区块链认证的碳排放计算平台的制作方法

区块链认证的碳排放计算平台
(一)技术领域
1.本发明是基于区块链多节点认证的碳排放计算平台，用于能源体系的去中心化的发电认证与碳排放计算，实现碳指标换算的全网可信与不可篡改。本发明在新能源电站的输出端安装传感器，定时测量一系列气象参数和电气数据，通过无线/有线方式传输到附近的电脑，电脑依据算法持续生成统计报表和多个电力特征曲线。传感器与电脑构成计算节点，定期与同区域的其他节点做点对点的数据交换，互相计算比对上述报表与特征曲线，校验数据的真实性。为保证节点数量，本发明还引入虚拟节点，与真实节点共同运行。所有节点组成松散连接且没有固定拓扑结构的网络，形成能源计算区块链。本发明属于能源区块链技术领域，通过分布式计算确保发电数据的互信与真实，进而换算碳指标，建立节点间的碳币交易网络，为全社会的碳达标和碳中和奠定技术基础。
(二)

背景技术：

2.全国碳排放交易体系于2021年7月正式启动，目前交易市场并不向所有主体开放，只有允许重点排放单位以及符合国家有关规则的机构参与。上述市场并未纳入众多的分布式电站与中小用户，无法服务大量的光伏屋顶与自用电站，不能动员全民参与节能减排，建立惠及各类主体的统一市场。
3.根据美国能源部的研究报告，美国的光伏发电量要从2020年的76gw上升至2035年的1600gw，并在2050年达到3000gw。根据中国发改委的统计，2020年，国内光伏发电新增装机数据为48.2gw，累计装机达到253gw，预计每年持续增长50～60gw，加上沿海与西北地区的风力电站，新能源在全国能源结构中的比例将达到20％以上。全球范围的巨额新能源投资，带来大量新增的分布式电站，如何把这些中小电站纳入碳交易市场，建立可信的碳指标认证体系，已是当务之急。
4.注意到上述问题，本发明提出一种以数据测量与报表对比为基础的区块链认证网络，在分布式电站的电力输出端安装传感器，与附近的电脑建立数据连接，构成计算节点。节点定时测量一系列气象参数和电气数据，依据算法生成统计报表和多个电力特征曲线。本发明还引入虚拟节点，依据实测的气象参数在工程模型中计算电气数据，与实际节点共同运行。各节点互相读取数据，各自相互记账，形成分布式数据库。平台依据同经纬度及同气象区划分计算区域，同区域的同类节点间互相认证电气特征的一致性。本发明把中小电站纳入点对点的计算网络，建立去中心化的的发电认证机制，构成碳指标的全球流通体系，动员全世界参与减排事业，促进低碳经济的成型与发展。
(三)

技术实现要素：

5.国家目前的分布式电站建设流程中，并网是最关键的环节，需要向电力局申请发电并网许可，电力局在电站安装计量设备，测量实际发电量，作为计算电费的依据。这种国家认证的模式是中心化的，用作电费结算方式，以电力部门的报表为准，其他国家都有类似的流程，各自负责国内的电力测算。
6.对于碳指标换算，这样的中心化模式会带来人为分割各自为政的局面，各国的碳指标计算方式不一，统计方式有差异，协调难度很大。中国、欧盟及美国一直就新能源的碳指标认证开展磋商，至今无法达成一致。各国的中心化管理模式，导致碳市场互相分割，自成体系，不能互认互通，拖延全球市场的一体化，极大阻碍了低碳经济的发展。
7.区块链技术中，每个区块记录了所有的数据交换活动。简而言之，区块链是多个记录着各种信息的区块连接起来组成的一个链条，每个区块记载着权属、时间、账单等信息，由于账本分布在每个节点中，且修改需要标记时间戳，要非法变更这么多账本，成功的概率极低，由此可见，区块链是一种不可更改的分布式数据库，能够实现自我认证与可信计算。
8.本发明把每个新能源电站定义为一个节点，同时引入虚拟节点参与计算。同经纬度及同气象区定义计算区域，同区域的同类节点，它们的电气数据与特征曲线会趋同，这些节点间的互相对比计算，能够确认各节点数据的真实性。在任何时刻，区域内的大多数节点(>50％)具有同样的电气特征，可以认为是常态，个别节点出现大的偏差，可能是测量失误，应该在后续的计算中恢复正常，如果偏差持续出现，长期不能自我纠正，预示可能有故障，会提醒业主自检，如果依然无法排除，平台将其标记为异常节点，其数据会依据大多数节点的均值予以调整，并可能从区块链中除名。多节点的分布计算，保证了数据特征的一致性，个别节点的计算错误不会影响总体结论。
9.本发明在分布式电站的电力输出端安装传感器，通过有线/无线方式与附近的电脑建立数据连接，构成完整的计算节点。传感器定期测量气象参数和电气数据，气象参数至少包含温度/湿度/光照度/风速/风向，依据新能源发电的类型有所取舍，电气数据至少包含电压/电流/功率/线路温升，全面反映电站的运行状态。电脑接收数据后，依据特定算法生成统计报表和多个电力特征曲线。为增加节点数量，本发明引入虚拟节点，是电脑上建立的数学模型，设定相同的工程参数，如经纬度、同气象区、电池板类型、安装角度及接线方式等，该节点只安装气象传感器，没有真实的发电设备，根据定期接收的气象参数，计算这一时刻的虚拟电气数据并生成报表，与实际节点做对比计算。电脑必须永久在线，最好连续开机。
10.进一步，各计算节点都有足够大的算力与存储器，且保持50％以上的节点在线，它们互相读取数据，建立点对点的记账体系，形成区块链网络。平台依据同经纬度及同气象区，划定合适的计算区域，各节点都归属不同的计算区域，同区域的同类节点做数据对比与状态分析，互相认证电气特征的一致性。大多数节点的电气特征应该趋同，从而实现节点间的可信认证，经过认证的发电量数据会定期写入各节点，所有节点的数据库保持一致，确保全网可信与不可篡改。
11.进一步，每个计算节点按照天数累计发电量，累计值都经过区块链认证，持续点对点记账，这些累计值是全球通行的，不会因为国别而出现争议。在不同国家，绿色电力都有对应的碳指标，平台依据国别分别换算各节点的碳指标，在区块链全网汇总，然后兑换成碳币。大部分碳币分配给实际节点，它们是电力产出者，少部分碳币分配给虚拟节点，奖励它们为可信认证提供算力。碳币可以在区块链节点中交易，作为碳资产持有，也可以在各国的碳排放交易市场出售，产生现金收益。
12.综上所述，本发明是分布式发电与区块链创新融合的产物，可实现绿色电力在全球的统一认证与自治运行，加入区块链的实际节点越多，运行的虚拟节点越广泛，平台的计
算结果越准，可分配的碳币越多。碳币从新能源发电中产生，计算依托于实际工程，经过全网的认证与核实，具有很高的实用价值和金融属性，有潜力成为低碳经济的基础货币。
13.(四)有益效果
14.本发明提出一种以数据测量与报表对比为基础的点对点结果认证网络，计算节点分为实际节点和虚拟节点两类，按照同经纬度及同气象区分组，定期测量电站的气象参数和电气数据，依据特定算法生成统计报表和多个电力特征曲线，各节点互相记账并进行对比计算，通过认证电气特征的一致性，来确认发电量的可信，并完成碳指标换算，产生基于真实碳排放的碳币。本发明建立去中心化的发电认证机制，构筑全球通行的碳币流通体系，完成碳指标的全民普惠，充分动员各类主体参与碳中和事业，是能源区块链技术的重大创新。
(五)附图说明
15.以下结合附图对本发明加以说明，图1是区块链的节点示意图与分布式电站的实施例，图2是计算节点的构成示意图，图3是区块链的区域构成图。
具体实施方式
16.图1说明计算节点如何组成区块链网络。计算节点分为实际节点与虚拟节点两类，实际节点是真实存在的分布式电站，包括并网系统与自用系统，在电力输出端安装传感器，定期测量气象参数和电气数据，气象参数至少包含温度/湿度/光照度/风速/风向，电气数据至少包含电压/电流/功率/线路温升。虚拟节点是电脑上建立的数学模型，设定相同的工程参数，如经纬度、同气象区、电池板类型、安装角度及接线方式等，它只安装气象传感器，没有真实的发电设备。传感器通过有线/无线方式与电脑建立数据连接，构成完整的计算节点，电脑接收数据后，依据特定算法生成统计报表和多个电力特征曲线，且电脑保持永久在线，确保其他节点可随时访问读取数据。并网节点1是规模较大的电站，其发电量并入市政电网4，供电局会提供计量值，可作为节点的计算结果的参考，自用节点2是广泛分布的小电站，自发自用，同样有计量电表可参考，虚拟节点3是电脑上的工程模型，一般按标准装机量建模，现场实测的气象参数是计算依据，必须在区域内安装气象传感器。
17.各计算节点互相读取数据，建立点对点的记账体系，形成区块链网络，平台依据同经纬度及同气象区，划定合适的计算区域，各节点都归属不同的计算区域，同区域的同类节点做统计报表和电力特征曲线的对比分析，互相认证电气特征的一致性，从而实现节点间的可信认证，经过认证的发电量数据会定期写入各节点，所有节点的数据库保持一致，确保全网可信与不可篡改。
18.根据发电方式不同，计算节点有不同分类，允许纳入更多类型的新能源，对比分析计算用在同类节点间，但所有节点都要互相记录发电量与碳币交易数据，建立全球通行的碳币流通体系。图1中有光伏电站和风力电站，同等气象条件下，不同类型的电站节点分别计算和对比各自的统计报表与电气特征曲线。
19.图2说明传感器与电脑如何组成计算节点。传感器包含气象传感器5与电气传感器6，它们可以是一体化设备，也可以分开安装，定期测量不同类型的数据。电脑7离分布式电站8有一定距离，如果在一起，通过网线连接传感器，如果比较远，通过无线网络连接传感
器。传感器与电脑构成完整的计算节点9，传感器定期测量气象参数和电气数据，通过有线/无线方式发送到电脑。多个计算节点9共同组成区块链，各节点互相以点对点的方式交换数据，同区域的同类节点做数据对比与状态分析。
20.图3说明同区域的同类节点如何互相认证，确保各节点发电量的全网可信与不可篡改。并网节点1与自用节点2都是光伏电站，属于同经纬度及同气象区定义的同一区域，虚拟节点3预先建立数学模型，设定相同的工程参数，如经纬度、同气象区、电池板类型、安装角度及接线方式等，其电脑可以在任何地方，但气象参数必须由安装在该区域中的传感器提供，每个虚拟节点对应独立的传感器。
21.区域内的各计算节点持续做数据对比与状态分析，在任何时刻，同区域的大多数计算节点(>50％) 具有同样的电气特征，可以认为是常态，个别节点出现大的偏差，可能是测量失误，应该在后续的计算中恢复正常，如果偏差持续出现，长期不能自我纠正，预示可能有故障，会提醒业主自检，如果依然无法排除，平台将其标记为异常节点，其数据会依据大多数节点的均值予以调整，并可能从区块链中除名。
22.图1还是平台纳入多种新能源电站的实施例，实际节点以光伏电站为主，包含多个并网节点1和自用节点2，数量足够多，实际节点间的对比计算满足可信认证要求，可以不设置虚拟节点。网络中只有一个风力电站，参与认证的同类型的实际节点数量不够，平台会要求在区域内增加多个虚拟节点3，都按照风力电站建模，同时，平台会自动扩大该类节点的计算区域，把更大范围内气象条件类似的节点加入认证计算。