基于区块链的现货电力实时调度、交易和监管模型。文献提出了一个基于区块链技术的电力需求侧响应资源交易的总体框架。文献设计了基于区块链技术的能源互联网架构模型,将智能合同融入能源交易互联网,构建了协同模型。文章分析了异构区块链技术在多能源系统中的应用,为基于区块链的综合能源系统的讨论提供了理论参考。

上述文件在电力现货交易、需求响应、电力信息融合、多能源系统等方面开展了区块链技术与电力系统业务应用的匹配研究,有利于将区块链技术引入综合能源服务体系建设。 但是,由于综合能源服务的发展时间相对较短,对综合能源服务运营体系以及区块链与综合能源服务体系的整合应用研究还缺乏深入的分析和阐述。

因此,本文围绕综合能源和综合服务两大任务,从能源供应、能源使用和服务三个方面构建了基于区块链技术的综合能源服务模式。分析了综合能源服务主要节点的功能以及综合能源服务过程中节点间信息流和能量流的交互模式和协商一致机制。在“多链”的基础上,构建了区块链网络架构,以及能源、电网(具体包括电力综合能源服务公司及其自身的售电公司)、售电公司(具体为私有类型)和用户等不同类型节点之间的链间互动通信链接,以确保区块链支持的综合能源服务系统谈判机制的高效、交易安全和实时服务。

1综合能源服务情景分析

1.1两大任务综合能源和综合服务

为了进一步完善能源互联网中综合能源服务的业务模式,构建多能源互补下“售电+综合服务”的应用场景,构建以电为中心、跨领域平衡、绿色智能的区域能源互联网系统,有必要以电网公司为研究对象,探讨电网改造的支撑技术和服务模式,以拓展综合能源服务业务。 引导用户节能减排,形成以电网公司为主、民营售电公司为辅的综合能源服务公司体系,构建安全、稳定、可信的综合能源服务模式

综合能源服务是围绕能源供应、能源使用和服务三个方面,将能源销售服务、分布式能源服务、节能减排和需求响应服务相结合的能源服务模式。它涉及综合能源和综合服务两大任务。它的基本特征是全面、共享、高效、互联和友好。 综合能源和综合服务是综合能源服务的两大任务 其中,综合能源(comprehensive energy)是从依赖传统能源供应基础设施优势的传统能源供应商发展到冷、热、电、气多联产供应的新能源系统,实现各种能源的相互转换、分配、储存和消耗,实现能源供应和使用的多样化。 综合能源对于提高能源利用效率和可再生能源的应用比例具有重要意义。 综合服务是能源供应商向综合能源服务供应商的转变。依托自身的技术优势和限电改革政策,形成了满足终端客户多样化能源生产和消费的新型能源服务商业模式,具体涵盖能源规划设计、工程投资建设、多能源运营服务、投融资服务、电力购销服务、数据交互服务、设备诊断、能效测试等方面。 双方共同构建了“以客户为中心、横向互补、多源互补”的综合能源体系,提高了综合能源利用效率。密切关注电力市场改革和能源结构转型,加强供电侧和电网侧的实时协调调度机制,优化和提高电网公司和民营配电公司的综合服务水平也是国家政策。

1.2综合能源服务模式分析

良好的综合能源服务模式不仅促进电网公司转型,丰富其业务类型,还需要鼓励用户参与电力服务交易,提高其参与电力交易的积极性,实现大比例可再生能源接入电网,促进大型储能系统的发展。 因此,本文基于综合能源服务两大任务的特点、功能和角色定位,构建了一个综合能源服务模式,如图1所示

综合能源服务模式侧重于所有相关学科及其相互作用的研究。根据综合能源和综合服务两大任务,主要分为三层,即综合能源层、综合服务网络层和综合服务业务层。具体细节如下:

1)综合能源层(Comprehensive energy layer):由冷、热、电、天然气和石油组成的综合能源系统,围绕清洁高效电能的特点,促进其他能源和电能之间的单向转换和储存。以及其他多种能源之间的单(或双)转换和储存,提高了综合能源系统的可靠性,提高了效率,减少了系统的碳排放,提高了经济性,促进了用户方对综合能源服务的需求,促进了综合服务服务的产生

2)综合服务网络层:根据综合服务的交易主体,网络中的节点可以具体分为能源、电网、售电公司、微网、储能和用户等几类。围绕能源、网络、销售、收费和存储之间的信息和能源互动,形成为用户提供综合能源服务的网络主体,构建以电网综合能源服务公司为主体、民营电力销售公司综合能源服务部门为辅助主体的综合能源服务体系

3)综合服务层:综合能源服务包括供电服务、设备维护、能效检测和节能设计、数据交易和分布式能源服务(如电动汽车充电服务、光伏新能源服务、储能等)。) 其中:a)供电服务:供电服务是综合服务的基础,最终实现用户更好的用电体验,提供更优质的电能,制定更合理的购电方案;b)设备维护:逐步将电网公司的业务延伸到底,例如,逐步将设备维护(和能效检测)业务延伸到工厂、住宅小区、校园等。c)能效测试与设计:对于一些大用户,他们可以申请综合能源服务公司为他们提供能效测试。通过测试,他们可以了解自己耗能设备的能源利用率,向他们展示相应的测试报告,告知他们节能房间空,推荐节能设备,制定节能计划;d)数据交易:包括各类用电数据、节能数据和其他可供交易的有价值数据;e)分布式能源服务:主要是分布式光伏发电和附近的能源交易

2基于区块链

2.1综合能源服务区块链网络架构

整合区块链技术与可持续发展的综合能源服务模式是未来科技和金融发展的趋势,能源和电力系统的发展是可持续发展的最重要指标之一 因此,在国内外大力发展分布式能源、提高可再生能源利用效率的背景下,将具有分散、防篡改和分布式计费功能的区块链技术应用于能源和电力系统具有重要意义 作为综合能源服务模式的重要实施模式,“售电+综合服务”具有参与者多、实施服务类型多、交易信息量大等特点。在具体实施过程中,存在可靠性、安全性和交易不可追踪性等问题。然而,区块链的分布式簿记和防篡改功能可以以分布式方式存储“售电+综合服务”过程中的所有交易信息,从而降低了交易信息难以查询、信息泄露、交易不可靠性以及交易信息大量产生的交易漏洞的风险。

同时,区块链技术包括应用层、契约层、激励层、共识层、网络层和数据层。六层模型可以很好地集成到综合能源服务中,其中:1)应用层支持各种综合能源服务;2)合同层监督和记录各种综合能源服务实体之间具体合同的履行情况(通常是能源交易和增值数据交易合同);3)激励层应制定参与交易的各综合能源服务主体的激励指标;4)共识层支持各主体高效快速地达成切实可行的交易共识;5)网络层构建点对点分布式综合能源服务网络架构;6)数据层实现综合能源服务数据的采集、计算和存储等底层操作支持 因此,实施基于区块链技术的综合能源服务,有利于确保交易的可靠性,促进能源互联网的安全稳定运行。

目前,基于区块链的现有需求响应和分布式能源交易研究主要基于联盟链或公共链的单链模式 然而,在单链架构下,区块链技术在性能、容量、隐私、隔离和扩展方面存在瓶颈,无法满足电力系统综合能源服务应用场景的全面实现。然而,在文献[31]中提出的基于散列锚的主从多链模型满足了以一个主链和多个从链形式的多样化数字资产的分类和处理。然而,多链是一种可以构建主从式多链的区块链技术,可以为企业建立独立可信的分布式账簿,支持多链技术的扩展。

综上所述,根据综合能源服务应用场景中能源、网络、销售和负载对分散程度的不同要求,设计了“多链”技术支持的综合能源服务区块链网络架构。如图2所示,采用“多链”形式实现了源-网络-销售-负载实体的内部信任和协作自治,保证了源-网络-销售-负载实体之间的信息公开和可信互联,进一步保证了综合能源服务应用的可追溯性、安全性和效率。深入研究综合能源服务情景与区块链技术的匹配(其中多链指多链型私人链,多链指多私人链+联盟链的形式)

区块链技术支持的综合能源服务网络具有匿名性和开放性的双重特征,即匿名交易方节点之间的相互信任和信息披露 图2所示的综合能源服务区块链网络体系结构实现了“多链”形式的信息互连 网络架构有四种主要节点:能源、电网、售电公司和用户,其中1)能源节点包括冷、热、电、气、油五种子节点,各节点在能源上相互补充,最终实现源节点协调;2)电网节点具有调度、综合能源服务等多种功能,可根据功能进一步划分。3)配电公司节点主要考虑其综合能源服务功能;4)用户节点具体分为工业用户、商业用户、微电网用户、居民用户和电动汽车等储能用户

每个主节点与其从节点之间采用多链架构形成可信的“主从”私有链模型,信息以联盟链的形式在主节点之间公开互连和共享,综合能源服务产生的数据存储在每个从节点的私有链中,每个私有链根据节点的类型连接到主链中 参照多链权限的定义规则,设置每个主节点所属主从链的管理员权限,包括设置和发布主(从)链中的块数、连接交易网络中的其他主节点、上传交易需求和发布资产、下载和接收其他主节点发布的交易信息、设置流量管理等。每个内部从节点仅有权连接每个自治节点、上传和下载交易信息以及发布资产(资产指交易数据、结果等)。)

在联盟链中,主节点主要负责管理、传输和存储服务 当数据交易完成并且资产被释放时,主节点a广播交易数据资产,并且将资产发送到具有查看权限的主节点b。主节点b接收资产,并在内部将其广播给从节点。具有事务处理能力的从节点计算资产,并将事务处理结果反馈给主节点。主节点b与事务需求主节点a接口,并且相应的从节点执行事务 同时,它赋予政府监管权,即政府有权查看每个主节点的交易数据,这些数据可以随时查看和跟踪。

区块链网络支持综合能源服务系统的安全高效运行,综合能源服务系统根据综合能源和综合服务两大任务分为两部分

1)综合能源部分:由于电力是综合能源服务模式中的中心枢纽,以电能为主要分析对象,各种能源相互协调整合,电网调度节点承担综合能源中电能传输的调度分配任务。 对于某段时间内多源终端的供电分配,用户主节点将电力需求进行整合并发送给电网主节点,电网主节点和源终端主节点通过计算其调度从节点进行电力协商,通过源终端从节点协商确定供电比例;对于大规模工业用户与源端之间的直接购电,大规模用户所在的用户综合业务从节点发送直接购电请求,并通过用户综合业务主节点与源端节点进行交易,而对于普通居民用户,普通居民用户所在区域的用户综合业务从节点制定电力交易模式,并向用户综合能源业务主节点提交电力交易方案请求进行外部交易协商;在电能交易中,源侧需要与电网节点协商直接购电中电源的具体比例,通过电网调度从节点制定并传输电力调度方案。

2)综合服务部分:电网综合能源服务公司和其他民营售电公司为节点用户提供各种服务。此外,每个交易实体将自己的耗电量和其他相关数据打包到每个自私链中,并通过主节点进行数据交易

2.2综合能源服务链交易模型

区块链技术促进开发人员基于底层开发平台开发产品和应用程序 通过分析基于第2.1节的综合能源服务对分权程度的要求,发现基于区块链技术的综合能源服务模式不适用于单链或完全私有的链。因此,在多链技术研究的基础上,采用了“多链”模式,即多私有链+联盟链的模式,既保证了综合能源服务对安全性、效率和可靠性的要求,又使整个综合能源服务场景开放共享。 因此,为了更好地表示综合能源服务区块链网络体系结构的链间关系,综合能源服务链上的交易模型被构建为如图3所示

综合能源服务链上的交易模型基于图4所示的主从多链模型,包括源端协作主从多链、电网主从多链、电力公司主从多链和用户综合服务主从多链,以主链即联盟链的互连形式形成整个综合能源服务区块链的信息交互网络。与此同时,政府被赋予监管权力,以控制主链之间服务交易信息的可靠性

主要交易过程如下:

电网(和私营电力公司)向区块链电网广播服务信息,包括类型、要求、价格等。并且每个主(从)节点接收到每个主(从)链的同步服务信息;用户1从链中计算所需的服务需求,并将它们上传到其用户集成服务主链。主链在一段时间内(通常为15分钟)整合服务请求,并将其分为三种类型:用户直接购电服务、公共供电服务(从电网或售电公司购电)和辅助服务服务,并向整个网络广播。源端、售电公司和电网接收服务类别的交易信息,其主链判断并反馈是否接收服务请求。如果接收到业务请求,则将业务交易信息整合并分配给执行从链,相应的从链计算分析,通过其主链向区块链网络广播交易结果,主链与业务主体进行交易对接;交易完成后,将其记录下来,打包并连锁起来。

电网和售电公司作为综合服务执行的主体,可以分为供电业务和其他服务业务 供电服务被视为主要服务。当用户从该链发送供电服务请求时,用户综合服务主链同时综合电力需求信息,并将其广播到电网主链或电力销售公司主链,等待请求回复。电网主链(或售电公司主链)和调度从链及源端与主链配合,实现电量、电价和调度的一致性。对于节能设计、设备维护等其他服务,电网主链(或售电公司的主链)及其综合能源服务子链将达到服务交易的一致性。最后,每个事务的执行需要打包在每个事务链中,以便存储和广播。

(责任编辑:DF398)

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