摘要：能源互聯網的快速發展及可再生能源的高比例接入對電力交易提出了新的要求。針對傳統電力交易模式與能源互聯網背景下市場化電力交易的不匹配，以園區能源互聯網為對象，考慮可再生能源配額制(RPS)的影響，借鑒已有研究，提出了一種基于園區能源互聯網弱中心化電力交易模式，以分布式共享賬本的方式應對傳統電力交易過于中心化而不夠靈活的不足，同時強化“弱中心化管理”，在一定程度上解決區塊鏈去中心化帶來的安全性不足的問題，進一步針對異質主體間的電價博弈協商，構建了上述交易模式下園區能源運營商與電力用戶之間的討價還價博弈模型，探討交易主體收益均衡下的電價策略。最后以江蘇省某示范園區能源互聯網為例，驗證交易模式及模型的有效性。

　　關鍵詞：可再生能源配額制;能源互聯網;工業園區;電力交易;聯盟區塊鏈;討價還價博弈

　　1引言

　　近年來，我國光伏、風電等可再生能源的補貼政策逐步轉向基于配額制(renewableportfoliostandard，RPS)的市場導向考核政策。RPS配套綠色證書交易(tradablegreencertification，TGC)機制提出相關主體的可再生能源強制配額要求，以促進可再生能源的消納及市場化可持續發展[1-3]。

　　此外，作為能源互聯網在我國試點落地的主要形式，園區能源互聯網(park-levelenergyInternet，PEI)是一種靈活性較高的微型能源網，可通過對多類分布式能源、多類負荷、儲能及信息流等的區域性集成互聯，促進可再生能源大比例接入及電力市場直接交易[4]。這對電力交易提出了新的要求，比如，交易主體角色不斷變化，用戶主體有純電力消費用戶，也有可以發電的產消型用戶，可以賣電給電網企業，也可直接賣給其他用戶[5]。

　　電網企業未來可能更多的是承擔電網傳輸運行、維護、輸配電系統的升級與擴容等工作，適當收取過網費，以確保電力直接交易雙方的能量管理系統與調度機構間擁有足夠的通信能力[6];再者，能源互聯網大量主體信息與電力交易數據的處理也對電力交易提出了高效、安全、經濟等要求。因此，研究能源互聯網快速發展、RPS實施及可再生能源高比例接入背景下的電力交易模式與策略具有重要意義。

　　區塊鏈作為一種創新性、革命性的分布式記賬技術，結合了分布式數據存儲、點對點傳輸、一致性機制及加密算法，允許通過可驗證的方式記錄相關數據和活動信息，與能源互聯網下的電力交易需求相吻合，可為電力交易模式的創新提供技術支撐[7]。比如，王冰鈺[8]將區塊鏈技術引入分布式發電市場化交易，構建了交易、結算和獎懲機制;邰雪等[9]提出了基于區塊鏈的能源互聯網弱中心化管理電力交易方法，有助于市場參與者基于智能合約自主完成交易;武賡等[10]針對能源互聯網需求側響應資源參與市場交易中存在的問題，提出了基于區塊鏈的綜合需求側響應資源交易框架。但是，由于區塊鏈的“三元悖論”，即區塊鏈技術具有“去中心化”特性，直接應用于能源互聯網電力交易將無法完全保障系統中信息的安全性和功能的擴展性[11]。

　　而且，電力具有商品的基本屬性，但也是特殊的商品，除有別于其他絕大多數市場商品的即發即用、不易大規模儲存外，還具備公共品的屬性，其供應甚至直接關乎經濟發展、國計民生。因此，作為能源領域及能源互聯網重要組成部分的電力系統，把電力當成普通商品進行直接交易的完全去中心化模式顯然不符合國家對能源領域的發展要求。這就意味著，區塊鏈技術有助于提升傳統電力集中交易模式的效率和靈活性等，但又不能完全去中心化而影響安全性等。

　　對此，針對當前能源互聯網快速發展的背景，在可再生能源電力高比例接入情況下，傳統電力交易模式與市場化電力交易發展要求的不匹配，從園區能源互聯網出發，考慮我國實施RPS的影響，借鑒已有研究，引入聯盟區塊鏈、弱中心化交易、智能合約等概念、方法、技術，設計一種基于聯盟區塊鏈的園區能源互聯網弱中心化電力交易模式，強化“弱中心化管理”，提出以分布式共享賬本的方式應對傳統電力交易過于中心化的不足，同時在一定程度上解決區塊鏈完全去中心化帶來的“三元悖論”問題。

　　進一步針對電力交易中以自身利益最大化為目標的獨立決策智能體之間的電價博弈協商，構建上述交易模式下園區能源運營商與電力用戶之間電力交易的討價還價博弈模型，探討交易主體收益均衡下的電價策略。 RPS下園區能源互聯網聯盟區塊鏈電力交易模式RPS下園區能源互聯網聯盟區塊鏈電力交易框架。為解決去中心化導致的安全性不足等問題，以園區專門建立的弱中心管理機構作為能源互聯網區塊鏈電力交易網絡中的一個特殊節點，進行賬號管理、交易資格準入審核、交易監管、交易信息記錄、交易評價及追溯、反饋等，但其不能修改相關交易信息(所有節點達成共識才能修改)。

　　用戶是園區內電力的消費主體;運營商是跟用戶進行電力交易、提供電力的售電主體，除了銷售自身發電量外，運營商也接受發電量較小的分布式發電主體的委托，銷售后者的電量;電網企業屬于園區能源互聯網的外部供電方，在必要時可提供供電穩定性保障。RPS是促進可再生能源大規模發展的考核驅動政策，電力交易模式的提出及運行價值提供了需求前提。該模式中，聯盟區塊鏈作為分布式數據存儲賬本，結合了點對點傳輸特征，降低了電力交易主體參與交易市場的門檻，提升了電力交易模式的靈活性;而弱中心管理機構對交易系統中的所有交易進行校核，只有認定為合法的交易才能繼續廣播并記錄上鏈，可有效保障交易用戶個人隱私。

　　1)交易資格準入環節：交易資格是開展電力交易的前提，只有通過審核后具備交易資格的主體才能夠參與電力交易活動。審核主體為弱中心管理機構，被審核主體主要是提供電力的運營商;用戶需要在公共交易平臺申請賬戶，并安裝智能電表即可完成資格準入;運營商首先要報備次月最低發電量，由弱中心管理機構審核發電能力，審核通過后才能在公共交易平臺獲得賬戶。為保證電力穩定供給，弱中心管理機構會對運營商進行最低發電量限制。用戶和運營商擁有公共交易平臺賬戶后，即成為能源區塊鏈的一個節點，并擁有獨一無二的電子簽名;在平臺擬定并簽署能源互聯網通用的智能合約后，即獲得交易資質，可參與電力交易。

　　2)交易協商環節：用戶和運營商分別發布用電需求和供電信息，用戶可在交易平臺尋找合適交易對象與之協商。經過運營商跟用戶討價還價博弈后，制定一個利益均衡的電價，然后在擬定好的智能合約上提供數字簽名，雙方將獲取的唯一密鑰相互確認后，達成智能合約。

　　3)交易信息記錄及執行環節：用戶與運營商達成智能合約后，由弱中心管理機構審核智能合約，并攔截不符合要求的交易主體;審核通過后，該交易信息會在交易平臺進行廣播，在每個區塊鏈節點公開，并將交易數據打包記錄在區塊鏈主鏈中，存儲至各區塊鏈全節點時，交易達成，運營商開始按合約提供電力，用戶則按合約消納電力。

　　4)交易評價及反饋環節：弱中心管理機構對交易過程進行監督、評價，判定交易雙方無違約情況后，交易平臺公開交易完成信息，并提升交易雙方信用分，交易結束;智能合約依據電能數據流通情況，自動實現交易資金的轉移。若運營商在交易期限內未能按約發出相應電能，即被判定違約，其賬戶內相應的違約金將會被自動扣除，弱中心管理機構也將依據合約進行交易追溯，并在區塊鏈節點中反饋交易信息。

　　如確定存在非不可抗力導致的交易違約時，交易平臺將公開違約信息，對違約主體扣除一定信用分。如果用戶在規定期間內未能消耗完電力，可按合約對剩余電量進行清零，用戶自行承擔損失。上述交易評價結果將反饋至交易資質審核環節，作為相關主體交易資格準入的依據之一。購電分析購電流程中，園區運營商向各類發電主體購電后再售給用戶，發電和購電需滿足RPS，它是繼度電補貼后推出的可再生能源激勵政策，在一定程度上補償了投資收益，一般通過RPS配額與TGC綠證交易來實施[12]。

　　1個綠證對應1000kWh的非水電可再生能源電力(綠電)，由國家權威機構頒發，作為生產或接納一定數量綠電的憑證。RPS實施過程中，綠證權也可隨著交易而轉移，即承擔全額發電成本和發電商利潤的園區運營商可以完全接納綠電發電所獲得的綠證。運營商想要正常參與交易，必須要購入不小于配額比例要求的綠電，或收購相應數量的綠證，否則將面臨高額的罰款，因此接納綠電的運營商可從出售綠電與綠色證書兩個渠道獲利，一定程度上調動了電力企業生產或接納綠電的積極性，也能支持可再生能源發電商降低成本、優化能源結構，實現可再生能源發展目標[13]。

　　國家發改委與能源局2019年5月提出了《可再生能源電力消納責任權重確定和消納量核算方法(試行)》(發改能源[2019]807號)，明確了各省(自治區、直轄市)的綠電消納責任權重。為加快電力交易轉型，2021年10月國家發改委《關于進一步深化燃煤發電上網電價市場化改革的通知》(發改價格[2021]1439號)提出，將市場交易電價上下浮動范圍調整為原則上不超過20%，特別對高耗能行業建立由市場交易形成價格、不受價格浮動20%限制等舉措，為園區范圍內電價制定提供了依據。國家還將陸續推出相應的懲罰與強制措施，進一步完善綠證交易及可再生能源配額制。

　　2售電分析

　　國家能源局在2017年《關于開展分布式發電市場化交易試點的通知》中主推直接交易模式作為電力市場化交易改革的重要方向，提出電力用戶向發電企業直接購電，并向電網企業支付“過網費”，推動電力直接交易盡可能在接入點上一級變壓器的供電范圍內就近實現，園區正好符合這一指導要求。但考慮RPS的配額需求，由運營商作為發電商和用戶的中間方參與電力交易則更能整合資源，因此在售電環節以運營商和用戶為交易主體，并采用區塊鏈作為交易記賬的底層支撐技術。

　　園區能源互聯網背景下區塊鏈技術的選型傳統電力的配電網中各主體間交易，通常需指定一個主導機構或者受信任的第三方進行協調與監管，構成完全中心化的交易模式，交易記錄集中存放，一旦系統故障或遭到攻陷，可能造成無法挽回的損失。

　　而區塊鏈則不同，它是由多個包含交易信息的區塊逐級連接而成的鏈狀分布式賬本，有區塊頭和區塊體兩個重要的部分。區塊頭包含前一區塊頭Hash值，隨機數，Merkle根等。Hash值在區塊間起到數字簽名作用，促使各區塊連接成不可逆、不可篡改的區塊鏈;區塊體包含得到驗證后的交易信息;所有交易形成的Merkle根連接到區塊頭，保證信息不被惡意篡改傳播[14]。

　　區塊鏈主要有公有鏈、聯盟鏈和私有鏈三種應用模式。其中公有鏈是完全去中心化的區塊鏈;聯盟鏈是部分去中心化或弱中心化的區塊鏈，適用于多個實體構成的組織或聯盟，其共識過程受到預定義的節點控制;私有鏈則是完全中心化的區塊鏈。

　　2.1售電流程

　　園區能源互聯網中的售電流程，由包括運營商和用戶在內的相關交易主體發起并完成。運營商電力購自周邊的各類電力供應商。為防止園區可再生能源電力無法完全滿足園區用電需求，參與交易的運營商主體需滿足月最低供電量要求。園區能源互聯網還與外部電網接通，發揮對電力資源的統一調配作用，并為園區運營商提供電價參考，還通過雙主線配置充當備用電源，實現對園區用戶的電力不間斷供應。

　　RPS下園區能源互聯網聯盟區塊鏈電力交易博弈在發改價格[2021]1439號文的指導下，園區能源互聯網聯盟區塊鏈電力交易模式有助于實現各類主體自身利益需求：可再生能源發電商除獲得比脫硫煤標桿電價更高的收益外，還有助于實現電力就近消納，緩解棄風、棄光問題。運營商可以和用戶通過博弈協商電力交易獲得更多的收益，而用戶也可獲得市場化電價紅利。

　　對政府和社會：①弱化當前電網職能，推動電力體制改革;②實現可再生能源電力就近消納，緩解輸送壓力;③鼓勵實現園區電網智能化，推動能源利用向清潔、綠色轉型;④通過降低企業用電成本，吸引企業入駐。論文主要考慮發電成本、配額比例等RPS下園區能源互聯網電力交易的影響因素，交易過程中，交易雙方需根據各自成本與需求給出報價，并通過協商達成一致，而該過程實際上是雙方根據對方給出的信息及各自的收益目標函數進行的動態博弈演化，最終達到雙方都可接受的結果。

　　本文基于此設計出一種考慮限制交易主體協商次數的用戶完全信息博弈模型，交易雙方在發布交易信息后，進行有限次協商博弈演化，最終就交易電價與采購電量達成一致，實現在運營商獲利前提下，用戶利益的最大化。為此給出以下假設：①為吸引園區發電方參與能源互聯網電力交易，發電方收益需大于以綜合指導價與外部電網交易的收益;②市場化交易中，為吸引園區內用戶購買園區內運營商的電力而促進就近消納，運營商一般會以低于電網企業的售電價向用戶報價;③園區內可再生能源電力可完全被園區用戶消納;④為提升能源互聯網的自愈能力，運營商一般會安裝一定的儲能設備。

　　3購電成本分析

　　綠證的附加值體現在可再生能源發電的額外費用，包含生產成本和輔助可再生能源安全接入電網的完整過程中的各項成本。而在RPS下實現園區市場化電力交易，運營商購電成本來源于三部分：傳統電力購電成本、綠電購電成本、綠色電力證書(簡稱綠證)的交易成本，其中綠證由運營商與發電商通過協商，全額承擔發電商發電成本與預期收益后，相應轉移而來。若所獲綠證數量多于非綠電所消耗的綠證數量，可將多余綠證售出獲得收益;反之則需購入綠證以滿足配額要求，否則將承擔高于綠證價格的罰款。

　　4算例分析

　　4.1江蘇省基礎數據

　　對計算出的收益均衡解(A,B)T，以江蘇省某PEI為例，模擬其2020年運營商與用戶電力交易情況，為推行PEI聯盟區塊鏈電力交易提供參考。江蘇省度電過網費參考《江蘇省物價局關于江蘇電網2017-2019年輸配電價有關事項的通知》，商業最大過網費為0.03元/kWh;運營商傳統電力購電度電成本按現行燃煤發電標桿上網電價確定為0.391元/kWh;綠電占比η參考2019年數據，江蘇全省發電量5062.28億kWh，其中可再生能源發電量405.33億kWh，為9.5%;規定最低配額λ參考發改能源[2019]807號文，江蘇省2020年最低消納責任權重為7.5%;上年度綠證價格0參考中國綠色電力證書認購交易平臺數據，平均價格為0.3535元/kWh;綠電購電成本與傳統電力購電成本之比為、區塊系數為δ，且均大于1。

　　4.2居民用戶用電選擇

　　江蘇省目前推行的是用戶自愿選擇執行階梯電價與居民峰谷分時電價并行的策略。階梯電價模式下初始固定價格為0.5283元/kWh;峰谷電價在不同時段存在差異，導致用戶用電量在峰時與谷時也存在差異。當采用園區能源互聯網電力交易時，用戶用電成本將節省0.0829元/kWh，由階梯電價的0.5283元/kWh降至最低0.4454元/kWh，降幅達15.7%。

　　5結束語

　　本文提出的RPS政策框架下園區能源互聯網聯盟區塊鏈電力交易模式，可有效降低園區用戶的用電成本，提升能源運營商的收益，可為園區能源互聯等微網中能源運營商電價策略及用戶用電策略方面的決策提供一定的參考，也為可再生能源電力比例日益提升的綜合能源系統的高效管理與運行提供了一種思路，有利于分布式可再生能源電力在園區內的就近消納，也為能源互聯網背景下電力市場化交易的實踐提供了一定的理論參考。但論文提出的相關模型還相對簡單，隨著能源互聯網電力交易的發展，基于區塊鏈的能源互聯網電力交易模式中報價、審核、競價、出清、結算等相對復雜的博弈，還有待深入研究。

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　　作者：張力菠1†，童立敏1,2