陈思捷：基于区块链的分布式能源交易技术

5月19日至21日，“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开， 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

上海交通大学电子信息与电气工程学院助理教授陈思捷在能源区块链&云储能专场，发表了题为“基于区块链的分布式能源交易技术”的精彩演讲。

演讲内容如下：

陈思捷：非常感谢大会会务组的邀请，也很荣幸在这么多人面前做演讲。

刚才听了张老师的汇报，我在讲之前先说一下感受，张老师从云的角度探讨怎么运行这些分布式资源，我个人感觉云更多是中心化的管理风格，是配网运营商或者是国网，如果现在在很多地区不存在这样的中心化配网运营商，怎么实现配网的运行管理?这种情况下可能需要颜主任和我讲的报告，用区块链的技术来协调管理和运行分布式的资源。

刚刚颜主任讲了，我们可以看到全世界包括其他的试点项目，其实已经有很多分布式能源基于区块链的交易，更多是基于云管理的方法。这些项目都有共同点，因为他们的创始的理念或者创始的构成来说，大部分都是从IT或者是金融领域来切入到区块链领域来的，因此，他们很多时候继承的是比特币交易运营管理的方式，所谓P2P的交易方式，这边有电源，隔壁有用户，电源和用户之间签订双边交易合约，然后交易了多少电量、交割时间、交割的金额，这种方式我个人感觉非常适合现阶段的在我们分布式能源交易刚刚开始的时候这种态势，包括国家能源局和发改委出的能源当中明确指出分布式能源交易还是以P2P，当然他们不是用P2P，而是用一对一的交易方式为主的。我这个可能更偏学术一点，所以我讲的是更偏向成熟的电力市场当中，大家采用优化的方式怎么来更好的协调各种分布式能源。

我主要讲分布式能源交易怎么用区块链做，以优化的方式，它在区块链实现难度比较小的方式，可能经济不一定是最优的方式。

这张幻灯片指配网当中分布式能源的渗透率很高，有很多自发性的资源，他们带来了很多的波动性，使得我们协调分布式的配网，比起之前没有任何分布式能源接入的配网难度要大一些。

现在配网当中有很多分布式能源，以光伏为例，光伏下降。如果配网当中没有灵活的运行机制，可能依靠远端的火电厂，远距离平抑波动性。整个配网当中建立起一些市场价格的信号，如果当风险一不小心，发电减小，我们可以通过价格信号的方式来激励灵活的储能也好还有弹性的用户来降低他们的用电量，从而平抑风电的波动，因此可以实现实时的供求平衡，而不依赖于远端的火电厂提供配用。

这张幻灯片概括了接下来整个演讲当中想做的两方面事情：一是在相对传统的由一个中心化的机构来直接通过行政命令的方式控制整个配网当中的，无论是可控的储能，分布式电源，还是这些不可控的，做负荷预测，风电、光伏或者用户，我们希望通过价格信号的方式来发掘和引导配网实施平衡，当光伏和风电，比如现在发电量比它的预测值要少的时候，风电和光伏能不能发出一个价格信号，从周围的这些邻居们这块，请求周围的邻居们降低他们的用电量，从而在配网中平抑不确定性和波动性，而不是把这种波动性带来的腹面效果完全推给电网公司，让电网公司调用大水电和大火电做平抑。这是美国能源部提的词，在美国做得比较多，在中国未来时间也会跟进。这个词指的是交易的词的形容词形式。

下面的两张图，为什么想用区块链做这个事?当然这里面除了区块链，在其他行业所提到的优点，比方说因为它是分布式账本，像颜主任说的，用区块链技术保证，非常安全，能抵抗单点攻击等等，这些优点之外，在我们的很多分布式能源的应用场景中还有一个特点，做到园区级或者低电压等级，我们很多时候不存在中心化的调度机构，因此，区块链有两套技术方案，或者建立第三方中心化调度机构，运营和管理所有的分布式能源。第二种方式是让区块链做协调，相当于让分布式能源构成了自治的委员会，自治委员会相当于以某种方式来决定自己在委员会当中的权重，像刚才颜主任讲的，其实就是共识机制的部分，比如谁的计算机好，谁的权重大，谁历史表现好，这个自治委员会谁说话的分量重，甚至谁的发用电数量比较多，谁的分量就比较大，这样的自治委员会由利益相关方组织构成的运营协调管理的平台，而不是第三方管理机构建立的平台，就是区块链在具体应用场景当中的表现形式。

我们怎么设想在配网当中建立分布式能源，包括储能、光伏、分布式光伏还有用户之间的协调机制，以及在区块链平台上应该怎么实现。

分两阶段讲：第一阶段，日前的时间尺度上制定所有的分布式资源的发电或者用电计划，实施到来，因为预测偏差，可能会造成光伏发多或者用少或者某个用户的用电量超过日前的计划值，这时候可以建立实时关于偏差电量的多边交易来鼓励，通过价格信号来引导小范围内局部的分布式资源去平抑或者消除和日前计划的偏差量，从而达到自组织和自平衡，不依赖大电网调整下的自组织和自平衡。这上面有一个两把椅子的，可以管它叫中心化的运营商，在张老师的语境中，上面可能是云服务的运营商，我的报告语境可能是由下面所有分布式资源共同筹建的一个管委会，专业名词就是区块链，这样的一个上层协调企业。通过价格引导的方式来发现一种合理的价格，来实现下层资源的供求平衡。比方上层是管委会，根据历史上的信息，觉得现在的价格制定在110美元，把这样的价格信号发布给所有分布式资源，在这个情况下决定自己的用电量、发电量，报告给协调级，如果供大于求，应该降价，降到95，降到95，所有发电又重新报价，这时候供不应求，那这个协调级根据预设的算法涨价，涨到100美元。这个情况下，下面再汇报他们的发电量、用电量，可以达到平衡。

这样的价格迭代机制中，上层的协调级不需要掌握下层的每个产销者或者分布式资源实际运营的情况，他们的成本、他们的需求或者物理约束，比如光伏或者某个储能有它运行的无论是能量还是容量的约束，只需要通过价格信号引导的方式就可以倒逼或者揭示出来所有的这些对于分布式能源最优的运行状态，这样可以保证运行机制达到经济最高效的状态。在上层的两把椅子的协调级要用区块链的方式建立?可以保证协调级可以继承所有的优点，做的价格信号的发布，和日前实施计划的生成，所有的迭代过程都是很公平的，如果说管委会或者协调级当中，如果有人想作弊，其他节点，诚实节点占大多数，他们可以提出反对意见，从而保证一个节点想把整套流程作弊，比如价格信号扭曲，必须占到整个网络当中根据不同的共识算法，有的综合节点占51%，有些要占33%，这样的情况下才能实现。

刚才讲的是提前一天的时候，怎么确定分布式资源发电量和用电量的情况，当第二天真正到来的时候，实施运行的时候，假设有一个用户，中间上面的这个是一个用户，比日前的计划值多用3度电，风机发现日前预测值有点保守，可以多发一度电，这种情况下希望通过市场和价格信号的方式来把有人想多买、有人想多发电的信号传递给局域网络当中其他人，让其他人看有没有需求，而不是依赖于更远端的火电厂做供求平衡。现在这6个产销者组成的局域网的自治委员会，比如6个产销者共同构成区块链，发布了一个信息说，现在网络当中跟日前计划相比，跟之前制定的计划相比，现在还需要再购买2MWH，有没有其他的灵活产销者多花2度电或者少用2度电消除供求偏差呢?每个单元会提交自己的报价，现在把所有的报价按照从低到高排序，因为现在这个系统当中是大家想买电，我们把卖家按照从低到高排序，谁的卖价越低，他的卖价是120元，应该优先中标，按照卖价从低到高依次决定他们的出行序列。这种情况下有可能导致一些安全约束不能被满足，还需要根据安全约束对出行队列进行调整，假设这个情况下存在一些设备的跃线，通过调整设备上下游的中标情况可以消除整个网络的跃线情况，在满足安全约束情况下最优的出行结果。

整个右边的7步流程图，既可以采用张老师刚才讲的云供应商的思路来处理，当然在我这个案例当中，其实就是由这6个单元所共同构成的委员会，每个人都具有一定的投票权的委员会来共同决定的，这个委员会其实从某种意义来说就是一个区块链。还有一步是结算。

方案的优点已经讲过了。

第三，这个东西具体在区块链上怎么实现。

区块链的有点，刚才颜主任已经说过，比较形象的例子是右上角的图，之前所有的交易通过中心化的节点把大家组织在一起，掌握网络当中所有的节点仲裁权、生杀大权，负责仲裁、存储、解决争端。最右上角的图，区块链下的交易网络。每个参与者或者每个产销者、每个分布式资源自己都有分布式的账本，记录仲裁网络中的所有事情，发生终端的时候，根据网络中预设的共识算法，使所有人达成一致。

这是日前交易计划(音)在区块链上执行的具体方案，其实我们可以把刚才有两个椅子的协调级想象成配网当中或者是园区当中，所有的分布式资源其实都是有可能，如果他们愿意成为区块链网络当中的出行节点，他们都有可能自己做到这两把椅子上，谁应该坐到两把椅子上?比如比特币的算法，谁的计算机特别好，谁有更大的概率在这个交易中成为网络的协调者或者仲裁者，成为网络的仲裁者不等于一手遮天，他所做出的每个决定都会被其他三个节点所审计，其他三个节点说你这次的行为和之前自动化合约预设的交易机制一致，这种情况下交易结果，比如日前到底谁花多少、谁用多少、以什么样的价格出清，才会被各方接受，并被各方执行。

实施也是一样的，刚才实施当中我举的例子是有两个用户有用电偏差，他们希望从其他人那块以最低的成本来购买到一些电量，消除他们的用电偏差，使网络不需要外力介入依然达到供求平衡。谁来组织这些交易、谁负责这场拍卖，决定谁中标，中标电量、中标价格，我们不依赖一个中心的机构来做判决，也是这个网络当中所有人都有资格，都有一定的概率来成为协调者。在POW这样的机制下，谁的算力强，POS下，谁的历史信用表现，不代表计算机强就每次都是我中标。无论是POW还是POS的思想，都是指计算机好的人、信用好的人、发用电量多的人有更大的概率成为这次交易的仲裁和组织者，得到的结果很方便被其他所有节点审计。

这是用区块链的方式组织配网内部的交易的思路。

区块链除了可以用来组织交易，像颜主任说的，还可以负责计量和结算，比如这样的屋顶光伏，它智能电表的数据可以自动的传输到区块链上面去，然后网络当中所有人可以去看智能电表的真实物理上的发用电量，是不是和实时交易机制等判决出来的屋顶光伏应该发电多少、用电多少是吻合的，并且网络当中借助无论是能源代币还是非能源代币，比如人民币也可以实现资金在这几个网络的实时流转。

比如我们怎么在区块链上做结算呢?各个参与方、各个利益相关方首先达成一套采用什么样的交易规则在网络当中决定每个人的交易数量和价格，把它写到区块链的智能合约里面，区块链可以保证，如果说交易机制一旦被写到智能合约里面，基本不会被其他成员所篡改，相当于刻在石头上的《宪法》，在古代很难擦除掉。写在区块头里。有一个节点要买电，有一个人验证说这个信息记录下来，写到区块链里面的第二个区块里面，然后被其他所有节点都看到，右边三个节点看到左边的一个节点买电，他们提供一个报价，我愿意多少钱卖多少电给左边的节点。所有的信息记录下来，被所有的节点收到。比如我们可以把密封的报价公开，密封报价保证在大家提交报价的时候两两之间不会看到对方的报价，保证我们每个人的报价都是独立做出决定的。第三步把报价信息公开，网络当中的某个节点在这个例子当中，我用第一节点，第一个节点预期比较好，记账权或者管理权或者运行权，执行智能合约，判定谁应该以多少的数量来出售电能给网络当中的其他人，比如这个例子当中应该是电动汽车，电动汽车的报价比较便宜。相关的信息传到区块链，保证物理交割的时候有据可查，签订的合约怎么指定交易数量和价格的。结算部分，所有人把自己的智能电表发出的实际物理上的发用电量的信息传到区块链上，有一个节点，比方说电动汽车节点就成为仲裁者，把每个节点实际的发用电量和合约里的发用电量做比对，确保吻合，宣布交割，大家没有违约，成功了，在所有人的监督下实现金额的转移。

这次的交易就结束了。这是关于分布式能源交易如何在区块链上做的报告。谢谢大家!

(本文根据现场录音整理，未经本人审核)