周越，吳建中，龍超，明文龍

School of Engineering, Cardiff University, Cardiff CF24 3AA, UK

1. 引言

“能源三元悖論”是現(xiàn)代人類社會發(fā)展面臨的主要問題之一，包括環(huán)境可持續(xù)、能源平等和能源安全這三個至關(guān)重要、需要同時實現(xiàn)但有時相互矛盾的目標[1]。為解決這一問題，全球范圍內(nèi)正開展著一場前所未有的能源革命。據(jù)估計，全球每年在能源基礎(chǔ)設(shè)施的相關(guān)投入超過2.0×1012美元[2]?！澳茉慈Ｕ摗钡慕鉀Q方案可以分為兩大方向：一是通過更廣泛的全球能源系統(tǒng)互聯(lián)實現(xiàn)資源在區(qū)域、國內(nèi)甚至國際范圍內(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踐[3]；二是通過發(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）[4]。學(xué)術(shù)界和工業(yè)界普遍認為，沒有一種單獨的方案是能夠完全解決“能源三元悖論”的“靈丹妙藥”[5]，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)對未來全球能源挑戰(zhàn)的必由之路[6,7]。

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 [8]。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[9]。與之相應(yīng)，傳統(tǒng)電力市場也是單向的——發(fā)電企業(yè)在電力批發(fā)市場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[10]。然而，各種分布式發(fā)電機組、儲能設(shè)備和靈活負荷在內(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[11]。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性給現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)劃、運行和保護帶來了許多新的挑戰(zhàn)[12]，但與此同時，分布式能源本身具有的靈活性又給電力系統(tǒng)應(yīng)對這些挑戰(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)對電能供應(yīng)的寡頭壟斷，為本地化電力市場的出現(xiàn)和發(fā)展提供了機會 [8]。

近年來涌現(xiàn)的端對端能源交易（peer-to-peer energy trading）正吸引越來越多的關(guān)注[13]。在端對端能源交易中，擁有分布式能源的用戶[由于這些用戶同時具備發(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)為特點的傳統(tǒng)電力市場，端對端能源交易可以看作是“共享經(jīng)濟”的一個范例[14]——猶如用戶通過優(yōu)步（Uber）共享未充分利用的私家車以及通過愛彼迎（Airbnb）共享未充分利用的房產(chǎn)[15]，端對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，實現(xiàn)能源生產(chǎn)者和消費者在經(jīng)濟利益上的雙贏[16]。

電力用戶發(fā)用電曲線的多樣性（即在同一時刻，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）是端對端能源交易得以展開的基礎(chǔ)。在許多國家，為了促進分布式發(fā)電的本地消納，分布式發(fā)電的上網(wǎng)電價往往低于用戶的購電電價[17]，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)濟激勵。此外，在全球范圍內(nèi)，例如，在美國、英國、澳大利亞、新西蘭、葡萄牙和西班牙，分布式發(fā)電的上網(wǎng)補貼不斷下降是趨勢，這進一步促使用戶尋求建立本地的端對端能源交易市場[18]。

從電力系統(tǒng)調(diào)度的角度看，端對端能源交易為未來管理高滲透分布式能源提供了一種重要的手段[17]。分布式能源具有種類多樣，運行特性、接入容量、接入地點和所有權(quán)各異的特點，因此傳統(tǒng)的集中調(diào)度方法既不可行也不經(jīng)濟[19]。在此情況下，通過設(shè)計合理的端對端能源交易機制，分布式能源可以自發(fā)實現(xiàn)功率和能量上的平衡，從而減輕其給上級電網(wǎng)帶來的壓力和不確定性[20]。進一步地，通過合理的機制設(shè)計（如一些學(xué)者提出的“聯(lián)邦電廠”概念[21]），端對端能源交易中的分布式能源可以提供輔助服務(wù)，支撐上級電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行。

基于全球端對端能源交易的最新發(fā)展動態(tài)和研究成果，本文分5個關(guān)鍵方面對現(xiàn)有相關(guān)研究和工程實踐進行了系統(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、科研項目和工程項目；第3節(jié)具體從5個方面對端對端能源交易進行了闡述和分析，包括市場機制、交易平臺、物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施、社會科學(xué)視角以及政策法規(guī)；第4節(jié)對全文進行了總結(jié)。

2. 全球端對端能源交易發(fā)展圖景

在許多國家，端對端能源交易正受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界越來越多的關(guān)注。本節(jié)總結(jié)并分析全球相關(guān)學(xué)術(shù)論文、科研項目和工程項目的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，展示端對端能源交易的全球發(fā)展圖景。本節(jié)內(nèi)容基于超過30篇學(xué)術(shù)論文、8個科研項目以及20個工程項目的相關(guān)資料。

2.1. 學(xué)術(shù)論文

基于對超過30篇學(xué)術(shù)論文的總結(jié)分析，繪制了全球端對端能源交易學(xué)術(shù)研究的圖景，具體過程如下：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)鍵詞進行搜索；然后通過對相應(yīng)論文的標題、關(guān)鍵詞及摘要的閱讀，篩選出與端對端能源交易直接相關(guān)的論文。值得指出的是，考慮到會議論文巨大的數(shù)量以及部分會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)計結(jié)果如圖1所示，更多詳細信息參見Appendix A中的表S1。

如圖1所示，相比2017年，端對端能源交易的相關(guān)論文在2018年有一個非常陡峭的增長。截至2019年3月底，相關(guān)期刊論文的數(shù)量已達到11篇，已超過2018年半年的數(shù)量，相關(guān)論文的數(shù)量會繼續(xù)保持指數(shù)增長的勢頭。該統(tǒng)計結(jié)果表明端對端能源交易在學(xué)術(shù)界正引發(fā)越來越多的注意和興趣。值得指出的是，上述結(jié)果均基于前文所述的特定關(guān)鍵詞和篩選過程，因此端對端能源交易實際相關(guān)論文的數(shù)量要遠高于圖1中的統(tǒng)計數(shù)字。此外，圖1中的統(tǒng)計結(jié)果從2015年開始，但這并不意味著端對端能源交易領(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)果主要為展示端對端能源交易領(lǐng)域相關(guān)論文快速增長的趨勢。這些分析同樣也適用于圖2和圖3的相關(guān)結(jié)果。另外再次強調(diào)，圖1中2019年的相關(guān)數(shù)據(jù)截至2019年3月底。

圖2展示了各個國家相關(guān)論文的發(fā)表數(shù)量。英國是目前發(fā)表端對端能源交易相關(guān)論文最多的國家，而歐盟國家作為一個整體貢獻了超過全球論文總數(shù)55%的論文，顯著超過全球其他國家和地區(qū)。澳大利亞產(chǎn)出的相關(guān)論文排名全球第二。此外，亞洲國家（包括中國、新加坡和日本）和北美國家（包括美國和加拿大）也產(chǎn)出了許多相關(guān)論文，分別為9篇和5篇。

圖1. 端對端能源交易相關(guān)期刊論文統(tǒng)計（按年）。2019年的論文數(shù)量截至2019年3月底。

從研究主題看，如圖3所示，絕大多數(shù)論文聚焦于端對端能源交易的市場機制設(shè)計，而交易平臺、社會科學(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。這可能是因為端對端能源交易仍在發(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)研究的相對不足，這在未來需要加強。

2.2. 科研項目

世界上一些國家的政府和科研資助機構(gòu)支持了一些促進端對端能源交易發(fā)展的科研項目。與學(xué)術(shù)論文的搜索和篩選過程類似，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)鍵詞進行搜索；然后對搜索出的內(nèi)容進行人工檢查和篩選，去除不相關(guān)的結(jié)果。

圖2. 端對端能源交易相關(guān)期刊論文統(tǒng)計（按國家）。

圖3. 端對端能源交易相關(guān)期刊論文統(tǒng)計（按研究焦點）。

端對端能源交易領(lǐng)域一個顯著的科研項目是歐盟地平線2020計劃（Horizon 2020）資助的P2P-SmarTest項目（Peer-to-Peer Smart Energy Distribution Networks，即“端對端智能能源配送網(wǎng)絡(luò)”）[22]。該項目始于2015年，結(jié)束于2018年，覆蓋了端對端能源交易的4個主要方面，包括市場機制設(shè)計、交易平臺、物理和信息基礎(chǔ)設(shè)施以及政策法規(guī)。另一個大項目是P2P-3M項目（Peer-to-Peer Energy Trading and Sharing-Multi-times, Multi-scales,Multi-qualities，即“多時間尺度、多空間范圍及多種質(zhì)量下的端對端能源交易與共享”）[23]。該項目由英國工程與自然科學(xué)研究理事會（Engineering and Physical Sciences Research Council, EPSRC）資助，始于2016年，將于2020年結(jié)束。該項目旨在建立與多樣化社會要求相一致的端對端能源交易技術(shù)與市場體系。

其他端對端能源交易的相關(guān)科研項目包括Energy Collective（能源集合體）[24]、EnerPort（能源端口）[25]、NOBEL（面向相鄰地區(qū)的電力中介和監(jiān)測系統(tǒng)）[26]、P2P Energy Trading Schemes for Sustainable Cities（可持續(xù)城市的端對端能源交易機制）[27]、Peer Energy Cloud（端對端能源云）[28]以及Street2Grid（街道電網(wǎng)服務(wù)）[29]。這些項目覆蓋了包括市場機制設(shè)計、交易平臺、基礎(chǔ)設(shè)施、社會科學(xué)視角以及政策法規(guī)等不同方面。更多細節(jié)參見Appendix A中的表S2。

另外，從表S2可以看出，絕大多數(shù)科研項目（7/8）來自于歐洲。從研究主題的角度看，不同項目有不同的主題，但大多數(shù)項目集中于市場機制設(shè)計和交易平臺這兩大主題。也有一些項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，但只有很少的項目（1/8）從社會科學(xué)的視角進行考慮。

2.3. 工程項目

全球關(guān)于端對端能源交易的相關(guān)試點和商業(yè)化項目的數(shù)量近年來迅速增長，項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)鍵詞進行搜索；然后對搜索出的內(nèi)容進行人工檢查和篩選，去除掉不相關(guān)的結(jié)果。值得指出的是，原則上所選項目均為已經(jīng)啟動、正在進行的項目，仍在規(guī)劃階段的項目均不入選。相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果如圖4和圖5所示。更多詳情參見Appendix A中的表S3。

如圖4所示，美國和歐洲國家的端對端能源交易的相關(guān)實踐最為活躍，其中美國和德國擁有世界上最多數(shù)量的端對端能源交易工程項目。圖5顯示70%的工程項目聚焦于本地層級，具體包括樓宇、社區(qū)、微網(wǎng)和配電網(wǎng)等。另外30%的工程項目聚焦于全國層級，具體解決跨不同大區(qū)或電力批發(fā)市場中發(fā)電機組和用戶間的端對端能源交易問題。

值得特別注意的是，幾乎所有本文中調(diào)查到的工程項目（詳細列表見表S3）均涉及利用區(qū)塊鏈技術(shù)對端對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)端對端能源交易的最有前景的技術(shù)之一，詳細分析見第3.2節(jié)。

2.4. 關(guān)于所繪制的端對端能源交易全球圖景的局限性的討論

圖4. 端對端能源交易工程項目所占比例（按國家）。

圖5. 端對端能源交易工程項目所占比例（按范圍）。

在本文所討論的論文和項目之外，仍可能有其他許多論文和項目事實上與端對端能源交易相關(guān)，但沒有包含在本文的統(tǒng)計和討論之中，原因在于如第2.1節(jié)至第2.3節(jié)所述，在搜索時使用了“peer-to-peer”（端對端）、“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，但其他一些文獻可能用了其他一些關(guān)鍵字，如“energy exchange”（能源交換）[30]、“l(fā)ocal electricity market”（本地能源市場）[31]及“prosumer business”（產(chǎn)消者商業(yè)模式）[11]等。其他關(guān)鍵詞沒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儲備和主觀判斷。另如第2.1節(jié)中所述，在學(xué)術(shù)論文的篩選過程中，僅閱讀了論文的標題、關(guān)鍵詞和摘要，因此可能會有一些遺漏，因為一些論文可能事實上與端對端能源交易相關(guān)，但卻很難從標題、關(guān)鍵詞及摘要中判斷出來（如文獻[32]）。

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，但還有許多跟端對端能源交易相關(guān)的會議論文和預(yù)印本論文，如文獻[33-37]。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)庫中也可能有端對端能源交易的相關(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)量的與端對端能源交易相關(guān)的前沿研究和項目?；谶@些調(diào)查我們進行了進一步的有益分類、分析并做了展望。

3. 端對端能源交易研究的主要方面—綜述和展望

基于對現(xiàn)今學(xué)術(shù)界和工業(yè)界端對端能源交易相關(guān)研究進展的調(diào)研，本文總結(jié)了端對端能源交易研究的5個主要方面并進行了分析。5個主要方面包括：市場機制設(shè)計、交易平臺、物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施、社會科學(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Appendix A。在本節(jié)下面的內(nèi)容中，將對各個主要方面先進行闡述，然后對現(xiàn)有相關(guān)研究和實踐進行分析，最后對未來研究做出展望。本文總結(jié)的端對端能源交易研究的主要方面如圖6所示。

3.1. 市場機制設(shè)計

面向含有高滲透分布式能源的現(xiàn)代電力系統(tǒng)的創(chuàng)新市場機制是端對端能源交易研究的一個重要方面。下面將從如下角度對端對端能源交易的市場機制設(shè)計做出討論，包括：基于市場集中度的市場分類、電力產(chǎn)品的異質(zhì)化、市場穩(wěn)定性、與外部市場的關(guān)系以及基于博弈論的視角。

3.1.1. 集中式市場、分散式市場還是分布式市場？

根據(jù)市場的集中程度，可以將端對端能源交易市場分為集中式市場、分散式市場和分布式市場，如圖7所示。

3.1.1.1. 集中式市場

集中式市場需要有一個能夠與所有參與端對端能源交易的用戶通訊的市場協(xié)調(diào)者。在集中式市場中，市場協(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)備的運行狀態(tài)。市場協(xié)調(diào)者還負責(zé)根據(jù)提前制定的規(guī)則分配端對端能源交易的收益，例如，制定端對端能源交易的價格，從而決定用戶的收益[38]。

集中式市場的一大優(yōu)點是可以最大化整個端對端能源交易集體的“總收益”（social welfare），市場協(xié)調(diào)者可以將最大化端對端能源交易集體的總收益作為優(yōu)化其決策的目標函數(shù)（如文獻[39]中的方法）。進行集中管理的另一優(yōu)點是市場中用戶的發(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[17]，集中式市場中用戶的運行狀態(tài)由市場協(xié)調(diào)者直接決定 [39-43]。

集中式市場的一個主要缺點在于隨著所管理的分布式能源規(guī)模的擴大，它會給集中式管理系統(tǒng)帶來指數(shù)級的計算和通信負擔(dān)[19]。集中式市場的其他缺點包括用戶隱私和自治性（autonomy）問題：用戶隱私方面，市場協(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)的泄露或濫用可能造成用戶隱私泄露的風(fēng)險；用戶自治性方面，市場協(xié)調(diào)者對用戶設(shè)備的直接控制嚴重損害了用戶的自治性，一些用戶對此可能頗為敏感[44]。此外，集中式市場還有較大的“單點故障”（single-point failure）風(fēng)險（在市場協(xié)調(diào)者處）。

圖6. 端對端能源交易主要議題概覽。

圖7. 端對端能源交易市場分類。（a）集中式市場；（b）分散式市場；（c）分布式市場。

已有許多研究提出或探討了端對端能源交易的集中式市場設(shè)計。文獻[39]提出了一個優(yōu)化模型，以使裝有光伏電池和電池組的家庭的經(jīng)濟利益最大化。該模型為不同用戶間的端對端能源交易指定了固定的價格。Lüth等[40]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值，并提出了兩個市場設(shè)計，即“Flexi用戶”和“Pool Hub”，這兩個都是集中式市場。文獻[41]提出在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中為基于區(qū)塊鏈的端對端能源交易配備和使用本地電力儲備，主要用于減少區(qū)塊鏈的長度和減少電能傳輸損耗。文獻[42]提出了一個名為“Smart elecTricity Exchange Platform, STEP”（智能電力交換平臺）的集中式端對端能源交易市場設(shè)計，其中端對端能源交易的價格被提前指定作為約束。文獻[38]為實行端對端能源交易的微網(wǎng)社區(qū)提出了一個兩階段儲能控制策略，主要優(yōu)點在于僅需要微網(wǎng)公共耦合點（point of common coupling, PCC）的量測信息以及對儲能設(shè)備的單向通信信道。文獻[43]為集中式端對端能源交易提出了一個名為“energy cost optimization via trade (ECOTrade)”（通過交易實現(xiàn)能源費用最優(yōu)化）的算法。通過該算法得到的解99%是最優(yōu)解，并且更有效率。

從對上述文獻的分析可以看出，由于采用了全局優(yōu)化，集中式市場可以得到一系列包括總收益最大化在內(nèi)的好處。未來對集中式市場的研究可以從以下兩方面開展：一是讓集中式市場在實現(xiàn)端對端能源交易之外再實現(xiàn)一些其他功能，如激勵輔助服務(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在可擴展性、可靠性、隱私和自治性等方面的固有缺點和問題。

3.1.1.2. 分散式市場

與集中式市場不同，分散式的端對端能源交易市場中沒有集中式的市場協(xié)調(diào)者，用戶直接與其他用戶進行聯(lián)系和交易。因此，相比集中式市場，分散式市場中用戶的隱私得到很好的保護，并且用戶對其自身的設(shè)備擁有完全的控制權(quán)[45-48]。另外，分散式市場的可擴展性良好，用戶可以更容易地“即插即用”[45-48]。

分散式市場也有其自身的缺點。首先，由于沒有集中的市場協(xié)調(diào)者，分散式市場的“效率”往往不高，難以保證端對端能源交易集體總收益的最優(yōu)性[49]。其次，分散式市場的交易結(jié)果對電力系統(tǒng)調(diào)度的可見性和可預(yù)見性相對較差，使電力系統(tǒng)調(diào)度更難管理相應(yīng)的系統(tǒng)約束以及進行相應(yīng)的系統(tǒng)運行優(yōu)化（如文獻[45]中所述的雙邊合同網(wǎng)絡(luò)）。最后，用戶在分散式市場中面臨很大的不確定性，這使得一些弱勢用戶的利益容易得不到保障，例如，在文獻[50]中所提出的連續(xù)雙邊拍賣機制中，一些用戶的發(fā)電或負荷可能被削減。

與集中式市場的研究相比，關(guān)于分散式市場的學(xué)術(shù)論文數(shù)量相對較少。文獻[45]提出了一種可以適用于遠期市場和實時市場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[46]提出了一種基于“多邊經(jīng)濟調(diào)度”（multi-bilateral economic dispatch）模型以及“松弛共識+創(chuàng)新”（relaxed consensus + innovation）方法的分散式端對端能源交易市場解決方案。作者宣稱所提方案可以在尊重用戶多樣性的偏好的同時實現(xiàn)端對端能源交易集體總收益的最大化。文獻[47]提出了一種基于區(qū)塊鏈的、面向端對端能源交易的“自動貶值”（demurrage）機制，其中以能源為基礎(chǔ)的區(qū)塊鏈代幣的幣值隨時間的增長而貶值，從而激勵用戶在有多余本地發(fā)電的時刻用電。文獻[48]提出了一種端對端能源交易的多代理聯(lián)盟機制。此外，早在2014年的一個研究中[32]，作者提出了一種微電網(wǎng)間進行端對端能源交易的簡單機制，其中端對端能源交易價格隨時間變化而變化，但被提前指定。同時，微電網(wǎng)通過查找一個固定的順序表決定與哪些微電網(wǎng)進行交易。

從上述文獻綜述可以看出，相比于集中式市場多采用全局優(yōu)化的方法，分散式端對端能源交易市場的形式就更為多樣化，包括雙邊合同網(wǎng)絡(luò)、共識方法、區(qū)塊鏈代幣自動貶值機制、多代理方法等多種機制。然而完全分散式市場往往無法實現(xiàn)全局最優(yōu)，因此還有進一步改進現(xiàn)有市場機制或提出新的市場機制以實現(xiàn)更好性能的空間。此外，現(xiàn)有分散式市場在設(shè)計過程中往往對用戶的行為決策機制有一定的假設(shè)，但在現(xiàn)實中，用戶的行為決策往往很復(fù)雜、有很強的不確定性，因此，分散式市場在實際中的效果有待進一步研究和評估。最后，與集中式市場類似，分散式市場中也可以加入進一步的設(shè)計，激勵用戶為電力系統(tǒng)提供其他支撐輔助服務(wù)。

3.1.1.3. 分布式市場

分布式市場是一種介于集中式市場和分散式市場之間的市場機制。與集中式市場的協(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，分布式市場的協(xié)調(diào)者往往通過價格信號間接影響用戶的行為[17]。與完全分散式市場相比（如與文獻[17,45]相比），分布式市場具有一個市場協(xié)調(diào)者，因此用戶的用電行為可以得到更好的協(xié)調(diào)。與集中式市場相比（如與文獻[17,43]相比），分布式市場往往需要更少的量測數(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?？傊植际绞袌鼋Y(jié)合了集中式市場和分散式市場的特點，是一種居中的解決方法。

已有許多研究對分布式端對端能源交易市場進行了探討。文獻[51]提出了一個迭代式的雙邊拍賣機制，最大化參與端對端能源交易的電動汽車的總收益。文獻[52]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）的定價策略。文獻[53]提出了3種用于微電網(wǎng)社區(qū)端對端能源交易的定價機制，包括賬單共享機制（bill-sharing）、中間價機制（mid-market rate）和基于拍賣的定價機制。文獻[54]基于對電動汽車線性投標價格函數(shù)的假設(shè)，采用一種二次規(guī)劃模型為端對端能源交易進行定價。文獻[55]提出了針對多種能源產(chǎn)品端對端能源交易的分布式價格導(dǎo)向優(yōu)化機制。文獻[56]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端能源交易迭代式定價機制。文獻[57]提出一種共識交換乘子法（alternating direction method of multipliers, ADMM）進行內(nèi)源性（endogenous）端對端經(jīng)濟調(diào)度。文獻[58]提出了一種事件觸發(fā)的本地市場，在這種情況下，市場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市場的費率。文獻[59]提出了一種基于價格需求響應(yīng)的微電網(wǎng)端對端能源共享模型，其中的動態(tài)內(nèi)部定價模型基于微電網(wǎng)中能源的供求比。

從上述文獻綜述可以看出，分布式市場的一個關(guān)鍵問題是設(shè)計一種合適的端對端能源交易定價機制。此外，建立合理的用戶行為決策模型和合理的定價模型實施機制（如一次性/迭代式執(zhí)行機制、同步/異步執(zhí)行機制等）也十分重要。文獻[17]給出了分布式端對端能源交易市場的抽象層次化模型，并提出了一套多代理仿真框架和評估指標體系，用于仿真和評估分布式端對端能源交易市場設(shè)計。

分布式市場的未來研究方向包括設(shè)計一種能夠同時激勵端對端能源交易和輔助服務(wù)的機制。分布式市場的設(shè)計還需考慮用戶實際的行為決策模型以及現(xiàn)實的市場實施機制。此外，分布式市場的收斂性也是重要的研究課題，以避免市場發(fā)散帶來的不良后果。

3.1.2. 電力產(chǎn)品的異質(zhì)化

現(xiàn)行電力市場中的電力產(chǎn)品主要通過時間進行異質(zhì)化區(qū)分。在電力批發(fā)市場中，覆蓋不同時間范圍的電力產(chǎn)品（如短期合同、中期合同和長期合同）往往具有不同的價格。在電力零售市場中，分時電價、實時電價、尖峰電價等機制在世界上許多國家和地區(qū)采用[60]。電力產(chǎn)品有時也根據(jù)用戶的累計用電量進行區(qū)別，一個典型的例子是在中國[61]、加拿大[62]、南非[63]等國家實行的階梯電價機制。

端對端能源交易市場的出現(xiàn)為電力產(chǎn)品的進一步異質(zhì)化提供了機會——端對端能源交易市場規(guī)模較小，往往服務(wù)于具有具體特點的特定用戶群體，因此適合試點各種靈活的市場設(shè)計。已有少量研究對端對端能源交易市場中電力產(chǎn)品的異質(zhì)化做了探討。文獻[55]提出了一種端對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”“補貼電力”和“電網(wǎng)電力”3類。文獻[46]提出的基于共識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，從而對電力產(chǎn)品進行區(qū)別。

未來研究方向包括為電力產(chǎn)品的異質(zhì)化提出不同的端對端能源交易市場機制設(shè)計，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。

3.1.3. 組成端對端能源交易聯(lián)盟過程中的競爭性和穩(wěn)定性

幾乎所有端對端能源交易的現(xiàn)有研究都假設(shè)一個地區(qū)中僅有一個統(tǒng)一的端對端能源交易市場（如文獻[39-42,45-48,51-59]）。然而現(xiàn)實中很有可能一個地區(qū)中有多個端對端能源交易服務(wù)提供商，而這些服務(wù)提供商各自建立端對端能源交易市場，彼此競爭，招攬用戶。在這種情況下，端對端能源交易市場的穩(wěn)定性，即其將用戶留在市場之中的能力，就顯得尤為重要。

圖8. 電力產(chǎn)品的異質(zhì)化。

已有少量研究對這一問題進行了探討。文獻[43]所提的端對端能源交易機制可以保證參與端對端能源交易的用戶所得的收益不會比直接與大電網(wǎng)交易更差，但沒法保證一部分用戶脫離交易機制自組新的聯(lián)盟，以獲取更大的利益。文獻[64]驗證了所提的基于經(jīng)典聯(lián)盟理論（canonical coalition game）的端對端能源交易機制的內(nèi)核以及穩(wěn)定性，但其采用的利益分配機制能否阻止部分用戶脫離而自組聯(lián)盟還需進一步分析。

未來研究可以集中在確保端對端能源交易的穩(wěn)定性（至少在特定條件下）。對集中式市場而言，市場的穩(wěn)定性主要取決于聯(lián)盟內(nèi)的利益分配機制。對分散式市場或分布式市場而言，市場的穩(wěn)定性主要在于設(shè)計合理的市場交易規(guī)則和定價機制。此外，一個區(qū)域內(nèi)的用戶會如何自組織而成立端對端能源交易聯(lián)盟也有待進一步研究，這有助于更加準確地評估端對端能源交易對用戶個體以及社會整體的影響。

3.1.4. 端對端能源交易市場與現(xiàn)行的電力批發(fā)/零售市場的關(guān)系

現(xiàn)今已有許多關(guān)于未來電力市場形態(tài)的研究和討論，但未來電力市場的最終形態(tài)仍是一個開放的課題[65-67]。盡管如此，可以預(yù)見的是，傳統(tǒng)的電力批發(fā)-零售市場體系將與端對端能源交易在未來很長的一段時間內(nèi)同時存在。因此，探究端對端能源交易市場與現(xiàn)行電力批發(fā)/零售市場間的關(guān)系是端對端能源交易研究領(lǐng)域的一個重要課題。

在現(xiàn)有的端對端能源交易相關(guān)研究中，往往假設(shè)用戶首先與其他用戶進行端對端能源交易，然后再與電力批發(fā)或零售市場進行個體或集體交易以進行功率和能量的平衡（取決于端對端能源交易市場的規(guī)模及具體的市場設(shè)計）。換言之，傳統(tǒng)電力批發(fā)/零售市場為端對端能源交易市場扮演了一個“最后平衡者”（residual balancer）的角色。文獻[68]所提的基于社區(qū)的市場是此類關(guān)系的一個范例。其他的例子包括文獻[38,39,43,48,53,54,56]（與電力零售市場互動）以及文獻[40,42,55]（與電力批發(fā)市場進行互動）。

另外，也有一些更加“通用”的端對端能源交易市場設(shè)計，不僅可以針對需求側(cè)裝有分布式能源的用戶間的端對端能源交易，同時也可以用于大型發(fā)電機組和電力零售商間的相關(guān)交易。文獻[68]提出的“完全端對端市場”就是這樣的一種市場。文獻[45]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)電機組間的直接能源交易。文獻[46]所提的市場機制也可以應(yīng)用于大型發(fā)電機組與用戶的直接能源交易。此外，雖然沒有明確說明，但文獻[47]所提的市場機制是通用的，未來有潛力拓展到需求側(cè)用戶間交易以外的場景。

在現(xiàn)有的將電力批發(fā)/零售市場作為最后平衡者的研究中，通常假設(shè)端對端能源交易市場的總體規(guī)模和影響還非常小，因此，進一步將端對端能源交易市場中的用戶當(dāng)作是電力批發(fā)/零售市場的“價格接受者”（price taker）。然而，隨著未來分布式能源滲透率的逐漸提高和端對端能源交易市場的進一步發(fā)展，端對端能源交易市場的影響難以被忽略，因此需要在未來將端對端能源交易市場考慮為影響電力批發(fā)/零售市場的“價格制定者”（price maker）。此外，針對那些同時可以囊括大型發(fā)電機組和電力零售商的端對端能源交易市場機制，需求側(cè)端對端能源交易和現(xiàn)有電力批發(fā)/零售市場的關(guān)系也有待進一步厘清。

3.1.5. 端對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體間的決策過程，并激勵各實體相互競爭或合作以達成特定的目標，因此在端對端能源交易的應(yīng)用中有很大的潛力[69]。已有一些研究對博弈論方法在端對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端能源交易中的行為，從而對端對端能源交易市場設(shè)計的性能做出評估。文獻[20]計算了一個微電網(wǎng)中裝有本地光伏和靈活負荷的能源產(chǎn)消者間的納什均衡，用于評估端對端能源交易的結(jié)果。文獻[56]也用基于非合作博弈的方法對端對端能源交易中的用戶行為進行了模擬。另外，基于非合作博弈的拍賣方法也被一些文獻[50]作為分布式端對端能源交易市場機制的核心基礎(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端能源交易市場中的定價機制。相關(guān)的例子包括文獻[52]（其中，市場協(xié)調(diào)者作為“領(lǐng)導(dǎo)者”，而用戶作為“跟隨者”）和文獻[56]（其中，賣電者作為“領(lǐng)導(dǎo)者”，而買電者作為“跟隨者”）。

如3.1.3節(jié)中所述，基于合作博弈的方法可以作為分析端對端能源交易市場機制穩(wěn)定性和競爭問題的理論基礎(chǔ)。文獻[64]采用經(jīng)典聯(lián)盟博弈作為構(gòu)建端對端能源交易市場機制的基礎(chǔ)，“內(nèi)核”的概念被用于分析所構(gòu)建市場的穩(wěn)定性。

如文獻[69]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端能源交易的相關(guān)研究中。博弈理論是寶貴的資源庫，未來可被進一步用于模擬用戶的交易行為以及用于設(shè)計和評估端對端能源交易市場機制。

3.2. 交易平臺

交易平臺是端對端能源交易市場機制可以在現(xiàn)實中得以實施的基礎(chǔ)。已有許多研究對支撐端對端能源交易的平臺做了探討。

根據(jù)所采用的支撐技術(shù)，端對端能源交易平臺可以分為集中式平臺和分布式平臺。集中式平臺方面，文獻[20]提出了一個面向并網(wǎng)微電網(wǎng)端對端能源交易的集中式軟件交易平臺的概念設(shè)計，名為Elecbay。與電商平臺eBay類似，電力生產(chǎn)者在Elecbay上放置需要賣出的電力，而電力消費者在Elecbay上下訂單，訂單指明了電力消費者想要購買的電能的數(shù)量和價格。電力零售商和配電網(wǎng)絡(luò)運營商也與Elecbay平臺有通信，以平衡微電網(wǎng)內(nèi)部無法平衡的功率和能量以及處理可能的網(wǎng)絡(luò)約束越限問題。

另有許多研究和實踐聚焦于利用區(qū)塊鏈技術(shù)為端對端能源交易構(gòu)建分布式的交易平臺。綜述文獻[70]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可信任的、分布式的環(huán)境。從長期來看，支撐微電網(wǎng)中的端對端能源交易是區(qū)塊鏈技術(shù)最重要的應(yīng)用之一[71]。

區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化特性與端對端能源交易的去中心化特性高度貼合。總的來說，用區(qū)塊鏈技術(shù)支撐端對端能源交易有以下好處：

（1）區(qū)塊鏈技術(shù)可以取代端對端能源交易中所需的第三方中介，從而節(jié)省相關(guān)間接費用，以及避免由第三方中介產(chǎn)生的道德風(fēng)險；

（2）區(qū)塊鏈中的交易記錄以鏈的形式存儲于網(wǎng)絡(luò)中的多個節(jié)點，由“共識機制”生成，受密碼學(xué)保護，因此相關(guān)交易記錄具有透明、防篡改以及免于單點故障風(fēng)險的特點；

（3）區(qū)塊鏈平臺支持可以自動執(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)費用[72]，這對涉及大量低價值交易的端對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)支持端對端能源交易的工業(yè)試點和項目。其中一個非常著名的項目是由Transactive Grid公司主導(dǎo)的紐約的布魯克林微電網(wǎng)項目。該項目建立了一個基于以太坊的區(qū)塊鏈平臺，并在平臺上部署了智能合約、發(fā)行了相關(guān)代幣用于支持端對端能源交易[73]。該項目分為兩個階段，第一階段包括10個用戶，第二階段規(guī)模大大擴大，包括300個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、不同焦點的其他此類項目，詳情參見表S3。文獻[74]對全球這方面的項目也做了系統(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)支持端對端能源交易。文獻[52]和[54]利用區(qū)塊鏈技術(shù)建立了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的端對端能源交易平臺。文獻[52]提出了一種基于聯(lián)盟鏈的交易平臺，用于支持微電網(wǎng)、能源收集網(wǎng)絡(luò)（energy-harvesting network）以及電動汽車向電網(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)在交易確認延遲上的缺點。文獻[54]提出用安裝本地儲能的方案解決基于區(qū)塊鏈的端對端能源交易平臺的區(qū)塊鏈過長的問題，降低相關(guān)間接費用。文獻[51]設(shè)計了一種用于電動汽車間端對端能源交易的聯(lián)盟鏈平臺，提升交易安全性和對隱私的保護。文獻[75]在支持端對端能源交易的區(qū)塊鏈平臺中引入了多簽名（multi-signature）和匿名信息流（anonymous messaging stream）技術(shù)，實現(xiàn)了很高的安全和隱私保護水平。

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)建端對端能源交易平臺方面做了很多努力，但遺憾的是仍然沒有足夠的證據(jù)證明基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式交易平臺一定優(yōu)于像Elecbay那樣的集中式交易平臺。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，但是是否這些優(yōu)點真的為端對端能源交易平臺所必需仍是一個有待進一步厘清的問題。另外，用戶愿意為這些優(yōu)點付出多大的經(jīng)濟成本也是另一個需要考慮的問題。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，從而帶來一系列好處，但事實上智能合約也可以部署在集中式的平臺上（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，如公有鏈往往需要較高的時間甚至能源開銷以達成“共識”，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最適合所要開展的端對端能源交易。

3.3. 物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施

在交易平臺上達成端對端能源雙邊交易后，合同中的電量需要在指定的時間通過電力網(wǎng)絡(luò)從一個用戶送往另一個用戶。在此過程中，需要一系列量測和通信設(shè)備的支持，以確保能源傳輸可以按時準確地進行。因此，物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施對實現(xiàn)端對端能源交易至關(guān)重要。

3.3.1. 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端能源交易中所達成的電量。相關(guān)解決方案可以分為兩類，如圖9所示。

3.3.1.1. 私有電力網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)控制策略

在物理上實現(xiàn)用戶端對端電力傳輸?shù)囊粋€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的降低，許多國家重新開啟了關(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有改變——電力系統(tǒng)具有高沉沒成本和低邊際運行費用，具有規(guī)模經(jīng)濟、范圍經(jīng)濟和密度經(jīng)濟的特性[76]。此外，未來投資、供電安全性、氣候變化和政策法規(guī)等方面的長期不確定性進一步提升了建設(shè)私有電力網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險[77]。因此，為實現(xiàn)端對端能源交易而大規(guī)模建設(shè)私有電力網(wǎng)絡(luò)依然不是一個經(jīng)濟的解決方案。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行。即使考慮到端對端能源交易的快速發(fā)展，目前這一結(jié)論也沒有要改變或松動的跡象。

盡管如此，已有一些學(xué)術(shù)研究驗證了私有電力網(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[78]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)光伏和儲能的房舍通過一個雙向的DC-DC換流器與一個直流母線相連，并配有具有相應(yīng)控制功能的軟件系統(tǒng)。通過這個設(shè)計，電力可以在相連的居民房舍間流動。文獻[79]提出了可以使互聯(lián)直流微電網(wǎng)運行在不同電壓水平的控制策略。文獻[80]設(shè)計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[81]提出通過將直流微電網(wǎng)互聯(lián)提升供電可靠性。值得指出的是，文獻[79-81]并非是直接針對端對端能源交易的相關(guān)應(yīng)用，但它們建立的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以作為實現(xiàn)孤立微電網(wǎng)間端對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。

3.3.1.2. 公共電力網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)技術(shù)安排

另一個可以實現(xiàn)端對端能源交易相關(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)國家目前采用的方案。在該解決方案中，公共電網(wǎng)就像一個巨大的“池子”，電力生產(chǎn)者往池子中注入電力，而電力消費者從池子中取用電力。池子中的電力基本是同質(zhì)的，因此用戶不能也無需區(qū)分自己所消耗的電力在物理上由誰供應(yīng)。未來隨著電力產(chǎn)品異質(zhì)化（如3.1.2節(jié)所述）和電力路由設(shè)備[82,83]和算法[84,85]的發(fā)展（更多詳情見文獻[13,86]），這一情況可能會發(fā)生變化，但目前這些變化仍處于非常初級的階段。

圖9. 現(xiàn)有關(guān)于端對端能源交易物理基礎(chǔ)設(shè)施的研究。

因此，一些人認為基于公共電網(wǎng)的端對端能源交易僅是一種虛擬的能量交易，并沒有物理上的端對端電力傳輸，因此更多的是一種市場和商業(yè)上的安排，而不是一種技術(shù)上的安排。然而，不同的端對端能源交易市場規(guī)則會激勵用戶采用不同的發(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端能源交易的市場規(guī)則設(shè)計之中。

因此，已有許多研究在端對端能源交易的市場規(guī)則中考慮了相關(guān)技術(shù)安排。文獻[50]基于靈敏度分析提出了一種檢驗一樁端對端能源交易是否會觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)越限的機制，從而決定相應(yīng)的端對端能源交易是否應(yīng)該被批準。同時，該文獻還探討了如何更好地反映端對端能源交易對電力網(wǎng)絡(luò)的使用程度，從而更合理地分配網(wǎng)絡(luò)費用，激勵用戶更有效率地利用網(wǎng)絡(luò)。文獻[87]考慮了配電網(wǎng)絡(luò)的三相不平衡潮流，將配電網(wǎng)絡(luò)表達為一個多層的輻射狀的圖，進而為端對端能源交易提出了一套透明的電網(wǎng)損耗分配方案。文獻[57]提出了包括平均計費、電力距離計費和區(qū)域計費在內(nèi)的多種端對端能源交易過網(wǎng)費計算方案。所提方案的一大特點是這些方案都是“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[46]在其基于共識的端對端能源交易中提出了許多電力產(chǎn)品異質(zhì)化的方案，其中過網(wǎng)費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)在端對端能源交易機制中考慮電力網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)問題方面做了非常有益的探索，但如何在端對端能源交易市場中考慮網(wǎng)絡(luò)約束的處理還有待進一步研究。目前研究所提的網(wǎng)絡(luò)費用分配模型，如基于網(wǎng)損的模型和基于距離的模型，依然比較簡單，但事實上網(wǎng)絡(luò)費用涉及諸如沉沒成本回收、推遲網(wǎng)絡(luò)升級改造、節(jié)點價格和分時價格（locational and ToU cost）等許多復(fù)雜因素，因此還有待進一步研究。此外，關(guān)于在不同場景下是采用私有網(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端能源交易的新型解決方案在未來也可以深入研究。

3.3.2. 信息通信基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)技術(shù)安排

端對端能源交易在協(xié)商、執(zhí)行和清算等各個階段均涉及大量的通信和信息。對集中式和分布式端對端能源交易市場而言，市場協(xié)調(diào)者與各個用戶間需要大量的雙邊通信；對分散式市場而言，各個用戶間也需要大量的通信。因此，信息通信基礎(chǔ)設(shè)施及其對端對端能源交易的影響是重要的研究課題[20]。

目前僅有少量研究在這一領(lǐng)域做了探索。文獻[88]對支撐端對端能源交易和共享的點對點通信架構(gòu)做了比較研究，在IEEE 1547.3-2007的要求之下評估了結(jié)構(gòu)化（structured）和非結(jié)構(gòu)化（unstructured）的點對點通信協(xié)議。評估結(jié)果表明兩類通信協(xié)議都展現(xiàn)了良好的性能，可以支撐端對端能源交易的進行。文獻[89]研究了端對端能源交易的投標和控制系統(tǒng)對信息通信基礎(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的智能量測網(wǎng)絡(luò)，足以支撐端對端能源交易的相關(guān)需求，不需要額外的大量投資。

未來研究方面，通信負荷和投資需求可以作為評價端對端能源交易市場機制和交易平臺的一個重要維度。非理想通信條件[如通信延遲、畸變（distortion）和失敗]對端對端能源交易的影響有待進一步評估。此外，面向端對端能源交易的通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化配置和運行也有待進一步研究。

3.4. 社會科學(xué)視角

近年來，能源科學(xué)與社會科學(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)新的市場機制，端對端能源交易涉及大量的小用戶，因此為能源-社會科學(xué)的相關(guān)研究和實踐提供了新的研究課題和應(yīng)用場景。已有一些研究從社會科學(xué)的角度對端對端能源交易進行了研究。

一個主要的研究方向是采用人類學(xué)方法對人在端對端能源交易中的行為作出更貼近實際的建模，避免目前常用的理性人假設(shè)帶來的偏差。有5篇論文在這個方向上做了探討。文獻[90]報道了在印度的兩個離網(wǎng)村莊所做的為期11個月的人種學(xué)上的干預(yù)研究（an ethnographic “research intervention” study）。研究顯示端對端能源交易帶給人的回報不僅是經(jīng)濟上的回報，而是一個復(fù)雜的社會文化過程。除了現(xiàn)金回報，對另外兩種回報模式——“實物回報”（in-kind return）和“無形回報”（intangible return）也進行了評估。研究最后建議端對端能源交易應(yīng)考慮多樣化的回報模式，考慮社會關(guān)系動態(tài)對端對端能源交易的影響。該研究說明了采用人類學(xué)方法對設(shè)計和評估端對端能源交易市場的重要性。

文獻[30]也從經(jīng)濟人類學(xué)（economic anthropological）的角度對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）。在市場意義上的端對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化和個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”牽涉各種社會關(guān)系和多樣的文化價值。這些結(jié)論的取得均基于在印度農(nóng)村進行的一個人種學(xué)干涉研究（ethnographic intervention）。

文獻[44]報道了對248個德國家庭的在線調(diào)查結(jié)果并進行了分析研究，旨在研究人們購買私有儲能設(shè)備的動機。相關(guān)研究成果對端對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）是兩個重要的影響因素，但只有自足性顯著影響用戶對私有儲能設(shè)備的投資意愿?；谶@些結(jié)果，作者認為人們對自足性的偏好將降低端對端能源交易的可能性，因為作者認為這使得人們在給自己的本地發(fā)電定價時會傾向于給出高于其實際價值的價格。基于這些結(jié)果，我們認為可以有以下一個推論：考慮到人們對自治性的損害并不敏感，因此3.1.1.1節(jié)提到的集中式端對端能源交易市場對用戶自治性的損害可能并不是一個嚴重的問題。

最后，文獻[64]從動機心理學(xué)（motivational psychology）的角度對端對端能源交易進行了評估，并發(fā)現(xiàn)端對端能源交易滿足“經(jīng)濟理性”（rational-economic）和“正向增強”（positive reinforcement）這兩個性質(zhì)?；谶@些結(jié)果，作者認為其提出的端對端能源交易市場是一個以用戶為中心的（consumer-centric）機制。

從社會科學(xué)的角度對端對端能源交易進行研究的另一個方向是從宏觀的角度研究端對端能源交易對社會發(fā)展的影響。文獻[91]探討了能源演進過程及其對全球社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的影響，得到了如下結(jié)論：基于“端對端微網(wǎng)”（P2P microgrid）的“端對端電網(wǎng)”（P2P energy grid）是未來很有潛力的能源供給新模式，可以使社會從“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。

3.5. 政策法規(guī)

目前電力行業(yè)的相關(guān)政策法規(guī)主要是針對傳統(tǒng)垂直和單向的電力系統(tǒng)設(shè)計的，因此越來越難以適應(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)越來越多的討論[21,69,70,92]，但截至目前，在全球范圍內(nèi)還未見大規(guī)模的根本性變化，原因有兩個。第一，政策法規(guī)的改革牽涉整個電力供應(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3.2節(jié)闡述的區(qū)塊鏈技術(shù)）和新商業(yè)模式（如3.1節(jié)闡述的各種端對端能源交易機制）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。

已有一些研究對端對端能源交易的相關(guān)政策法規(guī)問題做了探討[21,69,70,92]。文獻[21]強調(diào)端對端能源交易市場是支持配電系統(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用戶的信號聯(lián)系起來。該研究還指出，能夠同時惠及配電系統(tǒng)調(diào)度、能源產(chǎn)消者且能同時實現(xiàn)社會和電力系統(tǒng)目標的政策法規(guī)調(diào)整還有待更深入的研究。

文獻[69]指出，將端對端能源交易考慮到現(xiàn)有的能源政策中非常重要，要解決如下幾個問題：第一，哪些或怎樣的市場機制設(shè)計是被允許的；第二，如何分配各種稅費；第三，如何處理端對端能源交易市場和傳統(tǒng)電力市場的關(guān)系。該研究還指出，政府可以根據(jù)端對端能源交易對可再生能源利用、環(huán)境保護及現(xiàn)行電力市場/系統(tǒng)的實際影響，決定是采取鼓勵、引導(dǎo)還是抑制的政策。

文獻[70]認為政策法規(guī)是一個更廣泛的概念——“制度”（institutions的一環(huán)），制度既包括正式的政策、標準和法規(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，因此需要進行改革。該研究建議端對端能源交易相關(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各市場主體角色的界定和相關(guān)安排。

最后，文獻[92]分析了區(qū)塊鏈技術(shù)下電力用戶角色的轉(zhuǎn)變，并對其對歐盟電力相關(guān)法規(guī)的影響做了分析。盡管這一研究主要針對區(qū)塊鏈技術(shù)下的電力系統(tǒng)，但其結(jié)果對端對端能源交易相關(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個問題：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；③如何在用戶的責(zé)任和對用戶的保護中尋求合理的平衡。

總之，盡管上述研究對端對端能源交易的相關(guān)政策法規(guī)問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)細節(jié)和具體應(yīng)如何進行改革有待進一步的研究。截至目前，在全球范圍內(nèi)還未見關(guān)于端對端能源交易的大規(guī)模政策法規(guī)改革。

4. 結(jié)論

作為有望解決人類社會“能源三元悖論”的一種重要手段，端對端能源交易在近年得以涌現(xiàn)并快速發(fā)展?；趯ο嚓P(guān)學(xué)術(shù)論文、研究項目和工程實踐的綜合調(diào)研，總結(jié)并分析了端對端能源交易的全球發(fā)展現(xiàn)狀。調(diào)研結(jié)果顯示，端對端能源交易吸引了全球?qū)W術(shù)界和工業(yè)界越來越多的關(guān)注，該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)論文和科研、工程項目增長迅速。

本文總結(jié)并討論了端對端能源交易的5個主要方面，包括市場機制設(shè)計、交易平臺、物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施、社會科學(xué)視角以及政策法規(guī)。針對每個方面，對現(xiàn)有相關(guān)研究和實踐均進行了批判性分析并就未來的發(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端對端能源交易做了許多工作，但仍有許多問題有待進一步研究和解決，因此端對端能源交易在未來將是一個不斷上升和發(fā)展的領(lǐng)域，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都會有許多機會。關(guān)于端對端能源交易全球發(fā)展圖景和主要研究方面的結(jié)論詳述如下。

4.1. 端對端能源交易全球發(fā)展圖景

本文展示的端對端能源交易全球發(fā)展圖景建立在對超過30篇學(xué)術(shù)論文、8個科研項目和20個工程項目的調(diào)研的基礎(chǔ)上。學(xué)術(shù)論文方面，在2018年，端對端能源交易的相關(guān)論文有一個爆發(fā)式增長，并且這一趨勢在2019 年得以延續(xù)，顯示端對端能源交易在全球?qū)W術(shù)界已成為一個熱點研究議題。英國、澳大利亞、中國、美國、新加坡和歐洲其他國家貢獻了該領(lǐng)域大多數(shù)的期刊論文。大多數(shù)論文主要聚焦于端對端能源交易市場機制設(shè)計。

科研項目方面，諸如歐盟地平線2020計劃的P2P-SmarTest項目和英國P2P-3M項目等的科研項目在多國展開，覆蓋了端對端能源交易的所有主要方面。

許多端對端能源交易的相關(guān)試點和工程項目在全球展開，其中大多數(shù)項目在歐洲和美國。在所調(diào)研的項目中，70%的項目聚焦于本地范圍內(nèi)的端對端能源交易，30%的項目聚焦于更大的區(qū)域范圍甚或全國范圍內(nèi)的端對端能源交易。幾乎所有所調(diào)研的工程項目都利用區(qū)塊鏈技術(shù)支持端對端能源交易，顯示了區(qū)塊鏈技術(shù)在端對端能源交易中的巨大潛力。

4.2. 市場機制設(shè)計

端對端能源交易的市場機制可以分為集中式市場、分散式市場以及分布式市場。集中式市場的優(yōu)點在于能夠?qū)崿F(xiàn)整個端對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；集中式市場的缺點在于計算和通信負擔(dān)重、可擴展性和可靠性較差，以及在隱私和安全性上的隱患。分散式市場基本上與集中式市場有完全相反的優(yōu)缺點。分布式市場是集中式市場和分散式市場的中間方案，結(jié)合了二者的優(yōu)缺點。端對端能源交易市場機制設(shè)計方面的未來研究方向包括克服和改善各類市場機制的固有缺點，以及兼容更多的功能，例如，為電力系統(tǒng)進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)化是端對端能源交易很有潛力的一個發(fā)展方向?，F(xiàn)有研究和實踐主要從時間、距離和類型（如綠色電力、補貼電力和電網(wǎng)電力等不同類型）三方面對電力產(chǎn)品進行區(qū)別。未來可以對電力產(chǎn)品進行進一步的異質(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。

市場穩(wěn)定性是端對端能源交易應(yīng)用于實際的一個重要問題。為提升市場穩(wěn)定性，針對集中式市場和分散式/分布式市場，未來可分別在利益分配機制和定價機制方面進行深入研究。另外，在端對端能源交易中，用戶會如何組成聯(lián)盟（或用戶會如何在多個端對端能源交易服務(wù)提供商間進行選擇）是另一個重要議題。

已有許多研究對端對端能源交易市場與現(xiàn)行電力批發(fā)/零售市場間的關(guān)系進行了探討，但隨著端對端能源交易市場在未來的大范圍鋪開，端對端能源交易市場將不再能被視作“價格接受者”。未來研究應(yīng)將端對端能源交易視作“價格制定者”，并對其與現(xiàn)行電力批發(fā)/零售市場的關(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，適合解決端對端能源交易中各利益沖突主體的互動、競爭和合作問題，在端對端能源交易的研究和實踐中具有很大的潛力。

4.3. 交易平臺

端對端能源交易平臺可以分為集中式平臺和分布式平臺。集中式平臺的工作原理類似eBay等電商平臺，具體例子如文獻[20]所提的Elecbay。另有許多學(xué)術(shù)論文和工程項目探討和建立了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式端對端能源交易平臺。在學(xué)術(shù)論文中，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的平臺被應(yīng)用于如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等的多種應(yīng)用場景，另外也提出了多種可以縮短區(qū)塊鏈長度、提升區(qū)塊鏈隱私和安全性保障水平的具體技術(shù)。在工程項目中，許多基于區(qū)塊鏈技術(shù)的交易平臺投入了實際測試和使用。

盡管絕大多數(shù)學(xué)術(shù)研究和工程項目青睞基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式交易平臺，但在實際應(yīng)用中，針對每一個應(yīng)用，應(yīng)進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。盡管區(qū)塊鏈技術(shù)具有很多優(yōu)點（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（如共識機制牽涉的時間和能源成本）和一些缺點也應(yīng)被考慮。另外值得指出的是，不應(yīng)將智能合約的優(yōu)點和區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)點混為一談，事實上，集中式交易平臺也可以部署智能合約。

端對端能源交易平臺的未來研究方向包括：①在成本效益分析的基礎(chǔ)上，為具體應(yīng)用場景選擇合適的端對端能源交易平臺；②分析并解決基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式交易平臺在高時間/能源開銷、有限可擴展性、信息安全等方面的問題和缺點；③將智能合約和區(qū)塊鏈技術(shù)分開來看，具體分析應(yīng)該用集中式交易平臺還是基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式平臺部署智能合約。

4.4. 物理和信息通信基礎(chǔ)設(shè)施

支撐端對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)研究對支撐樓宇和孤立微網(wǎng)間端對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)實中并沒有在短期內(nèi)大規(guī)模鋪開的可能。公用電力網(wǎng)絡(luò)是目前支撐端對端能源交易的主要現(xiàn)實方案。目前公用電網(wǎng)扮演了一個“大池子”的角色，參與端對端能源交易的用戶并沒有真正在物理上端對端地交換電能。目前已有研究對使用公共電網(wǎng)支撐端對端能源交易的相關(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)市場機制更好地反映用戶對公共電網(wǎng)的實際使用程度，以及激勵用戶盡量以對電網(wǎng)有利的方式使用電網(wǎng)。未來的相關(guān)研究可在端對端能源交易的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)費用中考慮更現(xiàn)實的因素，包括沉沒網(wǎng)絡(luò)投資回收、推遲網(wǎng)絡(luò)升級改造和分時價格等。關(guān)于使用私有電力網(wǎng)絡(luò)還是公共電網(wǎng)支撐端對端能源交易的討論在未來可以繼續(xù)。此外，電力路由設(shè)備和算法的研究進展可能在未來使物理上的端對端能源交換成為可能。

4.5. 社會科學(xué)視角

端對端能源交易牽涉大量的小用戶，因此為能源-社科的相關(guān)研究和實踐提出了新的問題，并提供了新的應(yīng)用場景?，F(xiàn)有的社會學(xué)、人類學(xué)和心理學(xué)研究建議在端對端能源交易中考慮多樣化的回報模式（包括現(xiàn)金回報、實物回報和無形回報）以及社會關(guān)系的動態(tài)。研究還發(fā)現(xiàn)除了在市場機制中實現(xiàn)的端對端能源交易，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，涉及各種社會關(guān)系及多樣化的文化價值?，F(xiàn)有研究還調(diào)查分析了人們對能源“自足性”和“自治性”的態(tài)度及其對端對端能源交易的影響。端對端能源交易從動機心理學(xué)的角度看是一種以用戶為中心的機制。此外，端對端能源交易被認為是一種可以促進社會從“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)有針對端對端能源交易的社會學(xué)、人類學(xué)和心理學(xué)研究僅考慮了非常有限的文化背景（印度農(nóng)村和德國）和有限的端對端能源交易模式和機制。因此未來的相關(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端能源交易機制和場景，如電動汽車間的端對端能源交易以及基于拍賣機制的端對端能源交易等。

4.6. 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端能源交易仍處于不成熟的階段，目前全球范圍內(nèi)仍沒有大規(guī)模的關(guān)于端對端能源交易的政策法規(guī)調(diào)整?，F(xiàn)有研究表明，對于端對端能源交易，沒有“一體通用”的解決方案，需要具體情況具體分析。

未來政策法規(guī)方面關(guān)于端對端能源交易的研究和發(fā)展方向包括：①定義端對端能源交易市場和其中的能源產(chǎn)消者的角色與責(zé)任；②探索端對端能源交易市場與現(xiàn)行電力市場，以及其他諸如配電系統(tǒng)運營商之類的主體的關(guān)系；③制定適宜于端對端能源交易的稅費分攤機制；④納入靈活性的激勵機制；⑤給端對端能源交易中的弱勢用戶提供保護。

Acknowledgements

This work was supported in part by the Horizon 2020 project P2P-SmarTest, EPSRC Supergen Hub on Energy Networks (EP/S00078X/1) and MISTRAL (EP/N017064/1).

Compliance with ethics guidelines

Yue Zhou, Jianzhong Wu, and Chao Long at Cardiff University participated in the P2P-SmarTest project under the Horizon 2020 programme of European Commission.Yue Zhou, Jianzhong Wu, Chao Long, and Wenlong Ming declare that they have no conflict of interest or financial conflicts to disclose.

Appendix A. Supplementary data

Supplementary data to this article can be found online at https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.06.002.