DFLEX：一个区块链锚定的市场，用于小型分布式能源资源在输电和配电系统运营商灵活性市场中的直接参与——来自一年岛屿试点的证据
摘要：分布式能源资源（Distributed Energy Resources，DERs），例如产消者和可控负荷，代表了电力系统灵活性中一个庞大且未充分利用的储备。然而，它们直接参与电力市场受到三个耦合障碍的阻碍：单个资产规模太小无法投标，系统运营商需要一份可
摘要：分布式能源资源（Distributed Energy Resources，DERs），例如产消者和可控负荷，代表了电力系统灵活性中一个庞大且未充分利用的储备。然而，它们直接参与电力市场受到三个耦合障碍的阻碍：单个资产规模太小无法投标，系统运营商需要一份可靠的已实际交付记录，且现行法规仅允许通过聚合商且仅面向单一运营商提供灵活性。本文介绍了DFLEX，一个区块链锚定的市场，允许小型DERs无需强制性聚合商即可直接参与输电级平衡（aFRR和mFRR）和配电级阻塞管理，使用同一资产。信任是结构性的而非制度性的：每个资产持有W3C去中心化标识符（Decentralized Identifier，DID）并对其报价进行签名，每个已清算的捆绑包被提交为一个keccak256 Merkle根，一组代表性集合被锚定在链上以供独立验证，且仅将匿名化、已执行的活动导出至欧洲能源数据空间。研究人员报告了在希腊斯基亚索斯岛（Skiathos）进行的一年模拟生产运行，其中54个注册DERs服务于国家输电运营商（IPTO）和配电运营商（HEDNO）。该平台在935,558条结算记录中清算并结算了1365.6 MWh的灵活性，且采购灵活性价格比2025年平衡价格参考低约20%。建模的参与者净收入范围为每年€39至€591，使得商业负荷在几年内即可回收成本。研究人员将市场、匹配和结算系统评估为技术成熟度等级7（Technology Readiness Level 7，TRL 7），链上层评估为技术成熟度等级6（TRL 6），因为后者运行在测试网络上；商业推广的剩余障碍是经济和制度性的，而非技术性的。
随着气候政策驱动电力部门脱碳以及风能、太阳能发电的快速部署，电力系统灵活性的来源正在发生变化。灵活性，即根据系统需求调整发电或消费的能力，传统上由少数大型常规电厂提供。然而，随着这些电厂逐步被可变可再生能源发电替代，同样的平衡和阻塞管理服务越来越需要由大量小型分布式能源资源（Distributed Energy Resources，DERs）提供，包括屋顶光伏（Photovoltaics，PV）、家用及商用电池、电动汽车充电桩、热泵和其他可控热负荷。这些资产中蕴含的灵活性被广泛认为是实现高比例可变可再生能源电力的关键推动因素，需求响应作为解锁这种灵活性的机制已被广泛研究。如果聚合起来，这些资产可以供应系统运营商采购的平衡和阻塞管理服务的重要组成部分。然而，在实践中，三个耦合障碍一直将它们拒之门外：规模障碍（单个家庭负荷远低于任何批发平衡产品的最小投标规模，因此单个资产无法参与，聚合商通常扮演这一角色）、信任障碍（当服务提供者是一个匿名家庭设备而非签约电厂时，运营商需要一份防篡改的报价、调度和交付记录，而家庭需要确保为已验证的交付获得付款，集中式平台仅通过要求所有方信任平台运营商来实现这一点）以及制度准入障碍（现行法规通常仅允许通过持牌聚合商引入DER灵活性，并将资产绑定至单一系统运营商，阻止同一资产同时服务于输电系统运营商（Transmission System Operator，TSO）和配电系统运营商（Distribution System Operator，DSO））。市场设计文献已通过两个主要线索应对这些问题：一是开发本地灵活性市场（Local Flexibility Markets，LFMs）和灵活性产品，二是开发点对点（Peer-to-Peer，P2P）和社区市场。同时，区块链被应用于能源交易和结算以提供完整性和去中介化。然而，每条线索仅解决其中一两个障碍，很少有系统能同时解决所有三个，且更少有人在实际系统运营商和资产条件下进行模拟运行评估。本研究正是在此背景下展开。
研究人员提出了DFLEX，一个区块链锚定的灵活性市场，并在希腊斯基亚索斯岛（Skiathos）进行了为期一年的模拟生产运行演示，作为Horizon Europe项目ENFLATE的一部分。具体贡献包括：（1）一种针对小型DER灵活性的去信任结算架构，结合W3C去中心化标识符（Decentralized Identifiers，DIDs）和可验证凭证（Verifiable Credentials，VCs）用于资产/参与者身份，每报价加密签名，以及链上Merkle根锚定，使任何第三方无需信任平台运营商即可独立验证特定报价是否属于已结算交易；（2）在单一资产清单中实现TSO+DSO双重参与，证明同一注册DERs可在重叠的调度间隔内同时清算TSO平衡产品（aFRR和mFRR）和DSO阻塞管理，直接实现TSO-DSO协调原则；（3）设计上的主权、可互操作数据共享，通过Eclipse Dataspace Connector（EDC）将执行的市场活动导出至欧洲能源数据空间，保留隐私的同时提供可验证记录；（4）与真实运营商进行的一年运行评估，报告关键绩效指标（Key Performance Indicators，KPIs）结果、价格竞争力等；（5）技术经济和可复制性评估，量化参与者的经济性及直接参与的可行性条件。该论文发表在《Energies》期刊。
DFLEX采用微服务架构，包含八个服务组件，通过REST/OpenAPI接口暴露。核心机制包括：基于W3C DIDs的去中心化身份系统，每个资产持有DID并对其报价进行加密签名；通过Merkle树和keccak256哈希算法实现链上锚定，仅将清算捆绑包的Merkle根写入能源链（Energy Web Chain，Volta测试网络），实现低成本且可验证的结算记录；市场机制采用七步序列（请求→报价→按优先顺序选择→捆绑→锚定→激活→结算与证明），按优先顺序（cheapest-first）清算；数据空间集成通过Eclipse Dataspace Connector（EDC）发布匿名化后的已执行活动。演示涉及54个注册DERs，包括11个光伏产消者（37.5 kWp）和43个可控负荷（约11.3 MW），来自希腊斯基亚索斯岛的真实用户，系统运营商IPTO和HEDNO提供需求、产品定义和价格参考。
**3.1 主要运营指标**：在滚动12个月模拟生产窗口（2025年5月至2026年4月）中，平台处理了935,558条结算记录，清算1365.6 MWh灵活性，每个月维持约10,000个已清算报价，表明稳定运行而非一次性事件。
**3.2 所需关键绩效指标**：所有四项所需KPI均达到并大幅超过，包括总灵活性交易量、参与者数量、总柔性容量和交易结算成功率，累积数据证实了平台性能。
**3.3 参与度与服务组合**：两个用例家族（UC1：TSO的aFRR/mFRR上下调节；UC2：DSO的阻塞管理）在重叠间隔内对同一库存进行清算。mFRR占主导地位，aFRR罕见但价值高，仅由15分钟计量参与者提供。请求履行率在所有服务中均较高，确认聚合池足够深度以清算所发布的需求。
**3.4 运营商的成本竞争力**：在所有产品中，DFLEX清算价格均低于IPTO 2025年加权平均边际价格（Weighted Average Marginal Price，WAMP）分布。由于报价以WAMP上限提交，引擎按优先顺序清算，清算价格稳定低于参考约20%（向上产品约€0.141/kWh对比约€0.176/kWh；向下产品约€0.045/kWh对比约€0.056/kWh）。与运营商实际平衡价格系列进行逐区间比较显示，向上调节中DFLEX在61.8%的活动区间内低于实际价格，在稀缺事件中保持低价；向下调节中低于实际价格89.8%的区间。敏感性分析表明，运营商的节约对报价行为、稀缺性和投资组合深度具有稳健性。
**3.5 参与者经济性**：建模的参与者净收入范围从每年约€39（住宅，0.5 kW）到约€591（小型商业，3 kW）。平台对产消者不收费（经纪费由电网运营商支付）。代表性回收期从14个月（最佳商业案例）到“无法回收”在最保守的住宅案例。聚合器上线）比集成自参与路径（约€440–700）更便宜。参与者经济性主要由激活小时数、提供的kW以及是否将mFRR叠加在阻塞管理之上驱动。
**3.6 透明度与可验证性**：每个清算捆绑包中的获胜报价被组合成一个keccak256 Merkle根，每个根可独立从其报价叶子重新计算，任何运营商、监管者或参与者均可确认交易发生。所有28,455个清算捆绑包均被Merkle承诺。五个DFLEX智能合约部署在能源链上，一组代表性1000个捆绑包根通过DFLEXMarket合约锚定在链上，每个根携带其链上交易哈希和区块号，任何人都可在公共Volta浏览器上验证。每个报价均经DID签名，因此调度和计量不可伪造。已执行活动导出至能源数据空间，为外部审计员提供主权记录。交易管道端到端运行：总结算价值100%支付，零待处理。
**3.7 记录级验证**：单个实时交易窗口被检查，显示报价跨越所有四种产品，清算价格在€0.122–0.200/kWh，每个接受的报价均等于或低于其上限，确认按优先顺序规则、门关闭时间及加密报价哈希均按设计运行。
主要发现证实三个主张：小型DERs可满足真实平衡产品；去信任机制有效（链上Merkle锚定加DID签名报价使每笔交易独立可验证，数据空间导出提供主权审计轨迹）；同一资产可服务两个运营商。经济性对最小参与者而言线/年），通过聚合和容量支付可改善。局限性包括：单岛站点无法实现KPI的瞬时MW读数，电网影响KPIs为观察性，PV生产部分使用确定模型，区块链层部署在测试网络。商业推广依赖运营商采纳、监管变化（希腊RAAEY）和计量升级。平台可复制，可寻址灵活性池随希腊电气化增长。技术成熟度评估：市场/匹配/结算系统为TRL 7，链上身份层为TRL 6，数据空间集成TRL 6，AI/ML支持TRL 5。
本文旨在测试三个耦合障碍（资产规模、信任、单一运营商制度准入）是否可在一个真实系统中同时克服。DFLEX平台证明它们可以。在希腊斯基亚索斯岛为期一年的模拟运行中，拥有54个注册DERs和国家输电及配电运营商，平台清算并结算了1365.6 MWh灵活性，跨越935,558条结算记录，满足并超过所有四项所需KPI，采购灵活性价格持续低于现行平衡价格参考20%，并通过链上Merkle锚定和DID签名报价使每笔交易独立可验证，同时仅通过欧洲能源数据空间共享匿名化执行活动。三个结果具有推广价值：第一，聚合加按优先顺序清算让日常电器和屋顶光伏满足真实平衡和阻塞管理产品；第二，信任可实现结构性而非制度性；第三，单一DID注册表受两个运营商信任，使同一资产可在重叠间隔内服务TSO和DSO。技术经济分析表明，参与者利润真实但最低规模较小（约€39–591/年），仅在聚合降低上线成本且容量支付奖励可用性时才有吸引力。商业推广的剩余障碍是经济和制度性而非技术性。
