基于区块链计算的碳配额集成平台

(一)技术领域

本发明是供电体系中的能耗感知与节能计算的区块链共识网络，用于各类零散用户的节能分析与碳指标换算，进而把零碎的碳指标集合成整体，参与国家碳配额市场的交易。本发明在用户的电力进线端安装感知节点，与用户的WIFI网络建立无线连接。感知节点的地理位置已知，同一建筑或小区的感知节点自动组成子链，子链中的每个节点互相记录用电数据，同时做计算比对。每个子链中，至少有一个节点设定为初始节点，用于汇总该子链的用电数据，并参与子链间的互相记账，形成区块链的公链。本发明是区块链技术与分布式计算的高度融合，区块链用于长期的大数据比对，归纳出各类用户的能耗均值，分析节能行为，计算出各种行为所产生的碳指标，建立泛在的碳排放折算体系。

(二)背景技术

2021年6月，全国碳排放市场启动交易，发电成为首个纳入碳市场的行业，重点排放单位超过2000 家，首批企业的碳排放量超过40亿吨二氧化碳，是实现碳中和目标的重要一步。上述市场以大型电厂和加工企业为主，并未纳入众多的中小企业与办公用户，无法核算零散的节能行为所产生的碳指标，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。

碳市场要纳入广泛分布的零散用户，核心问题是建立各类主体的能耗基准，各类用户按类型分门别类，每个类别均包含照明、空调及用电器，都应该有每日的用电均值。高于或低于均值，可以换算出对应的排放量，节约的电力能够折算成可交易的碳指标。要确定能耗基准，需要对一定数量的样本进行长期测量与对比，区块链所代表的分布式数据库，具备这样的技术特征。区块链是多个记录数据的节点连接起来组成的链条，账本分布在每个节点中，每个节点都要记录链中其他节点的数据，数据比对非常便捷，从而使得确定同类用户的基准线成为可能。

注意到上述问题，本发明提出一种以能耗感知为基础的数据记录与分析的区块链平台，感知节点以地理位置一致为原则，同一建筑或小区的节点组成一个子链。每个节点安装在电力进线端，通过电压/电流互感器，定时采集用电数据，并通过用户的WIFI网络连接手机或电脑，写入采集的数据。同时，手机或电脑以无线或有线方式连接服务器，同步上传数据，其他节点从服务器读取数据，实现各节点间的相互记账，形成分布式数据库，进而完成大数据的比对与分析。本发明把广泛分布的零散用户集成起来，建立泛在的碳指标折算体系，极大提高能源系统的智能管理水平。

(三)发明内容

区块链中，每个区块代表一个节点，记载着权属、时间、数据等信息，数据记录在每个节点中，且每次记录都要标记时间戳，由此可见，区块链是一种能够做大数据比对的数据库，每个节点都计算并分析其他节点的数据特征，从大量样本中找到共性，归纳出运行规律。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。

区块链计算的技术特点，与电力供应网络的大数据分析结合，完成对全体用户的能耗特征归类，能够实现零散用户的碳指标核算。电力供应网络都是地区性的，理论上说，同一建筑或小区由共同的配电房供电，且功能近似，使用类似的照明、空调及用电器，其单位面积的能耗应该有一个平均值。某用户能耗高于平均值，说明增加了用电器或用电时间，不能产生碳指标；低于平均值，说明用户的节能行为带来电力节约，可以折算成碳指标。根据建筑类型与用户属性，建立各类主体的能耗基准，进而核算节能行为产生的碳指标，集成为整体的碳配额，是本发明的开拓性创新。

本发明在用户的进线端安装感知节点，感知节点分为感知部分与计算部分，感知部分至少包含WIFI 模组与电压/电流互感器，WIFI模组与用户的WIFI路由器建立连接，接入室内WIFI网络，互感器测量电压值与电流值。计算部分至少有一个安装了应用的手机，用于接收互感器的测量数据，并通过手机宽带连接服务器，为提供稳定算力，可增加至少一台接入WIFI网络的电脑，接收互感器的测量数据，并通过有线宽带连接服务器。手机与电脑提供区块链所需的算力，它们一边把自身数据上传服务器，一边从服务器下载其他节点的数据，进而做数据的比对运算。

节点安装时，工程师通过手持设备，给各节点写入GPS坐标，每个节点都有单独的ID编码，另外，系统给各类用户设定类别编码，比如居住、办公或工厂等，初始化后，地理位置、ID编码及类别编码均上传服务器。同一办公楼的不同办公室，其地理位置一致，同一小区的不同公寓，其地理位置互相靠近。平台依据地理位置与类别编码，把合适的节点链组成一个子链，符合规则的节点均加入这个子链，它们上传的数据存储在服务器中，各节点定时下载其他节点的数据，进行共识记账和比对运算。

进一步，子链中的每个节点互相记录用电数据，数据记账从不间断，且这些节点类别相同，功能一致，具有类似的使用条件，其单位面积的用电量会趋向于某个平均值，逐步归纳出同类同地用户的能耗基准线。通过各节点数据的计算比对，能够判断哪些用户超额用电，哪些用户低碳运营。能耗低的用户，其节能行为将产生碳指标，这些碳指标在区块链中汇总，累计成总体碳配额，在全国的碳排放交易市场出售，产生现金收益，然后折算成碳数字币，由平台统一分配。配额产出者按照各自份额，获得大部分碳币，超额用电者同样提供了算力服务，将获得少量碳币奖励。

进一步，上述子链只覆盖了局部，还需要建立市级区块链。本发明通过初始节点来组链，初始节点是某建筑或小区最早安装的一个或多个感知节点，每个初始节点的地理位置已知，都位于城市的建成区域内。初始节点汇总子链的全部数据，记录总用电量，然后与其他子链的初始节点互相记账，形成更大范围的公链。由于初始节点负责在子链间建立共识，对算力与存储要求较高，必须同时满足子链与公链的数据记录要求，最好使用台式电脑，且保持宽带的永久在线。

由此可见，加入区块链计算的用户越多，感知节点在不同区域的安装越广泛，集成平台的计算结果越准，碳指标的积累量越大，可分配的碳币就越多。碳币是安装感知节点和实施节能行为的产物，用户提供更多的算力，使用更多的节能设备，都会带来额外的碳币收益，它建立在工程运行与碳交易体系中，具有实用价值和金融属性，完全脱离空气币的范畴。

(四)有益效果

本发明提出一种分区感知与汇总计算的区块链能耗分析平台，同一建筑或小区的用户，通过感知节点组成子链，各子链互相关联，形成市域范围的电力区块链。子链的各节点定时采集用户的用电数据，互相记账并进行数据比对计算，归纳出能耗基准，通过用户与该基准的偏离值，计算节能行为产生的碳指标，并完成配额汇总，参与碳排放市场交易，产生基于现金流的碳数字币。本发明能够建立各类主体的能耗基准，分析用户的节能潜力，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，实现城市的低碳运行，是创新性的碳配额生成与共享的技术平台。

(五)附图说明

以下结合附图对本发明加以说明，图1是感知节点的构成示意图，图2是子链的构成示意图和用户生成碳指标的实施例，图3是公链的构成示意图和碳指标集成的实施例。

具体实施方式

图1说明感知节点的组成。感知节点分为感知部分与计算部分，感知部分至少包含WIFI模组与电压/ 电流互感器，WIFI模组1与电压/电流互感器2组成整体的感知器，安装在用户的电力进线端，模组1与用户的WIFI路由器建立连接，接入室内WIFI网络，也可以增加手机信号模组，直接与电信基站建立连接。互感器2测量电压值与电流值，感知器可以增加更多的数据测量，包括但不限于功率因素/谐波含量/线路温升。计算部分至少有一个安装了应用的手机3，用于接收互感器2的测量数据，并通过手机宽带连接服务器5，为提供稳定算力，可增加至少一台接入WIFI网络的电脑4，接收互感器2的测量数据，并通过有线宽带连接服务器5。手机与电脑提供区块链所需的算力，它们一边把自身数据上传服务器，一边从服务器下载其他节点的数据，进而做数据的比对运算。

由此可见，节点的感知部分是一个完整硬件，计算部分利用现有的手机与电脑，通讯依靠现有的WIFI 网络与手机/有线宽带。

图2说明子链是如何组成的。供电网络10通过配电站出线，接入建筑与小区的配电房，再分别引入主配电箱。主箱出线到各用户的分配电箱，感知节点安装在分箱到用户的进线端。感知节点分为常规节点 7和初始节点8两类，常规节点7只在本子链内互相记账，初始节点8除了本子链的记账，还负责汇总链内数据，参与其他子链的互相记账。常规节点7和初始节点8依据组链规则，共同组成子链9，每个子链至少有一个初始节点8，常规节点7的数量不限。两类节点的功能没有区别，但安装时间有先后，一般设定最早安装的节点为初始节点。

感知节点安装时，工程师通过手持设备，给各节点写入GPS坐标，每个节点都有单独的ID编码，另外，系统给各类用户设定类别编码，初始化后，地理位置、ID编码及类别编码均上传服务器，同一办公楼和同一小区，其地理位置是一致或接近的，平台依据地理位置与类别编码，把合适的节点组成一个子链，它们上传的数据存储在服务器中，各节点定时下载其他节点的数据，进行共识记账和比对运算。上述组链规则是子链的组成依据。

图2还是各用户产生碳指标的实施例。子链中，每个节点互相记录用电数据，数据记账从不间断，逐步归纳出同类同地用户的能耗基准线，通过各节点数据的计算比对，判断哪些用户超额用电，哪些用户低碳运营。能耗低的用户，或者安装了节能设备，或者经常关闭用电器，用电量小于平均值，会折算成对应的碳指标，记录在子链的各节点中。

图3说明子链如何组成公链，形成市域范围的区块链网络。每个子链至少设定一个初始节点，一般是建筑或小区最早安装那些节点，每个初始节点的地理位置已知，都位于本城市的建成区域内，初始节点汇总子链的全部数据，记录总用电量，然后与其他子链的初始节点互相记账，组成更大范围的公链，逐步覆盖整个市域。子链A与子链C有一个初始节点，说明规模适中，子链B有两个初始节点，说明子链B的规模较大，需要增加更多的公链算力，保证公链具有较快的响应时间。

图3还是用户碳指标集成的实施例。子链A、子链B与子链C分别建立在区内不同类别的建筑中，代表不同类型的用户，子链A与子链B是办公室，子链C是运动场，构成一个公链。各子链产生的碳指标汇总到各自的初始节点，完成累计，再通过子链间互相记账，累计成总体碳配额，在全国的碳排放交易市场出售，产生现金收益，然后折算成碳数字币，由平台统一分配。