導(dǎo)語(yǔ)
“能源三元悖論”，即環(huán)境可持續(xù)、能源平等和能源安全，是現(xiàn)代人類社會(huì)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題之一。為解決這一問(wèn)題，全球范圍內(nèi)正開展著一場(chǎng)前所未有的能源革命。作為有望解決人類社會(huì)“能源三元悖論”的一種重要手段，端對(duì)端能源交易在近年涌現(xiàn)并快速發(fā)展。在端對(duì)端能源交易中，分布式能源直接互相進(jìn)行能源的交易和共享。
中國(guó)工程院院刊《Engineering》刊發(fā)《端對(duì)端能源交易現(xiàn)狀分析與展望》，基于對(duì)學(xué)術(shù)論文、研究項(xiàng)目和工程實(shí)踐的綜合調(diào)研，總結(jié)分析了端對(duì)端能源交易的全球發(fā)展現(xiàn)狀。文章討論了端對(duì)端能源交易的5個(gè)主要方面：市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)、交易平臺(tái)、物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)科學(xué)視角以及政策法規(guī)；針對(duì)每一方面，對(duì)現(xiàn)有相關(guān)研究和實(shí)踐均進(jìn)行了批判性分析，并就未來(lái)的發(fā)展方向做出了展望。文章指出，端對(duì)端能源交易是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，為全球?qū)W術(shù)界和工業(yè)界提供了巨大潛力和機(jī)會(huì)。
一、引言
“能源三元悖論”是現(xiàn)代人類社會(huì)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題之一，包括環(huán)境可持續(xù)、能源平等和能源安全這三個(gè)至關(guān)重要、需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)但有時(shí)相互矛盾的目標(biāo)。為解決這一問(wèn)題，全球范圍內(nèi)正開展著一場(chǎng)前所未有的能源革命。
據(jù)估計(jì)，全球每年在能源基礎(chǔ)設(shè)施的相關(guān)投入超過(guò)2.0×1012美元?！澳茉慈Ｕ摗钡慕鉀Q方案可以分為兩大方向：
一是通過(guò)更廣泛的全球能源系統(tǒng)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)資源在區(qū)域、國(guó)內(nèi)甚至國(guó)際范圍內(nèi)的合理配置，例如，全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織（Global Energy Interconnection Development and Cooperation Organization, GEIDCO）在許多方面的研究和實(shí)踐；
二是通過(guò)發(fā)展本地化的能源解決方案，如智能本地能源系統(tǒng)（smart local energy system），為大能源系統(tǒng)建立具有自我管理能力的、魯棒的基本能源管理單元（cell）。
學(xué)術(shù)界和工業(yè)界普遍認(rèn)為，沒(méi)有一種單獨(dú)的方案是能夠完全解決“能源三元悖論”的“靈丹妙藥”，因此結(jié)合“大互聯(lián)”和“本地化”的全系統(tǒng)方法（whole-system approach）是應(yīng)對(duì)未來(lái)全球能源挑戰(zhàn)的必由之路。
本地化能源解決方案的涌現(xiàn)是分布式能源（distributed energy resource, DER）快速發(fā)展和接入的結(jié)果。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的潮流是單向的——電能由大型集中式電廠發(fā)出，依次經(jīng)由高壓輸電網(wǎng)絡(luò)和相對(duì)低壓的配電網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)數(shù)次變電最終傳輸?shù)浇K端用戶。與之相應(yīng)，傳統(tǒng)電力市場(chǎng)也是單向的——發(fā)電企業(yè)在電力批發(fā)市場(chǎng)將大量電能賣給售電企業(yè)，而售電企業(yè)在電力零售市場(chǎng)再將從發(fā)電企業(yè)處批發(fā)的電能零散地賣給終端用戶。然而，各種分布式發(fā)電機(jī)組、儲(chǔ)能設(shè)備和靈活負(fù)荷在內(nèi)的分布式能源的出現(xiàn)，在技術(shù)和商業(yè)模式上改變了電力系統(tǒng)的單向格局。從技術(shù)的角度，分布式電源引發(fā)的電力系統(tǒng)雙向潮流以及可再生能源本身的間歇性和隨機(jī)性給現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)劃、運(yùn)行和保護(hù)帶來(lái)了許多新的挑戰(zhàn)，但與此同時(shí)，分布式能源本身具有的靈活性又給電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)提供了寶貴的資源。從商業(yè)模式的角度，分布式能源屬于大量位于電力系統(tǒng)邊緣的小用戶，打破了大型發(fā)電企業(yè)對(duì)電能供應(yīng)的寡頭壟斷，為本地化電力市場(chǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展提供了機(jī)會(huì)。
近年來(lái)涌現(xiàn)的端對(duì)端能源交易（peer-to-peer energy trading）正吸引越來(lái)越多的關(guān)注。在端對(duì)端能源交易中，擁有分布式能源的用戶[由于這些用戶同時(shí)具備發(fā)電和用電的能力，因此又被稱為“電力產(chǎn)消者”（prosumers）]可以直接互相進(jìn)行能源交易和共享。相比以自然壟斷和規(guī)模效應(yīng)為特點(diǎn)的傳統(tǒng)電力市場(chǎng)，端對(duì)端能源交易可以看作是“共享經(jīng)濟(jì)”的一個(gè)范例——猶如用戶通過(guò)優(yōu)步（Uber）共享未充分利用的私家車以及通過(guò)愛(ài)彼迎（Airbnb）共享未充分利用的房產(chǎn)，端對(duì)端能源交易使用戶可以與其他用戶共享多余的本地發(fā)電或電力靈活性，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)者和消費(fèi)者在經(jīng)濟(jì)利益上的雙贏。
電力用戶發(fā)用電曲線的多樣性（即在同一時(shí)刻，一部分用戶有本地發(fā)電節(jié)余，而另一部分用戶則有本地發(fā)電不足）是端對(duì)端能源交易得以展開的基礎(chǔ)。在許多國(guó)家，為了促進(jìn)分布式發(fā)電的本地消納，分布式發(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)往往低于用戶的購(gòu)電電價(jià)，這給用戶尋求彼此之間的直接電力交易提供了基本的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)。此外，在全球范圍內(nèi)，例如，在美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞、新西蘭、葡萄牙和西班牙，分布式發(fā)電的上網(wǎng)補(bǔ)貼不斷下降是趨勢(shì)，這進(jìn)一步促使用戶尋求建立本地的端對(duì)端能源交易市場(chǎng)。
從電力系統(tǒng)調(diào)度的角度看，端對(duì)端能源交易為未來(lái)管理高滲透分布式能源提供了一種重要的手段。分布式能源具有種類多樣，運(yùn)行特性、接入容量、接入地點(diǎn)和所有權(quán)各異的特點(diǎn)，因此傳統(tǒng)的集中調(diào)度方法既不可行也不經(jīng)濟(jì)。在此情況下，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的端對(duì)端能源交易機(jī)制，分布式能源可以自發(fā)實(shí)現(xiàn)功率和能量上的平衡，從而減輕其給上級(jí)電網(wǎng)帶來(lái)的壓力和不確定性。進(jìn)一步地，通過(guò)合理的機(jī)制設(shè)計(jì)（如一些學(xué)者提出的“聯(lián)邦電廠”概念），端對(duì)端能源交易中的分布式能源可以提供輔助服務(wù)，支撐上級(jí)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
基于全球端對(duì)端能源交易的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)和研究成果，本文分5個(gè)關(guān)鍵方面對(duì)現(xiàn)有相關(guān)研究和工程實(shí)踐進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)和分析。本文的組織結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)繪制了端對(duì)端能源交易的全球圖景，系統(tǒng)總結(jié)了全球的相關(guān)學(xué)術(shù)論文、科研項(xiàng)目和工程項(xiàng)目；第3節(jié)具體從5個(gè)方面對(duì)端對(duì)端能源交易進(jìn)行了闡述和分析，包括市場(chǎng)機(jī)制、交易平臺(tái)、物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)科學(xué)視角以及政策法規(guī)；第4節(jié)對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)。
二、全球端對(duì)端能源交易發(fā)展圖景
在許多國(guó)家，端對(duì)端能源交易正受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界越來(lái)越多的關(guān)注。本節(jié)總結(jié)并分析全球相關(guān)學(xué)術(shù)論文、科研項(xiàng)目和工程項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，展示端對(duì)端能源交易的全球發(fā)展圖景。本節(jié)內(nèi)容基于超過(guò)30篇學(xué)術(shù)論文、8個(gè)科研項(xiàng)目以及20個(gè)工程項(xiàng)目的相關(guān)資料。
（一）學(xué)術(shù)論文
基于對(duì)超過(guò)30篇學(xué)術(shù)論文的總結(jié)分析，繪制了全球端對(duì)端能源交易學(xué)術(shù)研究的圖景，具體過(guò)程如下：首先在IEEE Xplore、ScienceDirect、MDPI和Springer輸入“peer-to-peer”“energy trading”“energy sharing”以及它們的組合作為關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索；然后通過(guò)對(duì)相應(yīng)論文的標(biāo)題、關(guān)鍵詞及摘要的閱讀，篩選出與端對(duì)端能源交易直接相關(guān)的論文。值得指出的是，考慮到會(huì)議論文巨大的數(shù)量以及部分會(huì)議論文最終將拓展成期刊論文，因此所選論文僅限于期刊論文。所得的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示，更多詳細(xì)信息參見(jiàn)Appendix A中的表S1。
如圖1所示，相比2017年，端對(duì)端能源交易的相關(guān)論文在2018年有一個(gè)非常陡峭的增長(zhǎng)。截至2019年3月底，相關(guān)期刊論文的數(shù)量已達(dá)到11篇，已超過(guò)2018年半年的數(shù)量，相關(guān)論文的數(shù)量會(huì)繼續(xù)保持指數(shù)增長(zhǎng)的勢(shì)頭。該統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明端對(duì)端能源交易在學(xué)術(shù)界正引發(fā)越來(lái)越多的注意和興趣。值得指出的是，上述結(jié)果均基于前文所述的特定關(guān)鍵詞和篩選過(guò)程，因此端對(duì)端能源交易實(shí)際相關(guān)論文的數(shù)量要遠(yuǎn)高于圖1中的統(tǒng)計(jì)數(shù)字。此外，圖1中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果從2015年開始，但這并不意味著端對(duì)端能源交易領(lǐng)域的第一篇論文發(fā)表于2015年。在2015年之前，也可能有相關(guān)的論文發(fā)表，但由于本文采用的論文篩選方法的限制，因此其未被囊括。圖1的結(jié)果主要為展示端對(duì)端能源交易領(lǐng)域相關(guān)論文快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。這些分析同樣也適用于圖2和圖3的相關(guān)結(jié)果。另外再次強(qiáng)調(diào)，圖1中2019年的相關(guān)數(shù)據(jù)截至2019年3 月底。
圖1 端對(duì)端能源交易相關(guān)期刊論文統(tǒng)計(jì)（按年）。2019年的論文數(shù)量截至2019年3月底
圖2展示了各個(gè)國(guó)家相關(guān)論文的發(fā)表數(shù)量。英國(guó)是目前發(fā)表端對(duì)端能源交易相關(guān)論文最多的國(guó)家，而歐盟國(guó)家作為一個(gè)整體貢獻(xiàn)了超過(guò)全球論文總數(shù)55%的論文，顯著超過(guò)全球其他國(guó)家和地區(qū)。澳大利亞產(chǎn)出的相關(guān)論文排名全球第二。此外，亞洲國(guó)家（包括中國(guó)、新加坡和日本）和北美國(guó)家（包括美國(guó)和加拿大）也產(chǎn)出了許多相關(guān)論文，分別為9篇和5篇。
圖2 端對(duì)端能源交易相關(guān)期刊論文統(tǒng)計(jì)（按國(guó)家）
從研究主題看，如圖3所示，絕大多數(shù)論文聚焦于端對(duì)端能源交易的市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)，而交易平臺(tái)、社會(huì)科學(xué)視角、物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施以及政策法規(guī)的相關(guān)論文數(shù)量分列第二到第五位。這可能是因?yàn)槎藢?duì)端能源交易仍在發(fā)展的早期階段，所以大多數(shù)研究首先聚焦于如何讓交易在現(xiàn)實(shí)中發(fā)生。另外圖3的數(shù)據(jù)也顯示出政策法規(guī)相關(guān)研究的相對(duì)不足，這在未來(lái)需要加強(qiáng)。
圖3 端對(duì)端能源交易相關(guān)期刊論文統(tǒng)計(jì)（按研究焦點(diǎn)）
（二）科研項(xiàng)目
世界上一些國(guó)家的政府和科研資助機(jī)構(gòu)支持了一些促進(jìn)端對(duì)端能源交易發(fā)展的科研項(xiàng)目。與學(xué)術(shù)論文的搜索和篩選過(guò)程類似，首先在Google中輸入“peer-to-peer”“energy trading”“energy sharing”以及它們的組合，與“project”一詞一起作為關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索；然后對(duì)搜索出的內(nèi)容進(jìn)行人工檢查和篩選，去除不相關(guān)的結(jié)果。
端對(duì)端能源交易領(lǐng)域一個(gè)顯著的科研項(xiàng)目是歐盟地平線2020計(jì)劃（Horizon 2020）資助的P2P-SmarTest項(xiàng)目（Peer-to-Peer Smart Energy Distribution Networks，即“端對(duì)端智能能源配送網(wǎng)絡(luò)”）。該項(xiàng)目始于2015年，結(jié)束于2018年，覆蓋了端對(duì)端能源交易的4個(gè)主要方面，包括市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)、交易平臺(tái)、物理和信息基礎(chǔ)設(shè)施以及政策法規(guī)。另一個(gè)大項(xiàng)目是P2P-3M項(xiàng)目（Peer-to-Peer Energy Trading and Sharing–Multi-times, Multi-scales, Multi-qualities，即“多時(shí)間尺度、多空間范圍及多種質(zhì)量下的端對(duì)端能源交易與共享”）。該項(xiàng)目由英國(guó)工程與自然科學(xué)研究理事會(huì)（Engineering and Physical Sciences Research Council, EPSRC）資助，始于2016年，將于2020年結(jié)束。該項(xiàng)目旨在建立與多樣化社會(huì)要求相一致的端對(duì)端能源交易技術(shù)與市場(chǎng)體系。
其他端對(duì)端能源交易的相關(guān)科研項(xiàng)目包括Energy Collective（能源集合體）、EnerPort（能源端口）、 NOBEL（面向相鄰地區(qū)的電力中介和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）、 P2P Energy Trading Schemes for Sustainable Cities（可持續(xù)城市的端對(duì)端能源交易機(jī)制）、Peer Energy Cloud （端對(duì)端能源云）以及Street2Grid（街道電網(wǎng)服務(wù)）。這些項(xiàng)目覆蓋了包括市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)、交易平臺(tái)、基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)科學(xué)視角以及政策法規(guī)等不同方面。更多細(xì)節(jié)參見(jiàn)Appendix A中的表S2。
另外，從表S2可以看出，絕大多數(shù)科研項(xiàng)目（7/8）來(lái)自于歐洲。從研究主題的角度看，不同項(xiàng)目有不同的主題，但大多數(shù)項(xiàng)目集中于市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)和交易平臺(tái)這兩大主題。也有一些項(xiàng)目聚焦于物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施以及政策法規(guī)議題，但只有很少的項(xiàng)目（1/8）從社會(huì)科學(xué)的視角進(jìn)行考慮。
（三）工程項(xiàng)目
全球關(guān)于端對(duì)端能源交易的相關(guān)試點(diǎn)和商業(yè)化項(xiàng)目的數(shù)量近年來(lái)迅速增長(zhǎng)，項(xiàng)目的資助主體既有高科技初創(chuàng)公司，也有能源和信息工業(yè)里的巨頭。數(shù)據(jù)搜集采用了與前文類似的搜索與篩選過(guò)程，即首先輸入“peer-to-peer”“energy trading”“energy sharing”以及它們的組合與“project”一詞一起作為關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索；然后對(duì)搜索出的內(nèi)容進(jìn)行人工檢查和篩選，去除掉不相關(guān)的結(jié)果。值得指出的是，原則上所選項(xiàng)目均為已經(jīng)啟動(dòng)、正在進(jìn)行的項(xiàng)目，仍在規(guī)劃階段的項(xiàng)目均不入選。相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4和圖5所示。更多詳情參見(jiàn)Appendix A中的表S3。
如圖4所示，美國(guó)和歐洲國(guó)家的端對(duì)端能源交易的相關(guān)實(shí)踐最為活躍，其中美國(guó)和德國(guó)擁有世界上最多數(shù)量的端對(duì)端能源交易工程項(xiàng)目。圖5顯示70%的工程項(xiàng)目聚焦于本地層級(jí)，具體包括樓宇、社區(qū)、微網(wǎng)和配電網(wǎng)等。另外30%的工程項(xiàng)目聚焦于全國(guó)層級(jí)，具體解決跨不同大區(qū)或電力批發(fā)市場(chǎng)中發(fā)電機(jī)組和用戶間的端對(duì)端能源交易問(wèn)題。
圖4 端對(duì)端能源交易工程項(xiàng)目所占比例（按國(guó)家）
圖5 端對(duì)端能源交易工程項(xiàng)目所占比例（按范圍）
值得特別注意的是，幾乎所有本文中調(diào)查到的工程項(xiàng)目（詳細(xì)列表見(jiàn)表S3）均涉及利用區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)端對(duì)端能源交易提供支撐，這表明區(qū)塊鏈技術(shù)可能是能夠?qū)崿F(xiàn)端對(duì)端能源交易的最有前景的技術(shù)之一。
（四）關(guān)于所繪制的端對(duì)端能源交易全球圖景的局限性的討論
在本文所討論的論文和項(xiàng)目之外，仍可能有其他許多論文和項(xiàng)目事實(shí)上與端對(duì)端能源交易相關(guān)，但沒(méi)有包含在本文的統(tǒng)計(jì)和討論之中，原因在于如第2.1節(jié)至第2.3節(jié)所述，在搜索時(shí)使用了“peer-to-peer”（端對(duì)端）、“energy trading”（能源交易）、“energy sharing”（能源共享）以及它們的組合作為關(guān)鍵詞，但其他一些文獻(xiàn)可能用了其他一些關(guān)鍵字，如“energy exchange”（能源交換）、“l(fā)ocal electricity market”（本地能源市場(chǎng)）及“prosumer business”（產(chǎn)消者商業(yè)模式）等。其他關(guān)鍵詞沒(méi)有被使用的原因是它們的“效率”比較低，即大多數(shù)結(jié)果并不與端對(duì)端能源交易相關(guān)。
此外，如第2.1節(jié)至第2.3節(jié)所述，所有的搜索結(jié)果是人工檢查和篩選的，因此很大程度上依賴于作者本身知識(shí)儲(chǔ)備和主觀判斷。另如第2.1節(jié)中所述，在學(xué)術(shù)論文的篩選過(guò)程中，僅閱讀了論文的標(biāo)題、關(guān)鍵詞和摘要，因此可能會(huì)有一些遺漏，因?yàn)橐恍┱撐目赡苁聦?shí)上與端對(duì)端能源交易相關(guān)，但卻很難從標(biāo)題、關(guān)鍵詞及摘要中判斷出來(lái)。
最后，如第2.1節(jié)中所述，本文調(diào)查的學(xué)術(shù)論文僅從期刊論文中選取，但還有許多跟端對(duì)端能源交易相關(guān)的會(huì)議論文和預(yù)印本論文。此外，本文調(diào)查的學(xué)術(shù)論文僅從IEEE Xplore、ScienceDirect、 MDPI和Springer中選取，但其他數(shù)據(jù)庫(kù)中也可能有端對(duì)端能源交易的相關(guān)研究。
雖然具有上述局限性，但我們相信本文仍覆蓋了相當(dāng)數(shù)量的與端對(duì)端能源交易相關(guān)的前沿研究和項(xiàng)目?；谶@些調(diào)查我們進(jìn)行了進(jìn)一步的有益分類、分析并做了展望。
三、端對(duì)端能源交易研究的主要方面——綜述和展望
基于對(duì)現(xiàn)今學(xué)術(shù)界和工業(yè)界端對(duì)端能源交易相關(guān)研究進(jìn)展的調(diào)研，本文總結(jié)了端對(duì)端能源交易研究的5個(gè)主要方面并進(jìn)行了分析。5個(gè)主要方面包括：市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)、交易平臺(tái)、物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)科學(xué)視角以及政策法規(guī)。用于總結(jié)這些主要方面的材料已在第2節(jié)中做了綜述，具體的材料列表見(jiàn)Appendix A。在本節(jié)下面的內(nèi)容中，將對(duì)各個(gè)主要方面先進(jìn)行闡述，然后對(duì)現(xiàn)有相關(guān)研究和實(shí)踐進(jìn)行分析，最后對(duì)未來(lái)研究做出展望。本文總結(jié)的端對(duì)端能源交易研究的主要方面如圖6所示。
圖6 端對(duì)端能源交易主要議題概覽
（一）市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)
面向含有高滲透分布式能源的現(xiàn)代電力系統(tǒng)的創(chuàng)新市場(chǎng)機(jī)制是端對(duì)端能源交易研究的一個(gè)重要方面。下面將從如下角度對(duì)端對(duì)端能源交易的市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)做出討論，包括：基于市場(chǎng)集中度的市場(chǎng)分類、電力產(chǎn)品的異質(zhì)化、市場(chǎng)穩(wěn)定性、與外部市場(chǎng)的關(guān)系以及基于博弈論的視角。
1. 集中式市場(chǎng)、分散式市場(chǎng)還是分布式市場(chǎng)？
根據(jù)市場(chǎng)的集中程度，可以將端對(duì)端能源交易市場(chǎng)分為集中式市場(chǎng)、分散式市場(chǎng)和分布式市場(chǎng)，如圖7 所示。
圖7 端對(duì)端能源交易市場(chǎng)分類。（a）集中式市場(chǎng)；（b）分散式市場(chǎng)；（c）分布式市場(chǎng)
（1）集中式市場(chǎng)
集中式市場(chǎng)需要有一個(gè)能夠與所有參與端對(duì)端能源交易的用戶通訊的市場(chǎng)協(xié)調(diào)者。在集中式市場(chǎng)中，市場(chǎng)協(xié)調(diào)者直接決定用戶的能源輸入/輸出量，甚至直接決定用戶設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。市場(chǎng)協(xié)調(diào)者還負(fù)責(zé)根據(jù)提前制定的規(guī)則分配端對(duì)端能源交易的收益，例如，制定端對(duì)端能源交易的價(jià)格，從而決定用戶的收益。
集中式市場(chǎng)的一大優(yōu)點(diǎn)是可以最大化端對(duì)端能源交易集體的“總收益”（social welfare），市場(chǎng)協(xié)調(diào)者可以將最大化端對(duì)端能源交易集體的總收益作為優(yōu)化其決策的目標(biāo)函數(shù)（如文獻(xiàn)中的方法）。進(jìn)行集中管理的另一優(yōu)點(diǎn)是市場(chǎng)中用戶的發(fā)用電模式的不確定性較低，不同于將于后面闡述的分散式或分布式市場(chǎng)，集中式市場(chǎng)中用戶的運(yùn)行狀態(tài)由市場(chǎng)協(xié)調(diào)者直接決定。
集中式市場(chǎng)的一個(gè)主要缺點(diǎn)在于隨著所管理的分布式能源規(guī)模的擴(kuò)大，它會(huì)給集中式管理系統(tǒng)帶來(lái)指數(shù)級(jí)的計(jì)算和通信負(fù)擔(dān)。集中式市場(chǎng)的其他缺點(diǎn)包括用戶隱私和自治性（autonomy）問(wèn)題：用戶隱私方面，市場(chǎng)協(xié)調(diào)者所收集的相關(guān)數(shù)據(jù)包含了很多用戶的隱私，數(shù)據(jù)的泄露或?yàn)E用可能造成用戶隱私泄露的風(fēng)險(xiǎn)；用戶自治性方面，市場(chǎng)協(xié)調(diào)者對(duì)用戶設(shè)備的直接控制嚴(yán)重?fù)p害了用戶的自治性，一些用戶對(duì)此可能頗為敏感。此外，集中式市場(chǎng)還有較大的“單點(diǎn)故障”（single-point failure）風(fēng)險(xiǎn)（在市場(chǎng)協(xié)調(diào)者處）。
已有許多研究提出或探討了端對(duì)端能源交易的集中式市場(chǎng)設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)提出了一個(gè)優(yōu)化模型，以使裝有光伏電池和電池組的家庭的經(jīng)濟(jì)利益最大化。該模型為不同用戶間的端對(duì)端能源交易指定了固定的價(jià)格。Lüth 等研究了集中式電池和分散式電池在P2P能源交易中的作用和價(jià)值，并提出了兩個(gè)市場(chǎng)設(shè)計(jì)，即“Flexi用戶”和“Pool Hub”，這兩個(gè)都是集中式市場(chǎng)。文獻(xiàn)提出在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中為基于區(qū)塊鏈的端對(duì)端能源交易配備和使用本地電力儲(chǔ)備，主要用于減少區(qū)塊鏈的長(zhǎng)度和減少電能傳輸損耗。文獻(xiàn)提出了一個(gè)名為“Smart elecTricity Exchange Platform, STEP”（智能電力交換平臺(tái)）的集中式端對(duì)端能源交易市場(chǎng)設(shè)計(jì)，其中端對(duì)端能源交易的價(jià)格被提前指定作為約束。文獻(xiàn)為實(shí)行端對(duì)端能源交易的微網(wǎng)社區(qū)提出了一個(gè)兩階段儲(chǔ)能控制策略，主要優(yōu)點(diǎn)在于僅需要微網(wǎng)公共耦合點(diǎn)（point of common coupling, PCC）的量測(cè)信息以及對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的單向通信信道。文獻(xiàn)為集中式端對(duì)端能源交易提出了一個(gè)名為“energy cost optimization via trade (ECOTrade)”（通過(guò)交易實(shí)現(xiàn)能源費(fèi)用最優(yōu)化）的算法。通過(guò)該算法得到的解99%是最優(yōu)解，并且更有效率。
從對(duì)上述文獻(xiàn)的分析可以看出，由于采用了全局優(yōu)化，集中式市場(chǎng)可以得到一系列包括總收益最大化在內(nèi)的好處。未來(lái)對(duì)集中式市場(chǎng)的研究可以從以下兩方面開展：
一是讓集中式市場(chǎng)在實(shí)現(xiàn)端對(duì)端能源交易之外再實(shí)現(xiàn)一些其他功能，如激勵(lì)輔助服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)阻塞管理、更加公平的用戶利益分配等；
二是嘗試解決集中式市場(chǎng)在可擴(kuò)展性、可靠性、隱私和自治性等方面的固有缺點(diǎn)和問(wèn)題。
（2）分散式市場(chǎng)
與集中式市場(chǎng)不同，分散式的端對(duì)端能源交易市場(chǎng)中沒(méi)有集中式的市場(chǎng)協(xié)調(diào)者，用戶直接與其他用戶進(jìn)行聯(lián)系和交易。因此，相比集中式市場(chǎng)，分散式市場(chǎng)中用戶的隱私得到很好的保護(hù)，并且用戶對(duì)其自身的設(shè)備擁有完全的控制權(quán)。另外，分散式市場(chǎng)的可擴(kuò)展性良好，用戶可以更容易地“即插即用”。
分散式市場(chǎng)也有其自身的缺點(diǎn)。首先，由于沒(méi)有集中的市場(chǎng)協(xié)調(diào)者，分散式市場(chǎng)的“效率”往往不高，難以保證端對(duì)端能源交易集體總收益的最優(yōu)性。其次，分散式市場(chǎng)的交易結(jié)果對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)度的可見(jiàn)性和可預(yù)見(jiàn)性相對(duì)較差，使電力系統(tǒng)調(diào)度更難管理相應(yīng)的系統(tǒng)約束以及進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化（如文獻(xiàn)中所述的雙邊合同網(wǎng)絡(luò)）。最后，用戶在分散式市場(chǎng)中面臨很大的不確定性，這使得一些弱勢(shì)用戶的利益容易得不到保障，例如，在文獻(xiàn)中所提出的連續(xù)雙邊拍賣機(jī)制中，一些用戶的發(fā)電或負(fù)荷可能被削減。
與集中式市場(chǎng)的研究相比，關(guān)于分散式市場(chǎng)的學(xué)術(shù)論文數(shù)量相對(duì)較少。文獻(xiàn)提出了一種可以適用于遠(yuǎn)期市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)的完全分散式雙邊合同網(wǎng)絡(luò)。其中，用戶偏好的“完全可替代條件”（fully substitutability condition）是所提合同網(wǎng)絡(luò)有穩(wěn)定結(jié)果的前提。文獻(xiàn)提出了一種基于“多邊經(jīng)濟(jì)調(diào)度”（multi-bilateral economic dispatch）模型以及“松弛共識(shí)+創(chuàng)新”（relaxed consensus + innovation）方法的分散式端對(duì)端能源交易市場(chǎng)解決方案。作者宣稱所提方案可以在尊重用戶多樣性的偏好的同時(shí)實(shí)現(xiàn)端對(duì)端能源交易集體總收益的最大化。文獻(xiàn)提出了一種基于區(qū)塊鏈的、面向端對(duì)端能源交易的“自動(dòng)貶值”（demurrage）機(jī)制，其中以能源為基礎(chǔ)的區(qū)塊鏈代幣的幣值隨時(shí)間的增長(zhǎng)而貶值，從而激勵(lì)用戶在有多余本地發(fā)電的時(shí)刻用電。文獻(xiàn)提出了一種端對(duì)端能源交易的多代理聯(lián)盟機(jī)制。此外，早在 2014年的一個(gè)研究中，作者提出了一種微電網(wǎng)間進(jìn)行端對(duì)端能源交易的簡(jiǎn)單機(jī)制，其中端對(duì)端能源交易價(jià)格隨時(shí)間變化而變化，但被提前指定。同時(shí)，微電網(wǎng)通過(guò)查找一個(gè)固定的順序表決定與哪些微電網(wǎng)進(jìn)行交易。
從上述文獻(xiàn)綜述可以看出，相比于集中式市場(chǎng)多采用全局優(yōu)化的方法，分散式端對(duì)端能源交易市場(chǎng)的形式就更為多樣化，包括雙邊合同網(wǎng)絡(luò)、共識(shí)方法、區(qū)塊鏈代幣自動(dòng)貶值機(jī)制、多代理方法等多種機(jī)制。然而完全分散式市場(chǎng)往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)，因此還有進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有市場(chǎng)機(jī)制或提出新的市場(chǎng)機(jī)制以實(shí)現(xiàn)更好性能的空間。此外，現(xiàn)有分散式市場(chǎng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中往往對(duì)用戶的行為決策機(jī)制有一定的假設(shè)，但在現(xiàn)實(shí)中，用戶的行為決策往往很復(fù)雜、有很強(qiáng)的不確定性，因此，分散式市場(chǎng)在實(shí)際中的效果有待進(jìn)一步研究和評(píng)估。最后，與集中式市場(chǎng)類似，分散式市場(chǎng)中也可以加入進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，激勵(lì)用戶為電力系統(tǒng)提供其他支撐輔助服務(wù)。
（3）分布式市場(chǎng)
分布式市場(chǎng)是一種介于集中式市場(chǎng)和分散式市場(chǎng)之間的市場(chǎng)機(jī)制。與集中式市場(chǎng)的協(xié)調(diào)者直接控制用戶的能源輸入/輸出量或直接控制用戶設(shè)備不同，分布式市場(chǎng)的協(xié)調(diào)者往往通過(guò)價(jià)格信號(hào)間接影響用戶的行為。與完全分散式市場(chǎng)相比（如與文獻(xiàn)相比），分布式市場(chǎng)具有一個(gè)市場(chǎng)協(xié)調(diào)者，因此用戶的用電行為可以得到更好的協(xié)調(diào)。與集中式市場(chǎng)相比（如與文獻(xiàn)相比），分布式市場(chǎng)往往需要更少的量測(cè)數(shù)據(jù)，并且也不直接控制用戶設(shè)備，因此可以更好地保障用戶的隱私和自治性。總之，分布式市場(chǎng)結(jié)合了集中式市場(chǎng)和分散式市場(chǎng)的特點(diǎn)，是一種居中的解決方法。
已有許多研究對(duì)分布式端對(duì)端能源交易市場(chǎng)進(jìn)行了探討。文獻(xiàn)提出了一個(gè)迭代式的雙邊拍賣機(jī)制，最大化參與端對(duì)端能源交易的電動(dòng)汽車的總收益。文獻(xiàn)提出了一種應(yīng)用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和能源區(qū)塊鏈的、基于斯坦伯格（Stackelberg）博弈和信用貸款（credit-based loans）的定價(jià)策略。文獻(xiàn)提出了3種用于微電網(wǎng)社區(qū)端對(duì)端能源交易的定價(jià)機(jī)制，包括賬單共享機(jī)制（bill-sharing）、中間價(jià)機(jī)制（mid-market rate）和基于拍賣的定價(jià)機(jī)制。文獻(xiàn)基于對(duì)電動(dòng)汽車線性投標(biāo)價(jià)格函數(shù)的假設(shè)，采用一種二次規(guī)劃模型為端對(duì)端能源交易進(jìn)行定價(jià)。文獻(xiàn)提出了針對(duì)多種能源產(chǎn)品端對(duì)端能源交易的分布式價(jià)格導(dǎo)向優(yōu)化機(jī)制。文獻(xiàn)提出了一種基于非合作博弈（non-cooperative game）、演化博弈（evolutional game）和斯坦伯格博弈的端對(duì)端能源交易迭代式定價(jià)機(jī)制。文獻(xiàn)提出一種共識(shí)交換乘子法（alternating direction method of multipliers, ADMM）進(jìn)行內(nèi)源性（endogenous）端對(duì)端經(jīng)濟(jì)調(diào)度。文獻(xiàn)提出了一種事件觸發(fā)的本地市場(chǎng)，在這種情況下，市場(chǎng)中的能源零售商基于事件觸發(fā)的雙邊拍賣模型決定臨時(shí)市場(chǎng)的費(fèi)率。文獻(xiàn)提出了一種基于價(jià)格需求響應(yīng)的微電網(wǎng)端對(duì)端能源共享模型，其中的動(dòng)態(tài)內(nèi)部定價(jià)模型基于微電網(wǎng)中能源的供求比。
從上述文獻(xiàn)綜述可以看出，分布式市場(chǎng)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是設(shè)計(jì)一種合適的端對(duì)端能源交易定價(jià)機(jī)制。此外，建立合理的用戶行為決策模型和合理的定價(jià)模型實(shí)施機(jī)制（如一次性/迭代式執(zhí)行機(jī)制、同步/異步執(zhí)行機(jī)制等）也十分重要。文獻(xiàn)給出了分布式端對(duì)端能源交易市場(chǎng)的抽象層次化模型，并提出了一套多代理仿真框架和評(píng)估指標(biāo)體系，用于仿真和評(píng)估分布式端對(duì)端能源交易市場(chǎng)設(shè)計(jì)。
分布式市場(chǎng)的未來(lái)研究方向包括設(shè)計(jì)一種能夠同時(shí)激勵(lì)端對(duì)端能源交易和輔助服務(wù)的機(jī)制。分布式市場(chǎng)的設(shè)計(jì)還需考慮用戶實(shí)際的行為決策模型以及現(xiàn)實(shí)的市場(chǎng)實(shí)施機(jī)制。此外，分布式市場(chǎng)的收斂性也是重要的研究課題，以避免市場(chǎng)發(fā)散帶來(lái)的不良后果。
2. 電力產(chǎn)品的異質(zhì)化
現(xiàn)行電力市場(chǎng)中的電力產(chǎn)品主要通過(guò)時(shí)間進(jìn)行異質(zhì)化區(qū)分。在電力批發(fā)市場(chǎng)中，覆蓋不同時(shí)間范圍的電力產(chǎn)品（如短期合同、中期合同和長(zhǎng)期合同）往往具有不同的價(jià)格。在電力零售市場(chǎng)中，分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)、尖峰電價(jià)等機(jī)制在世界上許多國(guó)家和地區(qū)采用。電力產(chǎn)品有時(shí)也根據(jù)用戶的累計(jì)用電量進(jìn)行區(qū)別，一個(gè)典型的例子是在中國(guó)、加拿大、南非等國(guó)家實(shí)行的階梯電價(jià)機(jī)制。
端對(duì)端能源交易市場(chǎng)的出現(xiàn)為電力產(chǎn)品的進(jìn)一步異質(zhì)化提供了機(jī)會(huì)——端對(duì)端能源交易市場(chǎng)規(guī)模較小，往往服務(wù)于具有具體特點(diǎn)的特定用戶群體，因此適合試點(diǎn)各種靈活的市場(chǎng)設(shè)計(jì)。已有少量研究對(duì)端對(duì)端能源交易市場(chǎng)中電力產(chǎn)品的異質(zhì)化做了探討。文獻(xiàn)提出了一種端對(duì)端能源交易中的多類別能源管理方法，其中的電力產(chǎn)品分為“綠色電力”“補(bǔ)貼電力”和“電網(wǎng)電力”3類。文獻(xiàn)提出的基于共識(shí)的方法可以適用于電力產(chǎn)品的異質(zhì)化——一種可能的方案即是基于用戶間的歐氏距離征收不同水平的附加費(fèi)，從而對(duì)電力產(chǎn)品進(jìn)行區(qū)別。
未來(lái)研究方向包括：為電力產(chǎn)品的異質(zhì)化提出不同的端對(duì)端能源交易市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)，以及提出不同的電力產(chǎn)品異質(zhì)化方法，如基于電能質(zhì)量的異質(zhì)化方案、基于供電可靠性的異質(zhì)化方案等。電力產(chǎn)品的異質(zhì)化的相關(guān)內(nèi)容總結(jié)如圖8所示。
圖8 電力產(chǎn)品的異質(zhì)化
3. 組成端對(duì)端能源交易聯(lián)盟過(guò)程中的競(jìng)爭(zhēng)性和穩(wěn)定性
幾乎所有端對(duì)端能源交易的現(xiàn)有研究都假設(shè)一個(gè)地區(qū)中僅有一個(gè)統(tǒng)一的端對(duì)端能源交易市場(chǎng)。然而現(xiàn)實(shí)中很有可能一個(gè)地區(qū)中有多個(gè)端對(duì)端能源交易服務(wù)提供商，而這些服務(wù)提供商各自建立端對(duì)端能源交易市場(chǎng)，彼此競(jìng)爭(zhēng)，招攬用戶。在這種情況下，端對(duì)端能源交易市場(chǎng)的穩(wěn)定性，即其將用戶留在市場(chǎng)之中的能力，就顯得尤為重要。
已有少量研究對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了探討。文獻(xiàn)所提的端對(duì)端能源交易機(jī)制可以保證參與端對(duì)端能源交易的用戶所得的收益不會(huì)比直接與大電網(wǎng)交易更差，但沒(méi)法保證一部分用戶脫離交易機(jī)制自組新的聯(lián)盟，以獲取更大的利益。文獻(xiàn)驗(yàn)證了所提的基于經(jīng)典聯(lián)盟理論（canonical coalition game）的端對(duì)端能源交易機(jī)制的內(nèi)核以及穩(wěn)定性，但其采用的利益分配機(jī)制能否阻止部分用戶脫離而自組聯(lián)盟還需進(jìn)一步分析。
未來(lái)研究可以集中在確保端對(duì)端能源交易的穩(wěn)定性（至少在特定條件下）。對(duì)集中式市場(chǎng)而言，市場(chǎng)的穩(wěn)定性主要取決于聯(lián)盟內(nèi)的利益分配機(jī)制。對(duì)分散式市場(chǎng)或分布式市場(chǎng)而言，市場(chǎng)的穩(wěn)定性主要在于設(shè)計(jì)合理的市場(chǎng)交易規(guī)則和定價(jià)機(jī)制。此外，一個(gè)區(qū)域內(nèi)的用戶會(huì)如何自組織而成立端對(duì)端能源交易聯(lián)盟也有待進(jìn)一步研究，這有助于更加準(zhǔn)確地評(píng)估端對(duì)端能源交易對(duì)用戶個(gè)體以及社會(huì)整體的影響。
4. 端對(duì)端能源交易市場(chǎng)與現(xiàn)行的電力批發(fā)/零售市場(chǎng)的關(guān)系
現(xiàn)今已有許多關(guān)于未來(lái)電力市場(chǎng)形態(tài)的研究和討論，但未來(lái)電力市場(chǎng)的最終形態(tài)仍是一個(gè)開放的課題。盡管如此，可以預(yù)見(jiàn)的是，傳統(tǒng)的電力批發(fā)零售市場(chǎng)體系將與端對(duì)端能源交易在未來(lái)很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)存在，因此，探究端對(duì)端能源交易市場(chǎng)與現(xiàn)行電力批發(fā)/零售市場(chǎng)間的關(guān)系是端對(duì)端能源交易研究領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。
在現(xiàn)有的端對(duì)端能源交易相關(guān)研究中，往往假設(shè)用戶首先與其他用戶進(jìn)行端對(duì)端能源交易，然后再與電力批發(fā)或零售市場(chǎng)進(jìn)行個(gè)體或集體交易以進(jìn)行功率和能量的平衡（取決于端對(duì)端能源交易市場(chǎng)的規(guī)模及具體的市場(chǎng)設(shè)計(jì)）。換言之，傳統(tǒng)電力批發(fā)/零售市場(chǎng)為端對(duì)端能源交易市場(chǎng)扮演了一個(gè)“最后平衡者”（residual balancer）的角色。文獻(xiàn)所提的基于社區(qū)的市場(chǎng)是此類關(guān)系的一個(gè)范例。其他的例子包括與電力零售市場(chǎng)互動(dòng)以及與電力批發(fā)市場(chǎng)進(jìn)行互動(dòng)。
另外，也有一些更加“通用”的端對(duì)端能源交易市場(chǎng)設(shè)計(jì)，不僅可以針對(duì)需求側(cè)裝有分布式能源的用戶間的端對(duì)端能源交易，同時(shí)也可以用于大型發(fā)電機(jī)組和電力零售商間的相關(guān)交易。文獻(xiàn)提出的“完全端對(duì)端市場(chǎng)”就是這樣的一種市場(chǎng)。文獻(xiàn)顯性地指出所提的雙邊合同網(wǎng)絡(luò)方法可以應(yīng)用于能源產(chǎn)消者、零售商及大型發(fā)電機(jī)組間的直接能源交易。文獻(xiàn)所提的市場(chǎng)機(jī)制也可以應(yīng)用于大型發(fā)電機(jī)組與用戶的直接能源交易。此外，雖然沒(méi)有明確說(shuō)明，但文獻(xiàn)所提的市場(chǎng)機(jī)制是通用的，未來(lái)有潛力拓展到需求側(cè)用戶間交易以外的場(chǎng)景。
在現(xiàn)有的將電力批發(fā)/零售市場(chǎng)作為最后平衡者的研究中，通常假設(shè)端對(duì)端能源交易市場(chǎng)的總體規(guī)模和影響還非常小，因此，進(jìn)一步將端對(duì)端能源交易市場(chǎng)中的用戶當(dāng)作是電力批發(fā)/零售市場(chǎng)的“價(jià)格接受者”（price taker）。然而，隨著未來(lái)分布式能源滲透率的逐漸提高和端對(duì)端能源交易市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，端對(duì)端能源交易市場(chǎng)的影響難以被忽略，因此，需要在未來(lái)將端對(duì)端能源交易市場(chǎng)考慮為影響電力批發(fā)/零售市場(chǎng)的“價(jià)格制定者”（price maker）。此外，針對(duì)那些同時(shí)可以囊括大型發(fā)電機(jī)組和電力零售商的端對(duì)端能源交易市場(chǎng)機(jī)制，需求側(cè)端對(duì)端能源交易和現(xiàn)有電力批發(fā)/零售市場(chǎng)的關(guān)系也有待進(jìn)一步厘清。
5. 端對(duì)端能源交易的博弈論視角
博弈論方法可以模擬具有相沖突利益的實(shí)體間的決策過(guò)程，并激勵(lì)各實(shí)體相互競(jìng)爭(zhēng)或合作以達(dá)成特定的目標(biāo)，因此在端對(duì)端能源交易的應(yīng)用中有很大的潛力。已有一些研究對(duì)博弈論方法在端對(duì)端能源交易中多方面的應(yīng)用做了探討。
基于非合作博弈的方法已被應(yīng)用于模擬用戶在端對(duì)端能源交易中的行為，從而對(duì)端對(duì)端能源交易市場(chǎng)設(shè)計(jì)的性能做出評(píng)估。文獻(xiàn)計(jì)算了一個(gè)微電網(wǎng)中裝有本地光伏和靈活負(fù)荷的能源產(chǎn)消者間的納什均衡，用于評(píng)估端對(duì)端能源交易的結(jié)果。文獻(xiàn)也用基于非合作博弈的方法對(duì)端對(duì)端能源交易中的用戶行為進(jìn)行了模擬。另外，基于非合作博弈的拍賣方法也被一些文獻(xiàn)作為分布式端對(duì)端能源交易市場(chǎng)機(jī)制的核心基礎(chǔ)。
基于斯坦伯格博弈的方法被一些研究用于建立分布式端對(duì)端能源交易市場(chǎng)中的定價(jià)機(jī)制。相關(guān)的例子包括文獻(xiàn)（其中，市場(chǎng)協(xié)調(diào)者作為“領(lǐng)導(dǎo)者”，而用戶作為“跟隨者”）和文獻(xiàn)（其中，賣電者作為“領(lǐng)導(dǎo)者”，而買電者作為“跟隨者”）。
如上文所述，基于合作博弈的方法可以作為分析端對(duì)端能源交易市場(chǎng)機(jī)制穩(wěn)定性和競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題的理論基礎(chǔ)。文獻(xiàn)采用經(jīng)典聯(lián)盟博弈作為構(gòu)建端對(duì)端能源交易市場(chǎng)機(jī)制的基礎(chǔ)，“內(nèi)核”的概念被用于分析所構(gòu)建市場(chǎng)的穩(wěn)定性。
如文獻(xiàn)所總結(jié)，已有各種各樣的基于博弈理論的方法被提出，但僅有非常小的一部分用于端對(duì)端能源交易的相關(guān)研究中。博弈理論是寶貴的資源庫(kù)，未來(lái)可被進(jìn)一步用于模擬用戶的交易行為以及用于設(shè)計(jì)和評(píng)估端對(duì)端能源交易市場(chǎng)機(jī)制。
（二）交易平臺(tái)
交易平臺(tái)是端對(duì)端能源交易市場(chǎng)機(jī)制可以在現(xiàn)實(shí)中得以實(shí)施的基礎(chǔ)。已有許多研究對(duì)支撐端對(duì)端能源交易的平臺(tái)做了探討。
根據(jù)所采用的支撐技術(shù)，端對(duì)端能源交易平臺(tái)可以分為集中式平臺(tái)和分布式平臺(tái)。集中式平臺(tái)方面，文獻(xiàn)提出了一個(gè)面向并網(wǎng)微電網(wǎng)端對(duì)端能源交易的集中式軟件交易平臺(tái)的概念設(shè)計(jì)，名為Elecbay。與電商平臺(tái)eBay類似，電力生產(chǎn)者在Elecbay上放置需要賣出的電力，而電力消費(fèi)者在Elecbay上下訂單，訂單指明了電力消費(fèi)者想要購(gòu)買的電能的數(shù)量和價(jià)格。電力零售商和配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商也與Elecbay平臺(tái)有通信，以平衡微電網(wǎng)內(nèi)部無(wú)法平衡的功率和能量以及處理可能的網(wǎng)絡(luò)約束越限問(wèn)題。
另有許多研究和實(shí)踐聚焦于利用區(qū)塊鏈技術(shù)為端對(duì)端能源交易構(gòu)建分布式的交易平臺(tái)。綜述文獻(xiàn)建立了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的微電網(wǎng)應(yīng)用的分析框架，并總結(jié)了相關(guān)研究在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的潛在挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展方向。區(qū)塊鏈技術(shù)是一種創(chuàng)新的分布式賬本技術(shù)，可以為不同主體間的交易建立一個(gè)可信任的、分布式的環(huán)境。從長(zhǎng)期來(lái)看，支撐微電網(wǎng)中的端對(duì)端能源交易是區(qū)塊鏈技術(shù)最重要的應(yīng)用之一。
區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化特性與端對(duì)端能源交易的去中心化特性高度貼合?？偟膩?lái)說(shuō)，用區(qū)塊鏈技術(shù)支撐端對(duì)端能源交易有以下好處：
（1）區(qū)塊鏈技術(shù)可以取代端對(duì)端能源交易中所需的第三方中介，從而節(jié)省相關(guān)間接費(fèi)用，以及避免由第三方中介產(chǎn)生的道德風(fēng)險(xiǎn)；
（2）區(qū)塊鏈中的交易記錄以鏈的形式存儲(chǔ)于網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，由“共識(shí)機(jī)制”生成，受密碼學(xué)保護(hù)，因此相關(guān)交易記錄具有透明、防篡改以及免于單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)；
（3）區(qū)塊鏈平臺(tái)支持可以自動(dòng)執(zhí)行的智能合約應(yīng)用，從而可以降低合約訂立、執(zhí)行、合規(guī)等相關(guān)費(fèi)用，這對(duì)涉及大量低價(jià)值交易的端對(duì)端能源交易尤為有利。
考慮到上述特性，目前全球有許多利用區(qū)塊鏈技術(shù)支持端對(duì)端能源交易的工業(yè)試點(diǎn)和項(xiàng)目。其中一個(gè)非常著名的項(xiàng)目是由Transactive Grid公司主導(dǎo)的紐約的布魯克林微電網(wǎng)項(xiàng)目。該項(xiàng)目建立了一個(gè)基于以太坊的區(qū)塊鏈平臺(tái)，并在平臺(tái)上部署了智能合約、發(fā)行了相關(guān)代幣用于支持端對(duì)端能源交易。該項(xiàng)目分為兩個(gè)階段，第一階段包括10個(gè)用戶，第二階段規(guī)模大大擴(kuò)大，包括 300個(gè)居民用戶及一些商業(yè)用戶。此外，全球還有許多不同規(guī)模、不同焦點(diǎn)的其他此類項(xiàng)目，詳情參見(jiàn)表S3。文獻(xiàn)對(duì)全球這方面的項(xiàng)目也做了系統(tǒng)性綜述，作為區(qū)塊鏈技術(shù)在能源系統(tǒng)中應(yīng)用的范例。
除了工業(yè)界的實(shí)踐，也有許多學(xué)術(shù)研究探討如何利用區(qū)塊鏈技術(shù)支持端對(duì)端能源交易。文獻(xiàn)利用區(qū)塊鏈技術(shù)建立了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的端對(duì)端能源交易平臺(tái)。文獻(xiàn)提出了一種基于聯(lián)盟鏈的交易平臺(tái)，用于支持微電網(wǎng)、能源收集網(wǎng)絡(luò)（energy-harvesting network）以及電動(dòng)汽車向電網(wǎng)提供輔助服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)（vehicle-togrid network）。該研究還提出了一個(gè)基于信用的支付體系用于克服區(qū)塊鏈技術(shù)在交易確認(rèn)延遲上的缺點(diǎn)。文獻(xiàn)提出用安裝本地儲(chǔ)能的方案解決基于區(qū)塊鏈的端對(duì)端能源交易平臺(tái)的區(qū)塊鏈過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，降低相關(guān)間接費(fèi)用。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了一種用于電動(dòng)汽車間端對(duì)端能源交易的聯(lián)盟鏈平臺(tái)，提升交易安全性和對(duì)隱私的保護(hù)。文獻(xiàn)在支持端對(duì)端能源交易的區(qū)塊鏈平臺(tái)中引入了多簽名（multi-signature）和匿名信息流（anonymous messaging stream）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了很高的安全和隱私保護(hù)水平。
盡管如前文所述，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已經(jīng)在利用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建端對(duì)端能源交易平臺(tái)方面做了很多努力，但遺憾的是仍然沒(méi)有足夠的證據(jù)證明基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式交易平臺(tái)一定優(yōu)于像Elecbay那樣的集中式交易平臺(tái)。盡管區(qū)塊鏈技術(shù)具有可信任、透明、冗余度、防篡改以及去中心化等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是是否這些優(yōu)點(diǎn)真的為端對(duì)端能源交易平臺(tái)所必需仍是一個(gè)有待進(jìn)一步厘清的問(wèn)題。另外，用戶愿意為這些優(yōu)點(diǎn)付出多大的經(jīng)濟(jì)成本也是另一個(gè)需要考慮的問(wèn)題。另一方面，盡管如前文所述，區(qū)塊鏈技術(shù)可以支撐智能合約的部署，從而帶來(lái)一系列好處，但事實(shí)上智能合約也可以部署在集中式的平臺(tái)上（雖然基于區(qū)塊鏈的智能合約可能具有更高的可信任度）。最后，區(qū)塊鏈技術(shù)本身也有許多缺點(diǎn)，如公有鏈往往需要較高的時(shí)間甚至能源開銷以達(dá)成“共識(shí)”，而聯(lián)盟鏈或私有鏈在可信度上有所妥協(xié)。因此，需要具體情況具體分析——需要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用需求，具體分析什么樣的交易平臺(tái)最適合所要開展的端對(duì)端能源交易。
（三）物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施
在交易平臺(tái)上達(dá)成端對(duì)端能源雙邊交易后，合同中的電量需要在指定的時(shí)間通過(guò)電力網(wǎng)絡(luò)從一個(gè)用戶送往另一個(gè)用戶。在此過(guò)程中，需要一系列量測(cè)和通信設(shè)備的支持，以確保能源傳輸可以按時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行。因此，物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)實(shí)現(xiàn)端對(duì)端能源交易至關(guān)重要。
1. 電力網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)技術(shù)安排
電力網(wǎng)絡(luò)用于傳輸用戶在端對(duì)端能源交易中所達(dá)成的電量。相關(guān)解決方案可以分為兩類，如圖9所示。
圖9 現(xiàn)有關(guān)于端對(duì)端能源交易物理基礎(chǔ)設(shè)施的研究
（1）私有電力網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)控制策略
在物理上實(shí)現(xiàn)用戶端對(duì)端電力傳輸?shù)囊粋€(gè)方案是在用戶之間建設(shè)私有電力線路或網(wǎng)絡(luò)。盡管隨著分布式能源滲透率的提高和造價(jià)的降低，許多國(guó)家重新開啟了關(guān)于建設(shè)私有電力網(wǎng)絡(luò)的討論，但電力系統(tǒng)的一些基本特征仍然沒(méi)有改變——電力系統(tǒng)具有高沉沒(méi)成本和低邊際運(yùn)行費(fèi)用，具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)、范圍經(jīng)濟(jì)和密度經(jīng)濟(jì)的特性。此外，未來(lái)投資、供電安全性、氣候變化和政策法規(guī)等方面的長(zhǎng)期不確定性進(jìn)一步提升了建設(shè)私有電力網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，為實(shí)現(xiàn)端對(duì)端能源交易而大規(guī)模建設(shè)私有電力網(wǎng)絡(luò)依然不是一個(gè)經(jīng)濟(jì)的解決方案。目前，世界上大部分的電網(wǎng)也仍然在政府的監(jiān)管下以自然壟斷的方式運(yùn)行。即使考慮到端對(duì)端能源交易的快速發(fā)展，目前這一結(jié)論也沒(méi)有要改變或松動(dòng)的跡象。
盡管如此，已有一些學(xué)術(shù)研究驗(yàn)證了私有電力網(wǎng)絡(luò)在連接居民房舍和孤立微網(wǎng)上的技術(shù)可行性和相關(guān)控制策略。文獻(xiàn)提出了一套基于直流的開放能源系統(tǒng)，其中每戶裝有戶內(nèi)光伏和儲(chǔ)能的房舍通過(guò)一個(gè)雙向的 DC-DC換流器與一個(gè)直流母線相連，并配有具有相應(yīng)控制功能的軟件系統(tǒng)。通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)，電力可以在相連的居民房舍間流動(dòng)。文獻(xiàn)提出了可以使互聯(lián)直流微電網(wǎng)運(yùn)行在不同電壓水平的控制策略。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了一套可以控制互聯(lián)孤立微電網(wǎng)間潮流的魯棒控制體系。文獻(xiàn)提出通過(guò)將直流微電網(wǎng)互聯(lián)提升供電可靠性。值得指出的是，文獻(xiàn)并非是直接針對(duì)端對(duì)端能源交易的相關(guān)應(yīng)用，但它們建立的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以作為實(shí)現(xiàn)孤立微電網(wǎng)間端對(duì)端能源交易的物理基礎(chǔ)設(shè)施。
總而言之，私有電力網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)上可以支持端對(duì)端能源交易，但在短期內(nèi)看不到蓬勃發(fā)展的可能。盡管如此，已有一些學(xué)術(shù)研究在硬件配置和控制策略上做了有益探索。
（2）公共電力網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)技術(shù)安排
另一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)端對(duì)端能源交易相關(guān)電力傳輸?shù)奈锢斫鉀Q方案是利用公共電網(wǎng)，這也是世界上大多數(shù)國(guó)家目前采用的方案。在該解決方案中，公共電網(wǎng)就像一個(gè)巨大的“池子”，電力生產(chǎn)者往池子中注入電力，而電力消費(fèi)者從池子中取用電力。池子中的電力基本是同質(zhì)的，因此用戶不能也無(wú)需區(qū)分自己所消耗的電力在物理上由誰(shuí)供應(yīng)。未來(lái)隨著電力產(chǎn)品異質(zhì)化和電力路由設(shè)備和算法的發(fā)展，這一情況可能會(huì)發(fā)生變化，但目前這些變化仍處于非常初級(jí)的階段。
因此，一些人認(rèn)為基于公共電網(wǎng)的端對(duì)端能源交易僅是一種虛擬的能量交易，并沒(méi)有物理上的端對(duì)端電力傳輸，因此更多的是一種市場(chǎng)和商業(yè)上的安排，而不是一種技術(shù)上的安排。然而，不同的端對(duì)端能源交易市場(chǎng)規(guī)則會(huì)激勵(lì)用戶采用不同的發(fā)用電模式，從而最終影響電網(wǎng)中的潮流分布。進(jìn)一步地，即使不考慮用戶在發(fā)用電模式上的靈活性，參與端對(duì)端能源交易的用戶在不同程度上、以不同方式使用了公共電網(wǎng)，而這些都要被考慮到端對(duì)端能源交易的市場(chǎng)規(guī)則設(shè)計(jì)之中。
因此，已有許多研究在端對(duì)端能源交易的市場(chǎng)規(guī)則中考慮了相關(guān)技術(shù)安排?；陟`敏度分析提出了一種檢驗(yàn)一樁端對(duì)端能源交易是否會(huì)觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)越限的機(jī)制，從而決定相應(yīng)的端對(duì)端能源交易是否應(yīng)該被批準(zhǔn)。同時(shí)，該文獻(xiàn)還探討了如何更好地反映端對(duì)端能源交易對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的使用程度，從而更合理地分配網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用，激勵(lì)用戶更有效率地利用網(wǎng)絡(luò)?？紤]了配電網(wǎng)絡(luò)的三相不平衡潮流，將配電網(wǎng)絡(luò)表達(dá)為一個(gè)多層的輻射狀的圖，進(jìn)而為端對(duì)端能源交易提出了一套透明的電網(wǎng)損耗分配方案。文獻(xiàn)提出了包括平均計(jì)費(fèi)、電力距離計(jì)費(fèi)和區(qū)域計(jì)費(fèi)在內(nèi)的多種端對(duì)端能源交易過(guò)網(wǎng)費(fèi)計(jì)算方案。所提方案的一大特點(diǎn)是這些方案都是“外源性的”（exogenous），因此可以很好地與大電網(wǎng)現(xiàn)行的規(guī)則相結(jié)合。文獻(xiàn)在其基于共識(shí)的端對(duì)端能源交易中提出了許多電力產(chǎn)品異質(zhì)化的方案，其中過(guò)網(wǎng)費(fèi)的加入和考慮可以作為一種電力產(chǎn)品異質(zhì)化的依據(jù)。
盡管上述研究已經(jīng)在端對(duì)端能源交易機(jī)制中考慮電力網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)問(wèn)題方面做了非常有益的探索，但如何在端對(duì)端能源交易市場(chǎng)中考慮網(wǎng)絡(luò)約束的處理還有待進(jìn)一步研究。目前研究所提的網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用分配模型，如基于網(wǎng)損的模型和基于距離的模型，依然比較簡(jiǎn)單，但事實(shí)上網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用涉及諸如沉沒(méi)成本回收、推遲網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造、節(jié)點(diǎn)價(jià)格和分時(shí)價(jià)格（locational and ToU cost）等許多復(fù)雜因素，因此還有待進(jìn)一步研究。此外，關(guān)于在不同場(chǎng)景下是采用私有網(wǎng)絡(luò)還是公共網(wǎng)絡(luò)（或是二者的結(jié)合）作為端對(duì)端能源交易物理基礎(chǔ)設(shè)施的討論和研究可以繼續(xù)。孤立微電網(wǎng)互聯(lián)以及新型電力路由設(shè)備和算法等可以支撐端對(duì)端能源交易的新型解決方案在未來(lái)也可以深入研究。
2. 信息通信基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)技術(shù)安排
端對(duì)端能源交易在協(xié)商、執(zhí)行和清算等各個(gè)階段均涉及大量的通信和信息。對(duì)集中式和分布式端對(duì)端能源交易市場(chǎng)而言，市場(chǎng)協(xié)調(diào)者與各個(gè)用戶間需要大量的雙邊通信；對(duì)分散式市場(chǎng)而言，各個(gè)用戶間也需要大量的通信。因此，信息通信基礎(chǔ)設(shè)施及其對(duì)端對(duì)端能源交易的影響是重要的研究課題。
目前僅有少量研究在這一領(lǐng)域做了探索。文獻(xiàn)對(duì)支撐端對(duì)端能源交易和共享的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信架構(gòu)做了比較研究，在IEEE 1547.3-2007的要求之下評(píng)估了結(jié)構(gòu)化（structured）和非結(jié)構(gòu)化（unstructured）的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信協(xié)議。評(píng)估結(jié)果表明兩類通信協(xié)議都展現(xiàn)了良好的性能，可以支撐端對(duì)端能源交易的進(jìn)行。文獻(xiàn)研究了端對(duì)端能源交易的投標(biāo)和控制系統(tǒng)對(duì)信息通信基礎(chǔ)設(shè)施的要求，在OPNET里建模和仿真了具有不同特性（如介質(zhì)和帶寬）的通信網(wǎng)絡(luò)解決方案。結(jié)果表明現(xiàn)有信息通信基礎(chǔ)設(shè)施，如有線寬帶網(wǎng)絡(luò)（wired broadband network）和基于GPRS的智能量測(cè)網(wǎng)絡(luò)，足以支撐端對(duì)端能源交易的相關(guān)需求，不需要額外的大量投資。
未來(lái)研究方面，通信負(fù)荷和投資需求可以作為評(píng)價(jià)端對(duì)端能源交易市場(chǎng)機(jī)制和交易平臺(tái)的一個(gè)重要維度。非理想通信條件[如通信延遲、畸變（distortion）和失敗] 對(duì)端對(duì)端能源交易的影響有待進(jìn)一步評(píng)估。此外，面向端對(duì)端能源交易的通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化配置和運(yùn)行也有待進(jìn)一步研究。
（四）社會(huì)科學(xué)視角
近年來(lái)，能源科學(xué)與社會(huì)科學(xué)研究相結(jié)合的重要性日益凸顯。作為現(xiàn)代電力系統(tǒng)中一種創(chuàng)新的市場(chǎng)機(jī)制，端對(duì)端能源交易涉及大量的小用戶，因此為能源-社會(huì)科學(xué)的相關(guān)研究和實(shí)踐提供了新的研究課題和應(yīng)用場(chǎng)景。已有一些研究從社會(huì)科學(xué)的角度對(duì)端對(duì)端能源交易進(jìn)行了研究。
一個(gè)主要的研究方向是采用人類學(xué)方法對(duì)人在端對(duì)端能源交易中的行為作出更貼近實(shí)際的建模，避免目前常用的理性人假設(shè)帶來(lái)的偏差。有5篇論文在這個(gè)方向上做了探討。文獻(xiàn)報(bào)道了在印度的兩個(gè)離網(wǎng)村莊所做的為期11個(gè)月的人種學(xué)上的干預(yù)研究（an ethnographic “research intervention” study）。研究顯示端對(duì)端能源交易帶給人的回報(bào)不僅是經(jīng)濟(jì)上的回報(bào)，而是一個(gè)復(fù)雜的社會(huì)文化過(guò)程。除了現(xiàn)金回報(bào)，對(duì)另外兩種回報(bào)模式——“實(shí)物回報(bào)”（in-kind return）和“無(wú)形回報(bào)”（intangible return）也進(jìn)行了評(píng)估。研究最后建議端對(duì)端能源交易應(yīng)考慮多樣化的回報(bào)模式，考慮社會(huì)關(guān)系動(dòng)態(tài)對(duì)端對(duì)端能源交易的影響。該研究說(shuō)明了采用人類學(xué)方法對(duì)設(shè)計(jì)和評(píng)估端對(duì)端能源交易市場(chǎng)的重要性。
文獻(xiàn)也從經(jīng)濟(jì)人類學(xué)（economic anthropological）的角度對(duì)居民房舍間的能源交換做了研究，并發(fā)現(xiàn)了一種不同于“市場(chǎng)能源交換”（market energy exchange）的另一種能源交換模式——“相互能源交換”（mutual energy exchange）。在市場(chǎng)意義上的端對(duì)端能源交易主要由理性的參與者參加，并且常常由相應(yīng)的公用事業(yè)公司塑造和監(jiān)管。相反地，“相互能源交換”是能源提供者和能源接受者之間的一種社會(huì)化和個(gè)人化的能源交易模式，由交易雙方協(xié)商和塑造?！跋嗷ツ茉唇粨Q”牽涉各種社會(huì)關(guān)系和多樣的文化價(jià)值。這些結(jié)論的取得均基于在印度農(nóng)村進(jìn)行的一個(gè)人種學(xué)干涉研究（ethnographic intervention）。
文獻(xiàn)報(bào)道了對(duì)248個(gè)德國(guó)家庭的在線調(diào)查結(jié)果并進(jìn)行了分析研究，旨在研究人們購(gòu)買私有儲(chǔ)能設(shè)備的動(dòng)機(jī)。相關(guān)研究成果對(duì)端對(duì)端能源交易也頗有啟迪意義。研究表明“自足性”（autarky）（亦即能源供應(yīng)的獨(dú)立性）和“自治性”（autonomy）（亦即用戶自主控制用戶設(shè)備的能力）是兩個(gè)重要的影響因素，但只有自足性顯著影響用戶對(duì)私有儲(chǔ)能設(shè)備的投資意愿?；谶@些結(jié)果，作者認(rèn)為人們對(duì)自足性的偏好將降低端對(duì)端能源交易的可能性，因?yàn)樽髡哒J(rèn)為這使得人們?cè)诮o自己的本地發(fā)電定價(jià)時(shí)會(huì)傾向于給出高于其實(shí)際價(jià)值的價(jià)格?；谶@些結(jié)果，我們認(rèn)為可以有以下一個(gè)推論：考慮到人們對(duì)自治性的損害并不敏感，因此上文提到的集中式端對(duì)端能源交易市場(chǎng)對(duì)用戶自治性的損害可能并不是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。
最后，從動(dòng)機(jī)心理學(xué)（motivational psychology）的角度對(duì)端對(duì)端能源交易進(jìn)行了評(píng)估，并發(fā)現(xiàn)端對(duì)端能源交易滿足“經(jīng)濟(jì)理性”（rational-economic）和“正向增強(qiáng)”（positive reinforcement）這兩個(gè)性質(zhì)?；谶@些結(jié)果，作者認(rèn)為其提出的端對(duì)端能源交易市場(chǎng)是一個(gè)以用戶為中心的（consumer-centric）機(jī)制。
從社會(huì)科學(xué)的角度對(duì)端對(duì)端能源交易進(jìn)行研究的另一個(gè)方向是從宏觀的角度研究端對(duì)端能源交易對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響。文獻(xiàn)探討了能源演進(jìn)過(guò)程及其對(duì)全球社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的影響，得到了如下結(jié)論：基于“端對(duì)端微網(wǎng)”（P2P microgrid）的“端對(duì)端電網(wǎng)”（P2P energy grid）是未來(lái)很有潛力的能源供給新模式，可以使社會(huì)從“基于商品或服務(wù)的集中式能源生產(chǎn)體系”（commodity/service-based centralized energy production）向“基于共享資源的能源生產(chǎn)和管理體系”（commons-based energy production and management）轉(zhuǎn)型。
（五）政策法規(guī)
目前，電力行業(yè)的相關(guān)政策法規(guī)主要是針對(duì)傳統(tǒng)垂直和單向的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，因此越來(lái)越難以適應(yīng)具有高滲透分布式能源的現(xiàn)代電力系統(tǒng)的需求。如何改革現(xiàn)有的政策法規(guī)體系以更好地適應(yīng)電力行業(yè)內(nèi)的各種變化正引發(fā)越來(lái)越多的討論，但截至目前，在全球范圍內(nèi)還未見(jiàn)大規(guī)模的根本性變化，原因有兩個(gè)。第一，政策法規(guī)的改革牽涉整個(gè)電力供應(yīng)鏈上的眾多利益主體的利益，因此任何劇烈的改革都非常敏感，需要非常小心；第二，新技術(shù)（如區(qū)塊鏈技術(shù)）和新商業(yè)模式（如各種端對(duì)端能源交易機(jī)制）還在迅速發(fā)展，尚未成型，因此如何調(diào)整相關(guān)政策法規(guī)以適應(yīng)新技術(shù)和新商業(yè)模式的變化還不明朗。
已有一些研究對(duì)端對(duì)端能源交易的相關(guān)政策法規(guī)問(wèn)題做了探討。文獻(xiàn)強(qiáng)調(diào)端對(duì)端能源交易市場(chǎng)是支持配電系統(tǒng)調(diào)度更好地協(xié)調(diào)和管理分布式能源的潛在有力手段，并建議調(diào)整配電系統(tǒng)的相關(guān)法規(guī)，從而將配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)投資回收與其所提供的激勵(lì)用戶的信號(hào)聯(lián)系起來(lái)。該研究還指出，能夠同時(shí)惠及配電系統(tǒng)調(diào)度、能源產(chǎn)消者且能同時(shí)實(shí)現(xiàn)社會(huì)和電力系統(tǒng)目標(biāo)的政策法規(guī)調(diào)整還有待更深入的研究。
將端對(duì)端能源交易考慮到現(xiàn)有的能源政策中非常重要，要解決如下幾個(gè)問(wèn)題：第一，哪些或怎樣的市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)是被允許的；第二，如何分配各種稅費(fèi)；第三，如何處理端對(duì)端能源交易市場(chǎng)和傳統(tǒng)電力市場(chǎng)的關(guān)系。該研究還指出，政府可以根據(jù)端對(duì)端能源交易對(duì)可再生能源利用、環(huán)境保護(hù)及現(xiàn)行電力市場(chǎng)/系統(tǒng)的實(shí)際影響，決定是采取鼓勵(lì)、引導(dǎo)還是抑制的政策。
政策法規(guī)是一個(gè)更廣泛的概念——“制度”（institutions的一環(huán)），制度既包括正式的政策、標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，也包括非正式的范式和慣例。該研究指出目前端對(duì)端能源交易方面的政策法規(guī)落后于技術(shù)的發(fā)展，因此需要進(jìn)行改革。該研究建議端對(duì)端能源交易相關(guān)政策法規(guī)的可能改革方向包括：①厘清所有權(quán)模型和各主體間的關(guān)系模型；②能源產(chǎn)消者的證照管理；③各市場(chǎng)主體角色的界定和相關(guān)安排。
最后，分析區(qū)塊鏈技術(shù)下電力用戶角色的轉(zhuǎn)變，并對(duì)其對(duì)歐盟電力相關(guān)法規(guī)的影響做了分析。盡管這一研究主要針對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)下的電力系統(tǒng)，但其結(jié)果對(duì)端對(duì)端能源交易相關(guān)法規(guī)的改革具有很好的借鑒意義。該研究指出，在歐盟關(guān)于電力行業(yè)的相關(guān)法律架構(gòu)中，不存在“一體通用”（one-size-fits-all）的完美方案，相關(guān)法規(guī)的改革應(yīng)主要回答以下3個(gè)問(wèn)題：①如何在電力供應(yīng)和傳輸中定義和分配分散式的責(zé)任；②如何為用戶投資和利用靈活性提供激勵(lì)；③如何在用戶的責(zé)任和對(duì)用戶的保護(hù)中尋求合理的平衡。
總之，盡管上述研究對(duì)端對(duì)端能源交易的相關(guān)政策法規(guī)問(wèn)題從不同角度做了探討，但主要還是比較高層次的討論，具體的政策法規(guī)細(xì)節(jié)和具體應(yīng)如何進(jìn)行改革有待進(jìn)一步的研究。截至目前，在全球范圍內(nèi)還未見(jiàn)關(guān)于端對(duì)端能源交易的大規(guī)模政策法規(guī)改革。
四、結(jié)論
作為有望解決人類社會(huì)“能源三元悖論”的一種重要手段，端對(duì)端能源交易在近年得以涌現(xiàn)并快速發(fā)展?；趯?duì)相關(guān)學(xué)術(shù)論文、研究項(xiàng)目和工程實(shí)踐的綜合調(diào)研，總結(jié)并分析了端對(duì)端能源交易的全球發(fā)展現(xiàn)狀。調(diào)研結(jié)果顯示，端對(duì)端能源交易吸引了全球?qū)W術(shù)界和工業(yè)界越來(lái)越多的關(guān)注，該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)論文和科研、工程項(xiàng)目增長(zhǎng)迅速。
本文總結(jié)并討論了端對(duì)端能源交易的5個(gè)主要方面，包括市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)、交易平臺(tái)、物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)科學(xué)視角以及政策法規(guī)。針對(duì)每個(gè)方面，對(duì)現(xiàn)有相關(guān)研究和實(shí)踐均進(jìn)行了批判性分析并就未來(lái)的發(fā)展方向做出了展望。研究結(jié)果顯示盡管已有很多研究從不同角度對(duì)端對(duì)端能源交易做了許多工作，但仍有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究和解決，因此端對(duì)端能源交易在未來(lái)將是一個(gè)不斷上升和發(fā)展的領(lǐng)域，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都會(huì)有許多機(jī)會(huì)。關(guān)于端對(duì)端能源交易全球發(fā)展圖景和主要研究方面的結(jié)論詳述如下。
（一）端對(duì)端能源交易全球發(fā)展圖景
本文展示的端對(duì)端能源交易全球發(fā)展圖景建立在對(duì)超過(guò)30篇學(xué)術(shù)論文、8個(gè)科研項(xiàng)目和20個(gè)工程項(xiàng)目的調(diào)研的基礎(chǔ)上。學(xué)術(shù)論文方面，在2018年，端對(duì)端能源交易的相關(guān)論文有一個(gè)爆發(fā)式增長(zhǎng)，并且這一趨勢(shì)在2019 年得以延續(xù)，顯示端對(duì)端能源交易在全球?qū)W術(shù)界已成為一個(gè)熱點(diǎn)研究議題。英國(guó)、澳大利亞、中國(guó)、美國(guó)、新加坡和歐洲其他國(guó)家貢獻(xiàn)了該領(lǐng)域大多數(shù)的期刊論文。大多數(shù)論文主要聚焦于端對(duì)端能源交易市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)。
科研項(xiàng)目方面，諸如歐盟地平線2020計(jì)劃的 P2P-SmarTest項(xiàng)目和英國(guó)P2P-3M項(xiàng)目等的科研項(xiàng)目在多國(guó)展開，覆蓋了端對(duì)端能源交易的所有主要方面。
許多端對(duì)端能源交易的相關(guān)試點(diǎn)和工程項(xiàng)目在全球展開，其中大多數(shù)項(xiàng)目在歐洲和美國(guó)。在所調(diào)研的項(xiàng)目中，70%的項(xiàng)目聚焦于本地范圍內(nèi)的端對(duì)端能源交易， 30%的項(xiàng)目聚焦于更大的區(qū)域范圍甚或全國(guó)范圍內(nèi)的端對(duì)端能源交易。幾乎所有所調(diào)研的工程項(xiàng)目都利用區(qū)塊鏈技術(shù)支持端對(duì)端能源交易，顯示了區(qū)塊鏈技術(shù)在端對(duì)端能源交易中的巨大潛力。
（二）市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)
端對(duì)端能源交易的市場(chǎng)機(jī)制可以分為集中式市場(chǎng)、分散式市場(chǎng)以及分布式市場(chǎng)。集中式市場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)端對(duì)端能源交易集體總收益的最大化，以及其結(jié)果的穩(wěn)定性和低不確定性；集中式市場(chǎng)的缺點(diǎn)在于計(jì)算和通信負(fù)擔(dān)重、可擴(kuò)展性和可靠性較差，以及在隱私和安全性上的隱患。分散式市場(chǎng)基本上與集中式市場(chǎng)有完全相反的優(yōu)缺點(diǎn)。分布式市場(chǎng)是集中式市場(chǎng)和分散式市場(chǎng)的中間方案，結(jié)合了二者的優(yōu)缺點(diǎn)。端對(duì)端能源交易市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)方面的未來(lái)研究方向包括克服和改善各類市場(chǎng)機(jī)制的固有缺點(diǎn)，以及兼容更多的功能，例如，為電力系統(tǒng)進(jìn)一步提供包括削峰填谷、頻率響應(yīng)、電壓支撐等在內(nèi)的輔助服務(wù)。
電力產(chǎn)品的異質(zhì)化是端對(duì)端能源交易很有潛力的一個(gè)發(fā)展方向?，F(xiàn)有研究和實(shí)踐主要從時(shí)間、距離和類型（如綠色電力、補(bǔ)貼電力和電網(wǎng)電力等不同類型）三方面對(duì)電力產(chǎn)品進(jìn)行區(qū)別。未來(lái)可以對(duì)電力產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的異質(zhì)化，如基于電能質(zhì)量的異質(zhì)化、基于供電可靠性的異質(zhì)化等。
市場(chǎng)穩(wěn)定性是端對(duì)端能源交易應(yīng)用于實(shí)際的一個(gè)重要問(wèn)題。為提升市場(chǎng)穩(wěn)定性，針對(duì)集中式市場(chǎng)和分散式/分布式市場(chǎng)，未來(lái)可分別在利益分配機(jī)制和定價(jià)機(jī)制方面進(jìn)行深入研究。另外，在端對(duì)端能源交易中，用戶會(huì)如何組成聯(lián)盟（或用戶會(huì)如何在多個(gè)端對(duì)端能源交易服務(wù)提供商間進(jìn)行選擇）是另一個(gè)重要議題。
已有許多研究對(duì)端對(duì)端能源交易市場(chǎng)與現(xiàn)行電力批發(fā)/零售市場(chǎng)間的關(guān)系進(jìn)行了探討，但隨著端對(duì)端能源交易市場(chǎng)在未來(lái)的大范圍鋪開，端對(duì)端能源交易市場(chǎng)將不再能被視作“價(jià)格接受者”。未來(lái)研究應(yīng)將端對(duì)端能源交易視作“價(jià)格制定者”，并對(duì)其與現(xiàn)行電力批發(fā)/零售市場(chǎng)的關(guān)系做更深入的探討。
非合作博弈、斯坦伯格博弈和合作博弈方法已在一些端對(duì)端能源交易研究中應(yīng)用。博弈論包含許多方法，適合解決端對(duì)端能源交易中各利益沖突主體的互動(dòng)、競(jìng)爭(zhēng)和合作問(wèn)題，在端對(duì)端能源交易的研究和實(shí)踐中具有很大的潛力。
（三）交易平臺(tái)
端對(duì)端能源交易平臺(tái)可以分為集中式平臺(tái)和分布式平臺(tái)。集中式平臺(tái)的工作原理類似eBay等電商平臺(tái)，具體例子如Elecbay。另有許多學(xué)術(shù)論文和工程項(xiàng)目探討和建立了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式端對(duì)端能源交易平臺(tái)。在學(xué)術(shù)論文中，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的平臺(tái)被應(yīng)用于如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等的多種應(yīng)用場(chǎng)景，另外也提出了多種可以縮短區(qū)塊鏈長(zhǎng)度、提升區(qū)塊鏈隱私和安全性保障水平的具體技術(shù)。在工程項(xiàng)目中，許多基于區(qū)塊鏈技術(shù)的交易平臺(tái)投入了實(shí)際測(cè)試和使用。
盡管絕大多數(shù)學(xué)術(shù)研究和工程項(xiàng)目青睞基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式交易平臺(tái)，但在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)每一個(gè)應(yīng)用，應(yīng)進(jìn)行具體的成本效益分析，以決定采用集中式還是分布式交易平臺(tái)。盡管區(qū)塊鏈技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)（如可信性、透明度、冗余度以及防篡改、減少中間環(huán)節(jié)等），但其成本（如共識(shí)機(jī)制牽涉的時(shí)間和能源成本）和一些缺點(diǎn)也應(yīng)被考慮。另外值得指出的是，不應(yīng)將智能合約的優(yōu)點(diǎn)和區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)混為一談，事實(shí)上，集中式交易平臺(tái)也可以部署智能合約。
端對(duì)端能源交易平臺(tái)的未來(lái)研究方向包括：
①在成本效益分析的基礎(chǔ)上，為具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的端對(duì)端能源交易平臺(tái)；
②分析并解決基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式交易平臺(tái)在高時(shí)間/能源開銷、有限可擴(kuò)展性、信息安全等方面的問(wèn)題和缺點(diǎn)；
③將智能合約和區(qū)塊鏈技術(shù)分開來(lái)看，具體分析應(yīng)該用集中式交易平臺(tái)還是基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式平臺(tái)部署智能合約。
（四）物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施
支撐端對(duì)端能源交易的物理電力網(wǎng)絡(luò)可以分為私有電力網(wǎng)絡(luò)和公共電力網(wǎng)絡(luò)。已有學(xué)術(shù)研究對(duì)支撐樓宇和孤立微網(wǎng)間端對(duì)端能源交易的私有電力網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)的控制策略做了探討，但在現(xiàn)實(shí)中并沒(méi)有在短期內(nèi)大規(guī)模鋪開的可能。公用電力網(wǎng)絡(luò)是目前支撐端對(duì)端能源交易的主要現(xiàn)實(shí)方案。目前公用電網(wǎng)扮演了一個(gè)“大池子”的角色，參與端對(duì)端能源交易的用戶并沒(méi)有真正在物理上端對(duì)端地交換電能。目前已有研究對(duì)使用公共電網(wǎng)支撐端對(duì)端能源交易的相關(guān)技術(shù)安排做了探討，包括網(wǎng)絡(luò)約束越限檢查、網(wǎng)絡(luò)損耗和使用的分配算法等，旨在使相關(guān)市場(chǎng)機(jī)制更好地反映用戶對(duì)公共電網(wǎng)的實(shí)際使用程度，以及激勵(lì)用戶盡量以對(duì)電網(wǎng)有利的方式使用電網(wǎng)。未來(lái)的相關(guān)研究可在端對(duì)端能源交易的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用中考慮更現(xiàn)實(shí)的因素，包括沉沒(méi)網(wǎng)絡(luò)投資回收、推遲網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造和分時(shí)價(jià)格等。關(guān)于使用私有電力網(wǎng)絡(luò)還是公共電網(wǎng)支撐端對(duì)端能源交易的討論在未來(lái)可以繼續(xù)。此外，電力路由設(shè)備和算法的研究進(jìn)展可能在未來(lái)使物理上的端對(duì)端能源交換成為可能。
（五）社會(huì)科學(xué)視角
端對(duì)端能源交易牽涉大量的小用戶，因此為能源社科的相關(guān)研究和實(shí)踐提出了新的問(wèn)題，并提供了新的應(yīng)用場(chǎng)景?，F(xiàn)有的社會(huì)學(xué)、人類學(xué)和心理學(xué)研究建議在端對(duì)端能源交易中考慮多樣化的回報(bào)模式（包括現(xiàn)金回報(bào)、實(shí)物回報(bào)和無(wú)形回報(bào)）以及社會(huì)關(guān)系的動(dòng)態(tài)。研究還發(fā)現(xiàn)除了在市場(chǎng)機(jī)制中實(shí)現(xiàn)的端對(duì)端能源交易，還有另一種“相互能源交易”存在，其交易模式主要由交易雙方共同塑造，涉及各種社會(huì)關(guān)系及多樣化的文化價(jià)值?，F(xiàn)有研究還調(diào)查分析了人們對(duì)能源“自足性”和“自治性”的態(tài)度及其對(duì)端對(duì)端能源交易的影響。端對(duì)端能源交易從動(dòng)機(jī)心理學(xué)的角度看是一種以用戶為中心的機(jī)制。此外，端對(duì)端能源交易被認(rèn)為是一種可以促進(jìn)社會(huì)從“以商品為中心的能源生產(chǎn)”向“以共享為中心的能源生產(chǎn)”轉(zhuǎn)型的重要架構(gòu)。
現(xiàn)有針對(duì)端對(duì)端能源交易的社會(huì)學(xué)、人類學(xué)和心理學(xué)研究?jī)H考慮了非常有限的文化背景（印度農(nóng)村和德國(guó)）和有限的端對(duì)端能源交易模式和機(jī)制。因此，未來(lái)的相關(guān)研究可以涵蓋更加廣泛的文化背景，以及包括更加多樣的端對(duì)端能源交易機(jī)制和場(chǎng)景，如電動(dòng)汽車間的端對(duì)端能源交易以及基于拍賣機(jī)制的端對(duì)端能源交易等。
（六）政策法規(guī)
當(dāng)前電力行業(yè)中的相關(guān)政策法規(guī)主要面向傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，因此需要改革以適應(yīng)端對(duì)端能源交易的發(fā)展。鑒于政策法規(guī)改革的巨大影響和端對(duì)端能源交易仍處于不成熟的階段，目前全球范圍內(nèi)仍沒(méi)有大規(guī)模的關(guān)于端對(duì)端能源交易的政策法規(guī)調(diào)整?，F(xiàn)有研究表明，對(duì)于端對(duì)端能源交易，沒(méi)有“一體通用”的解決方案，需要具體情況具體分析。
未來(lái)政策法規(guī)方面關(guān)于端對(duì)端能源交易的研究和發(fā)展方向包括：
①定義端對(duì)端能源交易市場(chǎng)和其中的能源產(chǎn)消者的角色與責(zé)任；
②探索端對(duì)端能源交易市場(chǎng)與現(xiàn)行電力市場(chǎng)，以及其他諸如配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商之類的主體的關(guān)系；
③制定適宜于端對(duì)端能源交易的稅費(fèi)分?jǐn)倷C(jī)制；
④納入靈活性的激勵(lì)機(jī)制；⑤給端對(duì)端能源交易中的弱勢(shì)用戶提供保護(hù)。
注：本文內(nèi)容呈現(xiàn)略有調(diào)整，若需可查看原文。
改編原文：
Yue Zhou, Jianzhong Wu, Chao Long, Wenlong Ming.State-of-the-Art Analysis and Perspectives for Peer-to-Peer Energy Trading[J].Engineering,2020,6(7):739-753.
