基于区块链的分布式能源共享储能模式研究

马如意

摘要：针对能源系统中分布式能源共享和储能方面的挑战，提出了一种基于区块链技术的分布式能源共享 储能架构。该架构通过建立去中心化、透明度高的能源交易平台，实现能源的高效管理和可持续发展。通 过深入分析该模式在实际案例中的应用，揭示了其在推动清洁能源发展和构建可持续能源系统方面的潜力， 为未来能源领域的创新和发展提供了有益的参考。

关键词：区块链；分布式；能源；共享模型

中图分类号：TM73 文献标识码：A

0 引言

随着全球能源需求的不断增长和对可再生能源 的迫切需求，分布式能源系统逐渐成为能源行业的 焦点 [1-2]。传统的中心化能源模型面临着多方面的 挑战，包括能源浪费、可再生能源不稳定以及能源 供应链不透明等。在此背景下，分布式能源系统通 过将能源产生、储存和分配的权力下放到更小的单 元，提供了一种更灵活、可持续的解决方案 [3-5]。

然而，随着分布式能源系统的发展，诸如能源 交易、储能共享和能源管理等方面的新挑战也应运 而生 [6]。为了更好地应对这些挑战，本文探究了基 于区块链技术的分布式能源共享储能模式。区块链 技术具有去中心化、不可篡改、透明度高的特点， 为能源系统提供了独特的解决方案，有效地改善了 能源市场的透明性和安全性。通过区块链技术，能 够实现去中心化的能源交易，确保能源数据的真 实性，促进能源的高效利用，从而构建一个更加智 能、安全和可持续的能源系统。在这一领域的不断 创新和探索中，基于区块链的分布式能源共享储能 模式有望为未来的能源格局带来积极的变革 [7]。

1 区块链技术

区块链技术是一种分布式数据库技术，通过使 用分布式节点网络上的共识算法，实现去中心化的 数据存储和验证机制 [8]。简单来说，区块链可以被 视为一个按照特定规则不断增加的数据块组成的链 表。区块链的核心原理是将数据分散存储在多个参 与者中，每个参与者都有一份完整的数据副本。当 有新的数据需要添加到区块链中时，这些节点之 间通过共识算法达成一致，并将数据写入新的区块中。每个区块都包含前一个区块的哈希（Hash） 值，这样形成一个由多个区块相连的链条。区块链 技术具有以下特点：①去中心化。没有单一的中心 化机构或个体控制数据，而是由多个节点共同维护 和验证数据的准确性。②安全性。区块链使用密码 学技术和分布式验证机制，保证数据的安全性和防 篡改性。③透明性。区块链中的数据是公开可见 的，所有参与者都可以查看和验证数据。④不可篡 改性。一旦数据写入区块链，几乎不可能被篡改或 删除，确保了数据的可信性。⑤匿名性。区块链中 的参与者可以保持相对匿名，只能使用公钥和私钥 进行身份验证。⑥智能合约。区块链可以支持智能 合约，即在特定条件下自动执行的可编程合约。

2 微电网与共享储能技术

2.1 微电网技术

微电网是一种小规模、局部化的电力系统，由 分布式能源资源、储能系统和智能能源管理系统组 成。其设计目标是提供可靠、高效、可持续的电力 供应，可以独立运行或与主电网相连。微电网的关 键在于充分利用可再生能源，如太阳能、风能，结 合先进的储能技术，以平衡能源供需，并通过智能管 理系统实现灵活的电力调度。这使得微电网能够更 好地适应电力需求的变化，提高系统的可靠性，促 进清洁能源的更广泛应用。微电网的出现代表能源 系统朝着更加分散、智能和可持续的方向发展，为 实现能源安全和环保目标提供了创新的解决方案 [9]。

2.2 共享储能技术

共享储能技术是一项革命性的能源管理创新， 旨在应对能源系统中的波动性和不稳定性，提高能 源利用效率，以及促进可再生能源的广泛应用。该 技术的核心理念是通过先进的能源存储系统（如电 池、超级电容器和其他储能设备），将能源存储和 分配功能共享给多个用户或设备。

本文采用了共享储能站模式（图 1）。该模式 是基于传统微电网运行模式的创新模式，通过建立 一个大型的公共储能站和能源输送网，为同一区域 内的多个微电网提供电力接入服务，这也展现了共 享储能技术的前沿发展。在这个模式中，公共共享 储能电站的调度和运维采用统一的方式，通过大容 量储能系统产生的聚集效应和大规模用户用电行为 的互补性，以更加高效和经济的方式为用户提供所 需的储能服务。该模式的关键在于建立一个能源输 送网，使得多个微电网之间能够灵活共享电力资 源。共享储能站系统不仅提高了整体能源系统的韧 性，还能够更好地适应日常和季节性的电力负荷变 化。通过统一调度和运维，降低了管理成本，使得 公共储能站能够更高效地满足多个微电网的需求。

3 基于区块链的分布式能源共享储能架构

本文提出一种基于区块链的分布式能源共享 储能架构。在这种交易模式中，微电网中的各个参 与方直接在基于区块链技术构建的以太坊能源交易 平台上进行交易，包括信息记录和结算，无须第三 方中介的管理。整个交易流程通过智能合约自动执 行，用户可以通过自己的账户在交易平台上进行资 金转移，每一笔交易都被记录在区块链上，确保交 易信息的安全性、透明性和公开性。传统电力公司 的角色变成了辅助者，旨在确保电能交易的安全和 稳定。微电网系统包含可控负荷、风电机组、光伏 等分布式设备。当微电网系统参与能源交易时，每 个微电网既是能源的生产者也是消费者，被称为产 消者。产消者之间的能源交易方式非常灵活且快速， 提高了能源的利用效率，并促进可再生能源的消纳。

图 2 为分布式能源共享储能架构。其中，社区 能源存储（community energy storage，CES）是指 將能量储存设施（如电池、储能系统等）部署到社 区或园区内，从而实现能源管理的一种方式。CES 的核心目标是通过储能技术，更有效地利用可再生 能源（如太阳能、风能）以及平衡电力系统的负载 需求。微电网（micro-grid，MG）是一种小型电力 系统，由多个分布式能源资源（如太阳能、风能、 储能等）和负载组成，能够独立运行并与主电网进 行连接。

4 分布式能源共享储能模式分析

4.1 净需求对比分析

本文描述了个体对电网的净需求情况，即个体 对电网所需能量的依赖程度。在没有能源合作的情 况下，微电网中的产消者和共享储能站的能源共享 前净需求如图 3 所示。由图 3 可知，在全天的不同 时间段，各微电网的能源需求呈现出高低波动的情 况，这意味着微电网能源利用效率较低且对电网的 依赖程度较高。这种波动性反映了微电网系统中的 能源供需不平衡情况，可能存在一些微电网在某些 时间段过度依赖电网的现象，而在其他时间段则可 能有能源过剩的情况。这种情况可能会导致能源的 浪费和供需间的不匹配，降低了能源利用效率。

如图 4 所示，相较于能源共享前，大多数能源 共享后净需求都在零附近，说明能源供需之间的平 衡达到了极致，系统实现了能源高效利用和资源最 大化。其中，产消者 MG2 始终需要从电网汲取能 源来满足需求，因此其能源需求波动较大。而产消 者 MG5 在能源共享前有能源产出溢出的情况，在 能源共享后可以将多余的电能卖给电网获取收益， 这是通过能量共享实现的。在能源共享中，CES 会 在高可再生能源产出的几个小时内从产消者处存储 剩余能源，并在需要的 2 ～ 4 h 内与其他产消者分 享能量。这种合作机制有效地提高了当地园区的能 源效率。通过能源共享模式，包含共享储能的多微 電网园区对电网的需求大大降低。

结果表明，能源共享模式具备有效性和积极作 用。通过能源共享，当地园区的能源效率得到了提 高，同时含有共享储能的多微电网园区与未合作时 相比，对电网的需求量大幅减少。

4.2 碳排放量分析

本文针对电网中发电机的碳排放问题，提出了 一种在经济层面推动减少碳排放的创新性方法，将 碳排放纳入经济运行中考量，有助于实现低碳环保 目标。能源共享前后进行典型日碳有偿排放总量对 比，得到的日碳有偿排放总量如图 5 所示。由图 5 可知，能源共享后各微电网的日碳有偿排放总量明 显减少。具体而言，MG5 作为一个收益为正的个 体，由于未向微电网购电，其有偿碳排放量趋近于 零。这一观察结果表明，在能源共享合作模式下， 微电网之间可能发生了更加有效的碳排放资源共享 和协同管理。

5 结论

本文提出的基于区块链的分布式能源共享储能 模式有效降低了微电网对电网的净需求，减少了微 电网对传统能源的消耗，进而减少了与传统能源生 产相关的碳排放量。通过实验数据分析，可以得出 共享储能模式在优化能源利用和减少微电网依赖方 面具有显著效果。结果表明，分布式能源共享储能 模式对于平衡微电网能源供需有着明显的优势，可 以有效减少微电网对传统中心化电网的依赖程度， 也反映了区块链的分布式能源共享储能模式对于减 少能源消耗和碳排放具有显著的环保效益。综上， 本文提出的基于区块链的分布式能源共享储能模式 在微电网和能源系统中具有广阔的应用前景，对于 推动社会、经济与环境的可持续发展和减少对传统 能源的依赖具有重要意义。

参考文献

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