[论文解读] Quartierstrom -- Implementation of a real world prosumer centric local energy market in Walenstadt, Switzerland

Liliane Ableitner, Arne Meeuw+4 more|arXiv (Cornell University)|May 17, 2019

Smart Grid Energy ManagementEngineering被引用 22

一句话总结

本论文介绍了Quartierstrom，一个在瑞士瓦勒恩施塔特实施的真实世界基于区块链的点对点能源市场，使生产者-消费者和消费者能够以用户自定义价格直接交易本地产生的太阳能电力。该系统采用双拍卖机制，结合动态定价、智能电表数据和基于网络的界面，以激励本地能源消费、降低电网成本并提高自用电率——在37户家庭的试点中证明了其技术可行性和用户接受度。

ABSTRACT

Prosumers in many regions are facing reduced feed-in tariffs and currently have no possibility to influence the level of remuneration for the locally produced solar energy. Peer-to-peer communities may offer an alternative to the feed-in tariff model by enabling prosumers to directly sell their solar energy to local consumers (possibly at a rate that is beneficial for both consumer and prosumer). The Quartierstrom project investigates a transactional energy system that manages the exchange and remuneration of electricity between consumers, prosumers and the local electric grid provider in the absence of intermediaries. This whitepaper describes the prototypical real-world system being implemented in the town of Walenstadt, Switzerland, with 37 participating households. The community members of this pilot project pay a reduced tariff for grid usage if the electricity produced by a prosumer is sold to another community member, which is located on the same voltage or grid level downstream a substation1. Such a tariff structure incentivizes local balancing, i.e. locally produced energy can be consumed locally whenever possible to avoid costs from higher grid levels. The blockchain is a novel technology suitable to log the produced and consumed units of energy within a community, making it possible to implement market places. In those marketplaces, both prosumers and consumers can indicate a price at which they are willing to sell / buy locally produced solar energy without the intermediation of a utility. The key goals of this project are the assessment of A) the technical, economical and ecological feasibility of a blockchain-based community energy system regarding local utilization of solar energy, grid quality and energy efficiency and B) resulting dynamics regarding local market prices and user acceptance.

研究动机与目标

• 评估基于区块链的本地能源市场在生产者-消费者与消费者之间的技术、经济和生态可行性。
• 评估基于地理位置的电网定价对本地能源消费和电网效率的影响。
• 研究社区能源交易系统中的用户接受度和行为动态。
• 探讨去中心化能源交易如何提高自用电率并减少对集中式电网的依赖。
• 测试一种新颖的自下而上的费率模型，即使缺乏监管支持，也能激励本地能源平衡。

提出的方法

• 在瑞士瓦勒恩施塔特的37户家庭中实施基于区块链的双拍卖机制，用于点对点电力交易。
• 整合智能电表数据，以追踪实时发电与用电情况，确保交易结算的准确性。
• 使用Flask和Bootstrap开发基于网络的应用程序，使用户能够设定买入/卖出价格上限并监控能源与财务数据。
• 使用动态价格滑块，使生产者-消费者可设定最低售价，消费者可设定最高买入价。
• 通过每月的电子邮件报告和用户界面反馈循环，持续监测用户参与度和系统使用情况。
• 未来将整合社区级电池储能系统，以优化能源流动并提高自给率。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于区块链的点对点能源市场是否能在真实环境中成功实现生产者-消费者与消费者之间太阳能电力的直接本地交易？
• RQ2 用户自定义的价格限制如何影响社区能源系统中的交易频率、自用电率和财务结果？
• RQ3 所提出的基于地理位置的电网费率模型在多大程度上降低了电网使用成本并促进了本地能源平衡？
• RQ4 在具备透明实时反馈的社区能源交易系统中，用户的接受度和参与度如何？
• RQ5 与家庭级储能相比，社区级电池储能的整合如何提升能源效率和自给率？

主要发现

• Quartierstrom系统于2019年1月成功启动，并持续运行一个日历年度，收集了全面的用电、发电和交易数据。
• 几乎所有参与的家庭都创建了账户，且多数频繁登录以监控数据或调整价格设置，表明用户参与度极高。
• 该系统证明了基于区块链的双拍卖机制在本地能源交易中具备技术可行性，并能实现与实时数据的整合。
• 配备动态价格滑块和实时关键绩效指标（如自用电率、自给率）的网络界面，有效提供了透明度，并支持用户决策。
• 该项目证实，计划于2019年下半年实施的社区级电池集成，相比家庭级储能，能更有效地提升自用电率和能源效率。
• 尽管该新型费率模型缺乏监管支持，项目仍成功通过研究经费覆盖更高层级电网成本，测试了一种自下而上的电网成本分摊方法。