區(qū)塊鏈在綜合能源服務(wù)的應(yīng)用前景
隨著能源結(jié)構(gòu)加快轉(zhuǎn)型和電力體制改革進程的加速，以及智能電網(wǎng)、智慧能源、能源互聯(lián)網(wǎng)等能源利用形態(tài)的快速發(fā)展，國家電網(wǎng)公司提出了“做強、做優(yōu)、做大”綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)，推動公司由電能供應(yīng)商向綜合能源服務(wù)商轉(zhuǎn)變的發(fā)展思路，并將綜合能源服務(wù)列入主營業(yè)務(wù)和新的利潤增長點，力求進一步推動“以電力為中心樞紐”的綜合能源服務(wù)模式的發(fā)展。綜合能源服務(wù)的發(fā)展模式主要分為兩大類：
1）產(chǎn)業(yè)鏈延伸模式，多能源系統(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)和運行，實現(xiàn)能源高效轉(zhuǎn)化與利用；2）“售電+綜合服務(wù)”模式，綜合服務(wù)商業(yè)模式下涵蓋用能設(shè)計、規(guī)劃，為用戶提供能效與節(jié)能服務(wù)等增值類業(yè)務(wù)，形成電能轉(zhuǎn)化為主的能源交易。其中，第二類模式圍繞電能交易與能源增值服務(wù)，與第一類模式相比產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)要求較低，因此“售電+綜合服務(wù)”模式作為現(xiàn)階段綜合能源服務(wù)的主要發(fā)展方向。而電網(wǎng)公司在開拓綜合能源服務(wù)市場方面具有天然的優(yōu)勢，如：仍處于壟斷地位的輸配電網(wǎng)、承擔(dān)社會責(zé)任的大量自有售電公司、海量的用戶資源和用電數(shù)據(jù)、大量技能嫻熟和經(jīng)驗豐富的工程人員、強大的工程設(shè)計和建設(shè)能力、完善的管理體系等，都可以很好的支撐綜合能源服務(wù)工作高質(zhì)量和高效率的開展。
雖然綜合能源服務(wù)市場巨大，以此為契機有利于進一步推動電網(wǎng)公司的資源優(yōu)化配置和企業(yè)經(jīng)營模式的轉(zhuǎn)型，提升企業(yè)的社會競爭力。但隨著我國電力體制及電力市場的改革深入，由電力節(jié)能公司轉(zhuǎn)變而來的綜合能源服務(wù)公司也面臨著巨大的經(jīng)營壓力，其問題既在于市場經(jīng)驗的不足和市場激烈競爭的局面，也由于“源-網(wǎng)-售-荷”全環(huán)節(jié)的增值業(yè)務(wù)覆蓋下業(yè)務(wù)類型多、客戶需求差異大、協(xié)商機制和交易模式多樣化、交易的安全性和服務(wù)實時性要求高、運行體系管控難度大、社會對電網(wǎng)企業(yè)可信度要求高等問題。因此，需要研究如何建立綜合能源服務(wù)的市場運行與可信管控機制、綜合能源與綜合服務(wù)的運行匹配機制、電網(wǎng)供電主業(yè)務(wù)與其他增值業(yè)務(wù)的協(xié)調(diào)機制，從而進一步構(gòu)建好綜合能源服務(wù)的運行管控體系，提升綜合能源服務(wù)協(xié)商機制的高效性、交易的安全性和服務(wù)實時性，確保各類用戶對綜合能源服務(wù)企業(yè)和相應(yīng)業(yè)務(wù)的滿意度和信任度。
綜合能源服務(wù)是覆蓋全電力環(huán)節(jié)、全業(yè)務(wù)類型的全新增值服務(wù)類型，需要結(jié)合現(xiàn)有運營經(jīng)驗，采用新的模式、新的技術(shù)、新的方法來實現(xiàn)新的突破。而云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等關(guān)鍵技術(shù)支撐著融合了分布式及微電網(wǎng)技術(shù)的新型綜合能源服務(wù)模式的開展。其中，區(qū)塊鏈在智能合約、分布決策、協(xié)同自治、拓撲形態(tài)、交易監(jiān)管等方面與綜合能源服務(wù)的需求有著天然匹配性，通過區(qū)塊鏈技術(shù)可以保障綜合能源服務(wù)信息的準確性和及時性，提高服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)效率。文獻構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈的電力現(xiàn)貨實時調(diào)度交易與監(jiān)管模型；文獻提出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的電力需求側(cè)響應(yīng)資源交易整體框架；文獻設(shè)計了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)模型，融合智能合約于能源交易互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建協(xié)同模式；文獻分析了異構(gòu)區(qū)塊鏈技術(shù)在多能系統(tǒng)中的應(yīng)用，為探討基于區(qū)塊鏈的綜合能源系統(tǒng)提供了理論參考。
以上文獻在電力現(xiàn)貨交易、需求響應(yīng)、電力信息融合和多能系統(tǒng)等方面開展了區(qū)塊鏈技術(shù)與電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的匹配性研究，有利于將區(qū)塊鏈技術(shù)引入到綜合能源服務(wù)體系的建設(shè)中來。但由于綜合能源服務(wù)工作的開展時間相對較短，尚缺乏較為深入的分析闡述綜合能源服務(wù)運行體系、以及區(qū)塊鏈與綜合能源服務(wù)體系融合應(yīng)用的研究。
因此，本文緊扣綜合能源和綜合服務(wù)兩大任務(wù)，從供能、用能和服務(wù)三個方面構(gòu)建基于區(qū)塊鏈技術(shù)的綜合能源服務(wù)模型，分析綜合能源服務(wù)主體節(jié)點的功能以及綜合能源服務(wù)過程中節(jié)點間信息流與能量流的交互模式和協(xié)商共識機制，并基于“多鏈”構(gòu)建以能源、電網(wǎng)(特指其包括電力綜合能源服務(wù)公司和自有的售電公司)、售電公司(特指民營類型)、用戶等不同類型節(jié)點間的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和鏈間交互通信鏈路，保障區(qū)塊鏈支撐的綜合能源服務(wù)體系協(xié)商機制運行的高效性、交易安全性和服務(wù)實時性。
1 綜合能源服務(wù)場景分析
1.1兩大任務(wù)—綜合能源與綜合服務(wù)
為進一步完善能源互聯(lián)網(wǎng)中綜合能源服務(wù)的商業(yè)模式，構(gòu)建多能互補下的“售電+綜合服務(wù)”應(yīng)用場景，以及打造以電為中心、跨域平衡、綠色智能的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)體系，需要以電網(wǎng)公司為研究對象，探討電網(wǎng)轉(zhuǎn)型的支撐技術(shù)與服務(wù)模式，從而擴展綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)，引導(dǎo)用戶節(jié)能減排，形成以電網(wǎng)公司為主、民營售電公司為輔的綜合能源服務(wù)公司體系，構(gòu)建一個安全、穩(wěn)定、可信的綜合能源服務(wù)模式。
綜合能源服務(wù)圍繞供能、用能和服務(wù)三個方面，是將能源銷售服務(wù)、分布式能源服務(wù)、節(jié)能減排與需求響應(yīng)服務(wù)等三大類組合一起的能源服務(wù)模式，涉及綜合能源和綜合服務(wù)兩大任務(wù)，其基本特征是綜合、共享、高效、互聯(lián)和友好。綜合能源和綜合服務(wù)作為綜合能源服務(wù)的兩大任務(wù)。其中綜合能源是由傳統(tǒng)能源供應(yīng)商依托傳統(tǒng)能源供應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)勢向以冷、熱、電、氣等多聯(lián)供方向發(fā)展，實現(xiàn)多種能源相互轉(zhuǎn)化、分配、存儲和消費，實現(xiàn)供能與用能多元化的新能源體系。綜合能源對于提升能源利用效率和可再生能源應(yīng)用比例具有重要意義。而綜合服務(wù)是能源供應(yīng)商向綜合能源服務(wù)商轉(zhuǎn)變，依托自身技術(shù)優(yōu)勢及配售電改革政策，形成一種新型的為滿足終端客戶多元化能源生產(chǎn)與消費的能源服務(wù)商業(yè)模式，具體涵蓋能源規(guī)劃設(shè)計、工程投資建設(shè)、多能源運營服務(wù)、投融資服務(wù)、購售電業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)交互業(yè)務(wù)、設(shè)備診斷、能效檢測等方面。二者共同構(gòu)建了“以客戶為中心、橫向多源互補、提高綜合能源利用效率”的綜合能源體系，也是緊密遵循電力市場改革與能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的國家政策，更加強化電源端與電網(wǎng)側(cè)的實時協(xié)同調(diào)度機制，優(yōu)化和提升電網(wǎng)公司和民營售電公司的綜合服務(wù)水平。
1.2綜合能源服務(wù)模式分析
良好的綜合能源服務(wù)模式在推動電網(wǎng)公司轉(zhuǎn)型，豐富電網(wǎng)公司業(yè)務(wù)類型的同時，需要鼓勵用戶參與電能服務(wù)交易，提高用戶參與電能交易的積極性，實現(xiàn)可再生能源的高比例接入電網(wǎng)和促進大規(guī)模儲能系統(tǒng)的發(fā)展。因此，本文基于綜合能源服務(wù)兩大任務(wù)主體的特點、功能以及角色定位，構(gòu)建了綜合能源服務(wù)模式。
綜合能源服務(wù)模式著重研究各相關(guān)主體及其交互關(guān)系，依據(jù)綜合能源和綜合服務(wù)兩大任務(wù)主要分為綜合能源層、綜合服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層和綜合服務(wù)業(yè)務(wù)層等三層，具體如下：
1）綜合能源層：由冷、熱、電、天然氣、石油構(gòu)成的綜合能源系統(tǒng)，圍繞電能清潔高效的特點，推進其他能源與電能之間的單向轉(zhuǎn)化和存儲，以及其他多能源之間的單(或雙)向轉(zhuǎn)化和存儲，提高綜合能源系統(tǒng)可靠性，提升效率，降低系統(tǒng)的碳排放，提升經(jīng)濟型，推動了用戶側(cè)對綜合能源服務(wù)的需求，促進了綜合服務(wù)業(yè)務(wù)的產(chǎn)生。
2）綜合服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層：根據(jù)綜合服務(wù)的交易主體，可將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點具體分為能源、電網(wǎng)、售電公司、微網(wǎng)、儲能和用戶等幾類，并圍繞源、網(wǎng)、售、荷、儲間信息和能量的交互，形成為用戶提供綜合能源服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)主體，構(gòu)建以電網(wǎng)綜合能源服務(wù)公司為主、民營售電公司綜合能源服務(wù)部門為輔的綜合能源服務(wù)體系。
3）綜合服務(wù)業(yè)務(wù)層：綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)包括供電業(yè)務(wù)、設(shè)備維護、能效檢測與節(jié)能設(shè)計、數(shù)據(jù)交易以及分布式能源服務(wù)(如電動汽車充電服務(wù)、光伏新能源服務(wù)、儲能)等。其中：a）供電業(yè)務(wù)：供電業(yè)務(wù)是綜合服務(wù)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，最終實現(xiàn)用戶更好的用電體驗，輸送更優(yōu)質(zhì)的電能，并制定更為合理的購電方案；b）設(shè)備維護：將電網(wǎng)公司的業(yè)務(wù)逐漸向末端延伸，例如：將設(shè)備維護(與能效檢測)的業(yè)務(wù)逐步擴展到工廠、居民小區(qū)、校園等；c）能效檢測與節(jié)能設(shè)計：對于部分大用戶，可以申請讓綜合能源服務(wù)公司為其提供能效檢測，通過檢測了解其耗能設(shè)備的能源利用率，并為其出示相應(yīng)的檢測報告，同時告知節(jié)能空間并推薦節(jié)能設(shè)備，制定節(jié)能方案；d）數(shù)據(jù)交易：包括各類用電數(shù)據(jù)和節(jié)能數(shù)據(jù)等可供交易的有價值數(shù)據(jù)；e）分布式能源服務(wù)：以分布式光伏發(fā)電和就近能量交易為主。
2 基于區(qū)塊鏈的綜合能源服務(wù)模型
2.1 綜合能源服務(wù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
將區(qū)塊鏈技術(shù)與可持續(xù)發(fā)展融合，是未來科技、金融發(fā)展的趨勢，而能源電力系統(tǒng)的發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展最重要的指標(biāo)之一。因此，在國內(nèi)外大力發(fā)展分布式能源，提高可再生能源利用效率的背景下，將具有去中心化、防篡改、分布式記賬功能的區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于能源電力系統(tǒng)有重要意義。“售電+綜合服務(wù)”作為綜合能源服務(wù)模式的重要實現(xiàn)模式，其參與主體多、實施業(yè)務(wù)類型多、交易信息量大等特點在具體實施過程中存在可靠性、安全性以及交易不可追溯性等問題，而區(qū)塊鏈分布式記賬、防篡改的特點能夠?qū)ⅰ笆垭?綜合服務(wù)”過程中全部的交易信息分布存儲，降低了由交易信息量大導(dǎo)致的交易信息難以查詢、信息泄露、交易不可靠以及交易漏洞的風(fēng)險。
同時區(qū)塊鏈技術(shù)包括應(yīng)用層、合約層、激勵層、共識層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)層六層模型可以很好的融入到綜合能源服務(wù)中，其中：1）應(yīng)用層支撐各類綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)；2）合約層監(jiān)督、記錄各綜合能源服務(wù)主體間具體合約的履行(通常為能源交易與增值數(shù)據(jù)交易合約)；3）激勵層制定各綜合能源服務(wù)主體參與交易的激勵指標(biāo)；4）共識層支撐各主體間高效快速達成切實可行的交易共識；5）網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)建點對點的分布式綜合能源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；6）數(shù)據(jù)層實現(xiàn)綜合能源服務(wù)數(shù)據(jù)的采集、計算、存儲等底層運行支撐。因此，基于區(qū)塊鏈技術(shù)實施綜合能源服務(wù)，有利于保障交易的可靠性，促進能源互聯(lián)網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
目前，已有的基于區(qū)塊鏈的需求響應(yīng)和分布式能源交易的研究主要基于聯(lián)盟鏈或公有鏈的單鏈方式。但區(qū)塊鏈技術(shù)在單鏈架構(gòu)下存在性能、容量、隱私、隔離性、擴展上的瓶頸，無法滿足電力系統(tǒng)綜合能源服務(wù)應(yīng)用場景的充分實現(xiàn)，而文獻[31]提出的基于哈希錨定的主從多鏈模型，以一條主鏈和多個從鏈的形式滿足多樣化數(shù)字資產(chǎn)的分類及處理；而Multichain是一種能夠構(gòu)建主-從類型多鏈的區(qū)塊鏈技術(shù)，可為企業(yè)建立獨立可信的分布式賬本，支撐多鏈技術(shù)的延伸。
綜上所述，結(jié)合綜合能源服務(wù)應(yīng)用場景中源、網(wǎng)、售、荷對去中心化程度的要求不同，設(shè)計了“多鏈”技術(shù)支撐下的綜合能源服務(wù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖2所示，采用“多鏈”形式實現(xiàn)源-網(wǎng)-售-荷各主體內(nèi)部可信及協(xié)同自治，確保源-網(wǎng)-售-荷主體間信息公開、可信互聯(lián)，進一步保障綜合能源服務(wù)應(yīng)用的可追溯性和安全高效性，深入研究綜合能源服務(wù)場景與區(qū)塊鏈技術(shù)的匹配性(其中，多鏈指 Multichain 類型的私鏈，“多鏈”指多重私鏈+聯(lián)盟鏈的形式)。
由區(qū)塊鏈技術(shù)支撐下的綜合能源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)具有匿名性和公開性的雙重特點，即實現(xiàn)匿名的交易雙方節(jié)點互信，信息公開。圖2所示的綜合能源服務(wù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以“多鏈”的形式實現(xiàn)信息互聯(lián)。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有能源、電網(wǎng)、售電公司以及用戶四類主節(jié)點，其中，1）能源節(jié)點包括冷、熱、電、氣、石油五種類型分節(jié)點，節(jié)點間進行能源互補，最終實現(xiàn)源節(jié)點協(xié)同；2）電網(wǎng)節(jié)點具有調(diào)度、綜合能源服務(wù)等多類功能，依據(jù)功能又可進一步進行劃分；3）售電公司節(jié)點主要考慮其綜合能源服務(wù)功能；4）用戶節(jié)點又具體分為工業(yè)用戶、商業(yè)用戶、微網(wǎng)用戶、居民用戶以及電動汽車類儲能用戶等幾種類型。
各主節(jié)點與其從節(jié)點間采用多鏈架構(gòu)形成可信的“主-從”私有鏈模型，主節(jié)點間又采用聯(lián)盟鏈的形式實現(xiàn)信息公開互聯(lián)共享，其中綜合能源服務(wù)衍生的數(shù)據(jù)保存在各從節(jié)點的私鏈中，各個私鏈又根據(jù)節(jié)點的類型連成主鏈。參考多鏈中對權(quán)限的定義規(guī)則，設(shè)置各主節(jié)點擁有所在主-從鏈的管理員權(quán)限，包括對主(從)鏈區(qū)塊數(shù)的設(shè)定發(fā)布、連接交易網(wǎng)絡(luò)中的其它主節(jié)點、上傳交易需求及發(fā)布資產(chǎn)、下載接收其它主節(jié)點發(fā)布的交易信息、流管理的設(shè)置等；各內(nèi)部從節(jié)點僅具有連接各自主節(jié)點、上傳及下載接收交易信息、發(fā)布資產(chǎn)的權(quán)限(資產(chǎn)指交易的數(shù)據(jù)、結(jié)果等)。
在聯(lián)盟鏈中，主節(jié)點主要負責(zé)管理、傳輸、存儲的業(yè)務(wù)。當(dāng)數(shù)據(jù)交易完成及資產(chǎn)發(fā)布后，主節(jié)點a廣播交易數(shù)據(jù)資產(chǎn)并發(fā)送該資產(chǎn)至擁有查看權(quán)限的主節(jié)點b，主節(jié)點b接收該資產(chǎn)并內(nèi)部廣播至各從節(jié)點，擁有交易能力的從節(jié)點進行資產(chǎn)計算，反饋交易結(jié)果至主節(jié)點，由主節(jié)點b與交易需求主節(jié)點a進行交易的對接并由對應(yīng)從節(jié)點執(zhí)行交易。同時賦予政府監(jiān)管權(quán)限即政府擁有對各主節(jié)點交易數(shù)據(jù)查看的權(quán)限，可以隨時查看并溯源。
區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)支撐著綜合能源服務(wù)系統(tǒng)的安全高效運行，依據(jù)綜合能源和綜合服務(wù)兩大任務(wù)分為兩大部分。
1）綜合能源部分：由于綜合能源服務(wù)模式中以電力作為中心樞紐，故以電能作為主要分析對象，多種能源之間相互協(xié)調(diào)、共同整合，電網(wǎng)的調(diào)度節(jié)點承擔(dān)著綜合能源中電能傳輸?shù)恼{(diào)度分配任務(wù)。對于某一時段多源端對電能供給的分配情況，用戶主節(jié)點將電能需求整合傳達給電網(wǎng)主節(jié)點，通過其調(diào)度從節(jié)點的計算，由電網(wǎng)主節(jié)點與源端主節(jié)點進行電能協(xié)商，并通過源端各從節(jié)點協(xié)商確定供能的比例；對于大型工業(yè)用戶與源端的直購電，由大型用戶所在的用戶綜合服務(wù)從節(jié)點發(fā)送直購電請求，經(jīng)由用戶綜合服務(wù)主節(jié)點與源端節(jié)點進行交易，而對于普通居民用戶則由其所在區(qū)域的用戶綜合服務(wù)從節(jié)點進行電能交易方式的制定，并提交電能交易方案請求至用戶綜合能源服務(wù)主節(jié)點進行外部交易協(xié)商；在電能交易中源端需要與電網(wǎng)節(jié)點共同協(xié)商直購電中供電的具體比例，通過電網(wǎng)調(diào)度從節(jié)點制定電能調(diào)度方案并進行傳輸；
2）綜合服務(wù)部分：由電網(wǎng)及其它民營售電公司的綜合能源服務(wù)公司從節(jié)點為用戶提供各類服務(wù)，另外各交易主體將自身的用電等相關(guān)數(shù)據(jù)打包進各自私鏈，并通過主節(jié)點進行數(shù)據(jù)交易。
2.2 綜合能源服務(wù)鏈上交易模型
區(qū)塊鏈技術(shù)便于開發(fā)者在底層開發(fā)平臺的基礎(chǔ)上開發(fā)出產(chǎn)品和應(yīng)用。通過基于2.1節(jié)分析綜合能源服務(wù)對去中心化程度的要求，發(fā)現(xiàn)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的綜合能源服務(wù)模型并不適合采用單鏈或完全私有鏈的方式進行，因此，在研究Multichain技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用“多鏈”的形式，即多重私鏈+聯(lián)盟鏈的模式，既保障綜合能源服務(wù)對安全性、高效性、可靠性的需求，也使得整個綜合能源服務(wù)場景開放共享。
綜合能源服務(wù)鏈上交易模型是基于主-從多鏈模型，包括源端協(xié)同主-從多鏈、電網(wǎng)主-從多鏈、售電公司主-從多鏈以及用戶綜合服務(wù)主-從多鏈，形成由其主鏈互聯(lián)即聯(lián)盟鏈的形式構(gòu)成整個綜合能源服務(wù)區(qū)塊鏈信息交互網(wǎng)絡(luò)，同時，給予政府監(jiān)管權(quán)限，管控各主鏈間的服務(wù)交易信息的可靠性。
主要交易流程如下：
電網(wǎng)(及民營售電公司)廣播服務(wù)信息至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，包括可供服務(wù)的類型、要求、價格等，各主(從)節(jié)點接收同步服務(wù)信息至各自主(從)鏈中；用戶 i 從鏈計算所需服務(wù)要求，上傳至其用戶綜合服務(wù)主鏈，主鏈整合一段時間(通常為15分鐘)內(nèi)服務(wù)請求，按用戶直購電業(yè)務(wù)、普通供電業(yè)務(wù)(從電網(wǎng)或售電公司處購電)、輔助服務(wù)業(yè)務(wù)三類進行劃分，廣播至全網(wǎng)絡(luò)；源端、售電公司和電網(wǎng)接收到所屬業(yè)務(wù)類別的交易信息，由其主鏈判別并反饋是否接收服務(wù)請求，若接收該服務(wù)請求，整合服務(wù)交易信息，分發(fā)至執(zhí)行從鏈，由對應(yīng)的從鏈計算分析，將交易結(jié)果通過其主鏈廣播至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，并由主鏈與服務(wù)主體進行交易對接；交易達成后記錄并打包上鏈。
電網(wǎng)及售電公司作為綜合服務(wù)執(zhí)行的主體，其業(yè)務(wù)可分為供電業(yè)務(wù)與其他服務(wù)業(yè)務(wù)。供電業(yè)務(wù)作為主要服務(wù)業(yè)務(wù)，當(dāng)用戶從鏈發(fā)出供電業(yè)務(wù)請求，由用戶綜合服務(wù)主鏈整合同一時段電量需求信息廣播至電網(wǎng)主鏈或售電公司主鏈，等待請求回復(fù)，交易達成需要電網(wǎng)主鏈(或售電公司主鏈)以及調(diào)度從鏈與源端協(xié)同主鏈達成電量、電價以及調(diào)度的一致性；若為節(jié)能設(shè)計、設(shè)備維護等其它服務(wù)業(yè)務(wù)，則由電網(wǎng)主鏈(或售電公司主鏈)以及其綜合能源服務(wù)從鏈達成服務(wù)交易的一致性，最終每筆交易的執(zhí)行，需要打包在各交易鏈中存儲并廣播。
3綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)模式與共識機制
3.1 綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)模式分析
基于區(qū)塊鏈技術(shù)的綜合能源服務(wù)模型實現(xiàn)了綜合能源服務(wù)與區(qū)塊鏈技術(shù)的高效融合，保障了綜合能源橫向多源互補，綜合服務(wù)安全高效運行。但由于綜合能源服務(wù)主體的多樣性和服務(wù)業(yè)務(wù)的復(fù)雜性，需結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)深入探討服務(wù)主體間信息交互的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，以及交易達成所需的共識機制。為分析不同節(jié)點間業(yè)務(wù)的交互類型，構(gòu)建了如圖5所示的業(yè)務(wù)主體間能量與信息的交互關(guān)系。
其中，業(yè)務(wù)①為綜合能源服務(wù)的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)的流向與能量流相對應(yīng)，而且業(yè)務(wù)①的發(fā)生也伴隨著業(yè)務(wù)⑤的產(chǎn)生，業(yè)務(wù)⑤由電能交易的各類主體提供，作為電能交易預(yù)測的參考。綜合能源服務(wù)公司向各類用戶提供②③④類擴展業(yè)務(wù)，向微網(wǎng)用戶提供業(yè)務(wù)⑥等。
同時，按照主體功能的差異將源-網(wǎng)-售-荷主體間的信息與能量交互分以下幾個方面：
1）“源-網(wǎng)”主體間的交互：能量從源端通過電網(wǎng)輸配至用戶側(cè)，源-網(wǎng)間進行電量、負荷、輸配路徑的協(xié)商；
2）“源-售”主體間的交互：分擔(dān)部分電網(wǎng)售電業(yè)務(wù)的民營的售電公司既可以選擇從電網(wǎng)公司購電，也可以選擇從源端直購電，由電網(wǎng)進行輸配；
3）“源-荷”主體間的交互：工業(yè)用戶(通常為 35kV及以上的大工業(yè)用戶)可以選擇從源端直購電；
4）“網(wǎng)-荷”主體間的交互：電網(wǎng)公司將電能輸配到各類用戶，同時微網(wǎng)用戶可以將多余的電能出售給電網(wǎng)公司，而電網(wǎng)公司向各用戶提供其他擴展業(yè)務(wù)；
5）“售-荷”主體間的交互：與“網(wǎng)-荷”主體間的交互過程類似；
6）“荷-荷”主體間的交互：為鼓勵微網(wǎng)的發(fā)展，補充斷電時段用戶對電能的需求，減少微網(wǎng)售出電能遠距離輸配損耗，微網(wǎng)用戶可將電能直接出售給周邊用戶。
3.2 綜合能源服務(wù)共識機制(PoSS)
在綜合能源服務(wù)系統(tǒng)中，首先在綜合能源方面，多個源端應(yīng)與電網(wǎng)公司的調(diào)度部門協(xié)商，確定電能調(diào)度供給的分配比例；售電公司或大型工業(yè)用戶從源端處直接購電時，應(yīng)協(xié)商確定其交易方案。其次，在綜合服務(wù)方面，節(jié)點雙方以點對點的交互模式協(xié)商達成方案。對于上述協(xié)商過程的實現(xiàn)，在基于區(qū)塊鏈技術(shù)的底層架構(gòu)中需要制定合適的主體間共識寫入共識層中。目前，區(qū)塊鏈技術(shù)主要應(yīng)用PoW、PoS以及 DPoS等共識機制，其原理與綜合能源服務(wù)中各個節(jié)點權(quán)限不同的特點相駁。因此，根據(jù)綜合能源服務(wù)中各個節(jié)點的重要程度不同，基于 PoS 共識提出了適用于綜合能源服務(wù)系統(tǒng)的改進共識機制PoSS(proof ofsharing-stake)。
在綜合能源和綜合服務(wù)中，二者對于共識機制的需求不同，相對而言綜合服務(wù)雖然交互模式多，但基本上是點對點的協(xié)商與交易；而綜合能源交互模式相對固定，主要是多主體協(xié)商與交易。因此，PoSS 共識根據(jù)綜合服務(wù)與綜合能源的不同特點分為 PoSS(a)—點對點共識機制與 PoSS(b)—多主體共識機制。
從綜合服務(wù)方面考慮，采用 PoSS(a)共識旨在構(gòu)建一個點對點的交互模式，交互雙方在達成一致后便可以完成相應(yīng)服務(wù)。節(jié)點之間的交互按照交互主體的不同可分為如圖 6 中的 B2B、B2C、C2C三類：
1）B2B 間的共識機制：源、網(wǎng)、售主體間的服務(wù)共識主要采用 B2B 的方式，交易主體間達成共識的內(nèi)容分為能量交易和數(shù)據(jù)交易兩大類。a）對于能量交易，如售電公司的直購電交易，源端提供電能的供應(yīng)，售電公司負責(zé)電能的消納，二者達成雙方許可的電能交易量后，即形成 B2B的交易許可初步共識；
b）對于數(shù)據(jù)交易，各從節(jié)點將某一時段T內(nèi)的用電數(shù)據(jù)和節(jié)能數(shù)據(jù)進行整合，并分為可供交易的有價值數(shù)據(jù)和本地留存數(shù)據(jù)，然后將該周期內(nèi)的所有數(shù)據(jù)進行哈希求得總哈希值；對于可供交易的有價值數(shù)據(jù)，進行哈希打包成區(qū)塊后加入到該節(jié)點對應(yīng)的私鏈并加密上傳至其主鏈；將本地留存數(shù)據(jù)進行留底保存，打包存入各自私鏈。B2B 共識達成數(shù)據(jù)交易主要指源、網(wǎng)、售間對過去一段時間產(chǎn)生的可供交易的有價值數(shù)據(jù)進行交易共識的達成，點對點達成交易即可。
如調(diào)度從節(jié)點可向源端太陽能電廠等從節(jié)點購買其一年內(nèi)的售電及發(fā)電量等有價值數(shù)據(jù)進行下一階段該電廠調(diào)度方面的預(yù)測等，有助于電網(wǎng)調(diào)度調(diào)整之后的調(diào)度方案，該數(shù)據(jù)交易的達成通過主節(jié)點傳送信息從而確認。
2）B2C 間的共識機制：B2C 共識主要指網(wǎng)-荷、售-荷以及源-荷(直購電的大工業(yè)用戶)主體間服務(wù)交易。電網(wǎng)、售電公司作為提供綜合服務(wù)的主體與用戶達成服務(wù)交易共識，包括電能交易、能效檢測與節(jié)能服務(wù)、數(shù)據(jù)交易服務(wù)等。B2C服務(wù)共識的實質(zhì)是點對點服務(wù)。如小區(qū)級的居民用戶從節(jié)點a需要提供全方位的節(jié)能協(xié)助服務(wù)，幫小區(qū)內(nèi)住戶改進用能設(shè)備，其提交服務(wù)請求由主節(jié)點廣播至全網(wǎng)絡(luò)，民營售電公司b的綜合能源服務(wù)從節(jié)點下載并反饋接受服務(wù)請求的信息，由雙方主節(jié)點確認協(xié)商達成交易。對于數(shù)據(jù)交易，同 B2B 采用相同的數(shù)據(jù)分類方法并將數(shù)據(jù)哈希后打包到從鏈，利用主節(jié)點之間的交互實現(xiàn)數(shù)據(jù)交易。
3）C2C 間的共識機制：C2C 共識機制主要指微網(wǎng)用戶為周邊的居民用戶提供電能以及雙方有價值數(shù)據(jù)的交易的點對點許可共識。在進行電能交易的同時希望獲得周邊居民用戶的用電數(shù)據(jù)和節(jié)能數(shù)據(jù)，其中電能交易和數(shù)據(jù)交易方案都由交易雙方自行擬定并通過主節(jié)點傳遞交易信息完成交易。
從綜合能源方面考慮，PoSS(b)共識機制旨在解決源端處供能分配的問題。PoSS(b)共識的達成需綜合考慮 n 個節(jié)點(n>2)在一個時段 T 內(nèi)的電能交易量 W、提供的綜合能源服務(wù)項數(shù) N、在具體某項服務(wù)中的貢獻程度 D、以及社會重要程度的系數(shù) S，進而去確定各個節(jié)點的投票權(quán)重值 V，任何節(jié)點的投票權(quán)重值 V 不能超過50%。按照以上要求給出了這些考慮因素下的數(shù)學(xué)描述，用以計算各個節(jié)點的投票權(quán)重值 V，其中 Vi為 Vi′的修正值。數(shù)學(xué)描述如下：
對于源端、電網(wǎng)公司、售電公司間的能源交互，當(dāng)多源端通過電網(wǎng)進行調(diào)度時，各源端節(jié)點對于某一時段 T 的供電量分配需達成共識，交易的源節(jié)點與電網(wǎng)公司調(diào)度節(jié)點進行協(xié)商后將方案廣播至全網(wǎng)絡(luò)，源端所有節(jié)點以及電網(wǎng)公司調(diào)度節(jié)點根據(jù) PoSS(b)共識機制對時段 T 內(nèi)的Wi、Ni、Si、Di進行統(tǒng)計，依據(jù)公式(1)和(2)計算參與投票的節(jié)點權(quán)重值 Vi，并對該方案進行投票，當(dāng)?shù)闷甭食^ 50%時，該方案通過；當(dāng)?shù)闷甭饰闯^ 50%時，重新擬定方案再進行上傳。如民營售電公司選擇從源端處直購電時，將兩者協(xié)商的電能交易方案廣播至全網(wǎng)絡(luò)，源端所有節(jié)點、電網(wǎng)調(diào)度節(jié)點及民營售電公司節(jié)點根據(jù) PoSS(b)共識計算參與投票的節(jié)點權(quán)重值 Vi，對該方案進行投票從而確定購電的方案。
4 模型可行性分析及驗證
圖2所示的綜合能源服務(wù)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在運行場景上具有一定復(fù)雜度，因此驗證基于“多鏈”的綜合能源服務(wù)模型的可行性成為實踐研究方案的重點。因而，本文基于 Multichain 技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建了主-從多鏈模型架構(gòu)，為簡化模型驗證所需的大量設(shè)備，選取電網(wǎng)主-從多鏈進行節(jié)點可行性分析及驗證。
配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境如下：
下載配置Multichan演示文檔，基于xampp平臺建立 PHP 的運行環(huán)境并進行軟件配置以及區(qū)塊鏈環(huán)境搭建。通過三臺系統(tǒng)配置為64位4G運行內(nèi)存的windows7電腦來實現(xiàn)電網(wǎng)主-從多鏈的運行、連接、權(quán)限配置以及以資產(chǎn)形式進行信息的傳遞的模式，驗證模型單個主-從節(jié)點運行的可行性。
具體操作如下：
在xampp運行的條件下，分別配置三臺電腦的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，通過命令窗口進行多鏈的創(chuàng)建及配置，配置的三條鏈分別命名為 TestChain、Chain01、Chain02。選取 TestChain 鏈作為電網(wǎng)主鏈，配置的電網(wǎng)主鏈的 IP 地址為 192.168.1.1，并自動配置主鏈的端口，設(shè)置 TestChain 為全節(jié)點鏈，權(quán)限包括區(qū)塊發(fā)布、管理員、連接、發(fā)送、接收、資產(chǎn)發(fā)布、流管理。同時配置另外兩臺電腦為電網(wǎng)從節(jié)點，以調(diào)度從節(jié)點(鏈名為 Chain01，IP 為 192.168.1.2)和綜合能源服務(wù)公司從節(jié)點(鏈名為Chain02，IP為192.168.1.3)為例。兩條從鏈分別通過指令[email protected]:6865發(fā)出與主鏈TestChain互聯(lián)的申請，主鏈端接收指令完成互聯(lián)并賦予從鏈連接、發(fā)送、接收、資產(chǎn)發(fā)布的權(quán)限。其中主鏈擁有節(jié)點的全部權(quán)限，并具有配置從鏈權(quán)限的功能。
通過搭建主-從多鏈平臺，并模擬電網(wǎng)主-從多鏈節(jié)點的連接及信息交互，能夠驗證基于“多鏈”的綜合能源服務(wù)模型中單個主-從多鏈的可行性，即驗證了區(qū)塊鏈技術(shù)運用于售電+綜合能源服務(wù)具有可行性，但本文基于區(qū)塊鏈技術(shù)的完整綜合能源服務(wù)平臺的搭建由于設(shè)備硬件的需求暫時無法完成，接下來將進一步完善模型場景的搭建，探究將區(qū)塊鏈技術(shù)運用于綜合能源服務(wù)所存在的障礙。
5 總結(jié)與展望
本文研究了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的綜合能源服務(wù)運行模式，通過分析區(qū)塊鏈技術(shù)的特點，及綜合能源服務(wù)場景的需求，參考Multichain和主從多鏈的概念，采用“多鏈”的方式，構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的綜合能源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及綜合能源服務(wù)鏈上交易模型，探討綜合能源服務(wù)區(qū)塊鏈技術(shù)的匹配性，以“售電+綜合服務(wù)”為主要研究點，從綜合能源、綜合服務(wù)兩個方面深入研究，提出適用于綜合能源服務(wù)場景的PoSS服務(wù)共識機制，進一步探討基于區(qū)塊鏈的綜合能源服務(wù)機制。同時，搭建基于Multichain平臺的電網(wǎng)主-從多鏈模型，對單個主-從多鏈的實現(xiàn)進行了驗證。而隨著區(qū)塊鏈概念的不斷普及，區(qū)塊鏈技術(shù)將長久快速地發(fā)展，以此為基礎(chǔ)將進一步研究基于區(qū)塊鏈的綜合能源服務(wù)，使搭建的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)更為清晰，愈發(fā)高效地協(xié)調(diào)利用綜合能源，使得提供的綜合服務(wù)也趨向于多樣化，并將鏈上的節(jié)點更為細化地分類，不斷擴大研究的應(yīng)用范圍，為未來研究綜合能源服務(wù)場景提供參考。
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