一种基于云端的能源互联网储能及交易系统的制作方法

本发明涉及物联网和储能技术领域，具体涉及一种基于云端的能源互联网储能及交易系统。

背景技术：

在国内及国际范围内，目前都普遍存在火电厂发电小时低、发电收益亏损等情况，同时水电厂、光伏发电、风力发电等发电站存在弃水、弃光弃风、长距离输送等新能源发电的消纳难问题，冷源及热源较为分散，规模较小，造成这些能源设施建造成本及运营成本比较高，这些都造成了供能单位与用户侧用能之间的需求严重不平衡，造成能源资产和能源的极大浪费，这些都是由于供能网络中供能和用能必须即时要达到平衡，不可避免地造成能源供给和用户用能不平衡的问题。为了避免这些问题，储能站由于可以实现能源的存储，能够解决这种能源使用不平衡问题，而且还可以实现能源交易的现货交易，为能源交易实现更大的便利性，为储能运营商和用能用户实现更好更快捷的能源交易，将会更多地应用到能源领域中。

最近几年储能已经广泛应用于工业园区、商场、写字楼、电网调峰调频中，但由于储能规模小、储能成本较高、投资成本高、储能运营方式单一、获益方式也比较单一，其收益还无法满足较好的投资回收率。另外目前能源配置及分布不均匀，存在能源远距离输送、线损与运输损耗高等问题。为解决这些问题并提高能源储能系统的收益同时让用户享受到更经济的能源价格，在这里提出一种基于云端的能源互联网储能及交易系统，使储能站不仅可以获取调峰调频、能源销售、能源现货、能源金融等各种收益，而且还可以获得弃核、弃水、弃光、弃风、弃热期间的浪费能源，避免这部分能源的废弃并继续获取收益，采用基于云端的能源储能方式，用户储能资源可以全部上云，直接实现储能站与用户之间的用能交易，用户也可以获得成本更低的用能成本。

目前传统方式还是通过建设大量的化石能源来满足全社会发展的能源需求，但是存在能源投资成本高、配套电网输送网络投资成本巨大、能源运营成本高效益低下等问题，通过该基于云端的能源互联网储能及交易系统避免化石能源建设、电网输配电过度投资，节省大量土地，直接实现能源就地平衡，避免能源远距离输送造成的损耗高、成本高等各种问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明专利提供一种基于云端的能源互联网储能及交易系统，其特征在于，该系统包括：分布式或集中式储能站，储能站内的物联网智能控制单元，储能云，远程智能调度控制及交易中心。

优选的，所述分布式或集中式储能站是指将包括冷源、热源、电源、氢能、化学能(油气)等在内的单一或多种能源形式储存和释放的场站，冷源包括各种制冷站，热源包括各种热泵、余热等在内的热能存储主体，电源包括物理、化学形式等在内的电能储存主体，储能站既可以分布用户侧场地内或靠近用户侧，也可以是园区内或区域内集中配置的场站、发电侧建设的储能站、电动汽车充电站。

储能站内的物联网智能控制单元包括本地服务器、能源智能监测与控制单元，本地服务器主要存储储能场站内的各种能源的数据信息以及将各种数据信息上传到远程云端数据中心，能源智能监测与控制单元负责各种能源主体的数据监测、能源存储和释放的控制。

储能云包括实体能源流和虚拟信息流，两者之间是互相映射对应关系。储能云是将储能站的实体储能资源以信息流的形式上云端数据中心，成为虚拟的储能能源，即将分布各个地方储能站的能源数据信息、储能站之间的交互数据、储能站与用户之间的交互数据存储在云端数据中心，云端数据中心由分布在各个地方的数据服务器构成。

远程智能调度控制及交易中心是储能调度控制和交易的云平台，部署在云端数据中心上，负责储能云中各用户的虚拟储能能源交易，虚拟储能资源交易完成后，交易中心的云平台按照达成的交易结果来对各个储能站的储能能源下发调度控制指令，从时间段上按照能源交易量、交易策略等来控制储能能源的存储、释放，实现了实体能源流的交易，实体能源流交易完成后返回实际的储能能源数据信息到云端数据中心和交易中心的云平台，这部分数据和虚拟能源交易数据验证确认后即可认为完成该次交易，其交易款项确定通过并通过云平台完成支付。

优选的，所述的远程智能调度控制及交易中心是面向各种类型的用户，包括个人和企业用户。用户可在该交易中心的云平台上建立账户，根据用能需求在交易中心的云平台上发出能源购买或卖出意向，交易中心的云平台根据用户之间的用能交易需求来撮合能源交易，最后根据交易结果进行储能能源调度，将调度结果分解成具体的交易指令发送至各个储能站,其中所述用能需求可包括峰谷电价在内的用能策略、能源金融、备用电源和应急电源等各种需求在内。

用户类型包括用能企业和个人、电网、政府、售电公司、发电厂、工业园区，也可是储能站主体或能源交易商；用户不限于储能资源需求者或提供者的角色，本身既可以是储能资源的需求者，也可以是提供者。例如个人的电动汽车既可以是储能资源需求者，也可以是提供者。交易结果包括能源交易方、交易时段、买入或卖出、买入或卖出量、交易金额等。交易方式有自主交易和委托交易，自主交易就是根据自己的用能需求自主选择交易方、交易方式，委托交易就是委托给交易中心和机构来进行交易，由交易中心和机构代替用户按照最优方式来制定交易策略并收取一定的手续费。交易中心和机构、能源运营商、能源交易商可负责能源传输的费用结算和谈判，向管道公司和电网公司缴纳能源传输费用，这部分费用与储能资源投资成本或储能设备租赁成本归结到运营成本中。能源运营商、能源交易商也可以直接按照市场交易电价参与能源的买卖，赚取利润，不采用收取手续费和运营成本的核算方式。

用户可以通过app或hmi人机界面来直接自由交易能源，参与能源交易并获取相关信息、交易结果、收益情况，直接购买的能源可以即时交易，也可以选择储存在储能站中，根据交易中心提供实时的能源数据信息选择合适的时机卖出，用户向交易中心和机构缴纳一定的交易手续费用和能源存储费用。用户也可以选择机构委托交易，设定资金回报率要求和投入资金数量，剩下的委托给机构进行专业的交易。交易中心和机构也可以和金融机构共同建立能源金融，包括理财商业产品、能源征信、能源信贷等，用户可以通过交易中心和机构直接参与能源金融。

优选的，所述储能站内的物联网智能控制中心接受远程智能调度控制及交易中心发布的结果指令，自动对储能站内的能源进行储充或释放。物联网智能控制中心根据监测的能源数据信息利用人工智能等方式采取最优运行方式，降低储能站内的能源储充成本，获取最大经济收益和提高能源转换效率。

优选的，所述基于云端的互联网能源储能及交易系统，其特征在于，所述储能系统可以整体的主体参与电网的调频调峰服务、需求侧响应服务等辅助服务，实现区域内外的能源供给和消费平衡。辅助服务的收益由储能系统调度控制和交易平台、储能运营商、能源交易商共同分享。

调度中心向储能系统下发辅助服务指令，再由储能系统内部的远程智能调度控制及交易中心经过大数据计算和人工智能的方式来实现自动调度计算，对平台上的所有储能站发出调度运行指令，储能站响应其调度运行要求。

优选的，所述一种基于云端的能源互联网储能及交易系统，其特征在于，所述储能系统可以参与新能源和其他清洁能源的消纳，利用储能将新能源的波动性加以平抑，使能源网络中清洁能源的占比最大化，尽可能减少化石能源的使用，使整体区域的碳排放越来越低。通过储能云来避免化石能源和配套电网输配电网络的过度投资，还可以节约大量土地、避免化石能源的低效运营和污染排放，为实现零碳能源社会建立基础。

优选的，所述的一种基于云端的能源互联网储能及交易系统，其特征在于，所述系统还可以实现储碳，即可以在交易系统中实现碳排放权和环保积分等各种形式的碳交易，用户可以通过该系统购买清洁能源并获取碳排放权和环保积分等，富余的清洁能源可以储存在储能站中获取碳排放权和环保积分，也可以实时交易。碳排放权和环保积分在清洁能源交易出去的同时被确权，确权之后就可以实现碳排放权和环保积分交易。碳排放权和环保积分可以以储碳或碳币的形式存放在交易中心开具的账户上，并在平台上实现自由碳交易。这种方式更大程度上促进了清洁能源的使用和消纳，使碳交易的可行性更好，直接促进碳交易环保行业的发展和全社会的碳减排。

优选的，所述基于云端的能源互联网储能及交易系统还可以区块链技术为核心进行自动交易和远程控制，实现储能站或运营商、用户、交易商、调度中心分别作为单独的节点参与能源交易，采用双方事先确认的智能合约机制来响应能源交易指令来进行能源储充和释放的控制，根据响应结果支付相应的费用，该费用通过区块链来实现自动结算，用户通过app或hmi人机界面来获取参与能源交易信息及收益情况。

优选的，以区块链技术为核心的智能合约包括三个合约：储能站节点与用户之间的智能合约一、智能合约二、智能合约三。智能合约一由区块链内的多个储能站用户节点、储能运营商或交易商节点、用能用户节点之间共同参与制定，可用于制定平台用户之间的交易行为，其中所述交易行为包括储能站用户与交易商、用能用户群体之间、用能用户与交易商之间的交易行为。该合约协议中明确了用能用户的购买能源类型、购买量、购买期望价格或区间、购买时段，协议还明确了储能运营商或交易商供能类型、卖出量及期望价格、卖出时段，首先根据任何两者之间的能源类型、买卖量、期望交易价格、交易时段匹配时，触发合约自动执行的条件。一旦触发条件完成，这份智能合约就被上传到区块链网络上，即全网验证节点都会接收到用户之间的智能合约。智能合约会定期检查是否存在相关事件和触发条件；满足条件的事件将会推送到待验证的列队中。区块链上的验证节点先对该事件进行签名验证，以确保其有效性；等大多数验证节点先对该事件达成共识后，智能合约将成功执行，交易被撮合成功并通知用户，同时交易结果及金额被hash加密，成功执行的合约将移除区块，而未执行的合约则继续等待下一轮，直至成功执行。

智能合约二由区块链内的多个储能站用户节点、储能运营商或交易商节点、调度中心节点之间共同参与制定，可用于制定调度中心辅助服务的交易行为。该合约协议中明确了调度中心的调峰调频需求、需求侧指令、需求时段及需求量、响应需求的交易价格，协议还明确了储能运营商或交易商能够响应的需求量及响应时段，首先根据任何两者之间的时段、需求量匹配时，触发合约自动执行的条件。触发合约后的流程与智能合约一相同。

智能合约三由区块链内的多个用能用户节点、储能运营商或交易商节点之间共同参与制定，可用于制定用能用户交易商与用户之间的代理行为。该合约协议中明确了交易商与用户之间的代理规则及授权，首先根据任何两者之间的代理协议合约匹配时，触发合约自动执行的条件。触发合约后的流程与智能合约一相同。

优选的，所述基于云端的能源互联网储能及交易系统的范围不仅仅限于一个工业园区内或载体之内的用户之间(如写字楼或商业区)、集团企业内部的多个工厂或子企业之间，也可以是一个地理区域。

本发明专利具有如下优点：

(1)本发明提供了一种基于云端的能源互联网储能及交易系统，不仅可以实现储能站调峰调频、能源销售、能源现货等各种服务，还可以解决弃电弃热弃风弃水等各种能源浪费问题，提高了能源资产的年利用率，获取更高的收益；

(2)本发明提供了一种基于云端的能源互联网储能及交易系统，用户不仅可以通过该系统来降低用能成本，而且还可以使用能源期货、能源金融等各种服务来平抑能源市场波动带来的不利影响；

(3)本发明可以实现储能能源参与本地能源的就地实时平衡，减少了能源的远距离输送，可以减少电网输配电网络的投资成本，避免了能源远距离输送的损耗。对于整个社会能源网络来讲，储能能源系统可以避免化石能源的集中建设，同时减少了电网输电网络的投资，不仅节约了大量的土地和投资成本，而且还减少了化石能源的使用和二氧化碳及其他污染物的排放。

(4)本发明采用储能云方式来进行实现能源的灵活使用和互联，使储能能源由一种“固定资产”变成一种“活动资产”，提高了储能能源的利用率，提高了投资收益。

(5)本发明通过各种储能站、储能站与用户之间的互联及区块链交易技术，可以极大地促进储能能源交易的便利性、实时性和安全性。

(6)本发明建立一种储能资源的云上共享和交易机制，使储能资源获取多种收益，极大地储能资源的运营收益，可以极大地促进储能能源市场的发展。

附图说明

图1示出了本发明的一种基于云端的能源互联网储能及交易系统的实施方式示意图；

图2示出了本发明的一种基于云端的能源互联网储能及交易系统的交易过程实施方式示意图；

图3示出了本发明的一种基于云端的能源互联网储能及交易系统参与电网调频调峰、需求侧响应的实施方式示意图；

图4示出了本发明的一种基于云端的能源互联网储能及交易系统区块链技术网络示意图；

图5示出了本发明的一种基于云端的能源互联网储能及交易系统区块链结构示意图。

具体实施方式

图1示出了一种基于云端的能源互联网储能及交易系统的实施方式示意图，该系统包括四个部分：分布式或集中式储能站，储能站内的物联网智能控制单元，储能云，远程智能调度控制及交易中心。

分布式或集中式储能站是指将包括冷源、热源、电源、氢能、化学能(油气)等在内的单一或多种能源形式储存和释放的场站，冷源包括各种制冷机组、天然冷源等，热源包括各种热泵、余热、热电联产的蒸汽、三联供内燃机组、熔盐储热、相变储热、电储热等在内的热能存储主体，电源储能包括压缩空气储能、抽水蓄能、飞轮储能、重力储能、电池蓄能、超导储能等，储能站可以分布在工业园区内，也可以建设在工厂内、商业楼内和居民楼内等。

储能站内的物联网智能控制单元包括本地服务器、能源智能监测与控制单元，本地服务器主要存储储能场站内的各种能源的数据信息以及将储能站的地址、运行状态等各种数据信息上传到远程储能云，能源智能监测与控制单元负责各种能源主体的数据监测、能源存储和释放的控制；

储能云包括实体能源流和虚拟信息流，两者之间是互相映射对应关系。储能云是将储能站的实体储能资源以信息流的形式上云端数据中心，成为虚拟的储能能源，即将分布各个地方储能站的能源数据信息、储能站之间的交互数据、储能站与用户之间的交互数据存储在云端数据中心，云端数据中心由分布在各个地方的数据服务器构成。

图2示出了一种基于云端的能源互联网储能及交易系统的交易过程实施方式示意图。远程智能调度控制及交易中心是储能调度控制和交易的云平台，部署在云端数据中心上，负责储能云中各用户的虚拟储能能源交易，企业和个人用户均可以在该交易中心的云平台上建立账户，根据用能需求在交易中心云平台上发出能源购买或卖出意向，云平台根据用户之间的用能交易需求、能源调度策略来撮合能源交易，最后根据撮合后的交易结果进行储能能源调度，将调度结果分解成具体的交易指令发送至各个储能站，对用户进行供能。对于供给能源类型互补的用户之间，也可以直接就供给能源之间交换。为了实现能源交易便利性，不同类型能源也可以统一折算成电能参与交易。两者不仅各取所需，避免富余能源浪费，同时又使各自的能源供给发挥最大效率。

用户可以根据自己的用能需求以及储能场站的距离和连接来自主决定两者之间的交易量、交易时段和交易价格，最终支付价格是交易价格加上支付给平台的交易手续费。用户也可以选择委托交易，就是委托给交易中心和机构来进行交易，由交易中心和机构代替用户按照最优方式来制定交易策略并收取一定的手续费，在这种方式下是由交易平台中心和机构负责能源传输的费用结算和谈判，向管道公司和电网公司缴纳能源传输费用，这部分费用归结到交易中心和机构的运营成本中。远程智能调度控制及交易中心根据用户交易量、储能场站与用户之间的能源传输距离、交易时段来选择对储能站和用户之间进行配对，配对原则是交易能源价格最低、管网传输能源费用最低。

储能站内的物联网智能控制中心接受远程智能调度控制及交易中心发布的交易指令，对储能站内的能源进行储充或释放。物联网智能控制中心根据监测的能源数据信息利用人工智能等方式采取最优运行方式，降低储能站内的能源储充成本，获取最大经济收益和提高能源转换效率。

交易实施过程主要由以下步骤构成：

(1)储能站把内部可以交换的储能资源全部转换成统一折算的电量和电能，如化学电池储能或物理储能可以认为是双向的可充放的储能资源，储能资源可以定义为+q0(可以释放的电能)或-q0(可以充入的电能)；电蓄冷和电蓄热等认为是单向的可以充入的储能资源-q1，柴油发电机和氢能等认为是单向的可以释放的储能资源-q2。储能资源折算完成后通过储能站内的物联网智能控制单元上传至云端数据中心。用户根据自己的用能需求通过上传至云端数据中心。

(2)交易中心的云平台来完成用户用能需求和储能站内的储能资源的撮合交易，包括交易量和交易价格、交易时段等；按照达成的交易结果来对各个储能站的储能能源下发调度控制指令，从时间段上按照能源交易量、交易策略等来控制储能能源的存储、释放，实现了实体能源流的交易。

(3)实体能源流交易完成后返回实际的储能能源数据信息到云端数据中心和交易中心的云平台。

(4)这部分数据和虚拟能源交易数据验证确认后即可认为完成该次交易，其双方的交易款项确定通过并通过云平台完成转移支付，并通知用户交易结果及支付结果。

该系统还可以实现储碳，即可以在交易系统中实现碳排放权和环保积分等各种形式的碳交易，用户可以通过该系统购买清洁能源并获取碳排放权和环保积分等，富余的清洁能源可以储存在储能站中获取碳排放权和环保积分，也可以实时交易。碳排放权和环保积分在清洁能源交易出去的同时被确权，确权之后就可以实现碳排放权和环保积分交易。碳排放权和环保积分可以以储碳或碳币的形式存放在交易中心开具的账户上，并在平台上实现自由碳交易。这种方式更大程度上促进了清洁能源的使用和消纳，使碳交易的可行性更好，直接促进碳交易环保行业的发展和全社会的碳减排。

图3示出了一种基于云端的能源互联网储能及交易系统参与电网调频调峰、需求侧响应的实施方式示意图，可以整体作为一个主体参与电网的调频调峰服务、需求侧响应服务等辅助服务。调度中心向储能系统主体下发辅助服务指令，再由储能系统内部的远程智能调度控制及交易中心经过大数据计算和人工智能的方式来实现储能能源的自动调度计算，对平台上的所有储能站发出调度运行指令，储能站通过按照指令来进行能源存储或释放响应其调度运行要求。

图4示出了一种基于云端的能源互联网储能及交易系统区块链技术网络示意图，该网络区块链节点有储能站节点、调度中心节点、用户节点、能源交易商、交易中心这五种，每个节点区块链包含三层：网路数据层、智能合约层、应用层。

图5示出了一种基于云端的能源互联网储能及交易系统区块链的结构示意图，其中网路数据层包含区块链的基本要素：数据区块、时间戳、哈希散列、加密机制及密钥管理、验证机制等，智能合约交易包括储能能源交易共识机制、智能合约、交易系统、账户中心、交易结算及登记等，应用层包括用户账户登记、实名认证、账户管理、交易价格调整、人机交互界面等。节点之间通过智能合约机制来达成交易，双方通过验证机制确认这些交易数据的正确性后级进入支付结算阶段，该阶段按照智能合约来实现支付的完成及确认，支付完成后即实现在各自的后台或人机界面上交易数据的透明化显示等。区块链技术去除能源调度控制和交易中心的中心化机制，使整体网络的每一个节点均为对等机制，可以保证远程控制和交易的私密性、安全性、可验证性、可追溯性，提高系统控制和交易效率、安全。

以区块链技术为核心的智能合约机制包括三个合约：储能站节点与用户之间的智能合约一、智能合约二、智能合约三。智能合约一由区块链内的多个储能站用户节点、储能运营商或交易商节点、用能用户节点之间共同参与制定，可用于制定平台用户之间的交易行为。该合约协议中明确了用能用户的购买能源类型、购买量、购买期望价格或区间、购买时段，协议还明确了储能运营商或交易商供能类型、卖出量及期望价格、卖出时段，首先根据任何两者之间的能源类型、买卖量、期望交易价格、交易时段匹配时，触发合约自动执行的条件。一旦触发条件完成，这份智能合约就被上传到区块链网络上，即全网验证节点都会接收到用户之间的智能合约。智能合约会定期检查是否存在相关事件和触发条件；满足条件的事件将会推送到待验证的列队中。区块链上的验证节点先对该事件进行签名验证，以确保其有效性；等大多数验证节点先对该事件达成共识后，智能合约将成功执行，交易被撮合成功并通知用户，同时交易结果及金额被hash加密，成功执行的合约将移除区块，而未执行的合约则继续等待下一轮，直至成功执行。

智能合约二由区块链内的多个储能站用户节点、储能运营商或交易商节点、调度中心和碳交易中心节点之间共同参与制定，可用于制定调度中心辅助服务的交易行为。该合约协议中明确了调度中心的调峰调频需求、需求侧指令、需求时段及需求量、响应需求、碳交易的交易价格，协议还明确了储能运营商或交易商能够响应的需求量及响应时段，首先根据任何两者之间的时段、需求量匹配时，触发合约自动执行的条件。触发合约后的流程与智能合约一相同。

智能合约三由区块链内的多个用能用户节点、储能运营商或交易商节点之间共同参与制定，可用于制定用能用户交易商与用户之间的代理行为。该合约协议中明确了交易商与用户之间的代理规则及授权，首先根据任何两者之间的代理协议合约匹配时，触发合约自动执行的条件。触发合约后的流程与智能合约一相同。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明专利的具体实施只局限于这些说明，尤其是将基于本发明专利装置结构及方法的其他方式与本发明专利本质上是一致的。对于本发明专利所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明专利的保护范围。