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Eloncity(ECT)以社区为中心的电力供需模式

分布式可再生能源系统是指利用本地配置的可再生能源,如太阳能或风能,在本地进行发电以供本地用电所需。当一个社区内的能源消费者彼此协调,交换能源并分享分布式可再生资源(如太阳能光伏,电池储能,能源管理系统等)所带来的成本效益时,他们实际上创建了一个基于社区的可再生微电网。分享成本效益使社区成员能够获得由在社区安装的设备于当地生产的更经济可靠的可再生能源。这样做可以最大限度地提高已安装设备的利用率,从而大幅提高投资回报率(ROI)和其他收益。这种去中心化的基于社区的可再生能源微电网在解决威胁我们生活的能源安全问题方面所具有的巨大潜力。

Eloncity模式整合了先进技术,最佳实践和在世界各地学习到的经验教训,项目设计可复制亦可规模化落地。Eloncity模式可以发挥基于社区的可再生能源微电网的潜力,为数十亿人创造更加充满活力的再生能源未来。

Eloncity模式建立在四个关键支柱上:

1.分布式可再生能源设计架构,包括:

• 一个高性能区块链平台,提供开放,安全的分布式账本,以便在社区中有效记录高容量和高速的能源交易。用可验证且不可改变的方式高效记录社区中的能源交易。区块链平台还使Eloncity社区能够建立一份可审计的记录,用以追踪社区中所发电的来源是可再生能源抑或是化石燃料。可审计跟踪发电来源这点对于基于发电来源进行电力评估和监测社区在脱碳方面的进展至关重要。从根本上讲,区块链平台将使加强合作和共享资源成为可能,从而减少市场广泛采用分布式可再生能源的障碍。

• 一种数字通证(名为Eloncity Token, ECT)数字通证用以促进本地能源交换,并鼓励人们投资电池储能系统(BESS)以储存最近生产的可再生能源。与此同时,EloncityToken将创建一个开放的全球性能源交易市场,使世界各地的社区都可以获得先进的可再生能源产品与服务。同样,可再生能源产品和服务提供商也可以拥有平等和公平的机会,在这个统一的市场上推广他们的产品。通证有助于打破孤立的市场,解放根深蒂固的限制,让更多的社区进入共享的再生经济。实质上,通证为有效连接资源和创新产品与能源消费者开辟了新的市场渠道。

• 一个在客户场所部署的智能联网电池能量储存系统(BESS),以协调当地的电力供需。BESS降低了对于昂贵的容量服务和辅助服务的需求。此外,BESS还有助于将间歇性可再生能源发电变为可预测,可靠和可调度的可再生能源发电。大量用户侧BESS的部署是使电力基础能源设施更高效,可靠和更具适应性。

• 以客户场所或者社区为基础的可再生能源发电设施,例如配备智能网络BESS的太阳能光伏设施,可满足几乎所有的本地电力需求。在本地进行可再生能源发电将显著减少甚至完全消除对于集中式输配电网远程输电的需求,同时避免将远程生产的电力运输到客户现场造成的电能损耗。分布式发电指的是在有电力需求的地方就地生产电能,这将消除集中式发电基础设施固有的脆弱性和低效率,以提供更安全,稳固和价格合理的能源服务。

• 一个社区直流电源网络,通过减少重复的直流电-交流电-直流电转换造成的损失和免去昂贵的交流电辅助服务,更高效地使用本地生产的可再生直流电力。直流电无需频率调节,无功功率等复杂和昂贵的支持服务。Eloncity所提议的本地直流电网包括协调社区电力供需的DCBus调度程序,可以个体用户为单位实时优化当地的电力分配。简而言之,Eloncity模式通过把本地直流电网,DCBus调度程序和智能联网BESS结合在一起,将消除对于昂贵的辅助服务的需求,同时消除重复的交流电-直流电-交流电转换造成的损失。所有这些技术创新最终都旨在降低向消费者输送电力的成本,提高所有人对于电费的承受能力,加速电力成为主要能源来源。

2.以社区为驱动进行的规划和实施计划,保证社区可以成功过渡到能源可持续发展,可再生的未来。由于未来的能源使用与社区成员以及他们的后代息息相关,所以社区在制定和创造未来的新能源系统时积极参与,发挥作用是势在必行的。此外,来自社区成员以及利益相关者的关注将推动Eloncity模式在下述五个基本层面得到实施:(a)社区采纳;(b)社会应用;(c)可量化的显著影响;(d)逐步部署和持续增长的本地化发展路线图;(e)吸取经验和教训,持续锤炼Eloncity模式,并加速大规模复制该模式。

3.将基于项目绩效和循环贷款基金结合起来的融资方式对调动私人资本市场,推动分布式可再生能源的大规模落地至关重要。基金会将与金融合作伙伴,政府机构和其他主要利益相关方合作,建立循环贷款基金。循环贷款基金的目的是当社区无法获得足够融资时,为社区提供启动项目所需的前期资本支出。基于绩效的项目将通过为社区成员节省电费开支,产生足够偿还启动资金的投资回报。偿还的贷款将用于资助后续的Eloncity项目。这种方法将确保投资Eloncity项目的的吸引力同时调动私人资本加速建设分布式能源系统。

4.建立鼓励合作的公平的监管体系有助于平衡市场,缓解当前市场中的不均衡现状,提倡创新,在保护能源消费者的同时支持本地经济的发展。监管体系必须确保创新的市场参与者获得公平的市场准入机会,提供以市场为导向的指导方案,以确保:(a)安全的环境供社区成员工作和生活;(b)可靠的能源服务,在气候变化的大环境下支持社区的快速发展;(c)所有人,特别是低收入人群都可以负担得起的高成本效益的能源服务;(d)社区向健康,安全,利用可再生能源发电的未来持续成功转型;(e)在该体系下,全世界的社群共同加速迈向清洁再生能源的时代,没有一个社群会被拉下。从根本上说,该套监管体系通过利用Eloncity提供的创新解决方案,将清洁的可再生能源与城市规划和当地经济发展联系起来,赋予地方政府和城市规划者更多的工具来履行其职责。

简而言之,Eloncity所提出的全方位多角度的解决方案利用了:(1)社会和社区发展;(2)经济可行性;(3)技术进步,以及(4)贯穿产品周期的监管方应。这个多层面的架构确保了项目的规划和实施可以全方位落实,在实施过程中可以协同包容;公平地进行测试;与社区相呼应;以系统发展为本;同时利用最佳技术。

ELONCITY 的优势

开放和安全的能源交易 - ECTP或区块链平台提供了一个开放的,安全的分布式账本,用于以可验证和不可改变的方式有效记录社区内能源服务的交易。该区块链平台还使Eloncity能够建立一个可审计的记录,用于跟踪社区内的发电来源究竟是可再生能源还是化石燃料。可审计跟踪发电来源这点对于基于发电来源进行电力评估和监测社区在脱碳方面的进展至关重要。此功能有助于发展共享经济,实现资产利用率的最大化和分布式可再生能源的成本效益。

统一和高效的能源市场 - Eloncity通证促成了一个开放的市场,使世界各地的社区能够在本地进行能源交易和共享资源,并访问全球统一的可再生能源产品和解决方案网络。同样,可再生能源的产品和服务提供商也将因为全球市场更加开放而受益。

可靠性更高 - Eloncity通过设计分布式能源架构的能力提供更可靠的能源服务,可以预测,承受,适应潜在破坏性事件并迅速从中恢复过来。Eloncity设计包括本地太阳能光伏阵列或风车及智能网络BESS,用于在电网服务中断和紧急事件期间保持当地电力服务的稳定性,灵活性和持续的能源供应。BESS,无论是电表后还是电表前,都将在需要时为整个社区提供所需电力,以应付紧急事件,度过光伏非生产时段,直到太阳或风可以重新再次为当地的可再生能源发电机组发电,并且为BESS充电。Eloncity模式是解决电网各层级电力供需不匹配的直接途径,克服了中心式电网架构固有的单点漏洞风险。

降低成本 - Eloncity模式旨在降低社区在项目使用期间内的能源支出。能源支出的降低通过以下几个途径(a)利用本地产生的直流电源为大型家用(直流)电器直接供电,确立电能使用效率的目标值,旨在降低整体能源使用和损耗,(b)在本地用可再生能源发电,抵消全部或大部分本地电力需求,(c)平顺峰值能源需求以最小化昂贵的需求容量费用,(d)仅在低成本期间购买集中式电网所发电力(即,在受限区域内的非高峰期或在发电量过剩的区域);(e)为集中式电网提供辅助服务以产生收入。当今世界,不断上升的电力价格为社区得到充足的电力服务造成越来越多的障碍,这也是Eloncity模式将经济节约作为基本特征的原因之一。

提高安全性 - Eloncity的可再生能源发电系统和BESS减少或消除了对使用化石燃料的备用发电机的依赖性,这些发电机在灾难中通常无法使用,具有较高的火灾,爆炸,气体中毒等安全风险,并且很可能只在有限的、当有天然气/柴油可用的时间内有效。Eloncity将以独立模式无限期地为公共安全设施提供无穷无尽的电力,电力由本地的可再生资源产生。Eloncity模式为解决化石燃料能源对公众健康和安全造成的不可接受的风险提供了解决方案。

社会效益 - 使用Eloncity模式的基于社区的可再生能源微电网(CRM)为社区提供日常的清洁可再生电力。CRM在灾难和紧急事件期间保证提供能源和确保社区的安全,同时还可以为社区持续节约电费开支,使社区能够将其预算用于重要的社会建设中去。此外,CRM项目包括有针对性的建筑节能改造,不仅可以节省能源和节省开支,而且可以通过安装更节能的设备和调试系统,使现有的社区设施更加舒适和高效。这一使命是由通过分布式能源系统解锁更多的量化收益的Eloncity模式推动的。Eloncity的愿景的本质是一个更加公平和普世的能源未来,这是Eloncity所推崇的社会价值。除了达到更高效的能源系统指标之外,Eloncity模式的分布式能源系统专门用于为其利益相关者创造环境,社会和文化方面的价值。

温室气体减排 - Eloncity将通过以下措施实现显著的温室气体减排:(a)通过提升建筑物的能效,降低能源消耗,从而减少温室气体排放;(b)用可再生能源发电代替化石燃料发电;(c)将能量存储和管理客户能源需求相结合,通过负载转移来平衡峰值需求,限制基于石化燃料调峰发电设施的使用。此功能可帮助社区,尤其是处于不利地位的社区解决公众健康和环境问题。

适应性 - Eloncity的分布式能源系统为社区不断提升能源供应的安全性和容错力,以应对任何潜在的气候灾害,其他自然或人为灾难。Eloncity中拥有智能网络BESS的社区分布式可再生能源发电系统拥有冗余电力,可以在集中式电网服务中断的紧急情况下持续为社区提供动力。以坚韧的基础能源设施保护社区是Eloncity模式DNA的一部分。

低排放车辆/运输 - Eloncity电力系统和区块链架构包括先进的能源管理系统,本地可再生能源发电系统,智能联网BESS,电动汽车(EV)内置ECTP兼容的充放电器,并向小区微网购电或是售电,以支持运输电气化。凭借EV和V2G技术的妥善利用,Eloncity模式提高了公共安全与健康,增加可以弹性利用的电池容量,利用现有道路,顺道搬运能源,并降低了运输成本。

经济发展 - Eloncity将在当地生产能源共本地社区使用,省下数额巨大的能源支出支持当地经济发展。Eloncity项目将直接支持当地的清洁能源就业,使用当地的人力资源来支持Eloncity项目的规划,设计,建造和运营。因此,Eloncity不仅确保能源供应与社区的安全,还帮助当地社区扩大就业,令社区可以更好地发展当地经济。

环境效益与公共健康 - 正如上文“提高安全性”和“温室气体减排”部分所讨论的,Eloncity将最大限度地发挥提高目标能效,分散式可再生能源发电,储能和其他分布式资源这几点间的协同作用,以减少对通常在灾难中不可用的化石燃料备用发电机的依赖,从而不用承担化石燃料备用发电机潜在的火灾,爆炸和煤气中毒的安全风险。


技术 - ELONCITY 分布式能源架构

技术简介

下图显示了Eloncity分布式能源架构(EDEA)的关键技术构建模块,EDEA是结合了分布式技术和加密经济学的生态系统,可实现共享的可再生能源经济。模块化设计有利于为世界各地的不同社区量身定制Eloncity微电网部署方案。一个最优化的Eloncity配置将是一个直流电微电网,服务于1英里范围内的客户。此微电网使用DCBus调度程序来管理社区中的电力流。Eloncity微电网的共享资源将由当地生产的可再生能源以及锂电池储能系统,光伏阵列,小型风力涡轮机,电动汽车,DCBus调度器和其他设备组成。

Eloncity微电网的资源共享有助于最大限度地提高资产利用率和资本的投资回报率。区块链交易平台,或Eloncity协议(ECTP),作为开放安全的公共会计账本,将追踪社区内交易和电力的来源是可再生能源抑或是化石燃料。ECTP是一个增强型以太坊区块链平台,支持高容量高速交易。ECTP智能合同根据共享资源的使用位置和时间公平分配成本收益。因为每个社区成员可以设置购买所需的能源或销售多余能源的价格,Eloncity的人工智能(AI)技术和社区网络为参与的社区成员提供当地能源定价的实时信息,以帮助他们做出明智的决策。该设计的目标是实时优化本地的能源供需。对于那些不能满足本地可再生能源需求的微电网,因为对于能源的需求稳定并可以预测,社区成员可以用更便宜的价格买入能源。一个持续依赖进口电力满足需求的微电网被称为过渡微电网。虽然自给自足的微电网是一个长期目标,但过渡微电网可以在短期内显着降低现有集中式电网的运营成本,并有助于降低用电者的经济负担。

此外,Eloncity模式还包含数字通证Eloncity Token(ECT),以促进本地能源交易并鼓励投资电池储能系统(BESS)以储存新收获的可再生能源,为可再生能源产品和服务创造一个开放的全球市场。

ELONCITY 技术构建模块

1.加密经济学架构

在集中式电网中,电力公司使用峰谷电价(ToU)费率计划来影响客户的能源消耗行为。但是,现有的ToU费率通常较为粗糙,缺乏供应系统的实时位置信息和客户需求条件,无法有效优化能源供需。这些零售ToU费率基本上由简单的高峰期和非高峰期价格组成,主要基于中央规划者对未来供需情况的估计。无论顾客所在地的供需情况如何,ToU费率适用于整个服务区内每个顾客类别内的所有顾客。即使是像加利福尼亚州这样先进的能源批发市场,也依赖很多天以前的数据来制定系统供需计划。现有的平衡能源供需的方法导致了系统过大,系统效率低地下和经常闲置的昂贵的预留发电容量。相比之下,Eloncity模式使用加密经济学架构来确定具体位置的实时能源价格,以优化个体客户的能源供需。

区块链技术和加密经济学工程设计方面的最新进展使发展Eloncity能源交易平台成为可能,该平台将高速社区网络与智能硬件,软件和加密通证相结合。Eloncity能源交易平台支持开放和安全的能源交易,实现机器间高效的实时能量交易。Eloncity微电网将被传感器网络覆盖以追踪实时能源生产和消费。此外,Eloncity模式使用AI算法来预测当地能源供需的波动,建议合理的能源价格,并根据客户的偏好向客户的BESS发出实时市场价格信号,以实现能源买卖的自动化。Eloncity模式的总体目标是使用实时均衡价格信号来自动交易客户拥有的能源资产(即可调度负荷,能量储存,可再生能源等)中的本地可再生能源。

实时动态定价是优化弹性能源供需的高效工具。像许多商品一样,当价格高时,电力生产商将通过先前储存的能源或增加的发电能力向电网输出更多能源。同时,当价格低时,能源消费者会增加能源消耗。如下图所示,在给定的电网中,任何时间点都可以平衡电网中的电力供需,达到能源价格均衡。

Eloncity提出的按照位置实时能源定价框架,解决了现有电网中可再生能源供应和能源需求的地理空间和时间不匹配问题。Eloncity模式将智能网络BESS,本地可再生能源,本地电力流量管理系统与开放且安全的交易网络集成在一起,让每个微电网中的当地可再生能源供应和客户需求都能达到最优均衡。Eloncity模式还包含适用于全自动实时微电网间能量交易的激励机制。

2.ELONCITY TOKEN 协议(ECTP)

TECTP基于区块链技术创建了一个高效可靠的基于社区的能源交易平台。它还规定了设备在区块链平台上交易电力的硬件设备和电力网络要求。

该协议的核心是基于人工智能的算法,该算法可以确定当地能源网络上任一位置实时电力价格均衡。协议认为,每一条街的能源供需状况都不尽相同,因此,任何特定时刻,微电网不同位置的电力价格都会有所不同。Eloncity模式的能源价格是通过与时间和地点相关的函数确定的。

以下公式计算了与位置相关的电力价格均衡。Si(q,spi)是供应商在时间t和数量q为电力生产来源i收取的单价。矢量sp是与能量生成方法i相关的一组参数,例如太阳能光伏板的太阳辐射。X是一个步进函数,在0和Si的范围内计算为0和1,在Eloncity微电网内能量源i在时间t的生产限制。

Dj(q,p)是微电网消费者为了消费目的j愿意在时间t支付数量q的单价。向量dp是一组控制本微电网中的本地化需求的参数。Qt和Pt是t时刻的均衡数量和价格。

在Eloncity微电网中,供电来源(即i从1到n)包括:

•屋顶太阳能电池板。太阳能电池板的供电量取决于天气状况和白天/夜晚,这个来源不具备弹性而且对价格不敏感。
•电表后的用户侧储能设备。这类储能设备包括如POMCUBE, NetZero, TeslaPowerwall甚至是电动车内置的双向充放电控制器(V2G)。这些来源具有弹性和价格敏感性,因为它们可能在需求大于供应(例如在傍晚时)或电力价格较高时出售电力。
•基于社区的储能设备 ( BESSECTP BESS 的商业版本)。这些是由基本负载服务提供商(BLSP)商业运行的储能系统,这种供应是有弹性和价格敏感性的。
•从当地公用事业部门进口电力。公用事业能源需求具有弹性,但对价格半敏感。其峰值和非峰值价格制定较为粗糙,并不反映电力的实时和位置的价值。

在等式的需求方面,功耗来源(即1到m的j)如下:

•关键需求 - 诸如夜晚照明,烹饪,食物保鲜(冷藏),互联网连接(宽带调制解调器)和基本空调(风扇)等需求都不具有弹性,而且不具有价格敏感性。
•舒适需求 - 如娱乐,冷气机,洗衣机和烘干机,吸尘器,都具有弹性和价格敏感性。
•电表后面的去中心化储能系统 - 当电价低时,这些储能系统可以进行充电(产生人造用电需求),以在其他时间用高电价出售套利。这种需求是有弹性且对价格敏感的。

然而,导致价格均衡的非线性过程(S和D)和参数向量(sp和dp)不能直接观察到。为了实时计算和预测微电网的均衡价格,我们需要估计价格,数量和参数空间中sp和dp的概率分布。我们可以假设时间序列S和D是近似潜在的马尔可夫过程。粒子滤波方法可以用来估计概率分布。

在Eloncity微电网中,每个BESS(端点)收集关于当地供需情况的每分钟到每分钟的数据,以及每个客户场所的能源供需弹性。这些端点运行ECTP协议,并充当区块链智能合约的可靠讯息提供者。ECTP设备的所有者/用户可以在各种条件(例如BESS的动力储备限制和每天的适用期限)下设置交易价格。Eloncity的人工智能和机器学习算法将分析微电网上每个端点的实时供需数据并计算粒子分布概率。该AI算法将从一组初始条件的假设开始,启动马尔可夫过程,该算法最终将获知微电网上每个端点的最优能源价格的概率。

一旦参考交易价格被计算并公布出来,网络上的每个设备都会根据自身的供需状况,自动发出购买和销售能源的出价(浮动于参考交易价格的正负区间内)。为了支持快节奏的实时交易,交易在区块链分类账中以智能合约记录。称为ECT的加密货币用作交易的交换媒介。

3.ELONCITY TOKEN (ECT)

ECT是一种实用的加密通证,旨在促进微电网(ECTP兼容微电网)之间的能源交易。ECT有两个主要用途:

•一种交换的途经 - 在Eloncity网络上,ECT用于能源交换。供需根据ECT的短期能源价格波动进行调整。消费者通过提供他们多余的电能而获得ECT。社区成员通过支付ECT而使用本地电力服务和ECPT兼容的产品(e.g, POMCube, NetZero)

•储存价值 - 每个ECTP兼容的BESS设备都需要保留相当于其储电容量的ECT才能参与自动电力交易。这使得ECT成为电力价值背后的价值储备。每个ECT的价格由生态系统内的交易总量和ECT的交易速度决定。由于有交易储备金的要求,ECT流通速度有限,该机制为ECT创造价值并且产生了一个稳定的通证体系。交易价值的方程式如下所示(Bordo 1987)


在该方程式中:

•M是资产基础的大小,既是通证所代表的美元价值。
•V是资产的速度。对于美元来说,M1的货币流通速度在5.1左右。我们在这里选择M1速度,因为M1货币供给由现金(交换)组成,与ECT最为相似。
•P是数字服务的价格。
•Q是数字服务的数量。在我们的案例中,我们要把PQ的乘积作为网络总的“GDP”。

根据我们的市场储备设计,我们预计到2040年全球交易的电力总价值可能接近5.6万亿美元,

加密通证ECT的交易速度估计为5.1,这意味着最终ECT的市值将超过1万亿美元。然而,由于未来的资金价值低于现有资金,我们将2040年的市值贴现,假设基准利率为3%,n=22,即22年。根据下述公式的计算,ECT加密通证在2018年的市值约为5.6亿美元。

除了作为社区能源交换媒介或可再生能源价值储存之外,ECT还具有几项重要功能。ECT最重要和最宝贵的作用是成为在新兴分布式的共享经济体中将能源消费者与可再生能源解决方案提供商联系起来的统一交换媒介。社区和村庄可以用他们所拥有的ECT获取可再生能源产品和服务。将解决方案提供商和能源消费者连接起来可以创造一个不受地理分隔,政治边界,经济障碍,任何自然或人为的障碍的限制的统一的可再生能源市场。随着这个市场从一个社区有机地发展成为一个统一的全球市场,ECT的价值将会显着提高。


4.分布式能量储存

分布式可再生资源,如太阳能光伏或风车,会间歇性地产生能源,因此不能被视为可靠的能源供应方式。然而,当和本地BESS,客户能源需求管理(例如,在没有生产可再生能源期间不运行干衣机,在可再生能源生产过度期间运行该干衣机)以及本地可再生能源发电机优化结合起来之后,间歇性可再生能源资源可以转化为坚定,可靠,可调度和有价值的电力。DCBus调度程序协调了EDEA的关键构建模块(即,密码经济学,区块链能源交换平台,实时位置能源定价,高效双向能源网络,BESS等),以最大限度地提高资产利用率,为本地居民创造可观的收入来源。此外,购买符合ECTP兼容的BESS(例如POMCube NetZero)的客户将获得ECT作为使用BESS储存新收获的可再生能源并帮助平衡当地能源供需的财务激励。

这些持续的收入机会,ECT激励措施以及有效的资产利用率将使BESS和可再生能源发电资产成为颇具吸引力的投资。基金会认为,储能可以成为投资级资产,因为对储能设备的投资回报优于固定收益投资。

只要有可能,每个BESS都将实现至少95%的转换效率。因为DCBus-BESS接口电压保持在同一水平,DCBus和BESS之间的 DC / DC 转换器将达到99%的转换效率。

在Eloncity微电网上,BESS通过在客户端提供关键的入口和出口缓冲区,使本地能源交换变得顺畅。BESS的能源需求有助于维持本地电网的稳定性,并减少对集中式电网系统昂贵备用容量服务的需求。BESS使过渡微电网(即本地发电无法满足当地需求的微电网)能够以可预测和稳定的水平输入能量。在需求高峰期,当进口能源不足以满足当地需求时,BESS将放电以满足能源不足,使微电网能够保持恒定的能源进口量。可预测和稳定的能源进口水平对于微电网运营商就更具竞争力的购电价格进行谈判非常重要。同样,在低需求期间,BESS进入收费模式以吸收当地过度的可再生能源电力,这有助于防止电力间歇性地注入本地电网并最大限度地减少电网干扰。总而言之,BESS在Eloncity微电网上扮演着能量缓冲器的关键角色,帮助建立更优化更稳定的能源供需生态系统。

目前的EDEA采用两种不同的BESS - 一种运行在358.4Vdc到428.8Vdc之间,另一种运行在1200Vdc的范围内。较低电压的BESS主要部署在客户现场,而高电压BESS专为基本负载服务提供商(BLSP)设计。较高电压的BESS允许BLSP以最小的损耗在Eloncity微电网周围传输电力,而较低电压的BESS更适合通常在电压水平低于400 Vdc的客户电子设备和家用电器。BESS的总体设计策略是尽量减少电源控制系统(PCS)上所需的转换电路。EDEA尽可能采用单级 DC / DC 或 DC / AC 转换器,以使每个BESS的转换效率至少达到95%。DCBus 和 BESS之间的 DC / DC 转换器将达到99%的转换效率,因为 DCBus-BESS 接口电压保持在同一水平。

为了最大限度地延长电池的使用寿命,所有 BESS 都用电池管理系统(BMS)进行保护,防止电池过度充放电或短路。由于高电压设计,放电电流通常明显低于电池的设计极限。因此,与使用低电压设计的典型电池系统相比,Eloncity BESS设计具有更长的产品有效寿命。

5.分布式可再生能源发电

分布式发电与否取决于电能产生的地点。分布式能源系统在需要电力的地方发电。另一方面,集中式电网在大型发电厂中远程发电,电力必须以高电压长距离运输到客户现场进行消费。无论采用何种技术,无论电力是用于现有电网还是偏远村庄,电力来自清洁的可再生能源,燃烧化石燃料或核电站,只要发电机是在“现场”或“本地”,那么这就是分布式能源系统。这意味着分布式能源系统可能包括对环境造成污染的技术,例如柴油发电机。Eloncity模式是建立在使用当地可再生能源来满足当地需求的前提下。

Eloncity模式采用当地可再生资源来降低对环境和公共健康的潜在风险,同时提高当地电力系统的适应能力。Eloncity模式的可再生能源发电技术包括太阳能光伏发电,风车以及其他针对目标社区的优化当地可再生能源发电的技术。

6.直流电微电网

因为交流电压可以轻易通过变压器改变,大部分现代电网在交流电中分配电能。交流电具有改变电压的灵活性,使交流电源在高电压低电流下通过电源线有效传输,最大限度地减少由于长距离输电线电阻造成的能量损失。当靠近城市或社区的负载中心时,交流电压由高降低,成为更安全的电压供使用。130年前,交流电是唯一可以用于远距离输电的模式(以利用来自尼亚加拉瀑布的电力17),变压器是改变电压的唯一选择。然而,交流电网存在许多缺点,例如需要昂贵的辅助服务以确保电力交付的质量;输配电线路中的电力损失;服务广大地区的大型输配电网络的脆弱性。输配电损失,电网故障造成的停电,设施成本等在全球造成的经济损失每年高达数十亿美元。更加不幸的是,低效率交流电网的成本由纳税人承担。

随着电力技术的进步,DC / DC转换器被用于改变DC电压,转换效率显著提高,通常大于98%。只要接口电压相同,DC网络允许负载站点更有效地连接到网络。直流电不需要复杂且昂贵的频率和相位同步。部署在Eloncity微电网中的BESS可作为旋转备用电源,以保持所需的直流电压水平,其优点是响应时间大大缩短,只需要数秒,而使用传统化石燃料的集中式交流电网对于峰荷发电机的响应时间为数分钟。此外,BESS将直接部署在客户现场或社区内,使得根据当地社区的供需情况量身定做BESS成为可能。

Eloncity微电网中的电流由部署在整个微电网服务区域的DCBus调度器管理。每个客户站点都连接到DCBus上的端点,这些端点用作DC / DC转换器和电压调节器。端点为每个客户站点维持电力的高质量。当端点检测到客户站点有过度的间歇负载或电力输出时,端点将临时断开这些客户站点,从而减少微电网输电的间歇。与现有的集中式交流电网或其他交流电微电网相比,Eloncity微电网的粒状电力电量管理可提供卓越的交付电力质量。

直流电网络的规模也是影响交付电力质量的关键因素。Eloncity微电网的服务半径优化为大约一英里。由于所有可再生能源都是直流电生产的,因此基于直流电源架构的微电网与同等的交流电微电网或集中式交流电网相比效率更高,能够提供更高质量的交付电力。Eloncity模式亦可以优化之后为现有的使用的交流电网基础设施的建筑所用。基金会将与当地公用事业机构和社区合作,为每个项目地点提供量身定制的Eloncity模式。

7.家庭用电直流化

使用电机的现代家用电器配备了电子调速变频器(VFD),以最大限度地提高能源使用效率。这些家电的内置逆变器从墙壁上的交流电插座获得100-120伏的交流电,或208-240伏的交流电,并将交流电源电子化为直流电源。然后逆变器将整流后的直流电转换为各种期望频率的交流电,以支持不同的电器负载。工作量越小,频率越低。换句话说,现代家电基本上是以某种形式的直流电源运行的。

类似地,大多数现代家庭和办公设备(例如笔记本电脑,LED灯,液晶电视等)通过变压器电源适配器以低压直流电源运行。这些适配器通过使用高频功率晶体管(例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))将来自交流电插座的电能转换为直流电。事实上,所有基于MOSFET的AC / DC转换器都与直流电源完全兼容,这意味着这些直流适配器在插入75V -300V直流电源插座时可正常工作。

那我们为什么仍然在家庭和办公室使用交流电呢?
如前所述,自19世纪80年代,大规模电力市场的形成以来,交流电主要用于支持远离城市负荷中心的大型发电厂运输大量电力。因此,尽管所有现有的家电都在本地直流电源下工作,它们都是交流电兼容的。

具有讽刺意味的是,我们将本地可再生直流电转换为交流电,然后再转换回直流电以为我们的家电供电,在重复的交流 - 直流 - 交流电转换中浪费大量宝贵的能源。在家庭和工作场所采用直流电源就可以减少这些持续的浪费。

200至400伏直流电源可用于与变频器兼容的暖气,空调,冰箱,洗衣机和其他典型的家庭和办公室设备。同样,几乎所有的数码家电及设备都配备了固态电源适配器,并且它们也可以由200伏直流电源直接供电。因此,基金会建议所有新建建筑物都采用直流电供电,以便当地的可再生能源能够有效地为我们的家电和设备供电,并消除交流 - 直流 - 交流转换过程中的能源浪费。

基金会将与制造商,标准机构,客户支持团体和其他利益相关方团体合作,推出适用于200伏直流电源的通用插头和插座,以便在任何地点接入更节能的能源基础设施。这种方法与加州等主要市场的先进能源政策一致,使能源效率成为能源采购和系统规划方面的首个订单。所设想的新型直流电源插头和插座称为200VDC连接器,将具有内置安全机制以消除电弧等危险。200VDC连接器还可能包含数据引脚以便在智能家居和智能建筑中交换设备信息。设备信息将被发送到建筑物的电力系统,以便这些设备可以无缝集成到建筑物的智能需求侧管理系统中。需求侧管理是指通过对客户能源需求的管理以确保当地能源供需协调一致。然而,推广200Vdc连接器标准可能会花费大量精力和时间,因此Eloncity未来两到三年的营销和教育工作将集中在高能耗的常用家电上,如暖通空调,热水器,洗衣机和烘干机。近期的开发工作将侧重于高耗能家电,因为这些目标易于达成,且同时可以通过直流电源系统节省大量能源。此外,暖通空调等硬连接设备不需要新的标准化直流连接器就可以使用直流电源系统。


ELONCITY 技术构建模块集成

1.ECTP 运作方法

ECTP规定了Eloncity微电网操作的算法和规则。为了实现这个协议,我们需要符合ECTP规范的软件和硬件。符合ECTP标准的微电网由以下元素组成:

•核心ECTP交易平台是一个高性能区块链网络。Eloncity区块链将使用优化过的加强版的以太网区块链技术以应对大量高速的能源交易。

•授权证明书(DPoS)是处理能源交易的高性能共识机制。社区选择的公共验证者将确保交易的安全性和完整性,包括执行智能能源合约。Eloncity的区块链将支持每秒超过10,000笔交易,或者每隔三分钟进行一次电力交易(允许同时交易180万次)。

•一个多功能和优化的智能合约平台以支持社区成员间的能源交易,平台将计算当地微电网的实时电力均衡价格,同时进行已取得同意的电力交易。

•一种“挖矿”机制,用于向使用ECTP兼容BESS储存新收获的可再生能源的用户提供ECT通证作为奖励。挖矿功能被写成CyberMiles虚拟机支持的长时间运行的智能业务合同。

•通用的开放链访问协议层支持基于任何区块链平台(比如比特币或以太坊)的应用程序。这个通用的应用程序界面层将丰富Eloncity生态系统里的应用程序。

基于能源交易价格均衡的智能合约将按照ECTP规范制定,并被置入到Eloncity微电网的硬件组件中,以实现自动化能源交易。支持ECTP的首批硬件设备是POMCube NetZero,它是一款表后(BTM)的BESS。NetZero为微电网上客户端产生的多余可再生电力提供缓存(储能)。NetZero可以基于其内置的AI算法分析客户能源需求曲线,进行自主的能源交易决策。需求参数是机器通过“观察”业主的家庭能源使用情况而逐渐学习得来,就如同Nest室内恒温器的工作方式。通过在Eloncity微电网的客户场所部署足够的支持ECTP的设备(例如POMCubeNetZero),Eloncity微电网将能够基于当地的可再生资源实现最佳的社区能源供需。

除了已经描述过的基于区块链的密码经济学协议和BESS,Eloncity模式还提供替代电网网络,使社区成员能够独立于电力公司的T&D网络进行能源交易。在Eloncity微电网中,DCBus是管理本地电力流和能量交易的开关设备。Eloncity模式旨在通过一对铜线将Eloncity微电网内的每个用户端连接到DCBus端点,以最大限度地利用DCBus。每个端点遵循调度程序设置好的时间向DCBus发送/接受电能,因此这对铜线不再是尽力而为的网络。与每个端点相关联的BESS用作网络的入口和出口缓冲区,与调度程序一起防止端点溢出或流入网络。DCBus的另一个重要好处是避免了当前集中式交流电网中普遍存在的交流和直流的来回转换,可以节省多达17%的可再生能源。为了充分利用被现有太阳能农场广泛使用的标准技术,DCBus的运行电压为1,500V。DCBus的工作电压可降至1,200V,使本地太阳能光伏充电控制器的最大峰值点跟踪(MPPT)可以稳定运行,无需不断改变其功率跟踪算法以维持在1,500V。在1200V下运行DCBus将失去极少量的转换效率。

基金会将与现有公用事业公司建立战略合作关系,运营它们的符合ECTP标准的端点,令它们与Eloncity微电网进行能源交易。然而,基金会认为理想的Eloncity模式实施方案是建设新的ZNE社区14。新建筑将在施工阶段整合屋顶光伏,BESS和直流系统,从而消除第三方安装改造人员,降低财务成本和取消建筑改造通常需要的冗余的屋顶保险。新ZNE社区的建设中将精简PV,BESS和DC系统的安装过程,以社区为基础的分布式可再生能源设施将提供更多的具有成本竞争力的电力。总而言之,Eloncity模式可以很容易地部署在缺乏电网基础设施的地区。在已经拥有集中式交流电网的建筑环境中,基金会将与当地公用事业和地方政府,地区ISO以及合适的区域能源管理机构密切合作。Eloncity模式具有巨大的潜力,可以帮助公用事业部门巩固全世界现有的电网设施。

2.分层式区块链结构与电力流管理

Eloncity的分层式区块链网络是一个分布式处理网络。该区块链网络使用统一的通证,以便能够在整个微电网中统一能源估价,并且在Eloncity微电网中将使用通证来进行微电网间能量交换。此外,我们还认识到电动车将从微电网漫游到微电网,因此可以使用ECT在电动汽车处于家庭微电网之外时为其充电。我们采用一种称为聚合路由的方案来传播微电网间能量交易,该机制是从OSPF协议v2(IETF STD 54 / RFC237812)借鉴而来。OSPF协议将整个网络划分为多个区域,区域间的拓扑信息通常不会被分配到其他区域。但地址块可以作为汇总路由通过区域边界路由器进行通告。Eloncity模式利用OSPF概念来扩展微电网间交易。我们稍后可能会采用其他协议,如BGP,以提高系统的可扩展性和互操作性。尽管区块链技术仍然处于起步阶段,但随着我们快速推进ECTP平台技术,交易处理能力将大幅提升。通过基金会在云计算方面的经验,在这种分区模式下,复杂的电网使系统的性能成倍增长。同样,Eloncity模式利用碎片概念逐步扩展分布式能量网格,根据需要提高性能,避免大规模电网升级可能会导致的不必要的剩余容量闲置。碎片是经过验证的用于扩展数据库以支持其他地理位置的技术。

当一个Eloncity微电网需要从邻近的微电网输入能量时,每个微电网的一个或多个BLSP将形成分布式账本,并在其间自行完成交易。请注意,每个Eloncity微电网可能有多个BLSP,并且每个BLSP可以通过将自身的分布式能源连接到多个微电网或公用事业服务点独立运行。对于微电网内部的能量交易,BLSP不仅可以相互竞争,还可以与微电网内的其他端点同等竞争。对于微电网间的能量交易,交易协调将在能量交易路由路径上的BLSP中解决。随着未来区块链技术的不断发展,我们可能会发现更有效且更少层次的过程来处理微电网间交易。

3.ECTP AND DCBUS – 局部电力流动的平衡与优化

ECTP是一套管理电力如何在端点之间进行交易和交换的协议。其中三个最重要的过程是:

(1)在端点和区块链能源交易平台之间使用的协议;
(2)在调度程序和端点之间定义的TLV;
(3)端点如何从DCBus发送/接收能量。

4.DCBUS 调度程序

DCBus是Eloncity微电网的基础构建模块。每个Eloncity微电网将为每个客户端提供DCBus端点。这些DCBus端点是由高容量BESS,能量交易调度器,直流降压/升压变压器和直流电压电平调节器组成。由于所有导体的电流承载能力有限,因此必须使用电力交通管理方案,以在三分钟的时间间隔内实现最佳能量交换。类似于出口信用调度的调度算法以及iSLIP调度算法允许优化的能量每三分钟通过每个DCBus端点。调度程序协调多个端点(它们是双向DC / DC转换器)以发送/接收能量,从而不会有过多的电流流经导体。只有在一个时段(三分钟)前收到调度器发出许可的终端才能发送和接受能量。

在任何给定的三分钟区间内出售和购买的总能量将等于零,因为调度程序确保在这段时间内发送的能量和接受的能量是完全相同的。

ECTP将每个小时分成3分钟,6分钟,12分钟,15分钟,30分钟和1小时的间隔,这样一来,稳定的电源,例如现有的电网或储能系统,就可以连续交换能量而无需每3分钟提交新的交易。例如,客户可以从社区的太阳能农场以10kw的功率购买一小时的电力。一旦交易被记录下来,并且调度程序在接下来的二十个时间间隔中找到剩余容量,客户的终端可以连续以10kw的功率从DCBus提取一小时的电能。客户的终端不需要在接下来的20个时间间隔内为此次交易再次提交该申请。上述方案将减少DCBus调度程序的交易次数,并鼓励终端进行较长时间的能量交换。我们是否应该允许交易时间超过一小时取决于调度程序的内存资源以及未来试用网络的结果。在申请过程中,“低电池电量”和“满电量”的相似性优先于其它相似性,包括长周期的相似性。但是,一旦长期交易成功记录并且授权已经从调度器发出,在以下时间间隔中的更高优先请求不能抢占授予的请求。然而,DCBus调度器会为更高优先级的请求保留一定的容量,以便长期的交易不会完全占用DCBus。换句话说,保留容量可能会不时被浪费。

与现有的集中式交流电网不同,DCBus不必针对峰值负载进行设计,因为它是交换网络,配合输入(卖方)和输出(买方)的电池缓存,以及本地用户在一天内不同时段交换能源的意愿,将平顺一天中的能源交换。DCBus的服务范围的延展将不超过一英里并且只连接数量有限的人家。因此,其调度算法的计算复杂度非常有限,可以轻松优化此DCBus服务区内部署资源的资产利用率。Eloncity直流电力微电网架构降低了电力系统的复杂性和所需的基础设施投资。资本投入和运营成本的降低将显著提高Eloncity微电网内交付能源的质量,降低能源的价格。

DCBus的基本操作如图7和图8所示。图7显示了两个端点共同向第三段提供[email protected]的能量需求。交易发生在第三个端点通过基于区块链的交易平台进行了两次独立的智能合约交易之后,与其他两个有多余能源的端点进行交易。在计算完当前所有交易请求之后,DCBus调度器将选择其总电流量绝不会超过公共总线允许的最大电流的卖方及买方进行交易。在这个案例中,调度程序将这两笔交易放在同一时间段上,因为计算表明总电流不会超过总线允许的最大电流。请注意,在任何时候,发送方和接收方的总电流总和必须为零。

图8显示了四个端点同时交换能量。每两个端点形成一种交易关系,并在三分钟内完成交易

5.电动车充电的转型

EV是一个移动中的端点。随着新兴的电动车向电网售电(V2G)技术,电动汽车有可能成为次级能源载体。EDEA使用ECT作为访问微电网间能源交换的媒介来解决EV在微电网间移动的问题。

一个微电网间电动车移动充电的例子:一家公司通过允许员工使用公司屋顶光伏产生的能量给他们的电动车充电,以此奖励员工驾驶电动车。公司屋顶光伏发电将以高折扣率提供给员工。因此,员工以较低的价格通过ECT从公司购电。但是,这名员工可能会将电动车中的电能在高峰时段输出到他的家用微电网中,以满足高峰时段的用电需求并获得更多的ECT。由于电动车在微电网间漫游充电,ECT将在微电网之间流通。图10显示了DCBus如何基于现有的J1772v5/ CHAdeMO充电控制器工作。

在晚上,员工的EV被接入到家中的DCBus并不断听取关于当地能源交易的信息。在当地需求超过当地可用供应时,当地招标价格相应提高,一旦价格达到电动汽车所有者设定的目标价格,该电动汽车将参与当地的能源交易并提供急需的能源。电动汽车学习这些日常模式,并预知它应该预留多少能量才能回到办公室或其加工学习模式中的下一个目的地,而剩余的能量可用于本地能量交易。如果微电网有替代能源,例如通常在深夜或清晨产生能量的风力涡轮机,那么所有端点(包括此电动车)都将学习这些信息。电动车知道自己可以在夜间利用风力发电机重新充电之后,就可以毫无保留地交易其所有能源。电动车可能会在第二天早上从邻近的商业和工业建筑物中重新充电,这些建筑物具有太阳能产能过高的情况。在所有这些情况下,电动汽车将成为微电网间的能源转运者。

电动汽车,像其它固定的BESS设备一样,必须在其使用寿命期间最大化其经济价值。通过使电动车与DCBus兼容并且能够使用ECT交易能量,我们预计可以通过使电动车的储能容量参与当地的能源供需平衡来令购买电动车的经济价值最大化。

6.需求和供应的优先次序

当DCBus负载很重时,如何调度安排多个能量交易的优先级?为什么某些类型的需求比另一类需求具有更高的优先级?同样,当供应量多于需求量时,DCBus调度程序用来指定一种供应比另一种供应优先级更高的相似性是什么?DCBus调度程序必须通过指定每种类型具有的相应优先级来对供求进行分类,以便调度器可以应用一套标准来优化协调本地供需。

例如,锂离子电池不应完全充电或完全放电。因此,当一个终端遇到完整电池或几乎耗尽的电池时,其相应的供求请求将被适当优先排列。

在设计调度程序请愿优先级方案时应考虑哪些其他相似性?下面的表2列出了几个例子。通过Eloncity试点项目,我们期望找出涵盖所有可能情景的更多的相似性。基金会将持续更新作为参考的请愿优先级(表2)。

为防止某些端点占用DCBus,我们因此要求具有较高优先级关联性的请求只能使用3分钟的时间间隔。端点可以始终提交多个请求以缓解其严重情况。调度程序可能会根据DCBus的负载,不时地拒绝来自端点的紧急请求。调度程序还将预留一定比例的DCBus容量用于长时间的能源交换。调度程序将通过使用预留容量来分配长时段的请求。如果预留容量被完全分配且没有更高优先级的请求,将会被分配给具有较长时段的请求。

7.基础负载服务提供商(BLSP)的职责

我们期望BLSP在提供服务方面展开竞争,并在微电网间能源交换中代表其家庭微电网。如果Eloncity微电网靠近集中式交流电网,预计BLSP将连接到这些相邻的集中式交流电网。根据交流电网的市场价格,连接到集中式交流电网的BLSP也有望在Eloncity微电网和集中式交流电网之间进行能源交换。现有的电力公司也可以作为位于其服务区的Eloncity微电网的BLSP。BLSP被定义为具有以下功能:

•根据ECTP规范设置并维持本地直流电压等级;
•有权选择填补微电网时间任何未履行的交易合同;
•强化最高和最低价格,绝对不允许Eloncity微电网中的任何人滥用系统,否则容易造成抬高售价或者刻意压低买价的问题;
•BLSP应该与微电网内所有其他端点,能源消费者公平竞争;
•当本地产能过多时,BLSP将以市场价收购这些本地能量,并将剩余能量输出到其他微电网或相邻的集中式电网;
•从邻近的微电网或集中式电网处购买短缺的能源,并转售给社区成员获利;
•BLSP将优化需要进口的电能的水平,从而使电能进口保持恒定的速率,并将向微电网或集中式电网购买电能的费用降至最低;
•利用微电网的多余能源为公用电网提供辅助服务;
•进行商业挖矿,并将新收获的可再生能源储存在DCBus的BESS和社区的太阳能和风力发电机组的系统中。

8.与集中式电网相结合

如果Eloncity微电网没有足够的本地可再生资源来满足其能源需求,Eloncity微电网可以从现有的集中式交流电网进口。进口能源可能来自当地附近的发电厂,远程太阳能农场,风力发电场和水力发电厂。

Eloncity微电网的需求是稳定且可预测的。Eloncity微电网有助于减少集中式电网通常经历的高峰需求或间歇性可再生能源出口。供需稳定性的增加将减少对集中式电网网络进行复杂电流管理的需求。快速重新布线不再是至关重要的,因为每个微电网拥有足够的存储能量以消除所有间歇性故障,维持微电网所需的功率水平,直到替代发电资源上线为止。Eloncity微电网能够为邻近的集中式电网提供辅助服务,使当地的公用事业公司避免或减少昂贵的基础设施升级。

随着Eloncity微电网变得更加能源独立,所需的预留容量将会减少。因此,中央电网将有额外的能力来支持其服务领域的EV增长。此外,现有的集中式交流电网将获得额外的容量,随着峰值的不可预测性的降低,所需的备用容量亦会减少,集中式电网可以自信地添加额外的负载而不用担心网络过载。换句话说,Eloncity微电网稳定本地负载需求和提供辅助服务的能力将帮助邻近的集中式电网降低运营成本并降低对于昂贵的基础设施升级的需求。

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