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”綜合能源服務業(yè)務，推動公司由電能供應商向綜合能源服務商轉(zhuǎn)變的發(fā)展思路，并將綜合能源服務列入主營業(yè)務和新的利潤增長點，力求進一步推動“以電力為中心樞紐”的綜合能源服務模式的發(fā)展。綜合能源服務的發(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、建設和運行，實現(xiàn)能源高效轉(zhuǎn)化與利用；2)“售電+綜合服務”模式，綜合服務商業(yè)模式下涵蓋用能設計、規(guī)劃，為用戶提供能效與節(jié)能服務等增值類業(yè)務，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，與第一類模式相比產(chǎn)業(yè)基礎要求較低，因此“售電+綜合服務”模式作為現(xiàn)階段綜合能源服務的主要發(fā)展方向。而電網(wǎng)公司在開拓綜合能源服務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)、承擔社會責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、強大的工程設計和建設能力、完善的管理體系等，都可以很好的支撐綜合能源服務工作高質(zhì)量和高效率的開展。
雖然綜合能源服務市場巨大，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)務覆蓋下業(yè)務類型多、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的市場運行與可信管控機制、綜合能源與綜合服務的運行匹配機制、電網(wǎng)供電主業(yè)務與其他增值業(yè)務的協(xié)調(diào)機制，從而進一步構(gòu)建好綜合能源服務的運行管控體系，提升綜合能源服務協(xié)商機制的高效性、交易的安全性和服務實時性，確保各類用戶對綜合能源服務企業(yè)和相應業(yè)務的滿意度和信任度。
綜合能源服務是覆蓋全電力環(huán)節(jié)、全業(yè)務類型的全新增值服務類型，需要結(jié)合現(xiàn)有運營經(jīng)驗，采用新的模式、新的技術、新的方法來實現(xiàn)新的突破。而云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等關鍵技術支撐著融合了分布式及微電網(wǎng)技術的新型綜合能源服務模式的開展。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的需求有著天然匹配性，通過區(qū)塊鏈技術可以保障綜合能源服務信息的準確性和及時性，提高服務質(zhì)量和服務效率。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)塊鏈技術的電力需求側(cè)響應資源交易整體框架；文獻設計了基于區(qū)塊鏈技術的能源互聯(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)塊鏈技術在多能系統(tǒng)中的應用，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、電力信息融合和多能系統(tǒng)等方面開展了區(qū)塊鏈技術與電力系統(tǒng)業(yè)務應用的匹配性研究，有利于將區(qū)塊鏈技術引入到綜合能源服務體系的建設中來。但由于綜合能源服務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運行體系、以及區(qū)塊鏈與綜合能源服務體系融合應用的研究。
因此，本文緊扣綜合能源和綜合服務兩大任務，從供能、用能和服務三個方面構(gòu)建基于區(qū)塊鏈技術的綜合能源服務模型，分析綜合能源服務主體節(jié)點的功能以及綜合能源服務過程中節(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體系協(xié)商機制運行的高效性、交易安全性和服務實時性。
1 綜合能源服務場景分析
1.1兩大任務—綜合能源與綜合服務
為進一步完善能源互聯(lián)網(wǎng)中綜合能源服務的商業(yè)模式，構(gòu)建多能互補下的“售電+綜合服務”應用場景，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)型的支撐技術與服務模式，從而擴展綜合能源服務業(yè)務，引導用戶節(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公司體系，構(gòu)建一個安全、穩(wěn)定、可信的綜合能源服務模式。
綜合能源服務圍繞供能、用能和服務三個方面，是將能源銷售服務、分布式能源服務、節(jié)能減排與需求響應服務等三大類組合一起的能源服務模式，涉及綜合能源和綜合服務兩大任務，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作為綜合能源服務的兩大任務。其中綜合能源是由傳統(tǒng)能源供應商依托傳統(tǒng)能源供應的基礎設施優(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用比例具有重要意義。而綜合服務是能源供應商向綜合能源服務商轉(zhuǎn)變，依托自身技術優(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)與消費的能源服務商業(yè)模式，具體涵蓋能源規(guī)劃設計、工程投資建設、多能源運營服務、投融資服務、購售電業(yè)務、數(shù)據(jù)交互業(yè)務、設備診斷、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水平。
1.2綜合能源服務模式分析
良好的綜合能源服務模式在推動電網(wǎng)公司轉(zhuǎn)型，豐富電網(wǎng)公司業(yè)務類型的同時，需要鼓勵用戶參與電能服務交易，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兩大任務主體的特點、功能以及角色定位，構(gòu)建了綜合能源服務模式，如圖 1 所示。
綜合能源服務模式著重研究各相關主體及其交互關系，依據(jù)綜合能源和綜合服務兩大任務主要分為綜合能源層、綜合服務網(wǎng)絡層和綜合服務業(yè)務層等三層，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)對綜合能源服務的需求，促進了綜合服務業(yè)務的產(chǎn)生。
2)綜合服務網(wǎng)絡層：根據(jù)綜合服務的交易主體，可將網(wǎng)絡中的節(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的網(wǎng)絡主體，構(gòu)建以電網(wǎng)綜合能源服務公司為主、民營售電公司綜合能源服務部門為輔的綜合能源服務體系。
3)綜合服務業(yè)務層：綜合能源服務業(yè)務包括供電業(yè)務、設備維護、能效檢測與節(jié)能設計、數(shù)據(jù)交易以及分布式能源服務(如電動汽車充電服務、光伏新能源服務、儲能)等。其中：a)供電業(yè)務：供電業(yè)務是綜合服務業(yè)務的基礎，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)設備維護：將電網(wǎng)公司的業(yè)務逐漸向末端延伸，例如：將設備維護(與能效檢測)的業(yè)務逐步擴展到工廠、居民小區(qū)、校園等；c)能效檢測與節(jié)能設計：對于部分大用戶，可以申請讓綜合能源服務公司為其提供能效檢測，通過檢測了解其耗能設備的能源利用率，并為其出示相應的檢測報告，同時告知節(jié)能空間并推薦節(jié)能設備，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：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模型
2.1 綜合能源服務區(qū)塊鏈網(wǎng)絡架構(gòu)
將區(qū)塊鏈技術與可持續(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)塊鏈技術應用于能源電力系統(tǒng)有重要意義。“售電+綜合服務”作為綜合能源服務模式的重要實現(xiàn)模式，其參與主體多、實施業(yè)務類型多、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”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險。
同時區(qū)塊鏈技術包括應用層、合約層、激勵層、共識層、網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)層六層模型可以很好的融入到綜合能源服務中，其中：1)應用層支撐各類綜合能源服務業(yè)務；2)合約層監(jiān)督、記錄各綜合能源服務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主體參與交易的激勵指標；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)絡層構(gòu)建點對點的分布式綜合能源服務網(wǎng)絡架構(gòu)；6)數(shù)據(jù)層實現(xiàn)綜合能源服務數(shù)據(jù)的采集、計算、存儲等底層運行支撐。因此，基于區(qū)塊鏈技術實施綜合能源服務，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)綜合能源服務應用場景的充分實現(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，可為企業(yè)建立獨立可信的分布式賬本，支撐多鏈技術的延伸。
綜上所述，結(jié)合綜合能源服務應用場景中源、網(wǎng)、售、荷對去中心化程度的要求不同，設計了“多鏈”技術支撐下的綜合能源服務區(qū)塊鏈網(wǎng)絡架構(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應用的可追溯性和安全高效性，深入研究綜合能源服務場景與區(qū)塊鏈技術的匹配性(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)塊鏈技術支撐下的綜合能源服務網(wǎng)絡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區(qū)塊鏈網(wǎng)絡架構(gòu)以“多鏈”的形式實現(xiàn)信息互聯(lián)。該網(wǎng)絡架構(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。參考多鏈中對權限的定義規(guī)則，設置各主節(jié)點擁有所在主-從鏈的管理員權限，包括對主(從)鏈區(qū)塊數(shù)的設定發(fā)布、連接交易網(wǎng)絡中的其它主節(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)點主要負責管理、傳輸、存儲的業(yè)務。當數(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從節(jié)點執(zhí)行交易。同時賦予政府監(jiān)管權限即政府擁有對各主節(jié)點交易數(shù)據(jù)查看的權限，可以隨時查看并溯源。
區(qū)塊鏈網(wǎng)絡支撐著綜合能源服務系統(tǒng)的安全高效運行，依據(jù)綜合能源和綜合服務兩大任務分為兩大部分。
1)綜合能源部分：由于綜合能源服務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)點承擔著綜合能源中電能傳輸?shù)恼{(diào)度分配任務。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從節(jié)點發(fā)送直購電請求，經(jīng)由用戶綜合服務主節(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)綜合服務部分：由電網(wǎng)及其它民營售電公司的綜合能源服務公司從節(jié)點為用戶提供各類服務，另外各交易主體將自身的用電等相關數(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 綜合能源服務鏈上交易模型
區(qū)塊鏈技術便于開發(fā)者在底層開發(fā)平臺的基礎上開發(fā)出產(chǎn)品和應用。通過基于2.1節(jié)分析綜合能源服務對去中心化程度的要求，發(fā)現(xiàn)基于區(qū)塊鏈技術的綜合能源服務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技術的基礎上，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對安全性、高效性、可靠性的需求，也使得整個綜合能源服務場景開放共享。因此，為更好表現(xiàn)綜合能源服務區(qū)塊鏈網(wǎng)絡架構(gòu)的鏈間關系，構(gòu)建了綜合能源服務鏈上交易模型如圖 3 所示。
綜合能源服務鏈上交易模型是基于圖4所示的主-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區(qū)塊鏈信息交互網(wǎng)絡，同時，給予政府監(jiān)管權限，管控各主鏈間的服務交易信息的可靠性。
主要交易流程如下：
電網(wǎng)(及民營售電公司)廣播服務信息至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡，包括可供服務的類型、要求、價格等，各主(從)節(jié)點接收同步服務信息至各自主(從)鏈中；用戶 i 從鏈計算所需服務要求，上傳至其用戶綜合服務主鏈，主鏈整合一段時間(通常為15分鐘)內(nèi)服務請求，按用戶直購電業(yè)務、普通供電業(yè)務(從電網(wǎng)或售電公司處購電)、輔助服務業(yè)務三類進行劃分，廣播至全網(wǎng)絡；源端、售電公司和電網(wǎng)接收到所屬業(yè)務類別的交易信息，由其主鏈判別并反饋是否接收服務請求，若接收該服務請求，整合服務交易信息，分發(fā)至執(zhí)行從鏈，由對應的從鏈計算分析，將交易結(jié)果通過其主鏈廣播至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡，并由主鏈與服務主體進行交易對接；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執(zhí)行的主體，其業(yè)務可分為供電業(yè)務與其他服務業(yè)務。供電業(yè)務作為主要服務業(yè)務，當用戶從鏈發(fā)出供電業(yè)務請求，由用戶綜合服務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，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)能設計、設備維護等其它服務業(yè)務，則由電網(wǎng)主鏈(或售電公司主鏈)以及其綜合能源服務從鏈達成服務交易的一致性，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。
