图1 以太坊支撑的储能运营架构
Fig.1 Energy storage operational framework supported by Ethereum
摘要 为有效解决分布式储能利用率低、投资运营成本难以回收的问题，亟须研究面向分布式储能的交易机制。传统交易方式成本高昂、结算不及时、信任缺乏且难以确保安全性，引入区块链技术有望破解上述难题。首先，探索基于区块链的储能共享商业运营模式，研究储能所有权与使用权分离的共享交易机制，以及区块链支持下的共享交易流程、共享应用场景、价格机制、信用管理机制、结算机制与滚动交易模式，建立充电权与放电权耦合的储能共享交易优化出清模型；然后，搭建去中心化、高隐私性的区块链交易平台，利用智能合约实现储能使用权转移与充放电控制，通过交互核心交易功能，形成完整的储能共享交易与控制流程；最后，通过算例分析，分布式储能共享交易可达成交易双方共赢的局面，有助于推动储能规模化发展。
关键词：分布式储能共享交易充放电权耦合区块链
分布式储能作为灵活性资源，具备ms级响应时间、较短的建设周期与选址布局的高灵活性，是支撑新型电力系统发展的重要设施，能有效应对分布式能源发展迅速导致的消纳困难、弃风弃光、影响电网安全稳定运行等一系列问题，提高能源利用效率[1-2]，同时赋予电力用户更大的能源自主权，使其保障自身电力供应并减少购电成本[3]。此外分布式储能还为分布式发电市场化交易提供重要支撑，从而为可持续能源体系的建立带来更多的机会和潜力[4-6]。
当前，分布式储能高昂的初期投资、运营成本及应用模式的单一性限制了许多潜在市场主体对其的使用意愿[7-8]，使得储能的利用率低，投资难以回收。因此需要寻求创新性的商业模式和技术解决方案，更广泛、有效地利用分布式储能，促进其规模化发展。共享商业模式是颇有前景的选择，从成本效益方面，这一模式允许多方市场主体共享分布式储能资源，而无需承担与储能设施建设、维护相关的高昂成本，有效降低储能共享交易对象使用储能的费用[9]；从技术支撑方面，新发展起来的区块链技术支持去中心化管理与自动化执行，能形成透明度高、不可篡改的交易记录，确保交易的安全性和可追溯性，为分布式储能共享提供更多机会。
关于储能共享的商业模式，文献[10]提出多个售电公司共享分布式储能的优化配置模型，通过对比售电公司单独配置储能与多个售电公司共享储能所需的容量与经济效益，验证储能共享模式的优越性。文献[11]针对市场环境下储能的共享使用问题，引入储能使用权的概念，制定储能容量拍卖模型、论证储能容量权定价，解决储能成本回收的问题。文献[12]设计离散功率容量权和连续功率容量权两类创新的储能使用权交易品种，满足用户共享储能的不同需求，建立双层优化模型，上层考虑交易主体最优竞价策略，下层以社会福利最大化进行出清，但所建机制只适合于共享单个储能而非同时共享多个储能。文献[13-15]充分考虑用户对储能的多样化需求。其中文献[13]面向用户设计功率权与容量权两类交易品种，所建立的储能使用权出清模型可有效实现储能的共享利用。文献[14]面向负荷聚合商，设计以“与”投标形式组合拍卖共享储能功率权与容量权的市场机制。文献[15]考虑用户对储能不同时段投标的互补性与替代性需求，设计原子投标、与投标、或投标、异或投标四种差异化投标模式，并建立组合双向拍卖的共享储能机制以避免单向拍卖中存在的垄断优势。上述文献设计适用于储能共享的使用权作为交易标的，关注市场主体的差异化需求，建立多样化的储能共享交易机制。然而这些研究尚未充分从储能运营便捷的角度出发考虑储能使用权租赁模式，若将储能视为物理设备，可以设计更便利储能所有方的共享交易机制，减少双方交易风险，同时提升储能共享交易对象对设备的自主控制权，利于激发储能共享交易市场的可持续发展。
分布式储能存在资源昂贵、地理分散、交易量小、交易频繁等特点，导致分布式储能利用现有交易方式时可能面临高昂的交易成本、结算不及时、交易执行不及时、交易主体信任缺乏以及难以确保交易安全性等问题，区块链技术的引入成为解决这一系列问题的有效途径。区块链能够支持较大的数据管理需求，并且以公共账本取代中心实体机构，由参与者通过去中心化的方式共同维护一个可信任分布式账本，通过加密和共识机制确保数据的安全可靠性，有效防止欺诈行为和数据篡改行为，并能均衡应对透明度与隐私性的需求，由此颠覆主流的中心化网络生态。近年，针对能源领域的区块链基础技术研究不断深入，涉及共识机制、跨链技术、链下扩展、隐私保护、规模化应用等拓展性研究，以这些关键技术研究作为坚实支撑，能源区块链逐渐形成多类典型应用场景。在能源交易方面，区块链消除了传统中心化交易平台的中介环节，可实现点对点的能源交易，在有效降低能源交易成本的同时，智能合约的自动执行特性为交易中时效性需求较高的计量、结算等过程提供技术支持，提高交易效率[16]；电力数字资产交易以碳交易、绿证交易为主流[17-19]，区块链技术可以保障绿证和碳市场交易的安全有效、信息公开透明，促进碳排放权和可再生能源证书的有效流通和交易；电力调度和数据管理方面，区块链技术可提供实时数据记录、安全的数据管理和共享，从而帮助实现电力系统的有效调度和运行管理，智能合约自动执行调度策略，实现对电力供应和需求的实时监测和调整，提高电网的稳定性和可靠性[20-21]。以能源领域的区块链应用基础为背景，将分布式储能资源纳入区块链网络成为自然且有潜力的发展方向，以区块链为底层技术的共享网络可有效实现去中心化或弱中心化的共享储能构想，区块链2.0以太坊系统结合智能合约实现可编程区块链，为促进高效、安全的分布式储能共享交易赋予更多的可能性[22]。
文献[23]在以太坊平台构建面向用户侧储能的拍卖-储能合约体系，实现在线交易储能容量、在线控制储能充放电、统一管理用户信息、实时结算的功能，所建立的交易模式可有效提升储能效益。文献[24-25]同样结合储能充放电特性，构建分布式储能合约模型，为基于区块链的储能共享运营模式提供参考，但还可进一步改进储能共享匹配模型。文献[26]提出应用于共享储能与火电联合调频的分散式交易机制，在搭建联盟链支撑交易运行、实现储能优化配置的同时为火电机组获得调频收益，但所设机制需整体出租共享储能容量，从而无法最大化储能利用率。文献[27]设计共享与自营结合的储能聚合商交易流程，搭建完整的多层次架构，实现高效可行的交易。文献[28]使用Hyperledger Fabric开发区块链网络，所制定的两阶段共享交易模式为各参与者带来可观收益。以上文献为基于区块链的储能共享提供了有益的思路和实践经验，本文在此基础上，创新链下拓展的模式以实现较为复杂的储能共享交易机制。
综上所述，本文基于以太坊，探索包括市场准入、交易匹配、交易执行、结算与评估的交易流程，通过建立储能共享价格机制，评估共享市场的潜在可行性和吸引力；通过建立充电权与放电权耦合的储能共享交易优化出清模型，维护储能系统的可持续运行，同时凸显储能作为租赁设备的物理属性；通过链上合约与链下核心交易功能交互，应对区块链平台拓展性与交易复杂性的挑战，搭建以太坊支持下的储能共享交易平台。最后，通过算例分析验证了储能共享交易的可行性。
储能领域当前面临着高昂成本和不成熟商业模式的挑战，共享商业模式的引入有望助力储能突破此困局。储能共享运营，即分离储能设备的所有权与使用权，储能所有方在有限时间内将闲置储能资源的使用权转移至需求方。共享运营模式可促进储能资源的高效利用，实现投资成本的回收并进一步获取更多收益，同时各利益相关者可以共同分摊储能使用成本，有效降低个体使用储能的开支，进而为储能行业创造新的市场机会，吸引更多的投资者和用户进入该领域。
区块链技术作为分布式账本，其信息安全特性能够更好地支持储能共享交易市场主体的集成与管理。以太坊作为较为成熟的区块链平台，支持智能合约，可自动执行交易流程，从而达到无需信任第三方的交易处理，降低人工干预的需求。以太坊的开放性和可编程性使得储能共享交易平台可以根据特定市场需求和规则进行定制，提供更灵活的解决方案。因此分布式储能共享交易平台建立在以太坊之上，允许一定区域内的分布式能源、电力用户使用分布式储能的共享资源，以太坊支撑的储能运营架构如图1所示。
图1 以太坊支撑的储能运营架构
Fig.1 Energy storage operational framework supported by Ethereum
储能共享交易主体以独立节点参与区块链平台的交易，独立节点对应独立的外部账户地址，外部账户地址作为市场主体在区块链的唯一身份证明，同时便于资金转移。此外，配电网运营商也需要作为独立节点加入区块链平台，负责交易过程中的安全校核。配电网运营商与储能共享交易平台运营方是两个不同的管理实体，配电网运营商专注于电网运营，而储能共享交易平台运营方负责交易平台的管理和运营。这有助于减少潜在的利益冲突，确保交易过程的公平性与透明度。所有参与者在交易过程中的信息、所进行的操作及产生的结果都会反馈到区块链进行储存、处理，从而保证交易过程的正常进行及交易数据的安全性、可追溯性。区块是用于记录电力交易信息的基本数据单元，由区块头、区块体两部分组成，其中区块头通过区块间的哈希值链接到前面的区块，链式结构保证了区块链上记录的交易信息不可篡改，区块体主要记录储能共享交易数据信息。
储能共享运营模式能应用于多种需求场景，如调峰、调频、现货能量市场、调压、分布式交易，基于篇幅的限制，本文着重关注利用共享储能处理分布式交易市场主体产生的发用电偏差，从而更好地适应分布式资源发用电波动，推动分布式电力市场的发展。
为达到储能灵活共享的目标，选择储能使用权租赁的商业模式实现共享运营。这一模式关键在于分离储能的所有权与使用权，允许储能共享交易对象以租赁的方式获得储能在目标时段内的容量使用权，而储能本身作为物理设备，储能所有方无需承担电量偏差的风险，也无需参与控制，这种设计简化了储能所有方的数据分析和管理运营，赋予储能共享交易对象自主控制储能的使用权。在储能使用权租赁模式下，充电权赋予储能共享交易对象将电能储存到储能系统中的权限，放电权则允许储能共享交易对象从储能系统中释放电能，为确保储能系统长期稳定运行与储能资源的可持续利用，设置充、放电权耦合的交易标的，这意味着需要在交易周期内，实行交易主体对储能“自存自取”的电量平衡管理，回归储能作为物理租赁设备的本质。
在充、放电权耦合的储能共享交易中引入集中竞价机制，根据储能本体约束、交易中标约束等条件，考虑电量损耗成本的影响，最终确定交易结果。
按照交易时序，区块链支撑下储能共享交易流程划分为市场准入、交易匹配、交易执行、结算与评估四个阶段，如图2所示。
图2 储能共享交易流程
Fig.2 Energy storage sharing transaction process
1）市场准入阶段
信用值过低的用户受限，不可参与储能共享交易。
2）交易匹配阶段
（1）申报：储能共享交易对象提交目标时段的储能容量使用权报量与报价，储能所有方申报待租赁的容量并提供容量使用权报价。为了避免交易双方在滚动修正周期的投机行为，交易主体全周期各时段申报同一价格，且充电权与放电权申报同一价格。
（2）链下匹配：定时自动触发执行运行在后端系统中的交易匹配机制。
（3）安全校核：区块链平台预生成的交易匹配结果需要传递至配电网运营商，配电网运营商结合配电网网架参数、运行状态数据，进行线路潮流越限与节点电压越限的安全校核，以确保交易的安全性。若安全校核未通过，配电网运营商将满足配网安全校核准则的交易量经由区块链平台返回给市场主体，市场主体根据该值调整申报量，并重新申报，通过安全校核的匹配结果方可出清。
（4）储能共享交易合约上链：最终出清的交易结果传递至前端进行公示，同时生成多笔“一对一”的储能共享交易合约上链，对应合约作为不可更改、可追溯的交易凭证。
3）交易执行阶段
每个储能设备对应一个储能合约，其储能使用权归属于该储能合约的使用权账户地址。初始各储能对应合约的使用权账户地址为储能所有方的外部账户地址，交易执行时段自动触发容量使用权转移，通过储能合约使用权地址的变化体现储能容量使用权的归属，充放电结束后储能合约使用权地址自动更改为储能所有方的外部账户地址。同时段可实现多市场主体对多个储能个体的充放电指令发送，储能设备接收到充放电指令后通过储能终端控制所绑定储能设备的充放电；若用户不发送充放电指令，则按照匹配结果自动执行储能充放电。
4）结算与评估阶段
（1）费用结算：参与者安装可运行区块链节点的智能电表，智能电表作为数据终端能够参与到区块链网络中，实时监测并按时反馈发、用电情况至区块链，触发储能共享交易自动结算与资金转移。
（2）信用值评估：交易执行后，基于参与者的历史交易记录和履约能力确定信用值，作为后续交易的准入参考。
1.2.1 过网费与线损费用的核定与归属
参照分布式发电市场化交易相关规则，过网费与线损费用的合理核定是分布式交易机制的必要性条件。然而在储能共享交易场景下，储能损耗电量视为充、放电耦合交易过程的用电量，由于损耗电量比重小，以此电量计算的过网费与线损费用对共享交易匹配结果的影响较小，因此储能共享交易对象所应承担的过网费与线损费用成本在此忽略。
1.2.2 主体报价参考
储能所有方在储能共享交易平台的报价需要综合考量储能成本、参与共享交易市场的容量，使储能所有方能够通过参与共享交易市场在使用年限内回收成本并获取收益。储能共享交易对象的报价要充分考虑到其他相关市场的电价水平，使得租用储能获得比其他市场更高的效益。交易双方报价有交集才能匹配成功。
1）储能所有方报价参考
储能所有方仅当能够通过参与共享交易市场在使用年限内回收投资、运维成本时，才会考虑积极地参与该市场。以储能在一天内能够回收其日化成本的最低报价作为参考报价，储能在使用权交易中的日净收益为储能容量使用权租赁收入扣除储能日化成本。其中储能日化成本通过分摊储能投资成本与运行成本得到。
储能以租赁容量使用权的方式参与储能共享交易，全时段申报同一容量使用权租赁价格。但是由于存在不同的储能共享交易对象，储能每个时段形成的使用权租赁价格存在差异。为了简化参考报价的推导，假设各时段的容量使用权租赁价格水平一致。储能交易日内总的容量权中标量为
，储能共享交易对象报价不低于储能报价时双方才可能成交，因此储能共享交易成交价格介于交易双方报价之间，当储能报价满足式（1）时，储能容量使用权租赁收入大于储能日化成本。
（1）
式中，
为储能i的日化成本；
为储能i所有方申报的容量使用权租赁电价。
储能设施所有者在共享储能市场的参考报价基于预设的日中标量，申报价格需要以参考报价为基础留有一定的冗余，以应对投标未能全部中标的情况，最终申报价格为
（2）
式中，z 为冗余系数；nc,i为预设日循环次数；
、
分别为储能i的充电、放电效率；
为储能i的额定容量。
2）储能共享交易对象报价参考
与其他能源市场或传统的电力交易方式相比，只有当储能共享交易市场能够为市场主体提供更大收益时，才会吸引市场主体成为储能共享交易的参与者。以本文应用场景的分布式发电市场化交易中分布式能源主体为例，分布式能源出力不确定的特性可能导致某些时段发电量相比交易协议量过剩或不足的情况，可通过租用储能以平衡偏差，从而降低偏差对交易的影响。以一个交易日为交易周期，存在两种偏差情况。
（1）交易日内，分布式能源通过储能平衡不同时段的出力偏差后，仍存在盈余的发电量，其在储能共享交易市场的报价需要考量利用盈余发电量获取的额外售电收入。
（2）交易日内，分布式能源借助储能平衡不同时段的出力偏差，需额外购电以满足充放电耦合的储能共享交易，其在储能共享交易市场的报价需要考量满足储能充放电耦合所需的额外购电支出。
分布式能源参与储能共享交易的日收支
为
（3）
式中，
为储能共享交易对象申报的容量使用权租赁价格；
为分布式能源发电过剩或用户用电减少的偏差电量，此处以分布式能源主体为例表示t时段分布式能源j发电过剩的偏差电量；
为分布式能源发电不足或用户用电超额的偏差电量，此处以分布式能源主体为例表示t时段分布式能源j发电不足的电量；
为分布式能源j在t时段额外出售的电能；
为分布式能源j在t时段通过储能耦合共享交易需向电网购买的电能；
为分布式能源j在t时段通过储能共享交易可出售电量价格；
为电网售电价格。
在借助储能充放电耦合平衡偏差的过程中，存在盈余发电量或需额外购电的情况，二者不会同时发生，式（3）中额外出售电能项和额外购买电能项也仅存其一。分布式能源参与电网兜底处理偏差电量的日收支
为
（4）
式中，
为分布式电源上网电价。
假设储能共享交易全天交易价格水平相同，按照分布式能源参与储能共享交易的效益优于电网兜底的效益，取情况1与情况2参考报价的范围交集作为一般化偏差情况的最终参考报价，有
（5）
1.2.3 出清价格
储能共享交易中不考虑过网费与线损费用，出清价格按双方初始报价的均值为
（6）
式中，
为分布式储能i与储能共享交易对象j的容量使用权成交价格。
市场主体的违约行为可能使其他合同方面临经济损失，导致交易不稳定，降低投资者与参与者对共享交易市场的信任。因此需要建立信用管理机制，降低储能共享市场的违约风险，增强市场的可持续性。信用值作为节点信息存储于区块链，作为储能共享交易市场准入的评判标准，计算方式为
（7）
式中，
为t′时段交易执行后储能共享交易对象j的信用值；
、
分别为t时段储能共享交易对象j的充电与放电容量使用权交易执行量；
、
分别为t时段储能共享交易对象j的充电与放电容量使用权交易协议量。对于储能共享交易对象，若本时段的放电量大于协议量，则可能影响储能同时段或后续时段与其他主体的交易，本时段信用值按交易超额比例计算；若放电量小于协议量，接收到更改充放电功率指令的储能所有方可以自由处理这部分闲置电量，不会降低储能共享交易对象的信用值；若本时段的充电量小于协议量，则本时段信用值为交易完成比例；充电量超过协议量的情况不利于储能共享交易对象，因此该情况不予考虑。储能所有方的信用值计算方式同理。设定交易准入主体的信用值下限为0.5。
资源匹配和定价完成后即可得到各个时段储能与共享交易对象的成交情况，每一笔交易在区块链形成一份储能共享交易合约，合约记录了交易协议阶段的具体细节和执行后智能电表传输的实际数据，以评判储能共享交易双方是否遵守合同的规定，进行偏差惩罚与最终结算。各参与者通过储能共享交易合约进行单时段单笔交易的资金结算，能大幅简化结算流程，提高可追溯性，同时降低不必要的争议和纠纷。
储能共享交易面临用户临时更改充放电功率指令与储能设备自身问题导致的偏差情况，因此储能共享交易对象在单笔储能充电权或放电权共享交易中，向储能所有方支出的费用应包含容量使用权租赁费用、储能共享交易对象偏差惩罚费用及储能自身的容量偏差惩罚费用，对应式（8）中的三项。
（8）
式中，
、
分别为第i个储能与第j个储能共享交易对象充、放电权交易实际执行量；
、
分别为储能共享交易对象发送的充、放电指令量；
为动态的偏差惩罚价格系数，取大于交易价格的值；
为储能设备导致的容量不足偏差量。
通过全周期滚动修正动态调整共享储能未执行时段的交易方案，交易机制具有灵活调节交易主体供需变化的优势，实现更加精细化的交易。
储能共享交易执行周期为24 h，设交易的时间颗粒为1 h（可以根据需要设置任意长时间周期），具体示例时段如图3所示。假设初始交易周期在前一天的14:00—15:00进行申报，15:00—15:10进行交易匹配，15:10—16:00为初始交易周期的公示阶段。以初始日前交易计划为基础，每1 h进行一次滚动修正，滚动修正交易在修正周期开始前2 h开始申报，提前1 h开始匹配与公示阶段，图3中灰色区块时段表示当前可修正时段。该交易日的首次滚动修正在前一天的22:00—23:00进行申报，23:00—23:10进行交易匹配，23:10—24:00为公示阶段，首次滚动修正后第二天的0:00—1:00为即将执行时段，1:00—24:00为可修正周期，后续时段的滚动修正依次执行。当日交易完成后，进行交易日最终的资金结算。
图3 滚动交易时段划分示意图
Fig.3 Rolling transaction time interval division diagram
储能共享交易平台的开发主要聚焦于区块链的合约层与应用层，如图4所示，通过区块链系统、后端系统和前端Web系统共同组成完整的交易平台。
1）区块链系统
区块链系统包括以太坊私有链、以太坊钱包Metamask、链上部署的智能合约。采用内置以太坊虚拟机EVM的区块链客户端geth搭建基于以太坊的多主体私有链架构，进行创世区块配置、新建区块链节点并实现多用户多节点互联。采用以太坊钱包Metamask连接私有链节点，用于市场主体参与平台交易，市场主体对应节点的账户地址作为其在区块链平台的唯一标识符。合约层选用Remix IDE开发测试solidity智能合约，合约经Remix编译后获取对应的二进制编码文件与应用程序二进制接口ABI，ABI 接口定义了智能合约可调用函数的名称、输入输出数据格式、gas 消耗量等参数，用于向区块链部署合约。
图4 基于区块链的储能共享交易平台架构
Fig.4 Blockchain-based energy storage sharing transaction platform architecture
平台采用链上辅助合约与链下核心业务功能交互的方式实现全流程储能共享，需要通过储能共享交易合约、储能主体合约与共享交易对象主体合约实现交易凭证存储、控制权转移、充放电控制指令发送、结算与评估等业务功能。其中储能方通过调用储能基础合约，生成与自身账户相映射的储能主体合约，结构为
（9）
为储能i对应的储能主体合约结构，所包含的固定属性有储能合约地址
、储能系统的自身属性
、运行状态
、所有权地址
、使用权地址
、使用权转移时段
。其中储能主体合约地址是该储能设备对应合约在区块链平台的唯一标识符，用于标识合约的链上位置。使用权地址体现储能使用权归属，用于辅助实现储能使用权转移与后续的充放电控制流程。
储能共享交易合约用于在链下交易匹配后生成“一对一”的交易对，并将这些交易对存储上链，作为交易的凭证，以便后续的结算和查询。结构为
（10）
为储能共享交易合约k对应的合约结构，其固定属性包括交易储能信息与储能共享交易对象信息
、交易协议量
、交易时段
、交易价格
、交易执行量
。其中交易双方信息涵盖主体编号与用户名、交易主体在区块链平台的地址标识。
2）交易平台后端系统
后端系统包括与私有链进行交互的以太坊和智能合约服务模块、与前端交互的路由模块、核心业务功能模块。平台的核心是储能共享交易、这一交易功能不适合在链上合约中承载、也无需全网共识，因此将其解耦到链下环境，以便平台能够高效地处理交易，提高平台的整体性能和可扩展性。
3）交易平台前端系统
前端Web系统涵盖达成完整交易所需的功能模块，各储能共享交易主体通过前端网页参与交易。前端属于区块链应用层，选用Flask框架进行开发。基于智能合约生成ABI接口与合约地址创建Contract实例，利用Web3.py调用智能合约功能，从而将链上部署的合约功能经由平台后端系统封装至前端，后端核心交易所涉及的必要功能也同样封装至前端，使得参与者实现交易过程操作、交易信息查询的逻辑功能。
此处着重关注区块链交易平台的储能共享交易模型，综合考虑社会效益最大化的目标、储能本体约束、交易中标相关约束。电网安全运行约束则由配电网运营商负责考虑。
目标函数为
式中，T为一个交易日的总时段数；n为当前新叠加的交易周期的起始时段；
为叠加第n时段起始新交易周期内社会效益后的交易日内总社会效益目标函数；
为t时段储能共享交易对象j向分布式储能i租赁的充电容量使用权；
为t时段储能共享交易对象j向分布式储能i租赁的放电容量使用权；
为t时段分散式储能i与储能共享交易对象j之间的电量损耗成本。
考虑到需要满足共享交易主体对储能全周期的充、放电权耦合中标，则可通过充电容量使用权中标量计算储能损耗电量，t时段储能共享交易对象j充给共享储能i的电能，在充放电循环过程中的损耗电量
为
（12）
电量损失成本为
（13）
式中，
为电能的价格。由于损失电量成本主要是衡量储能效率对交易成本的影响，所以此处各笔交易损失电量电价取同样的价格。
2.2.1 储能本体约束
t时段储能i租赁给多个共享交易对象j的充电与放电容量使用权应受所申报容量大小的约束，即
（14）
式中，
为储能i所申报参与租赁的容量。
储能在同一时段只能进行充电或放电操作，t时段储能i存在运行状态约束，有
（15）
电池荷电状态（State of Capacity, SOC）以各时段中标量计算，满足相邻时段约束为
（16）
式中，
为t时段储能i的荷电状态；
为储能i的自放电系数；
为储能i的额定容量。
储能SOC还需满足上、下限约束，即
（17）
式中，
、
分别为储能i的最小和最大荷电状态。
储能申报的容量权应满足
（18）
t时段储能i需满足功率约束为
（19）
式中，
为储能i的额定功率。
2.2.2 储能共享交易对象交易约束
t时段储能共享交易对象j向多个共享储能i租赁的充电与放电容量使用权中标量应小于投标量的约束，在参与储能共享交易处理偏差的场景下，储能共享交易对象以偏差量投标，即
（20）
在一个交易周期内储能共享交易对象j需满足对各储能i考虑储能损耗后的充放电量守恒约束，有
（21）
本文建立滚动修正的储能共享交易模型，在Python环境下编程实现，调用Gurobi 9.5.1求解器，模拟多个分布式发电方与电力用户参与分布式发电交易，以验证本文交易方案的有效性。基于Flask框架开发区块链交易平台，通过Geth搭建基于以太坊的私有链，采用Remix编写智能合约并部署私有链，进一步构建能够实现交易基础功能的前端界面，后端通过Web3.py与区块链进行交互，结合以太坊钱包metamask与geth客户端，实现链上合约与链下交易功能的交互以及前端、后端与区块链系统的交互。以以太坊的测试币作为算例分析储能共享交易平台资金转移的货币，假设以太币与人民币汇率为1:1。
算例设置分布式能源与电力用户参与储能共享交易用于偏差处理，并假设储能系统不存在故障，储能根据共享交易对象的控制进行正常充放电，储能共享交易中实际执行量与协议量的偏差都来源于储能共享交易对象的充放电控制。配电网算例以及各市场主体在配电网系统中的拓扑位置如图5所示。为探究储能系统参数对储能共享交易市场可行性的影响，设定不同参数的储能S1～S3，见表1。所选择的储能电池为磷酸铁锂电池，循环寿命可达15 000次。由表1参数求得储能S1、S2、S3可获利的容量使用权租赁报价参考分别为0.106 6、0.132 9、0.157 5元/(kW·h)，综合考虑所求得储能参考报价与冗余系数，储能S1、S2、S3的使用权租赁价格分别以0.15、0.14、0.16进行申报，耦合的充放电权以相同价格申报。储能的共享运营对象涵盖多类主体，算例设置风电主体DG1～DG4、电力用户U1～U4。根据1.2.2节，储能共享交易对象参考报价与市场条件相关，综合考虑市场因素和自身需求确定报价。参考II类资源地区风电上网价格，风电的上网电价取0.34元/(kW·h)，偏差惩罚价格取0.4元/(kW·h)，配电网网架参数、交易双方具体申报信息、交易结果见附表1～附表7和如附图1、附图2所示。为评估电网售电价格与分布式发电市场化交易价格水平对储能共享交易对象参与储能共享交易意愿的影响，模拟不同市场条件，价格边界的设置参考我国峰谷分时电价的价格水平，多省份的高峰电价水平波动范围在[0.74, 1.52]元，峰谷价差大于0.4元/(kW·h)，故设置以下两种场景对比储能共享交易与电网兜底两种模式处理不平衡电量的效益。
1）场景1：分布式发电市场化交易价格高于0.74元/(kW·h)，电网售电峰谷价差大于0.4元/(kW·h)。
2）场景2：分布式发电市场化交易价格低于0.74元/(kW·h)，同时设置电网售电峰谷价差小于0.4元/(kW·h)。
图5 配电网算例
Fig.5 Distribution system diagram
表1 储能系统参数
Tab.1 Energy storage system parameters
参数S1S2S3 容量/(kW·h)4 8004 8004 800 功率/kW2 4001 200800 功率成本/(元/kW)300300300 容量成本/[元/(kW·h)]1 5001 5001 500 运维成本/[元/(kW·h)/年]515151 循环寿命/次15 00015 00015 000 预期日平均循环次数/次52.51.8 使用年限/年81623 放电深度(%)808080 折现率(%)888
储能共享交易市场是否可行，需要从交易双方成本效益的角度进行分析。
3.1.1 储能所有方成本效益分析
分布式储能设施的所有者可通过储能共享交易提升储能设备利用率，最大化自身收益。
储能所有方在共享交易市场的日收入与净收益见表2，储能S1、S2在共享交易市场获利，S3未获利。观察附录中的交易结果，储能S1与S2分别以较低的报价在市场上形成交易，图6的SOC曲线与附录容量使用权中标量显示，S1、S2各自进行3次和2次充放电循环，扣除对应的储能日化成本后分别获取59.3元和83.8元的日净收益，S1与S2可在储能共享交易市场获利。而S3的申报价格较高，高于市场上储能共享运营对象的申报价格，导致S3在共享交易市场未能形成交易，共享交易日收入为0元。虽然储能所有方报价越低越有利于在共享交易市场成交，但是储能报价受成本与设备参数限制。当储能成本与其他参数条件相同时，储能系统的功率与容量比值越小，储能完成一次完整充放电所需时长越长，一天内可充放电量越少，相应的参考报价越高。上述结果表明，在当前储能投资维护成本水平之上，功率与容量比值较小（小于1/4）的储能难以在储能共享交易市场获利，然而，未来随着储能成本的进一步降低，有望改善这一情况。
表2 储能所有方在共享交易市场的日收入与净收益
Tab.2 Daily revenue and net income of all energy storage owners in the shared trading market
收入S1S2S3 日收入/元4 097.72 560.00 日净收益/元59.383.8-2 082.5
图6 SOC变化曲线
Fig.6 SOC change curves
3.1.2 储能共享交易对象效益分析
当分布式用户租用储能进行偏差处理的效益优于电网兜底服务时，储能共享交易才具备吸引力。
分布式发电交易偏差处理收入与支出见表3。场景1借助储能处理分布式发电交易的偏差效益比电网兜底模式高2.4%～14.3%；场景2的效益结果相反，参与储能共享交易的偏差处理效益相对于电网兜底模式降低0.71%～10.69%。差异存在的原因是，场景1借助电网兜底的市场主体存在需要在高电价时购电，从而带来较高的偏差处理成本，而参与储能共享交易的市场主体通过租用储能平衡自身不同时段的偏差电量，借助储能在峰谷价差较大时实现套利。
表3 分布式发电交易偏差处理收入与支出
Tab.3 Income and expenditure for handling deviations in distributed power generation transactions （单位：元）
对象场景1场景2 参与储能共享交易处理偏差电网兜底处理偏差参与储能共享交易处理偏差电网兜底处理偏差 DG11 709.91 496.01 456.61 496.0 DG2-4 968.9-5 280.0-5 333.0-4 818.0 DG32 257.12 058.02 196.32 228.0 DG4-8 847.3-9 560.0-6 802.0-6 680.0 U1-5 920.8-6 300.0-5 529.5-5 110.0 U24 346.63 808.03 729.73 808.0 U3-3 690.2-3 790.8-2 619.2-2 600.8 U4-6 910.0-7 080.0-3 906.0-3 776.0
因此，在合适的市场条件下，市场主体选用参与储能共享交易处理偏差电量的效益可能更高。当储能共享交易双方在该市场都可获得更高经济效益时，储能共享交易市场具备可行性。
以DG1-S1的储能共享交易对为例，图7～图10按照交易时序展示了基于区块链的储能共享交易平台前端可视的功能，包含申报、交易结果查询、储能权益管理查询、储能共享交易合约等页面查询。
图7 储能共享交易对象耦合申报页面
Fig.7 Coupled bidding page for energy storage sharing transactions
图8 储能共享交易对象结果查询页面
Fig.8 Result query page for energy storage sharing transactions
图9 储能权益管理页面
Fig.9 Energy storage equity management page
图10 储能共享交易合约结算查询页面
Fig.10 Energy storage sharing transaction contract settlement inquiry page
图7中，储能共享交易对象提交耦合供需申报，平台通过后端将申报信息提交至链上存储合约，进行交易记录，从而实现交易的可追溯。
平台经过交易匹配后，将区块链平台记录的交易结果呈现至前端，如图8所示，储能共享交易双方可以轻松查询和追溯交易过程，确保交易的完整性和可信度。交易结果查询页面可跳转至图9所示的储能权益管理页面，查询储能使用权归属，还可跳转至图10所示的储能共享交易结算页面，查询详细交易协议、交易执行信息与结算状态。
图9的区块链储能权益管理页面用于跟踪和记录储能设备的归属情况，以确保追溯储能共享交易过程中使用权转移的情况。对于储能共享交易合同S1-DG1，交易执行前，查询储能S1的使用权归属状态，储能的使用权地址（归属方外部账户地址）与所有权地址相同，为0xAb8483F64d9C6d1EcF9b 849Ae677dD3315835cb2。时段1的交易执行来临时，自动触发储能合约S1的使用权转移，DG1未更改充放电指令，则通过S1-DG1储能共享交易合约中存储的信息自动传输对储能设备的充、放电指令。DG1使用储能进行充电后查询当前储能状态，此时对应储能的使用权地址为DG1的地址0x4B20993 Bc481177ec7E8f571ceCaE8A9e22C02db，如图9所示。交易执行时段结束后，自动将使用权返还给储能所有方，此时对应储能的使用权地址等于所有权地址。
图10的结算查询页面对应S1-DG1的单笔储能共享交易合约，储能共享交易合约记录在区块链，作为纠纷解决的参考依据。储能共享交易合约记录交易执行的偏差情况，并通过对充放电指令的追踪来判定偏差的来源，若判定偏差来源于储能共享交易对象DG1，则DG1向S1转移储能使用权租赁费用与偏差惩罚费用结算过程借助以太坊钱包Metamask实现资金转移，结算时间为读取触发结算时的时间戳数据。
上述功能页面体现了基于区块链的储能共享交易平台在确保透明性、可追溯性方面的贡献，为储能共享交易的成功实施提供了基础支持。
本文基于以太坊，确立包括市场准入、交易匹配、交易执行、结算与评估的交易流程，建立储能共享交易价格机制、信用管理机制与结算机制，以分布式储能所有者与储能共享交易对象的社会效益最大化作为优化目标，建立充电权与放电权耦合的储能共享交易模型，借助智能合约实现储能使用权转移，主要得到以下结论：
1）储能参与共享交易市场的盈利空间受储能初始建设、运维成本以及储能设备参数的限制，储能技术的提升伴随着储能成本的降低，将有利于推进储能共享交易市场的建设。
2）当电网售电价格波动较大、分布式发电交易价格水平较高时，更有利于市场主体通过借助储能使用权获取比电网兜底模式高2.4%～14.3%的收益，反之电网兜底模式更有利，市场主体借助储能使用权获取收益比电网兜底模式低0.71%～10.69%。
3）区块链支撑的储能共享交易平台具有多重优势，包括自动化全流程储能共享交易、储能使用权转移、交易信息上链存储、单笔交易即时结算，可确保交易的透明性、可追溯性，同时提高储能共享交易主体对平台的信任度，这为分布式储能共享交易的进一步实施与推广提供了坚实的技术支持。
附 录
1）配电网网架参数见附表1、附表2。其中除基准电压值以外，各参数以标幺值呈现，系统容量基准值为 10 MW。
附表1 线路相关参数
App.Tab.1 Line parameters
起始节点终止节点电阻(pu)电抗(pu)电纳(pu) 150.040.030 250.040.030 340.040.030 540.040.030 530.040.030 560.0720.040.005 670.0630.050.008 280.080.0590.004 190.0930.1050.01 3100.0850.0410.003 10110.080.060.005 11120.0650.1020.012
附表2 节点相关参数
App.Tab.2 Node parameters
节点编号有功负荷(pu)无功负荷(pu)有功出力(pu)无功出力(pu)电压/kV 10.220.14000.38 20.180.09000.38
（续）
节点编号有功负荷(pu)无功负荷(pu)有功出力(pu)无功出力(pu)电压/kV 3000035 40000110 5000.35010 6000010 7000010 8000.160.120.38 9000.150.080.38 10000035 11000035 12000035
2）申报信息及交易结果。
附表3 储能共享交易对象（DG）报价
App.Tab.3 Bid for capacity usage rights of energy storage sharing participants(DG) （单位：元/(kW·h)）
DG1DG2DG3DG4 0.156 8 0.158 4 0.151 2 0.152 0
附表4 储能共享交易对象(U)报价
App.Tab.4 Bid for capacity usage rights of energy storage sharing participants(U) （单位：元/(kW·h)）
U1U2/U3U4 0.158 0 0.152 0 0.151 2 0.150 9
附表5 储能所有方租赁容量使用权报价
App.Tab.5 Bid for capacity usage rights of energy storage owners （单位：元/(kW·h)）
S1S2S3 0.150 00.140 00.160 0
附图1 储能共享交易对象容量使用权申报量
App.Fig.1 Capacity usage right declaration for energy storage sharing participants
附图2 储能共享交易对象中标结果
App.Fig.2 Bidding results for energy storage sharing participants
附表6 储能共享交易充电权出清价格
App.Tab.6 The clearing price for energy storage sharing transactions' charging rights
时段储能方共享交易方充电权出清价格/[元/(kW·h)] 1S1DG10.153 4 1S1DG20.154 2 1S1DG30.150 6 1S1U10.154 0 1S1U30.150 6 3S1DG30.150 6 3S1U10.154 0 3S1U30.150 6 3S2DG10.148 4 3S2DG20.149 2 3S2DG30.145 6 4S2DG20.149 2 6S1DG10.153 4 6S1DG20.154 2 6S1U10.154 0 7S2DG30.145 6 7S2U10.149 0 11S1DG40.151 0 11S1U20.151 0 12S2DG40.146 0 13S1DG10.153 4 13S2DG10.148 4 13S2DG20.149 2 16S1DG40.151 0 16S1U40.150 4 16S2U20.146 0 16S2U40.145 4 17S2DG40.146 0
（续）
时段储能方共享交易方充电权出清价格/[元/(kW·h)] 18S1DG40.151 0 18S1U20.151 0 21S1DG40.151 0 21S2DG40.146 0 21S2U20.146 0
附表7 储能共享交易放电权出清价格
App.Tab.7 The clearing price for energy storage sharing transactions' discharging rights
时段储能方共享交易方放电权出清价格/[元/(kW·h)] 1S2U20.146 0 2S1U20.151 0 2S2DG40.146 0 4S1DG40.151 0 4S1U20.151 0 5S2DG40.146 0 5S2U20.146 0 6S2U20.146 0 6S2U40.145 4 7S1DG40.151 0 9S1DG20.154 2 9S1U10.154 0 10S2DG20.149 2 11S2DG10.148 4 11S2DG20.149 2 12S1DG10.153 4 12S1DG20.154 2 12S1DG30.150 6 12S1U10.154 0 15S2DG10.148 4 15S2DG20.149 2 15S2U10.149 0 17S1DG10.153 4 17S1DG20.154 2 17S1DG30.150 6 17S1U10.154 0 17S1U30.150 6 20S2DG20.149 2 20S2DG30.145 6 20S2U10.149 0 24S1DG40.151 0 24S1U40.150 4
参考文献
[1] Zhou Bo, Fang Jiakun, Ai Xiaomeng, et al. Storage right-based hybrid discrete-time and continuous-time flexibility trading between energy storage station and renewable power plants[J]. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2023, 14(1): 465-481.
[2] 邱伟强, 王茂春, 林振智, 等. “双碳”目标下面向新能源消纳场景的共享储能综合评价[J]. 电力自动化设备, 2021, 41(10): 244-255.
Qiu Weiqiang, Wang Maochun, Lin Zhenzhi, et al. Comprehensive evaluation of shared energy storage towards new energy accommodation scenario under targets of carbon emission peak and carbon neutrality[J]. Electric Power Automation Equipment, 2021, 41(10): 244-255.
[3] 谢涵铮, 刘友波, 马超, 等. 计及参与成本贡献的用户侧云储能服务及其纳什议价模型[J]. 电力自动化设备, 2024, 44(2): 9-17.
Xie Hanzheng, Liu Youbo, Ma Chao, et al. User-side cloud energy storage service considering participation cost contribution and its Nash bargaining model[J]. Electric Power Automation Equipment, 2024, 44(2): 9-17.
[4] 吴林林, 陈璨, 胡俊杰, 等. 支撑新能源电力系统灵活性需求的用户侧资源应用与关键技术[J]. 电网技术, 2024, 48(4): 1435-1450.
Wu Linlin, Chen Can, Hu Junjie, et al. User side resource application and key technologies supporting the flexibility demand of renewable energy power system[J]. Power System Technology, 2024, 48(4): 1435-1450.
[5] 叶晨, 王蓓蓓, 薛必克, 等. 考虑超售的共享分布式光储混合运营模式协同策略研究[J]. 电工技术学报, 2022, 37(7): 1836-1846.
Ye Chen, Wang Beibei, Xue Bike, et al. Study on the coordination strategy of sharing distributed photovoltaic energy storage hybrid operation mode considering overselling[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37(7): 1836-1846.
[6] 毕皓淳, 祁琪, 刘向军, 等. 计及5G基站运行协同的分布式储能优化配置方法[J/OL]. 电工技术学报, 2023: 1-14. https://doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.231450.
Bi Haochun, Qi Qi, Liu Xiangjun, et al. An optimal configuration method for DES considering coordinated operation of 5G base station[J/OL]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023: 1-14. https:// doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces. 231450.
[7] 丁涛, 孙嘉玮, 黄雨涵, 等. 储能参与容量市场的国内外现状及机制思考[J]. 电力系统自动化, 2024, 48(6): 226-239.
Ding Tao, Sun Jiawei, Huang Yuhan, et al. Domestic and foreign present situation of capacity market with energy storage and thought on its mechanism[J]. Automation of Electric Power Systems, 2024, 48(6): 226-239.
[8] 王再闯, 陈来军, 李笑竹, 等. 基于合作博弈的产销者社区分布式光伏与共享储能容量优化[J]. 电工技术学报, 2022, 37(23): 5922-5932.
Wang Zaichuang, Chen Laijun, Li Xiaozhu, et al. Capacity optimization of distributed PV and shared energy storage of prosumer community based on cooperative game[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37(23): 5922-5932.
[9] 杜锡力, 李笑竹, 陈来军, 等. 面向多场景调节需求的集中式共享储能鲁棒优化配置[J]. 电工技术学报, 2022, 37(23): 5911-5921.
Du Xili, Li Xiaozhu, Chen Laijun, et al. Robust and optimized configuration of centralized shared energy storage for multi-scenario regulation demand[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37(23): 5911-5921.
[10] 刘继春, 陈雪, 向月. 考虑共享模式的市场机制下售电公司储能优化配置及投资效益分析[J]. 电网技术, 2020, 44(5): 1740-1750.
Liu Jichun, Chen Xue, Xiang Yue. Optimal sizing and investment benefit analysis for energy storage of electricity retailers under market mechanisms considering shared mode[J]. Power System Technology, 2020, 44(5): 1740-1750.
[11] Sioshansi R. Using storage-capacity rights to overcome the cost-recovery hurdle for energy storage[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2017, 32(3): 2028-2040.
[12] Zhu Jianquan, Xia Yunrui, Mo Xiemin, et al. A bilevel bidding and clearing model incorporated with a pricing strategy for the trading of energy storage use rights[J]. Energy, 2021, 235: 121338.
[13] 杨骏伟, 夏云睿, 王一, 等. 电力市场环境下储能使用权出清模型及定价方法[J]. 电网技术, 2020, 44(5): 1750-1757.
Yang Junwei, Xia Yunrui, Wang Yi, et al. Clearing model and pricing rules of energy storage rights in electricity market[J]. Power System Technology, 2020, 44(5): 1750-1757.
[14] 宫瑶, 张婕, 孙伟卿. 基于功率权与容量权解耦的共享储能组合拍卖机制[J]. 电工技术学报, 2022, 37(23): 6041-6053.
Gong Yao, Zhang Jie, Sun Weiqing. Auction mechanism for shared energy storage system portfolios based on decoupling power and capacity rights[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37(23): 6041-6053.
[15] 孙偲, 郑天文, 陈来军, 等. 基于组合双向拍卖的共享储能机制研究[J]. 电网技术, 2020, 44(5): 1732-1739.
Sun Cai, Zheng Tianwen, Chen Laijun, et al. Energy storage sharing mechanism based on combinatorial double auction[J]. Power System Technology, 2020, 44(5): 1732-1739.
[16] 沈泽宇, 陈思捷, 严正, 等. 基于区块链的分布式能源交易技术[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(11): 3841-3851.
Shen Zeyu, Chen Sijie, Yan Zheng, et al. Distributed energy trading technology based on blockchain[J]. Proceedings of the CSEE, 2021, 41(11): 3841-3851.
[17] Zhao Changping, Sun Juanjuan, Gong Yu, et al. Research on the blue carbon trading market system under blockchain technology[J]. Energies, 2022, 15(9): 3134.
[18] Zhou Qing, Zhang Qi. Simulation research on carbon emissions trading based on blockchain[J]. Journal of Environmental Engineering and Landscape Management, 2022, 30(1): 1-12.
[19] 冯昌森, 谢方锐, 文福拴, 等. 基于智能合约的绿证和碳联合交易市场的设计与实现[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(23): 1-11.
Feng Changsen, Xie Fangrui, Wen Fushuan, et al. Design and implementation of joint trading market for green power certificate and carbon based on smart contract[J]. Automation of Electric Power Systems, 2021, 45(23): 1-11.
[20] 蒋玮, 程澍, 李鹏, 等. 面向用户侧源储资源优化调度的能源区块链平台设计[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(12): 11-19.
Jiang Wei, Cheng Shu, Li Peng, et al. Design of energy blockchain platform for optimal dispatching of source and storage resources on user side[J]. Automation of Electric Power Systems, 2021, 45(12): 11-19.
[21] 余晗, 李俊妮, 吴海涵, 等. 面向能源大数据的链上链下数据监管方案研究[J]. 信息安全研究, 2023, 9(3): 235-243.
Yu Han, Li Junni, Wu Haihan, et al. Research on on-chain and off-chain data supervision scheme for energy big data[J]. Journal of Information Security Research, 2023, 9(3): 235-243.
[22] Han Dong, Zhang C, Ping Jian, et al. Smart contract architecture for decentralized energy trading and management based on blockchains[J]. Energy, 2020, 199: 117417.
[23] 李轩, 李华强, 李旭翔. 基于区块链的分布式储能端对端交易控制方法[J]. 电网技术, 2021, 45(9): 3424-3432.
Li Xuan, Li Huaqiang, Li Xuxiang. Peer-to-peer trade and control for distributed energy storage based on blockchain technology[J]. Power System Technology, 2021, 45(9): 3424-3432.
[24] 戴赛, 李宇轩, 孙志祥, 等. 分布式储能线上共享优化匹配交易模式[J]. 高电压技术, 2022, 48(7): 2515-2522.
Dai Sai, Li Yuxuan, Sun Zhixiang, et al. Online sharing optimization matching transaction mode for distributed energy storage[J]. High Voltage Engineering, 2022, 48(7): 2515-2522.
[25] 刘宗林, 张昕, 王鑫, 等. 基于智能合约的分布式储能点对点共享双层交易模式[J]. 电气自动化, 2019, 41(6): 78-82.
Liu Zonglin, Zhang Xin, Wang Xin, et al. Peer-to-peer sharing double-layer transaction mode for distributed energy storage based on smart contract[J]. Electrical Automation, 2019, 41(6): 78-82.
[26] 裴佑, 裴哲义, 邱伟强, 等. 基于区块链的共享储能联合调频分散交易机制设计[J]. 电力自动化设备, 2021, 41(10): 138-145.
Pei You, Pei Zheyi, Qiu Weiqiang, et al. Design of decentralized trading mechanism for shared energy storage joint frequency regulation based on blockchain[J]. Electric Power Automation Equipment, 2021, 41(10): 138-145.
[27] 张巍, 卢骧. 点对点交易下储能聚合商共享自营多模式交易模型[J]. 电力系统自动化, 2022, 46(2): 15-23.
Zhang Wei, Lu Xiang. Sharing and self-operating multi-mode trading model of energy storage aggregators with peer-to-peer trade[J]. Automation of Electric Power Systems, 2022, 46(2): 15-23.
[28] 谢连芳, 张越. 基于区块链技术的微电网市场多元储能共享协调优化运行[J]. 电力系统及其自动化学报, 2023, 35(8): 94-102.
Xie Lianfang, Zhang Yue. Coordinated and optimized operation of multiple energy storage sharing in microgrid market based on blockchain technology[J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2023, 35(8): 94-102.
Abstract To effectively address the issues of low utilization and challenging cost recovery in distributed energy storage, it is crucial to study trading mechanisms tailored to distributed energy storage. The business model of the sharing economy applied to the energy storage field has potential, and many existing methods have implemented diverse energy sharing transactions using blockchain technology. However, these studies have not adequately considered the convenience of energy storage operations. To tackle this problem, this paper views energy storage as a physical device and designs a more user-friendly coupled charging and discharging sharing mechanism. This approach reduces transaction risks while enhancing the control rights of energy storage participants.
First, a business model for energy storage sharing was explored, and a sharing mechanism that separates ownership and usage rights was studied. The trading process, application scenarios, pricing mechanisms, credit management, settlement mechanisms, and rolling trading models supported by blockchain technology were investigated. An optimization model for energy storage sharing that couples charging and discharging rights was established. Then, a decentralized and privacy-focused blockchain platform was built. Smart contracts were used to facilitate the transfer of energy usage rights and control of charging and discharging. This platform ensures the sustainability of energy storage systems while highlighting their role as leaseable physical assets.
By simulating scenarios where distributed energy sources and electricity consumers participate in energy storage sharing for deviation handling, we assess the feasibility of the energy storage sharing market. From the perspective of energy storage, profitability depends on initial investment and maintenance costs, as well as equipment parameters. Under current cost levels, energy storage systems with power-to-capacity ratios exceeding 1/4 can profit in this market. From the perspective of energy storage participants, if market prices for distributed electricity transactions are higher than 0.74 ¥/(kW·h), and the price difference between peak and off-peak electricity sales is greater than 0.4 ¥/(kW·h), market participants can gain 2.4% to 14.3% more profit through energy storage sharing than through grid backup mode. Conversely, when market prices are lower and price differences are smaller, participants may earn 0.71% to 10.69% less through energy storage sharing. Thus, under specific market conditions, distributed energy storage sharing can create mutually beneficial transactions. Additionally, blockchain technology supports an automated end-to-end trading process, including transaction submission, matching, energy usage rights transfer, on-chain data storage, and real-time settlement.
The following conclusions can be drawn from the simulation analysis: (1) The profitability of energy storage participation in the sharing market is subject to the constraints of initial construction, operational costs, and the parameters of energy storage devices. Technological improvements, coupled with cost reductions, are expected to promote the development of the energy storage sharing market. (2)Market conditions characterized by significant fluctuations in grid electricity prices and high levels of trading prices for distributed electricity are more likely to attract market participants to engage in energy storage sharing transactions. (3)Blockchain technology ensures transparency and traceability in energy storage sharing transactions while enhancing the trust of energy storage sharing participants in the platform. This provides robust technical support for the further implementation and promotion of distributed energy storage sharing transactions.
keywords：Distributed energy storage, shared transactions, coupled charging-discharging rights, blockchain
中图分类号：TM73
DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.231854
国家电网总部科技资助项目（SGFJDK00DWJS2310070）。
收稿日期 2023-11-08
改稿日期 2024-03-11
江岳文 女，1977年生，教授，硕士生导师，研究方向为风电并网优化运行、电力系统优化运行等。E-mail：554613841@qq.com（通信作者）
林佩伶 女，1998年生，硕士研究生，研究方向为电力系统优化运行与电力市场。E-mail：512671191@qq.com
（编辑 赫 蕾）