技术｜分布式能源系统运营与区块链

北极星火力发电网讯:分布式能源系统是新能源技术和储能技术逐渐成熟后出现的新型能源生产-供应-消费体系。分布式能源系统的能源生产和消费结构是典型的“无中心”、多节点状况，一般存在三类节点：能源生产节点、能源消费节点、复合节点。鉴于此，分布式能源运营难以简单套用现有能源运营模式，需要利用新的技术进行创新。区块链提供无中心信任机制，原则上适合应用于分布式能源运营。本文讨论的分布式能源系统运营选择大型封闭社区电力系统进行研究，所谓封闭，系指传统能源供应的“需求侧”，例如电力供应与大电网关联但管理自治，与大电网的交互仅通过配电节点实现。

一、 分布式能源模型

分布式能源采用建立在用户端的本地化能源生产-供应-消费方式，一般为独立运营，是以资源、环境效益最大化确定运营模式和容量的系统。将用户多种能源需求、以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能和分散式消费方式。

一般意义上的分布式能源系指多态能源系统，例如冷、热、电联合供应，为简化模型，本文仅讨论供电。处理多态能源系统时，可以通过能源当量的折算和供应网络的抽象，采用本文推导的模型与解决方案。

上图是以物联网技术为基础建立的智能型分布式能源体系的物理模型，其中冷热电联产通过标准当量的换算折算为电量，供应网络通过功能抽象统一为“能源输送网络”。

基于上述模型建立的分布式供供电网络的运行原则是：

网络节点平等，自治式管理，能量中心仅提供服务，可以是传统意义的中心式服务，也可以是弱中心或去中心式服务(例如协议型区块链)

优先使用区域内能源系统供电，供电收益用电付费，用电费用=供电费用+公摊费用

区域能能源系统供应冗余时，利用储能系统进行能源存储，储能成本计入公摊费用

区域电力需求大于供电能力时，输入电网电力，电网电力计入公摊费用，以用电量为计算权重进行摊销

在峰谷电价差具备储能用电经济效益的地区(典型如京津冀地区)，在储能系统能力富余时在电网供电谷段进行策略储能。注:储能策略由确定，通过本分布电网的供需数据对智能机器进行训练。此问题将另文讨论，此处不展开。

基于物理模型对分布式能源运营过程进行抽象，可建立分布式能源系统运行矩阵。

系统内节点总数K，其中供电节点数N、消费节点数M(同一物理节点为混合节点时，拆分为一个纯供电节点和一个纯消费节点，一般而言，拆分开的节点不会同时出现，供电与消费具有时效性)。{N，M}max≦K

电网视作纯电力输入节点(如果区域新能源向电网输出，则可以把电网抽象为特殊的消费节点)。

定义节点能力传递函数，Cij(t),是随时间变化的，节点i与节点j之间的传输功率Pij,。易于得出，Pij=0，节点间无能力交换，Pij>0,节点i向节点j输送电力，反之输入。某一时间段内，节点i与节点j之间的传输电量为：

Wij=∫Cij(t)dt 积分区域为TO-T1,T0为记录起始，TI为记录终结

系统运行矩阵(电力流向矩阵)：

该矩阵定量描述分布式能源系统某一时刻的能源流向，对角线上元素反映节点自供自用的水平(例如居民使用太阳能)，若矩阵的秩小于N，则表明存在故障节点或停用节点，需要做出调整。类似，可以建立支持结算的电能矩阵(Wij)，需要注意的是，由于区域内供电电价低于消费电价，每个节点需要建立一个供电电量矩阵，一个消费电量矩阵，方法是对C矩阵元素按流向进行分时段积分。

二、 分布式能源运行需要解决的基本问题

分布式能源在运行中由于节点众多且随时间变化，电力供应与消费存在随机性，其规律只能用随机过程进行描述。关于分布式能源随机过程及决策机制，另文讨论，此处给出分布式能源运行需要解决的基本问题。

激励机制：包括新能源应用的激励机制和利用峰谷电价差的转移电量激励机制，使得各节点建立绿色能源理念，通过建立新能源系统和改变电力消费模式达成低碳发展目标并降低用电成本。

分布式能源的管理成本和管理技术：分布式能源运营无论采用区域自主运营模式(例如物业运营)或合同能源管理模式皆存在管理成本过高的问题，该项成本抵消新能源应用和转移电量带来的经济收益，成为制约分布式能源发展的因素之一。此外传统的管理技术也不能适应分布式能源系统的复杂场景，引入区块链可以解决电能监管和解算的困难，而人工智能的引入可以解决分布式能源调度策略问题。