Внедрение технологии блокчейн в децентрализованных энергосистемах

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Институт экономики и управления
Кафедра систем управления энергетикой и промышленными предприятиями
ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ ПЕРЕД ГЭК
Зав. кафедрой СУЭиПП
______________Кожевников М.В.
«02» июня 2023 г.
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН В ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ
ЭНЕРГОСИСТЕМАХ (НА ПРИМЕРЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ АРКТИЧЕСКИХ
ЖИЛЫХ КОМПЛЕКСОВ)
Руководитель: Чазов А.В.
к. э. н., доцент
Нормоконтролер: Стариков Е.М., ст. преподаватель
Студент группы ЭУ-493618 Жуйкова А.Д.
Екатеринбург
2023
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Институт экономики и управления
Кафедра систем управления
Направление 38.03.02 «Менеджмент»
Образовательная программа «Менеджмент в энергетике и высокотехнологичных отраслях»
УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой СУЭиПП
______________Кожевников М.В.
«15» декабря 2022 г.
ЗАДАНИЕ
на выполнение выпускной квалификационной работы
студента Жуйковой Александры Дмитриевны группы ЭУ-493618
1 Тема ВКР «Внедрение технологии блокчейн в децентрализованных энергосистемах (на примере энергоснабжения арктических жилых комплексов)»
Утверждена распоряжением по институту от «14» декабря 2022 г. № 33.01-05/272
2 Руководитель: Чазов Алексей Вадимович, доцент, к. э. н.
(Ф.И.О., должность, ученое звание, ученая степень)
3 Исходные данные к работе: нормативно-правовые акты, научные публикации, учебная литература, Интернет-ресурсы.
4 Содержание пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов): теоретическое описание технологии «блокчейн»; интеграция технологии блокчейн в децентрализованные жилые комплексы; определение эффективностей от внедрения
5 Перечень демонстрационных материалов: раздаточный материал в объеме 12-15 страниц,
презентация в формате PowerPoint
6 Консультанты по проекту (работе) с указанием относящихся к ним разделов проекта*
Раздел
Консультант
Подпись, дата
задание выдал
задание принял
7 Календарный план
Наименование этапов выполнения работы
Первая глава (раздел)
Вторая глава (раздел)
Третья глава (раздел)
ВКР в целом
Срок выполнения
этапов работы
До 20.02.2023 г.
До 10.04.2023 г.
До 15.05.2023 г.
До 25.05.2023 г.
Руководитель _________________________
Отметка
о выполнении
Чазов Алексей Вадимович
(подпись)
Ф.И.О.
Задание принял к исполнению _______________________________________
(подпись)
8 Выпускная квалификационная работа закончена «25» мая 2023 г.
Пояснительная записка и все материалы просмотрены
Оценка консультантов:* а) _______________________ б) ________________________
в) _______________________ г) ________________________
Считаю возможным допустить Жуйкову Александру Дмитриевну
к защите ее выпускной квалификационной работы в экзаменационной комиссии.
Руководитель _______________________
9 Допустить Жуйкову Александру Дмитриевну к защите выпускной квалификационной работы
в экзаменационной комиссии (протокол заседания кафедры № 6 от «02» июня 2023 г.)
Зав. кафедрой_______________
(подпись)
Кожевников М.В.
Ф.И.О.
* - при наличии разделов, требующие привлечение консультантов
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
ОТЗЫВ
руководителя выпускной квалификационной работы
Тема ВКР «Внедрение технологии блокчейн в децентрализованных энергосистемах (на примере
энергоснабжения арктических жилых комплексов)»
Студент Жуйкова Александра Дмитриевна
при работе над ВКР проявил себя следующим образом:
1 Степень творчества __________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
2 Степень самостоятельности ___________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
3 Работоспособность, прилежание, ритмичность ___________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
4 Уровень специальной подготовки студента ______________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
5 Возможность использования результатов в реальном секторе экономики______________
_____________________________________________________________________________
6 Оценка соответствия ВКР требованиям ФГОС
Результаты освоения основной профессиональной образовательной программы, представленные в ВКР
Соответствует
В основном соответствует
Не
соответствует
В части общекультурных компетенций
В части общепрофессиональных компетенций
В части профессиональных компетенций
В части дополнительных компетенций (при наличии)
ОБЩЕЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполненная работа является самостоятельным законченным исследованием, достойным представления перед ГЭК. Студент Жуйкова Александра Дмитриевна заслуживает присуждения степени бакалавра по направлению 38.03.02 «Менеджмент».
Руководитель ВКР ______________________________________________________
Должность _________________________________
Кафедра систем управления энергетикой и промышленными предприятиями
Уч. звание __________________________ Уч. степень ______________________________
Подпись ___________________
Дата 01.06.2023
Заключение
о результатах проверки на объем и содержание заимствований выпускной
квалификационной работы бакалавра
Жуйковой Александры Дмитриевны
на тему: «Внедрение технологии блокчейн в децентрализованных энергосистемах (на примере энергоснабжения арктических жилых комплексов)»
Проведенная 30.05.2023 г. с помощью системы «Антиплагиат» проверка выпускной квалификационной работы бакалавра Жуйковой Александры Дмитриевны показала:
1. Общий объем заимствований составляет 38,03 % из 45 источников.
2. Корректные заимствования 11,04 %.
3. Вывод (в зависимости от результатов анализа содержания заимствований)
Все заимствования корректные
Работу следует считать самостоятельно выполненной и допустить к защите
4. Возможность внести полную или частичную публикацию ВКР (магистерской
диссертации) в открытом сегменте архива электронной библиотечной системы
УрФУ (п. 2.2 Регламента размещения выпускных квалификационных работ бакалавров, специалистов и магистров в ЭБС УрФУ, Приложение к Приказу ректора от 12.05.2016 № 398/03).
Научный руководитель,
к. э. н., доцент
Чазов А. В.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИE
ГЛАВА 1 СУЩНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН……………………………...
1.1 История развития и становления технологии блокчейн……………………..
1.2 Описание принципа работы технологии блокчейн…………………………..
1.3 Блокчейн в системе торговли электрической энергией P2P ………………..
ГЛАВА 2 ИНТЕГРАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН В ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ ЖИЛЫЕ КОМПЛЕКСЫ………………………………………………….
2.1 Децентрализованные жилые комплексы в Арктике………………………..
2.2 Возможности и риски от внедрения блокчейн в децентрализованные жилые комплексы………………………………………………………………….
2.3 Киберфизическая структура использования технологии блокчейн в электроэнергетике……………………………………………………..……………
2.4 Потенциал и эффективность внедряемого проекта. Краткие рекомендации………………………………………………………………………………
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………..
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………………..
ПРИЛОЖЕНИЕ А…………………………………………………………………….
ПРИЛОЖЕНИЕ Б……………………………………………………………………..
ПРИЛОЖЕНИЕ В……………………………………………………………………
ПРИЛОЖЕНИЕ Г……………………………………………………………………..
ВВЕДЕНИE
За счет использования технологии блокчейн можно привлечь внимание и финансы различных игроков: государств, международных организаций или региональных энергетических компаний; производителей технических решений для
бизнеса с венчурным капиталом в научном сообществе.
Энергетика - одна из системообразующих отраслей, в которой крайне важно
моральное обновление и своевременный ответ на технологические вызовы окружающего мира. В энергосекторе уже сформирован пул пилотных проектов и первых применений в индустрии, в данный момент начинают формироваться новые
бизнес-модели и благоприятные возможности для дальнейшего развития технологий в отрасли. В государственном стратегическом планировании одной из приоритетных тем является переход к цифровой экономике и создание цифрового
пространства, повышение технологической зрелости индустрий. Также в этом
вопросе важную роль играет экологическая повестка и «энергетический переход»1. Процесс предполагает уход от ископаемых топлив к возобновляемым источникам энергии и смену принципов формирования энергетических систем: на
первый план выходят вопросы интеграции просьюмеров2, распределенной и возобновляемой генерации, повышения энергоэффективности и децентрализации
энергетики в целом. В результате изменяются архитектуры энергетических систем, и участники рынка вынуждены искать новые формы взаимодействия, бизнес-модели и бизнес-линейки. Решение этой задачи возможно при помощи технологии блокчейна. «Углеводородный век» требует от России новых решений для
устойчивого развития в эпоху массового перехода к возобновляемым источникам
энергии и парадигме “чистой энергетики” и активного формирования цифровой
экономики. В тесной интеграции с мировым энергетическим рынком необходимо
Энергетический переход (Energy transition, Energiewende) от традиционной организации энергосистем XX века
к новым технологиям и практикам XXI века. Он осуществляется на базе децентрализации, цифровизации, интеллектуализации систем энергоснабжения, с активным вовлечением самих потребителей и всех видов энергетических ресурсов и характеризуется повышением энергетической эффективности и снижением выбросов парниковых газов (прежде всего, за счет возобновляемых источников энергии).
2
Просьюмер – человек, принимающий активное участие в процессе производства товаров и услуг, потребляемых им самим.
1
"держать руку на пульсе" современных технологий и отслеживать глобальные
тенденции в отрасли. При этом международный опыт, безусловно, полезен и может помочь сформировать внутренний запрос на цифровые технологические решения текущих проблем. Развитие блокчейна и формирование спроса на технологические решения в энергетике во всем мире побудили к анализу текущего состояния блокчейн-проектов в энергетике. [37]
В данном дипломном проекте автором была поставлена цель по проведению
анализа возможности внедрения технологии блокчейн в децентрализованные
энергосистемы, а именно, в децентрализованный энергоэффективный жилой
комплекс, расположенный в арктической зоне России, энергоснабжение которого
будет производиться за счет альтернативных источников энергии, преимущественно энергии ветра. Для проведения оценки возможности и эффективности
внедрения данного проекта, за основу был взят пилотный проект, ранее созданный командой «Арктос», в состав которой входит автор, созданный на базе ОЦ
«Сириус». Для проведения исследования автором были выдвинуты следующие
задачи:
 Ознакомление с сущностью технологии блокчейн, в частности, с историей
развития и становления, с основными принципами работы технологии, с
системой торговли электрической энергии Р2Р;
 Рассмотрение проекта, в который, предположительно, будет интегрирована рассматриваемая технология, а именно, децентрализованные жилые
комплексы в арктических широтах;
 Проведение анализа возможностей и рисков от внедрения блокчейн в децентрализованные энергосистемы;
 Рассмотрение киберфизической структуры использования технологии в
электроэнергетике;
 Определение потенциала и эффективности внедряемого проекта.
Объектом в данной работе является энергетическая отрасль, предметом – технология блокчейн. В методологический инструментарий входят: методы анализа, синтеза, дедукции, практического моделирования. [35,36]
Выпускная квалификационная работа содержит титульный лист, оглавление,
введение, основную часть, состоящую из двух глав, заключение, библиографический список и приложения.
Во введении обозначены цель и задачи исследования, предмет и объект исследования, сформулирована актуальность изучаемой проблемы.
В первой главе освещены сущность и теоретические основы технологии блокчейн, описан принцип работы технологии по шагам и рассмотрена система торговли электрической энергией Р2Р.
Вторая глава посвящена интеграции технологии блокчейн в децентрализованные автономные жилые комплексы. Приведено описание жилых арктических
комплексов, произведена оценка возможностей и рисков от внедрения вышеупомянутой технологии, описана кибер-физическая структура технологии, определены потенциал и эффективность от внедрения предлагаемого проекта, предложены краткие рекомендации по развитию системы.
В заключении описаны результаты работы, намечены перспективные направления дальнейших исследований.
ГЛАВА 1 СУЩНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН
1.1 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И СТАНОВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН
Блокчейн — усовершенствованный механизм базы данных, который позволяет
организовать открытый обмен данными в рамках бизнес-сети. База данных блокчейна хранит данные в блоках, связанных между собой в цепочку. Данные являются хронологически последовательными, поскольку нельзя удалять или изменять цепочку без консенсуса3 со стороны сети. Технология блокчейн может быть
использована для создания неизменяемого или бессрочного реестра для отслеживания заказов, платежей, счетов и других транзакций. Система имеет встроенные механизмы, предотвращающие несанкционированный ввод транзакций, и
создают согласованность в общем представлении транзакций. [11]
Пример первого применения технологии блокчейн возник в 1991 году у исследователей Стюарта Хабера и Скотта Сторнетты. Ученые нашли способ устанавливать временные метки на оцифрованные записи, чтобы люди не имели возможности их подделать. Для этого система хранила данные в виде блока в цепочке,
которая была защищена криптографически.
В 1992 году Хабер и Сторнетта разработали к этому методу функцию временных меток, что давало возможность хранить ряд документов в одном блоке. В
целом, эту систему можно назвать первым блокчейном, но она так и не нашла
широкого применения. Срок действия патента ученых истек в 2004 году, и их
разработка находилась «в тени» до тех пор, пока криптовалюта не заставила
блокчейны завоевать популярность.
В 2004 году программист из Калифорнии Хэл Финни создал первую многоразовую систему проверки работоспособности (далее RPoW).
Консенсус - способ разрешения конфликтов при принятии решений, если отсутствуют принципиальные возражения у большинства заинтересованных лиц; принятие решения на основе общего согласия без проведения голосования, если против него никто не выступает, либо при исключении мнения немногих несогласных участников.
3
RPоW — это первая публичная реализация сервера, позволяющая пользователям во всем мире проверять его правильность и целостность в режиме реального
времени. Основываясь на принципах, аналогичных принципам, предложенным
для так называемых «доверенных вычислений», RPоW позволяет третьим сторонам динамически и удаленно проверять, какая программа выполняется на сервере RPоW. Эта система доказывает, что пользователь, выполнивший определенный объем вычислений, получит взамен цифровой токен.
Цифровой токен — это цифровой сертификат, который гарантирует обязательства компании перед его владельцем, аналог акций на фондовой бирже в мире
криптовалют. В виртуальном мире токен представляет собой цифровую условную единицу, стоимость которой выражается в каком-либо активе. Он синхронизирован с базой данных, построенной на технологии блокчейн, где и ведется подсчет всех токенов.
RPoW станет основной частью работы криптовалюты, а Финни в скором будущем станет первым обладателем биткойнов. [14]
Биткойн и рождение блокчейна. Вероятно, один из значимых событий в истории блокчейна наступил в 2008 году с появлением биткоина. Биткоин - пиринговая платёжная система, использующая одноимённую единицу для учёта операций. Для обеспечения функционирования и защиты системы используются криптографические методы, но при этом вся информация о транзакциях между адресами системы доступна в открытом виде.
Человек или группа лиц под псевдонимом Сатоши Накамото опубликовал/и
документ с техническим описанием цифровой валюты, базирующейся на технологии блокчейн. В начале 2009 года биткойн был официально запущен, став первой признанной криптовалютой и первым существенным приложением блокчейна.
Многие называют именно это событие ключевым в появлении блокчейна. Но,
как нам уже известно, технология существовала и до биткойна, биткойн был,
лишь, первым примером блокчейна, каким он нам знаком сейчас.
Биткойн не сразу обрел популярность, но он открыл новую эпоху как для валюты, так и для блокчейна. По мере того, как криптовалюта становилась все более распространенной, рос и блокчейн, что приводило к новым приложениям и
инновациям. [14]
Эфириум и смарт-контракты. Следующий поворотный момент в технологии
блокчейна наступил с запуском эфириума в 2015 году. Многие люди отождествляют эфириум с эфиром, его родной криптовалютой и второй по популярности
криптовалютой, но эфириум — это нечто большее.
Эфириум — платформа, основанная на блокчейне, а не просто блокчейн, и она
привела к двум важным инновациям — смарт-контрактам и DApps4.
Смарт-контракты — это самоуправляемые соглашения, которые вступают в
силу автоматически после определенного события, например истечения срока
действия или перевода денег. Эти контракты могут выступать в качестве строительных блоков для пользовательских действий или программ на основе блокчейна. С помощью этих инструментов разработчики использовали эфириум для
проектирования и реализации процессов блокчейна вне криптовалюты. [15]
Эти процессы, называемые DApps или децентрализованными приложениями,
расширили возможности блокчейна. Теперь люди могут предлагать кредиты, отслеживать продукты и играть в игры на блокчейне. Благодаря тому, что блокчейны способны на гораздо большее, чем просто поддержка криптотранзакций.
Криптотранзакция — процедура перемещения криптовалюты из одного кошелька в другой. Она служит сообщением всему блокчейну о передаче активов.
Сегодня на эфириум существует более 3000 DApps, начиная от игр и заканчивая решениями для обеспечения безопасности и финансовыми услугами. Эфириум — не единственная блокчейн-платформа, которая теперь поддерживает
смарт-контракты. Благодаря этому нововведению блокчейн стал тем, чем он является сегодня. [14]
DApps – компьютерное приложение, которое базируется на технологии блокчейн совместно
с механизмом распределенного выполнения необходимых инструкций.
4
Блокчейн сегодня. Большинство приложений блокчейна сегодня все еще вращаются вокруг криптовалюты, но не все из них. Компании по всему миру и в
разных отраслях осознают потенциал этой технологии. Несмотря на то, что блокчейн все еще относительно нов, он находится на пороге «золотого века».
Одной из самых быстрорастущих областей внедрения блокчейна сегодня является финансовый сектор. Такие компании, как “Bank of America” и “JP Morgan
Chase”, теперь используют блокчейны для записи транзакций, проверки подлинности данных клиентов и борьбы с мошенничеством.
Многие туристические стартапы начали использовать блокчейны для минимизации комиссий и максимальной безопасности. Бронирование авиабилетов и отелей традиционно может быть сложным и дорогим, с различными ценами и скрытыми сборами. Наличие листинга и бронирование через блокчейн делают процесс более прозрачным, так как в качестве страховки могут быть внедрены смартконтракты. Следовательно, оплата услуги будет направлена только после ее исполнения и подтверждения клиента о том, что с его стороны отсутствуют претензии.
Частный сектор — не единственный, кто использует блокчейн. Западная Вирджиния недавно вошла в историю, разрешив первое использование блокчейна на
федеральных выборах, позволив иностранным солдатам голосовать через блокчейн. Некоторые иностранные правительства, такие как Сингапур и Китай, вложили значительные средства в эту технологию, надеясь укрепить свою безопасность и финансы. [14]
Будущее блокчейн. Мир все еще находится на заре истории блокчейна. Эта технология может сделать гораздо больше, чем сейчас, но на ее пути остаются некоторые препятствия. Одним из наиболее существенных препятствий для широкого внедрения блокчейна является отсутствие масштабируемости.
Многие блокчейн-приложения сталкиваются с проблемами, связанными с узкими местами и медленным временем обработки. Поскольку транзакции блокчейна требуют огромной вычислительной мощности для их проверки, их безопасность часто достигается за счет скорости. Учитывая распространенность
этой проблемы, следующей крупной инновацией для блокчейна, скорее всего,
станет что-то, что сделает его более масштабируемым.
Когда технология блокчейна станет более масштабируемой, она может изменить мир. Страны могут использовать его при подаче налоговых деклараций для
повышения безопасности и сокращения случаев мошенничества. Больницы могут использовать его для защиты данных пациентов и обмена информацией
между врачами. Если страны всего мира примут ее, технология блокчейна может
сделать международную торговлю более безопасной. [14]
История блокчейна только началась. Трудно сказать, как технология блокчейна будет развиваться в будущем. За свою относительно короткую историю
технология прошла долгий путь, и мир только начинает осознавать ее потенциал.
Хотя будущее неопределенно, стало очевидным, что блокчейн — одна из самых
многообещающих технологий нашего времени. [14]
1.2 ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН
Ниже приведена упрощённая структура сложного механизма блокчейн.
Шаг 1. Запись транзакции. Транзакция в блокчейн отображает передвижение
физических или цифровых активов от одной стороны к другой в сети. Она регистрируется в виде блока данных и может содержать в себе следующие сведения:
 Кто являлся участниками сделки?
 Какие перемещения были осуществлены во время сделки?
 В какое время и где была совершена сделка?
 Для чего была совершена сделка, какие ее причины?
 Какой объем активов был передан?
 Сколько условий было выполнено в ходе сделки?
Шаг 2. Достижение консенсуса. Большая часть участников распределенной
блокчейн-сети должны засвидетельствовать, что зафиксированная транзакция
является подлинной. В зависимости от типа сети условия соглашения могут разниться, но, как правило, они согласовываются перед началом транзакции.
Шаг 3. Связка блоков. После достижения участниками консенсуса, транзакции
в блокчейн фиксируются в блоки, идентичные страницам реестра. Одновременно
с транзакциями в новый блок вносится криптографический хеш. Криптографический хеш — это математический алгоритм, преобразовывающий произвольный массив данных в состоящую из букв и цифр строку фиксированной длины.
Хеш действует как цепочка, связывающая блоки. Если содержимое блока намеренно или случайно изменяется, меняется и значение хеша, что помогает обнаружить подделку данных.
Таким образом, блоки и цепочки надежно связаны, а их изменение невозможно. Каждый следующий блок усиливает проверку предыдущего блока и, следовательно, всего блокчейна.
Шаг. 4. Общий доступ к реестру. Система распространяет среди всех участников последнюю копию центрального реестра. [11]
Преимущества. Общие преимущества публичных блокчейнов широко обсуждаются в литературе. По сути, они заключаются в следующем:
 Неизменность данных (в значительной степени);
 Высокая надежность и отказоустойчивость - Каждый имеет право генерировать блоки и хранить копии данных. Произвольная атака на несколько
узлов не повредит всей сети;
 Целостность данных - идентичность на всех узлах сети;
 Отсутствие посредников - благодаря смарт-контрактам нет необходимости
в посредниках;
 Связность - новые стандарты для хранения данных позволяют объединять
функции от разных провайдеров;
 Технология обеспечивает просьюмерам5легкий доступ к энергетическому
рынку;
 Анализ - потребители могут легче и качественнее анализировать и оценивать свое энергопотребление;
Просьюмер – человек, который принимает активное участие в процессе производства товаров и услуг, потребляемых им самим.
5
 Продолжающиеся обсуждения вокруг технологии блокчейн стимулируют
исследования децентрализованного энергетического рынка;
 Потенциал автоматизации с помощью смарт-контрактов. [10]
Недостатки. Блокчейн добился определенного успеха в небольших масштабах, но необходимо устранить ряд проблем, прежде чем он сможет оказать широкое влияние на энергетический сектор. Помимо технических проблем, требующих решения, юридические и нормативные вопросы в настоящее время являются самыми большими препятствиями для широкого распространения приложений блокчейн. Это вопросы, касающиеся договорного и энергетического
права, а также защиты данных и суверенитета.
Децентрализация может обеспечить множество преимуществ, таких как
предотвращение мошенничества, ускорение времени транзакций и отсутствие
единой точки отказа, но традиционный блокчейн имеет следующие недостатки:
 Расходы на электроэнергию - при наиболее часто используемом методе
консенсуса Proof-of-Work6 каждая транзакция потребляет вычислительную
мощность и, следовательно, энергию. Переход к более эффективным методам консенсуса является сложной задачей для публичных блокчейнов.
 Вопросы ответственности и прав потребителей еще не прояснены - все данные в публичных блокчейнах, как правило, видны;
 Если злоумышленники получат 51% узлов блокчейна, они смогут вносить
изменения (атаки 51%);
 Проблема масштабируемости - центральной технической проблемой является проблема масштабируемости и производительности. По мере увеличения числа участников блокчейн становится медленным. Задача состоит в
том, чтобы защитить целостность сети посредством децентрализации, сохраняя при этом скорость работы сети. Производительность блокчейна
Метод Proof-of-Work (с англ. «Доказательство работы») – алгоритм, благодаря которому в
блокчейне происходит добавление нового блока, подтверждение транзакций и верификация
единой версии реестра во всех его копиях, которые хранят отдельные ноды.
6
сильно зависит от степени децентрализации. Чем больше узлов добавляется
в сеть, тем сложнее достичь консенсуса;
 Изменения в коде развернутого блокчейна обычно требуют больших усилий. Большинство узлов сети должны одобрить новую версию;
 Отсутствие стандартов для интерфейсов прикладного программирования
блокчейна затрудняет взаимодействие различных технологий;
 Проблема управления закрытыми ключами - личность пользователя проверяется с помощью закрытого ключа. Если закрытый ключ утерян, получить
доступ к цифровым активам на блокчейне становится невозможно. [10]
1.3 БЛОКЧЕЙН В СИСТЕМЕ ТОРГОВЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ P2P
Централизованная энергосистема имеет несколько серьезных проблем. К ним
относятся: потери энергии при передаче на большие расстояния, низкая отказоустойчивость, завышенные цены на энергию, отсутствие возможности выбора
поставщика энергии (как правило, подключение осуществляется к ближайшей
электрогенерирующей станции), непрозрачность системы. Альтернативой традиционной централизованной системе является децентрализованная интеллектуальная сеть.
Децентрализованная интеллектуальная сеть опирается на распределенные
энергетические ресурсы (далее РЭР), такие как солнечные батареи, ветряки и
комбинированные системы производства тепла и электроэнергии. РЭР генерируют электроэнергию на локальном уровне, потенциально решая проблемы потери энергии и отказоустойчивости. Эти технологии быстро развиваются и им
нужна надежная платформа для торговли энергией. Как и любой производитель
электроэнергии, владельцы РЭР хотели бы продавать излишки электрической
энергии. Существующие системы торговли энергией не были предназначены для
этого типа децентрализованной сети, состоящей из мелких поставщиков энергии,
поэтому необходима новая система торговли энергией.
Торговля P2P — это прямой обмен избыточной электрической энергией между
двумя сторонами в подключенной сети. Блокчейн предлагает безопасную платформу для P2P-торговли, которая отслеживает транзакцию активов, таких как количество кВт*ч электрической энергии. Это может значительно упростить процесс покупки и продажи электроэнергии и обеспечить локализованное производство энергии.
С использованием торговой системы Р2Р недостатки традиционной централизованной системы будут устранены. А именно: потребители энергии смогут выбирать, где покупать свою энергию. Например, они могут указать тип источника
энергии и тип компании, у которой они покупают (частная, государственная и т.
д.). Они также смогут видеть цены в режиме реального времени, что позволит им
совершать осознанные покупки. Поскольку система будет, в значительной степени, автоматизирована, стоимость для потребителя также может быть снижена
за счет устранения посредников, что сделает приобретение энергии более прозрачным и надежным.
Примеры применения блокчейна в зарубежной энергетике приведены ниже.
Electrify. Организация из Сингапура создает и реализует программную экосистему Mаrketplace 2.0 для участников рынка электроэнергии, внедряя в нее блокчейн-технологии и систему токенов ELEC на базе ERC20 (стандарта, устанавливающего общий набор правил для токенов, выпущенных через смарт-контракты
«Эфириум») по следующим правилам:
 Поставщики электрической энергии для вывода своих предложений
по мощности на программной платформе обязаны фондировать свое участие обязательным приобретением токенов при регистрации (200 токенов
за 1 кВт);
 Поставщики электроэнергии отчисляют процент платформе по услугам совершенных транзакций на смарт-контрактах;
 Потребители электроэнергии участвуют в программе лояльности, получая
бонусы за объемы потребления и продолжительность работы в системе.
 Выработанная электроэнергия, выданная потребителю, записывается
в блокчейн в виде потребленной мощности, меток времени и идентификатора поставщика электричества. По факту предустановленного временного интервала смарт-контракт в автоматическом режиме производит расчет за потребленную электроэнергию, нивелируя участие посредников.
Покупатели, при наличии у них собственных мощностей ВИЭ становятся полноценными участниками рынка: они могут покупать и поставлять электроэнергию в ручном режиме или автоматически с высокой степенью автономности. Часто избыточные мощности выдаются в сеть по не выгодной для продавца цене.
Система пиринговых или одноранговых продаж7 компании Electrify позволят
продавать и покупать частным образом произведенную электроэнергию в национальном масштабе, давая владельцам ВИЭ возможность продажи мощности
своим соседям по доступной цене.
Система проведения расчетов в режиме реального времени по смарт-контрактам между объектами малой генерации будет работать с помощью специального
электронного устройства PowerPod, подключаемого непосредственно к счетчику
электроэнергии и обеспечивающего точность и безопасность записи данных
в блокчейн. [6]
Power Ledger. Австралийская компания Power Ledger ставит себе более широкие задачи по внедрению блокчейн-технологии в отношения субъектов рынка
электроэнергетики, предлагая программную платформу, которая способна их решить, в виде приложения для одноранговой торговли8, управления ВИЭ-активами и многого другое. Компания основана в 2016 году в Австралии, в городе
Перт, и смогла привлечь около $34 млн инвестиций, реализовав ICO9 (Initial Coin
Offering - первичное размещение токенов) в октябре 2017 года. Уже в августе
2016 года был дан старт первому пилотному проекту по подключению к системе
Пиринговые или одноранговые продажи — это процесс, при котором клиенты покупают продукт и делятся тем,
что им нравится в нем, со своими коллегами, стимулируя новые продажи.
8
Одноранговая торговля – это фактическая торговля между двумя людьми. На основе спроса и предложения два
человека комуницируют, и после согласования цены деньги и продукт переходят из рук в руки.
9
В криптоиндустрии термин ICO (Initial Coin Offering) означает выпуск и предложение инвесторам монет (криптовалюты), которые в дальнейшем будут использоваться для оплаты услуг на новой площадке проекта. Основное
назначение мероприятия - привлечение средств в проект, необходимых для его окончательной реализации, запуска и развития.
7
расчетов 15 домохозяйств в Австралии: одноранговый блокчейн позволил участникам проекта покупать и продавать электроэнергию.
Позже, в конце 2016 года, совместно с новозеландской сетевой компаний
Vector был запущен второй пилотный проект, где были подключены к системе
расчетов примерно 500 клиентов. Во втором квартале 2017 года компания реализовала технологию прямого перевода реальных денежных средств со своей системы Sparkz. Совместно с компанией White Gum Valley была апробирована система автоматических расчетов за электроэнергию без посредников с подключением к счетчикам электроэнергии.
Power Ledger активно заключает соглашения на коммерческую реализацию
не только в своей стране, но и в других частях света. Совсем недавно, в 2020
году, в Таиланде было подписано партнерское соглашение с компанией Business
Continuity Planning Guide (далее BCPG), занимающейся разработкой решений,
связанными с возобновляемыми источниками энергии. Соглашение предусматривает внедрение системы одноранговой торговли в деловые центры Бангкока
с общей предустановленной солнечной генерацией в 2 МВт. Ведутся переговоры
по апробированию системы в США совместно с Clean Energy Blockchain
Network — в Северо-Западном университете, где также планируется подключение к имеющейся системе учета электроэнергии. Аналогичное соглашение о пилотном внедрении было подписано с одной из крупнейших сетевых компаний
Японии — Kansai Electric Power Co.
Платформа Power Ledger – это система с использованием двойного токена. Для
внутренних транзитных операций используются токены Sparks, а чтобы получить доступ к платформе необходимо приобрести токены PORW. Sparks – это в
какой-то степени внутренняя стоимость единицы электричества. Впоследствии
их можно будет обменивать друг на друга. Принцип работы данной экосистемы
продемонстрирован в приложении А.
Токены POWR — это токены протокола, используемые для доступа к платформе Power Ledger, создания безопасности для участников через SmartBonc, создания сетевого эффекта за счет поощрения ранних пользователей, стимулирования использования и использования возобновляемых источников энергии.
Токены Sparkz — внутренний токен, необходимый для беспрепятственного
проведения транзакции. Токены Sparkz обмениваются на токены POWR; они выпускаются после POWR через смарт облигации и используются поставщиками
услуг для отбора клиентов.
Например, если в сделке прописано, что 1 киловатт энергии будет стоить 10
центов, то с виртуального кошелька покупателя будет списано 10 токенов Sparks.
Пользователи будут иметь возможность регистрации на платформе с указанием
своих банковских реквизитов. Электронные монеты будут сохраняться на счетах, а в момент проведения транзакции, сторона, продающая энергию, получит
на свой счет монеты Sparks.
Таким образом, токены Sparks предназначены для осуществления транзакций
во внутренней замкнутой сети Power Ledger. Такие закрытые торговые контракты препятствуют использованию различных теневых схем по отмыванию
денег или осуществлению фиктивных операций. Внутренняя среда платформы
полностью контролируема.
Предполагается, что за продажу и покупку мощностей участникам платформы
будут начисляться токены POWR, поощряющие выработку и распределенную
торговлю именно возобновляемых мощностей. Общая структура уровней приложения экосистемы Power Ledger выглядит следующим образом.
1. Публичный уровень для системы Power Ledger — блокчейн криптовалюты
Ethereum;
2. Уровень смарт-контрактов и смарт-бондов10 для взаимодействия между
участниками платформы и системой отношений двух токенов;
10
Смарт-бонд – облигация, которая использует технологию блокчейн.
3. Уровень, где с помощью базы данных Oracle осуществляется управление
данными из внешних источников (счетчиков);
4. Уровень приложений, или пользовательский уровень.
5. Уровень приложений — самая интересная часть, поскольку удовлетворяет
требованиям как оптового рынка, так и рынка «частников» — децентрализованной генерации.
Основа и сущность платформы — возможность одноранговой торговли электроэнергией без посредников. Расчеты на этом уровне приложений происходят
на базе токенов Sparkz. Система также хранит данные со всех счетчиков сети
участников. Цикл торгового механизма закупки и продажи электроэнергии может быть выбран участниками системы самостоятельно.
С помощью токенов Sparkz потребитель электроэнергии фактически делает
предоплату для услуг, которые ему будут оказаны в будущем. Сами же токены
POWR приобретаются сетевыми компаниями, которые и подключают потребителей к экосистеме Power Ledger, разрешая им проводить одноранговые сделки.
Платформа позволяет выбирать и настраивать различные варианты отношений между участниками, в частности представлены:
 Одноранговая торговля электроэнергией, позволяющая участникам покупать
и продавать электроэнергию друг другу напрямую;
 Функция «Неоретейлер», позволяющая организовывать примитивные виртуальные системы генерации и потребления для торговли на платформе с заданными свойствами участников группы;
 Дополнительная функция для организации работы микросетей (изолированных систем);
 Система организации оптовых торгов;
 Система автономного управления частными энергоактивами для построения
модели получения прибыли от продажи или покупки электроэнергии;
 Система сбора и анализа информации данных о рынках генерации и потребления;
 Подсистема подключения системы заряда электротранспорта для автоматической оплаты потребляемой электроэнергии с задействованием протокола зарядной станции;
 Система Power Port, позволяющая другим участникам рынка заряжать свои
средства от вашей системы, если вы задекларировали свою колонку как Power
Port — фактически продавать в сеть может быть не так выгодно, как в свою
колонку на улице для зарядки других;
 Система управления карбон- и ВИЭ-сертификатами на базе смарт-контрактов
при взаиморасчетах между организациями;
 Система сетевого мониторинга, позволяющая агрегировать данные о загрузке
реальной распределительной сети. [12]
Restart Energy. Блокчейн-платформа RED создана компанией Restart Energy
(Румыния) — европейским поставщиком энергоресурсов с текущим оборотом
более чем $37 млн. Компания также смогла в начале 2018 года привлечь $30 млн
на ICO. Restart Energy фокусирует свои усилия на либерализации рынка ресурсов и снижении степени влияния на эти рынки естественных монополий на мировой арене. Сегодня основными активами компании являются клиентская база
в 27 000 домохозяйств и 3 000 юридических лиц. Ежемесячный прирост клиентской базы составляет примерно 2 000 клиентов в месяц. Компания Restart Energy
создает глобальный портал для одноранговой торговли энергоресурсами с полностью децентрализованной системой, которая основана на блокчейн-технологии в том числе, совмещающей в себе сопряженные технологии искусственного
интеллекта, обработки больших данных и интернета вещей.
RED-франшиза — это торговая франшиза, которая предназначена для существенного упрощения входа на рынок торговли энергоресурсами для индивидуальных предпринимателей или организаций; она предоставляет им возможность
начать покупать и продавать электроэнергию на открытых мировых рынках. Токены MWAT являются крипто-токенами, которые позволяют виртуально хранить электроэнергию и торговать ею в объеме до 1 МВт·ч в месяц на платформе
RED. Один токен приравнивается к 0,11 кВт·ч. Отмечается, что один MWAT —
это $0,1.
Потребители и производители электроэнергии, зарегистрированные на площадке, получают:
 Доступ к рынку энергоресурсов;
 Доступ к установке умных беспроводных счетчиков;
 Доступ к программному обеспечению прогнозирования потребления;
 Доступ к одноранговым сделкам по покупке электроэнергии;
 Право на приобретение «зеленых» сертификатов.
Франшиза, предлагаемая платформой, позволяет владельцам токенов создавать и запускать в работу свой ретейл-бизнес, объединяя таким образом блокчейн с принципами свободного рынка. Любой желающий, имеющий определенное количество токенов, может стать гарантирующим поставщиком электроэнергии.
Компания запустила интеграцию блокчейна на платформе в феврале 2018 года
и уже в октябре вышла на сопряженные рынки. Бизнес-план компании рассчитан
на разворачивание модели в 45 странах с выдачей около 14 000 франшиз и подключением примерно 9 млн клиентов. [12]
Все вышеперечисленные примеры демонстрируют успешное внедрение и развитие технологии блокчейн на энергетическом рынке.
ГЛАВА 2 ИНТЕГРАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН
В ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ ЖИЛЫЕ КОМПЛЕКСЫ
2.1 ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ ЖИЛЫЕ КОМПЛЕКСЫ В АРКТИКЕ
На базе ОЦ «Сириус» совместно с командой «Арктос», в состав которой входит автор, был разработан проект под названием «Автономный энергоэффективный жилой комплекс для Арктической зоны России с использованием возобновляемых источников энергии и систем накопления». Фотоотчет процесса разработки и готового выставочного образца представлены в приложении Б.
Целью данного проекта является разработка быстровозводимого модульного
строения, обеспечивающего комфортные и безопасные условия проживания для
исследователей при низких температурах в Арктической зоне России, с обеспечением полной автономности и энергоснабжении за счет альтернативных источников энергии, а именно, энергии солнца и ветряных потоков.
Предполагается, что вышеупомянутое модульное жилое строение или комплекс таковых будет расположен в юго-западной части арктической зоны, в воркутинском городском округе на 68°17'49.2" северной широты и 64°47'32.8" восточной долготы.
Воркутинский городской округ расположен в застроенной климатической
зоне. Климат региона субарктический. Для региона характерны сильно дифференцированные климатические условия, суровые зимы, неустойчивая и быстроменяющаяся погода, наличие вечной мерзлоты и глубоко промерзающих почв.
Лето короткое и холодное, зима снежная, продолжительная и сухая. Климат формируется в условиях низкой зимней инсоляции11 и находится под влиянием интенсивного западного ветрового переноса северных морей и воздушных масс.
Отток теплого морского воздуха, связанный с прохождением атлантических циклонов, и частое вторжение арктических воздушных потоков из Северного Ледовитого океана вызывают большую неустойчивость погоды в течение всего года.
Годовая амплитуда составляет 32,7°C. Июль-самый теплый месяц в году (среднемесячная температура +12,4°C), январь-самый холодный (-20,3°C). Среднегодовая температура по данным метеостанции в Воркуте составляет -6,0°C. Среднесуточная температура превышает 0°C в течение 125 дней. Регион относится к
влажной климатической зоне с интенсивными циклонами. Циклоны, идущие с
Черного и Средиземного морей, приносят обильные осадки. Циклоны с Атлантического океана приносят меньший объем осадков, но являются более продолжительными. Среднее количество осадков в воркутинском городском округе составляет порядка 600 мм. Снежный покров является основным фактором, влияющим на формирование зимнего климата, в большинстве своем, благодаря высокой отражательной способности заснеженной поверхности. В то же время
снежный покров защищает почву от глубокого промерзания. Наиболее интенсивный рост высоты снежного покрова идет от ноября к январю, в месяцы с
наибольшей повторяемостью циклонической погоды, когда сохраняются основные запасы снега. Наибольшей величины уровень снежного покрова достигает
во второй декаде марта. Наибольшая за зимний период средняя высота снежного
покрова по данным снегомерной съемки в равнинной местности равняется 75 см.
В течение всего года преобладают ветры южного направления. Средняя скорость
ветра в регионе составляет 5,6 м/с. Под влиянием арктического климата формируется зона многолетней мерзлоты. Зимой глубина промерзания почвы достигает
1 м. Высота снежного покрова достигает полуметра на открытых территориях и
Инсоляция - поток солнечной радиации на поверхность, поступающий с направления, в котором виден в данный момент центр солнечного диска.
11
до 1 метра в лесу. Коэффициент испарения >1, что говорит об повышенной влажности в рассматриваемой местности. Около 70–80% используется для испарения
влаги с переувлажненной поверхности, и только 20–30% идет на нагрев воздуха
и почвы. [19]
Проанализировав климатические и геотермальные условия, было вынесено замечание о необходимости создания конструкции, которая будет устойчива ветровым и снеговым нагрузкам, так как в рассматриваемой местности в год выпадает около 600 мм. осадков на 1 см2 поверхности, при этом подавляющее большинство в твердом виде, возведение плоских крыш экономически не целесообразно, так как они быстро приходят в негодность. [18] Из этого следует необходимость выбора «обтекаемых» форм. [2] Наиболее подходящей формой для данного строения является геодезический купол, так на его поверхности задержка
снежных масс будет минимальной. Выбором данной формы были решены две
задачи одновременно:
1. Устойчивость снеговым и ветровым нагрузкам;
2. Быстрая возводимость за счет модульности. [4,5]
Выбор формы сооружения предопределяет форму модулей, ими являются треугольные сэндвич-блоки с заранее встроенными системами коммуникаций, в том
числе: системы вентиляции, отопления, электро- и водоснабжения, канализации,
«умного дома». [2] За счет замковых соединений, в случае выхода из строя, блок
с коммуникацией достаточно просто заменить на новый, что можно считать дополнительным преимуществом данного сооружения.
Так же командой был разрешен вопрос установки строения в условиях вечной
мерзлоты. Ключевым решением является установка арктического дома на винтовые сваи для вечномерзлых грунтов с литыми заостренными наконечниками
на метр в глубину. Данный вид свай, по сравнению с иными типами оснований
имеет ряд преимуществ:
 Устраняют необходимость разработки природного грунта и создания котлована, что затруднительно выполнить в силу природных условий;
 Допускают возможность возведения установки при любых погодных условиях;
 Способ установки винтовых свайных фундаментов отличается простотой
и доступностью;
 Исключают опасность неравномерной осадки сооружения и опрокидывания конструкции за счет установки свайных оснований на большую глубину в условиях вечной мерзлоты.
В ходе приятия решения о фундаменте команда столкнулась с вопросами о
глобальном потеплении и об устойчивости конструкции в новых условиях. В
данный момент ищется решение вопроса.
В Арктике потепление оказывает негативное воздействие не только на грунт,
но еще и на морские экосистемы и прилегающие к ним природные системы.
Наиболее ярким примером является уменьшение длины морского льда. Но, с
другой стороны, это может способствовать росту фитопланктона и повысить
концентрацию зоопланктона (мелких рыб и ракообразных), который служит пищей тюленям или китам. По этой причине расширяется ареал обитания гренландских китов и ластоногих млекопитающих. [2] На перемещении, питании и жизненном цикле арктических морских млекопитающих значительно сказывается
сокращение протяженности морских льдов. При изменении времени вскрытия
морского льда в сторону более раннего весеннего вскрытия увеличивается
смертность детенышей гренландского тюленя и кольчатой нерпы. Моржи, живущие в отсутствие летнего морского льда, вынуждены устраивать лежбища на скалах. Однако прыжки со скал нередко приводят к смерти моржей. Они не только
гибнут сами, но и давят своих сородичей. Усиление негативного воздействия на
арктических морских млекопитающих (Далее АММ) оказывает увеличение активности человека в морских и прибрежных зонах Арктики (разработка месторождений нефти, газа и угля). На протяжении последних десятилетий в Арктике
значительно изменились ареалы обитания и некоторых видов рыб. Кроме того,
за период с 1997 по 2016 г. общая площадь, занимаемая атлантической скумбрией в период летнего кормления, увеличилась на 0,4 миллиона км.2. Быстро
растущие хищники вытесняют мелкие, медленно растущие виды рыб на север и
восток. С 1993 года сокращение ареала арктических видов рыб и расширение
ареала субарктического вида происходит в Баренцевом море с увеличением ареала субарктических видов рыбы до уровня моря Берингова проливов. Изменения
климата, происходящие в мире, разрушают среду обитания белых медведей и
уменьшает их кормовую базу. В то же время, все более ограниченные возможности добычи пищи на льду заставляют белых медведей дольше находиться на
суше. Под воздействием более слабого морского льда или открытой воды у животных повышается потребность в энергии, которую трудно удовлетворить.
Также они подвержены стрессу от летнего голодания. По итогу это приводит к
снижению выживаемости и уменьшению численности популяции. В зоне АЗ
климатические перемены приведут к масштабным пространственным трансформациям, которые выражаются в перемещении границ тундры и бореальных лесов
(тайги) на север. Прогнозы климатических зон Сибири к концу века сдвинутся
севернее на 600 км, а площадь распространения большинства типов тундр уменьшится как минимум наполовину уже в 2050 году. Одновременно в рассматриваемой местности идут процессы «озеленения», т.е. распространение кустарников
и деревьев на ранее безлесные территории тундры, и замещение хвойных пород
(в основном ели) на южной окраине тайги широколиственными деревьями и кустарниками. После химических загрязнений почвы в основном на таежной территории около промышленных городов происходит «потемнение» почвы. Это
связано с производством, транспортировкой и функционированием городского
хозяйства. [21]
Если климат в таежной зоне более теплый и сухой, то тундровая зона все чаще
подвергается интенсивным пожарам. Они приводят к изменениям в составе растительности и ускоряют деградацию вечно мерзлых грунтов, а также служат источником дополнительных выбросов парниковых газов в атмосферу. Изменение
осоковой растительности тундры на более легковоспламеняющуюся кустарниковую и древесную может увеличить запасы топлива для пожаров. Также потепление способствует распространению насекомых, наносящих ущерб растениям.
Согласно фенологическим исследованиям, под влиянием изменения климата во
всей АЗ удлинился вегетационный период растений и сократился период их цветения. Таким образом, нарушается синхронизация взаимодействия между различными видами разных трофических уровней, которые входят в одну пищевую
цепь. В результате снижения синхронности между рождением потомства некоторых особей и пиком доступности кормовых насекомых замедляет рост птенцов. Однако некоторым видам животных, например овцебыкам, которые обычно
дают потомство до появления кормовых растений, более раннее начало вегетации идет на пользу. Направление миграции птиц изменяется в зависимости от
времени наступления сезонных высоких и низких температур. Предположительно прогнозируется, что потепление в Арктике будет влиять на численность
и выживаемость одних видов или расширение ареалов обитания других. Таким
образом, ожидается увеличение количества субарктических видов в АЗ и усиление конкуренции между ними с эндемичными арктическими видами. Из-за изменения климата в европейской части АЗ происходит масштабная структурная
трансформация, которая приводит к «атланизации» арктических биологических
сообществ.
Ряд исследований гласит о потеплении в Арктике, которое происходит, примерно, вдвое быстрее чем на Земле в целом. За последние десятилетия значительно ускорились процессы, связанные с сокращением длины морского льда в
Северном Ледовитом океане и таянием многолетней мерзлоты. Это влияет на общую стабильность климата как в самой Арктике и северном полушарии, так и во
всем мире.
В настоящее время существует несколько основных стратегий адаптации к современно-будущему климату:
— жесткие стратегии — развитие инфраструктуры, более стойкой к климатическим воздействиям.;
— мягкие стратегии — это совершенствование институтов и систем управления (подготовка учреждений по координации отклика на климатические вызовы,
знание передовой науки в соответствующих областях для разработки современных технических решений), а также обеспечение финансирования [20]
По сообщению правительстваа, на территории Коми будут применяться две
основные стратегии. Оглашены некоторые рекомендации и направления работы:
— применение и активное использование возобновляемых источников энергии;
— строительство мелиоративной системы для полива сельскохозяйственных
культур, техническое перевооружение;
— подбор гибридов и сортов сельхозкультур для наиболее подходящих почвенно-климатических условий региона;
— строительство сооружений биологической очистки;
— берегоукрепление и расчистка русел рек, восстановление водных объектов
и строительство комплекса гидротехнических сооружений (это важнейшее мероприятие для повышения обводнения водных объектов, а также повышение
надежности обеспечения водой населения в районе возникновения локального
вододефицита);
— использование современных строительных материалов и технологий.
Приоритетные адаптации оказались более «приземленными». Обращается
внимание на повышение мер пожарной безопасности в лесах, лесовосстановление и снижение негативного воздействия природы при разработке месторождений. Он также говорит о повышении экологической грамотности: переводе
угольных и мазутовых котельных на газ или биотопливо, ремонте мелиоративной системы и переведении транспорта с газомоторного топлива. [22]
Две неприятности ожидают строителей в зоне вечно мерзлых грунтов при
установке и эксплуатации фундаментов модульных жилых домов.
— На поверхности льда образуются просадки при оттаивании мерзлых, наполненных льдом оснований под фундаментами зданий.
— Выпучивание свай, фундаментов, оптовых опор мостов, оснований линий
электропередачи и т. д. [23]
В данный момент в России, сложившаяся из-за глобального потепления ситуация с фундаментами решается медленно и разрозненно. В Ямало-Ненецком автономном округе предложен поверхностный фундамент для строительства одноэтажных зданий на высокотемпературных многолетних мерзлых грунтах в условиях глобальной потепления. [26]
В основе лежит железобетонная конструкция с двумя отдельными элементами
– фундамент и плиты перекрытия. Основой является железобетонная плита, состоящая из двух частей. В верхней части находится змеевик нагревательного
контура, в нижней — охлаждающего контура. Теплоизолятор, который имеет
форму квадрата и изготовлен из пеноплэкса, находится между контурами. Верхний слой заполнен водой для обогрева пола первого этажа здания; нижний - антифризом, он обеспечивает искусственное охлаждение основания. Фундамент
состоит из отдельных блоков, которые на строительной площадке соединяются
между собой и подключаются к тепловому насосу (Далее ТН). Поверхностный
фундамент состоит из нескольких модулей, которые вместе образуют поверхностную основу. Они соединены параллельно с теплоизоляционным коллектором охлаждающего контура и греющим насосом нагревательного элемента [24].
Рис. 1. Схема теплопередачи теплового насоса, совмещенного с поверхностным фундаментом.
Условные обозначения: Q1 – интенсивность теплового потока от греющего
контура к зданию и от здания в атмосферу, Вт; Q2 – то же от греющего контура
к охлаждающему; Q3 – то же от многолетнемерзлого грунта к охлаждающему
контуру; СОР – коэффициент преобразования [25]
Из грунта Q3 охлаждающий контур ТН забирает тепло для отопления здания,
а затем к нему поступает тепло от греющего нагревательного контура ТН - Q2. С
помощью этих потоков они подаются в холодильную машину ТН, где низкопотенциальное тепло преобразуется во высокопотенциальное.
Из грунта Q3 охлаждающий контур ТН забирает тепло для отопления здания,
а затем к нему поступает тепло от греющего нагревательного контура ТН - Q2.
Текущие потоки поступают в холодильную машину ТН, где низкопотенциальное
тепло превращается в высокочастотное, а потери энергии компрессором холодильной машины равны (Q2 +Q3)/(СОР-1). Далее эти потоки тепла поступают к
греющему контуру ТН, который отправляет часть из них в здание Q1 и идет на
обогрев пола. Часть Q2 возвращается обратно через охлаждающий контур. После
чего снова начинается цикл. Функции управления тепловыми потоками включают в себя следующие параметры: температура воды и антифриза, температурное сопротивление между контуром Rb. [24]
Для поднятия уровня комфорта проживающих автором и командой «Арктос»,
было предложено реализовать в строение концепцию «умный дом», что будет
включать контроль всех коммуникаций, встроенных в блоках. В случае вывода
из строя какой-либо коммуникации, система проинформирует о неисправности,
отображая модуль с поломкой на сенсорном экране, который будет распложен
на одном из модулей; поддержка биоритмов человека через создание алгоритма,
поддерживающего необходимый уровень освещенности и давления, в зависимости от времени суток, повторяя природные параметры от перемещения солнца и
луны, приливов и отливов [7]; биометрическая идентификация по радужной оболочке глаза, обеспечивающая жителям бесконтактный доступ в жилое помещение и повышенную безопасность; отпугивание диких зверей за счет внедрения
комплексной системы в которую входят: видео-контроль, тепловизор, распознавание вида животного по его форме и издаваемым звукам, подбор и издавание
отпугивающего звука.
Общая площадь модульного строения составит 125,5 кв. м., детальный план
этажей представлен в приложении В.
Так как строение будет питаться от энергии солнца и ветра, необходимо планировать объем выработки и потребления электроэнергии, поэтому, в рамках
подготовки ВКР автором были проведены расчеты для одного «Арктического
дома». Данные представлены в таблицах 1 и 2, а также на рисунке 3.
По результатам двух нижеприведенных таблиц можно сделать вывод о том,
что потребление в сутки почти в 3 раза ниже выработки, соответственно, остаточную энергию необходимо задействовать или продать.
Упрощенная схема системы энергоснабжения представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Система энергоснабжения модульного строения. [31]
Количество
Общая
Наименование электроприУстановл.
Коэфф. Коэфф.
электро-примощность
емников
мощность
Спроса Мощности
ёмников
кВт
Расчетная
мощность
Реактивная
мощность
Расчетный
ток
Обозначение
шт.
P. кВт
Pу. кВт
Kc
cosφ
tg
φ
Рр=Pу*Кс
, кВт
Qр=Рр*tgφ, Sр=√(Pp²+Qp²),
кВар
кВА
Iр=S/U, А
1
Электрическое освещение
18,00
0,04
0,72
0,40
1,00
0,0
0
0,29
0,00
0,29
1,31
2
Электрические розетки
6,00
0,30
1,80
0,60
1,00
0,0
0
1,08
0,00
1,08
4,91
5
Вентиляция (приточновытяжная)
2,00
0,80
1,60
1,00
0,85
0,6
2
1,60
0,33
1,88
7,27
6
Отопление электричеством
1,00
0,60
0,60
0,50
0,90
0,4
8
0,30
0,05
0,33
1,36
8
Внешнее освещение
1,00
0,05
0,05
0,30
1,00
0,0
0
0,02
0,00
0,02
0,07
10
Циркуляционные насосы
2,00
0,15
0,30
1,00
0,87
0,5
7
0,30
0,06
0,34
1,36
3,28
0,38
3,60
16,29
ИТОГО
4,77
Таблица 1 – Суточная нагрузка одного арктического дома12
12
Полная мощность
Составлено автором по [17]
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
12.04
11.12
10.90
12.18
11.03
10.36
10.63
10.17
11.00
10.94
11.75
11.95
Таблица 2 – Средняя выработка электроэнергии за сутки, кВт*ч/сутки
Рисунок 3 – График суммарной выработки электроэнергии [13]
Температура в Воркуте подвержена резким колебаниям. Сравнительно высокие температуры порядка -5°, -15°, в продолжение одних-двух суток могут
понизиться до -35°, -45°. Похолодания, имеющие продолжительный характер
(до 10–15 суток), преимущественно связаны с ветрами северо-восточного
направления. Это связано со значительным притоком воздуха из Арктического
бассейна в Арктику. В зимние месяцы могут быть случаи быстрого потепления
на 15-20 градусов в течение нескольких часов. Это обычно связано с прохождением через Воркуту очень теплого и влажноватого Атлантического циклона.
В Воркуту с северо-запада «ныряют» циклоны, которые «ныряют» с севера на
остров Шпицберген. Их стремительность, с которой они обрушивались на континент, их так и называют «ныряющие». В них происходит смещение с большой скоростью, они могут быть кратковременными и сопровождаться штормовой погодой.
Холодная погода в зимнее время характеризуется довольно слабыми показателями, но во второй половине марта – начале апреля суточный ход увеличивается до максимума. Это обусловлено прогревом подстилающей поверхности в дневные часы и значительным выхолаживанием в ясные безоблачные
ночи. Температура воздуха в предутренние часы наиболее низкая, а в дни
наибольшего выхолаживания - самая низкая.
В среднем весенний переход температуры воздуха через 0° приходится на
28 мая. За этот период в отдельные годы диапазон отклонений от этого срока
в отдельные года составляет 35 дней. Анализ температурного режима весеннего периода по годам показал, что весна делится на три типа, причем два из
них очень четко выражены, а третий является промежуточным звеном между
ними.
Тип «активной весны», который характеризуется резким увеличением среднесуточной температуры воздуха в интервале устойчивых переходов температур от -5 до +3. Это сильное потепление, значительно превышающее норму.
Обычно оно следует после долгосрочного и холодного периода. При этом температура поднимается достаточно стремительно и не прерывается короткими
холодными ветрами. Обычно в это время господствуют юго-восточные и южные ветра, которые создают безоблачную погоду. Начало снеготаяния, начало
и конец ледохода, в разные годы обычно приходятся на ранние сроки. Иногда,
после первого теплого периода, сформировавшего ранний и быстрый ледоход,
наступает длительная волна охлаждения, создающая устойчивый холодный
фон в первой половине лета. [28]
На основе анализа имеющейся информации было принято решение взять за
основу энергообеспечения жилого дома альтернативные источники энергии:
 Солнечные панели (4 шт. по 100 ватт);
 Ветрогенераторы (3 шт. по 600 ватт).
Учитывая климатические особенности Арктики, а именно полярную ночь и
возможное отсутствие порывов ветра, предложено использовать накопители и
устройства, вырабатывающие электроэнергию:
 Дизельный генератор (LIFAN S-PRO 11000-1) - 1 шт. Краткие характеристики: максимальная мощность - 11 кВт; Вес - 195 кг; 1 выход 12 В; обмотка генератора: медная; присутствует вольтметр, счетчик моточасов,
уровень частоты, уровень топлива; присутствует система защиты от перегрузки, транспортировочные колеса, глушитель. Описание: Разработанная китайской компанией LIFAN однофазная бензиновая электростанция с электростартером S-PRO 11000-1 предназначена для обеспечения бесперебойного питания строительных площадок или небольших
промышленных площадей. Устройство электростанции позволяет использовать ее в качестве аварийного источника автономной подачи электроэнергии, так же как постоянный источник бесперебойного питания.
Подключить один или несколько потребителей максимальной суммарной мощностью 11 кВт при напряжении 220 В. Современный двигатель
внутреннего сгорания LIFAN 2V77 F воздушного охлаждения со встроенным датчиком уровня масла (позволяет предотвратить повреждение
механизмов двигателя, если он отсутствует), потребляет не более 4.91 л/ч
бензина. Установленная в стандартной комплектации электростанция
имеет топливный бак объёмом 28 л, позволяющий автономно работать
до 6 часов без заправки. Кроме того, генераторы этого типа имеют низкий уровень шума по сравнению с аналогичными моделями других производителей, а качественный синхронный альтернатор от компании
LIFAN позволяет добиться высокой точности выходного напряжения.
[29]
 Аккумуляторные батареи VARTA Promotive Heavy Duty M10 12В / 200
Ач — 6 шт. Краткие характеристики: емкость – 190 Ач; пусковой ток –
1200 А; полярность – прямая; количество клемм – 2 шт; напряжение – 12
В; страна-производитель – Германия. [30]
В случае аварийных ситуаций, провоцирующих прекращение питания отВИЭ, подразумевается включение резервных мощностей ( дизельный генератор) или приобретение энергии у соседних домов жилого комплекса в необходимом объеме до момента налаживания энергопотребления от собственных источников. [1,3,9]
2.2 ВОЗМОЖНОСТИ И РИСКИ ОТ ВНЕДРЕНИЯ БЛОКЧЕЙН В
ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ ЖИЛЫЕ КОМПЛЕКСЫ
Если децентрализованная модель транзакций, описанная выше, будет принята, это коренным образом изменит отношения между производителями энергии, поставщиками энергии, операторами сетей и потребителями.
Потребители, вероятно, выиграют от большей прозрачности и гибкости.
Снижение транзакционных издержек вследствие устранения посредников и
увеличения числа участников рынка означало бы снижение цен на энергию.
Как и в случае с любой новой технологией, нерешенные технические вопросы
и отсутствие долгосрочного опыта также означают неопределенное будущее,
что создает определенные риски.
Как было описано в предыдущих главах, технология блокчейн в России все
еще находится в зачаточном состоянии, и энергетический сектор не является
исключением. Однако, опыт, полученный в финансовой отрасли и в первых
проектах в энергетическом секторе позволяет нам предположить какие положительные и отрицательные последствия эта технология может иметь для потребителей. Рассмотрим возможности и риски для потребителей, основываясь
на следующих предположениях:
 В случае применения, на энергетическом рынке технология блокчейн заменит посредников, действующих в настоящее время на нем, и приведет
к снижению транзакционных издержек;
 Возможность точной настройки работы сети и развертывание интеллектуальных счетчиков, смарт-контрактов и других новых технологий повысит гибкость и будет способствовать индивидуализации во всех сегментах потребления и продажи энергии (например, потребители будут
настраивать свой индивидуальный энергобаланс, пользоваться преимуществами более низких цен на электроэнергию в вечернее время и т. д.);
 Потребители вступят в борьбу и станут более активными участниками
децентрализованного рынка.
Несмотря на то, что мы не можем достоверно предсказать, как именно будут
развиваться события, можно с уверенностью предположить, что технология
блокчейн способна привести к существенным структурным изменениям в
энергетической отрасли. Это откроет новые возможности, но также повлечет
за собой риски для потребителей, которые описаны ниже.
Возможности:
1. Снижение счетов за электроэнергию для потребителей. Модели блокчейн работают на основе предположения, что все поставщики осуществляют
сделки напрямую со своими клиентами. Это может привести к значительному
снижению системных затрат. Виды системных затрат, которые могут быть снижены или даже полностью исключены, включают следующее:
 Отсутствие или снижение затрат на учет расходов (включая персонал и
другие операционные расходы, инфраструктуру и т. д.) и прибыли;
 Отсутствие или снижение операционных расходов на снятие показаний
счетчиков, выставление счетов и т. д.;
 Отсутствие расходов на напоминания о платежах и процессы взыскания
задолженности;
Вышеуказанное сокращение затрат приведет к снижению счетов за электроэнергию для потребителей, прямо или косвенно. С другой стороны, существуют эксплуатационные расходы систем блокчейн, которые включают в себя
плату за транзакции по блокчейн или оплату тарифов платформы. Также необходимо учитывать требуемую вычислительную мощность и соответствующее
потребление энергии.
Еще одним фактором, позволяющим сэкономить на счетах за электроэнергию, является то, что потребители энергии также будут иметь значительно
большую гибкость в выборе поставщика.
В системах транзакций на основе блокчейна клиенты практически постоянно меняют поставщика, поскольку они могут найти новых партнеров по
транзакциям и заключить с ними контракт в чрезвычайно короткие сроки.
2. Прозрачность. Использование технологии блокчейн обеспечит большую
прозрачность для потребителей. Это позволит потребителям отследить, где
именно была произведена приобретаемая ими электроэнергия. Прямые транзакции между поставщиками и потребителями энергии позволят сторонам
точно указывать "контрагента по договору", то есть ветряную или солнечную
электростанцию, поставляющую энергию. Это позволило бы точно определить источник поставляемой электроэнергии, например, с точки зрения процентной доли возобновляемых источников энергии. Каждый потребитель
энергии будет указывать эти аспекты индивидуально и с беспрецедентной степенью детализации.
Соответственно, вся история транзакций, хранящаяся в блокчейне (потребленная энергия и произведенные платежи), также станет прозрачной. Доступность полной истории транзакций и возможность проведения анализа на этой
основе предоставит потребителям высокий уровень ясности.
В этом контексте необходимо критически оценить, какие недостатки повлечет за собой такой уровень прозрачности, поскольку в рамках базовой модели
блокчейна все транзакции являются общедоступными. Отдельные пользователи будут использовать псевдонимы, но теоретически возможно "расшифровать" определенное количество псевдонимов без авторизации, что может представлять угрозу.
3. Создание местной стоимости и просьюмеры. Технология блокчейн может дать толчок зарождающейся тенденции: росту роли потребителя. Снижение транзакционных издержек и упрощение процессов выставления счетов
позволит мелким поставщикам или потребителям энергии участвовать на
рынке не только в качестве потребителей, но и в качестве поставщиков. Например, потребители, эксплуатирующие собственные солнечные системы, могут
с большей легкостью продавать электричество, которое они производят, своим
соседям или передавать его в сеть. Это повысит экономическую жизнеспособность солнечных систем и небольших ветряных турбин, принадлежащих потребителям, что, в свою очередь, увеличит число потребителей. Потребители
также выиграют от более разнообразного предложения продуктов и более низких цен. Кроме того, модели блокчейн могут способствовать реализации энергетических проектов, финансируемых сообществами.
Упрощенные пути выхода на рынок для генераторов распределенной энергии будут способствовать дальнейшему росту возобновляемых источников
энергии. [16]
Риски:
1. Масштабируемость. Многие эксперты предполагают, что технология
блокчейн может оказаться не настолько масштабируемой, как это необходимо.
Учитывая чрезвычайно быстрые темпы роста данных, многочисленные объемы данных, накапливающиеся после нескольких лет работы блокчейна,
предъявляют высокие требования к безопасности, скорости и стоимости.
2. Анонимность. Анонимность, лежащая в основе концепции блокчейна,
также влечет за собой риск использования системы в целях незаконной деятельности (например, организованной преступности).
3. Отсутствие законодательной базы и соответствующего органа власти.
Децентрализованная система блокчейн без какого-либо вышестоящего органа
власти может также повлечь за собой недостатки для потребителей, поскольку,
по крайней мере, в обсуждаемых сегодня моделях нет ответственного субъекта, который мог бы вмешаться в ситуацию в качестве регулятора, предоставить простые услуги или пересмотреть ранее совершенные сделки.
4. Утеря данных. Один из часто поднимаемых вопросов, связанных с технологией блокчейн, заключается в том, что происходит, когда пользователь забыл
свои персональные данные доступа, необходимые для доступа к собственному
счету. В этом случае пользователи безвозвратно блокируют свои аккаунты и
теряют свои настройки, информацию и активы, хранящиеся в них. [15]
В работе автором рассматривается возможность внедрения платформы, аналогичной Power Ledger, упомянутой выше, с авторской доработкой. Основной
функцией новой платформы «Arctos Platform for Blockchain Energy Transfer»
является осуществление приобретения и продажи электрической энергии.
Подразумевается, что для указанной платформы разрабатывается веб-сайт в
двух версиях (для разработчиков и для пользователей) и мобильное приложение с целью ускоренного внедрения новой технологии в информационное пространство. Веб-продукт для пользователей и просьюмеров оснащается: личным кабинетом, главной страницей и страницей поиска.
Подробное описание пути приобретения и продажи электроэнергии представлено в Приложении Г.
Каждое из действий участников сделки фиксируется и шифруется криптографическим хэшем, доступ к электронному хэшу выдается каждому из участников в виде идентификатора (ключа). Потерять ключ, означает, не иметь доступ к просмотру сделки.
На мой взгляд, теоретическая и практическая возможность внедрения данной технологии есть, но существует ряд трудностей, которые тормозят процесс
развития и становления блокчейна, практически, в России, в целом. В первую
очередь, это - не соответствующая вызовам XXI века, пассивность структур,
принимающих решения, конструктивно осваивать и использовать возможности интеллектуальной ренты, низкая заинтересованность и осведомленность
общества о достижениях в научной сфере, недостаточная финансовая поддержка прорывных энерготехнологий государством. Разрешив вышеупомянутые вопросы, вектор внедрения технологии блокчейн в электроэнергетике будет выглядеть более оптимистичным. [16]
2.3 КИБЕРФИЗИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ
В данном параграфе разобрана киберфизическая структура применения
технологии блокчейн в электроэнергетике. Из вышеупомянутой структуры
следует выделить две составные части информационную и физическую.
Информационная необходима в целях реализации систем управления,
вторая для связи с физическим миром. «Кибер» структура будет вмещать в
себя распределенную базу данных, платформу для подтверждения транзакций, IoT13, облачные системы хранения информации.
Физическая структура включит всех игроков рынка, генерацию, распределение и потребителей. Эта структура объединит виртуальный и физический миры.
Физическая инфраструктура. Физическая структура позволит объединить различные энергетические ресурсы и субъектов. Она сможет управлять
генерацией, распределением, потреблением и хранением. Производство
электроэнергии включает в себя как крупные электростанции, так и небольшие распределенные генераторы. К распределенным генераторам относятся
возобновляемые источники энергии и дизельные генераторы. Инфраструктура распределения включает распределительные сети на разных уровнях
напряжения, а также оборудование и объекты, задействованные в передаче
энергии (трансформаторы, подстанции и т. д.). Потребительский сегмент
включает в себя различные типы нагрузок, такие как промышленные потребители и домашние хозяйства. Системы хранения энергии включают тепловые аккумуляторы, супер-конденсаторы и тепловые аккумуляторы с водяным охлаждением. Системы хранения энергии могут быть интегрированы в
сеть на разных уровнях напряжения. Это означает, что могут быть включены
как на уровне микро-сетей (маховики или химические аккумуляторы), так и
на уровне домохозяйств (небольшие химические накопители). Физическая
инфраструктура также представлена энергетическими рынками и агрегаторами спроса. Они не участвуют непосредственно в передаче энергии, но отвечают за координацию работы сети. В этом случае мониторинг и управление системой обеспечивается надежной кибер-информационной структурой, описанной ниже.
 Кибер-информационная инфраструктура IoT- это технология, позволяющая создать среду, в которой каждое устройство (потребитель/просьюмер) может быть подключено к информационной сети для управления и
13
IoT – Интернет вещей.
мониторинга. Для реализации этой концепции каждое устройство оснащается микроконтроллером и системой беспроводной передачи данных,
что делает эти устройства частью общей информационной сети (интернета), позволяя им взаимодействовать друг с другом и с пользователями.
В последние годы были предприняты усилия по внедрению IoT в энергетический сектор. Были разработаны такие устройства, как интеллектуальные счетчики (PhaseMeasurementUnits (PMUs)). [33] В представленной киберфизической модели Интернет-вещей является ключевым игроком на всех уровнях энергетической системы и мостом для соединения
компонентов во всей киберструктуре (например, блокчейн и облачное
хранилище). Система IoT представляет собой комбинацию из трех сигментов:
 датчики и исполнительные механизмы (актуаторы14);
 Вычислительные процессоры, встроенные в устройства;
 Беспроводные системы передачи информации.
В этих трех сегментах IoT будет собирать многомерные данные для
поддержки блокчейна и облачных систем, что позволит всем заинтересованным сторонам в энергетическом секторе принимать верные решения.
Например, на стороне производства электроэнергии IoT будет собирать
информацию о текущих условиях, выбросах углекислого газа, характерных для каждого типа производства электроэнергии, данные о солнечной
радиации и скорости ветра, и все это позволит получить картину текущих
режимов генерации для конкретного объекта. На стороне распределения
IoT отслеживает текущее состояние сети с помощью различных датчиков,
таких как PMU и системы SCADA. На стороне потребителя IoT будет собирать данные о потреблении и внешних условиях (например, темпера-
14
Актуатор - Функциональный элемент системы автоматического управления, который воздействует на объект управления, изменяя поток энергии или материалов, которые поступают на объект. Большинство исполнительных устройств имеет механический или электрический выход.
туре). В секторе хранения данных IoT позволит отслеживать уровень зарядки батарей. IoT позволяет управлять устройствами в режиме реального
временив ответ на различные внешние условия. Более того, текущие вычислительные возможности современных микро-контроллеров позволяют
решать задачи предварительной обработки данных (проверка, фильтрация
и т . д .), прежде чем они будут переданы на уровень выше в среду
(Blockchain или облако). Подобным способом, достигается связь со всеми
энергетическими ресурсами.
 Массивы данных создаваемые IoT будут синхронизированы в
Blockchain или выгружены в облачное хранилище, исходя от требований. Облачное хранилище также может попросить и получить информацию, которая сохранена в Blockchain, и произвести анализ Используя
возможности виртуализации и обеспечения динамических вычислении.
Полезные функции и возможности облачной системы позволяют легко
интегрировать информацию из IoT, Blockchain и предоставить много дополнительных услуг всем участникам:
 Инфраструктура как услуга (IaaS). Использование технологии виртуализации обеспечит создание экземпляров данных на узлах конечных пользователей и обеспечивает доступ пользователям к их ресурсам. Этот
проект для них будет представлять собой управление своими локальными ресурсами, хотя фактически они будут использовать ресурсы удаленных серверов.
 Данные как сервис (DaaS). При помощи служб предоставления облачных данных и механизма облачной авторизации пользователи смогут
получить доступ к данным IoT и Blockchain.
 Платформа как сервис (PaaS). Участникам энергетических рынков
предоставляется возможность разрабатывать и создавать уникальные
сервисы в облаке. К примеру, можно использовать для реализации smart
contract облачные хранилища данных и сервисов.
 Программное обеспечение как сервис (SaaS). Через специальное ПО
участники рынка смогут получить доступ к облачному хранилищу.
Также они могут использовать SQL либо другой язык запросов в качестве инструмента для взаимодействия по IoT. С помощью различных инструментов визуализации они могут создавать различные отчеты из облачного хранилища. По окончании, хотелось бы добавить следующее:
облачная технология IoT в сочетании с Blockchain позволит создать различные модели взаимодействия и обеспечит необходимую степень защиты информации. [32]
2.3 ПОТЕНЦИАЛ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЯЕМОГО ПРОЕКТА.
КРАТКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.
В контексте глобальной экономической интеграции нельзя упускать из виду
влияние колебаний цен на энергоносители, а также на экономические кризисы
в отдельных странах.
Однако в большинстве крупных развитых стран потребители могут свободно выбирать наиболее рентабельных производителей электроэнергии и
распределителей электроэнергии на рынке. Но поскольку в России традиционное электроснабжение перешло на централизованный режим электроснабжения с небольшим количеством участников и сильной олигархией, стандарты,
связанные с передачей, трудно унифицировать. Кроме того, местным властям
не хватает долгосрочного понимания продвижения возобновляемых источников энергии. Это позволяет группам интересов бороться за определение цен,
тем самым вызывая хаотичные колебания цен на электроэнергию и рост сетевых затрат.
Кроме того, в традиционной розничной сети для управления поставками
электроэнергии и спросом на нее был применен метод централизованного прогнозирования. Очевидно, что с учетом таких факторов, как время, сезон, погода и культурный фон, существует разница в динамике спроса и предложения
электроэнергии в реальном времени. Но большинство систем электроснабжения работают всего на несколько месяцев вперед и используют приблизительные оценки разницы в ценах при решении проблемы спроса на электроэнергию. Таким образом, широкая общественность не может разумно использовать
свою энергию.
Централизованная модель производства, распределения и продажи электроэнергии, плохое управление спросом на электроэнергию, запутанные расчеты
ценообразования на электроэнергию и неспособность точно сопоставить
спрос на электроэнергию в режиме реального времени — все это приводит к
существенной трате ресурсов и электроэнергии.
Чтобы добиться децентрализованного и возобновляемого энергоснабжения
и избежать потерь энергии, вызванных неэффективным управлением, нужно
больше, чем просто виртуальная децентрализованная платформа для торговли
электроэнергией.
Если мы желаем решить основную проблему электроэнергетики — децентрализованное производство и добиться, действительно, разумного распределения энергии по спросу, необходимо устранить ненужную трату энергии и ресурсов, которая возникает из-за отсутствия планирования. Чтобы перейти к
распределению возобновляемой энергии, нам также необходимо определить
наиболее подходящий вариант и спланировать подходящий курс действий для
применения технологии блокчейн в электроэнергетике.
Интеллектуальная электросеть — это целостная единица, которая состоит
из генерации, снабжения, преобразования энергии, распределения, утилизации
и планирования. Это полноценная, интеллектуальная система электроснабжения. Если мы хотим добиться гибкого и интерактивного использования электроэнергии в интеллектуальных сетях, то разумное использование нескольких
источников энергии является важной предпосылкой. И если мы хотим добросовестно использовать несколько источников энергии, тогда нам нужны более
современные технологии хранения энергии.
Технология хранения может эффективно разделять производство и использование энергии. Планирование электросетей, проектирование, компоновка,
эксплуатация, управление и применение — все это направлено от эффективности передачи энергии к эффективности преобразования, нарушая, таким образом, традиционный принцип мгновенного баланса спроса и предложения электроэнергии.
Проще говоря, накопление энергии может обеспечить эффективное управление энергопотреблением на стороне спроса для уменьшения эффекта пиков
и спадов, тем самым повышая общую операционную эффективность и снижая
эксплуатационные расходы. В случае стихийного бедствия или крупномасштабного энергетического кризиса, вызванного деятельностью человека, оборудование для хранения энергии и ее передачи может стать аварийным источником энергии. Кроме того, технология хранения и передачи энергии имеет
большой потенциал для применения благодаря возможности регулировать
мощность различных источников питания, а также повышает эффективность
возобновляемых источников энергии,
Использование микро-интеллектуальной сети сообщества в качестве основного источника питания поможет постепенно снизить зависимость от основных сетей энергоснабжения. Цены на электроэнергию в масштабах сообщества будут подвергаться одноранговой корректировке спроса и предложения. В
то же время это будет способствовать широкому использованию распределенных возобновляемых источников энергии и позволит сохранить ресурсы
земли. [38]
Создание энергетических розничных рынков на базе сетевых транзакций,
проектов по энергетическому финансированию, которые могут за счет выпуска
новых токенов привлекать краудсорсинговые средства, эффективных систем
мониторинга позволят существенным образом улучшить текущее положение
вещей в электроэнергетической отрасли страны. Однако здесь не обойтись без
поддержки таких крупных участников, как государство и коммунальные предприятия. Только за счет объединения усилий положение вещей может существенно измениться. [34]
Очевидно, что технология блокчейн обеспечит увеличение технической поддержки для создания распределенных интеллектуальных систем с использованием возобновляемых источников энергии не только в России, но и по всему
миру.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Данная квалификационная работа посвящена анализу актуальной задачи –
оценка возможности внедрения технологии блокчейн в децентрализованные
энергосистемы на примере модульных энергоэффективных строений, которые
будут расположены в воркутинском городском округе арктической зоны России.
В ходе выполнения работы был изучен теоретический базис по технологии
блокчейн, платформы для разработки децентрализованных приложений
Ethereum, опыт предшествующих организаций,
были проанализированы
принципы работы вышеупомянутой технологии, рассмотрена система торговли электрической энергией Р2Р, проанализированы возможности и риски от
внедрения блокчейн в децентрализованные энергосистемы, а так же рассмотрена киберфизическая структура использования технологии в электроэнергетике и описан полный путь приобретения/продажи энергии, проведена оценка
эффективности предлагаемого проекта, даны краткие рекомендации.
Задачи, поставленные в начале работы были выполнены, цель выпускной
квалификационной работы была достигнута.
Перспективы дальнейшего исследования следующие:
 Определение материальных и технических средств для передачи энергии блокчейном с выбором конкретных моделей единиц техники;
 Расчет экономической эффективности от внедрения проекта;
 Разработка и вынесение предложения программы по внедрению технологии;
 Анализ воздействия на окружающую среду.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бердин В.Х., Кокорин А.О., Юлкин Г.М., Юлкин М.А. Возобновляемые
источники энергии в изолированных населённых пунктах Российской Арктики. – Текст: электронный // Всемирный фонд дикой природы (WWF). –
2017. – URL: file:///C:/Users/gold-/Downloads/renewable_rus.pdf
2. Селин В.С., Скуфьина Т.П., БашмаковаЕ.П., Торопушина Е.Е. Север и Арктика в новой парадигме мирового развития: актуальные проблемы, тенденции, перспективы – Текст: электронный // Научно-аналитический доклад.
— 2016.
3. Попель О.С., Киселева С.В., Моргунова М.О., Габдерахманова Т.С., Тарасенко А.Б. Использование возобновляемых источников энергии для энергоснабжения потребителей в Арктической зоне Российской Федерации –
Текст: электронный // Научный и информационно-аналитический журнал
«Арктика: экология и экономика». — 2015 — №1(17). — С. 64-69. – URL:
http://arctica-ac.ru/pubtext/17/
4. Зубарева Г.И., Соргутов И.В. Уникальный купольный дом. – Текст: электронный // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. — 2019. – URL:
https://cyberleninka.ru/article/n/unikalnyy-kupolnyy-dom/viewer
5. Есипова А.А. Применение геодезических куполов в строительстве: преимущества и недостатки. – Текст: электронный // Научная статья. — 2019. –
URL: https://cyberleninka.ru/article/n/unikalnyy-kupolnyy-dom
6. Юшкова Е.Е. Применение технологии Блокчейн в сфере альтернативной
электроэнергетики в Арктике – Текст: электронный // Проект. — 2019. –
URL: https://nauchkor.ru/uploads/documents/5b0958cf7966e104e9d87387.pdf
7. Детари Л., Карцаги В. Биоритмы – Текст: электронный // Москва. – 1984. –
URL: https://www.booksite.ru/fulltext/1279191/index.html
8. И. К. Тульчин, Г. И. Нудлер. Электрические сети жилых и общественных
зданий – Текст: непосредственный //. — 1990.
9. Опыт эксплуатации систем солнечной генерации в условиях Крайнего Севера
–
Текст:
электронный
//
SachaPress
[сайт]
–
URL:
https://sakhapress.ru/archives/211289
10. Блокчейн как источник инноваций: настоящее и будущее – Текст: электронный
//
[сайт]
Plusworld
–
URL:
https://plusworld.ru/journal/section_1712/section_192774/art192761/
11. Что такое технология блокчейн? – Текст: электронный // Аws.amazon
[сайт] – URL: https://aws.amazon.com/ru/what-is/blockchain/
12. Блокчейн в энергетике: будущее или реальность? – Текст: электронный //
Digitalsubstation
–
[сайт]
URL:
http://digitalsubsta-
tion.com/blog/2018/12/11/blokchejn-v-nbsp-energetike-budushhee-ili-nbsp-realnost/
13. Онлайн-калькулятор солнечной, ветровой и тепловой энергии. – Текст:
электронный // Helios-house [сайт] – URL: https://www.helios-house.ru/online-kalkulyator.html
14. История Технологии Блокчейн: необходимо знать хронологию – Текст:
электронный
//
101blockchains
[сайт]
–
URL:
https://101blockchains.com/ru/история-технологии-блокчейн/
15. Википедия.
–
Текст:
электронный
//
Wikipedia
[сайт]
–
URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Блокчейн
16. Блокчейн – возможность для производителей и потребителей энергии? –
Текст:
электронный
//
[сайт]
Pwc
–
URL:
https://www.pwc.com/gx/en/industries/assets/pwc-blockchain-opportunity-forenergy-producers-and-consumers.pdf
17. Криптовалюта Power Ledger – полный обзор, прогноз и перспективы развития
проекта
–
Текст:
электронный
//
Infofx
[сайт]
–
URL:
https://infofx.ru/kriptovalyuty/kriptovalyuta-power-ledger-polnyj-obzorprognoz-i-perspektivy-razvitiya-proekta/
18. Ильин Л. М. Краткая климатическая характеристика Воркутского района.
– Текст: непосредственный // Отдел изысканий Воркутинской проектной
конторы Коми Совнархоза. – 1949.
19. Русаков Е. А., Микрюкова В. А., Голубятникова М. Ю. и др. Природные
условия. Анализ экологического состояния территории. – Текст: электронный // Пояснительная записка том 1. – 2012. – URL: http://воркута.рф/city/master-plan/Files/PZ_tom1.pdf
20. Жилина И. Ю. Потепление в Арктике: возможности и риски. – Текст: электронный // Исследовательская статья. – 2021. – URL: file:///C:/Users/gold/Downloads/poteplenie-v-arktike-vozmozhnosti-i-riski.pdf
21. Куделькин Н. С. Арктика и глобальное потепление: адаптация к изменению климата и охрана окружающей среды. – Текст: электронный // Юридические исследования. – 2022. – URL: file:///C:/Users/gold-/Downloads/arktikai-globalnoe-poteplenie-adaptatsiya-k-izmeneniyu-klimata-i-ohranaokruzhayuschey-sredy.pdf
22. Осени и зимы в Коми стали теплее из-за изменения климата. – Текст: электронный // Bnkomi [сайт] – URL: https://www.bnkomi.ru/data/news/156070/
23. Глобальное изменение климата и деградация вечной мерзлоты. – Текст:
электронный // Аrdexpert [сайт] – URL: https://ardexpert.ru/article/9099
24. Хрусталев Л. Н., Хилимонюк В. З., Перльштейн Г. З., Каманин Д. В. Поверхностный фундамент сооружения, обеспечивающий сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии с одновременным обогревом сооружения. – Текст: электронный // Патент № 2583025. – 2016. – URL:
https://patents.google.com/patent/RU2583025C1/ru
25. Хрусталев Л. Н., Хилимонюк В. З. Новый фундамент для зданий в Арктике.
–
Текст:
электронный
//
Криосфера
Земли.
–
2018.
http://earthcryosphere.ru/archive/2018_4/03.Khrustalev_4_2018.pdf
–
URL:
26. Горбунова А. А. Новый способ использования высокотемпературных многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований одноэтажных зданий в условиях глобального потепления климата. – Текст: электронный // Научный
вестник
Ямало-Ненецкого
автономного округа.
–
2023. –
URL:
http://magazine.arctic89.ru/wp-content/uploads/2023/04/Горбунова.pdf
27. Официальный сайт администрации городского округа «Воркута». – Текст:
электронный // Воркута.рф [сайт] – URL: http://воркута.рф/city/
28. Таскаев А.И. Атлас по климату и гидрологии Республики Коми. – Текст:
электронный // Департамент по охране окружающей среды. — 1997. –
URL:
https://www.studmed.ru/view/atlas-respubliki-komi-po-klimatu-igidrologii_2602487d856.html
29. Системы постоянного и резервного энергоснабжения мощностью до 20
кВт. – Текст: электронный // Sea-pro-shop [сайт] – URL: https://sea-proshop.ru/lifan-s-pro-11000-1.php
30. Характеристики грузовых аккумуляторов. – Текст: электронный // Opt-akb
[сайт] – URL: https://opt-akb.ru/catalog/akkumulyatory/akkumulyatoravtomobilnyj-varta-promotive-black-6st-190-690-033-120-pryam-polyar-gruzros-4-l-190-ach-1200-a-513-223-223
31. Строительство эко-дома своими руками: технологические принципы и
схемы – Текст: электронный // Sovet-ingenera [сайт] – URL: https://sovetingenera.com/eco-energy/eko-dom/ekodom-svoimi-rukami.html?unapproved=7
4694&moderation-hash=ab86f2aecf2c31cb8d6905861efbd2ca
32. Перекальский И. Н. Кокин С. Е. Применение технологий распределенного
реестра (blockchain) в электроэнергетических системах. – Текст: электронный // Уральский федеральный университет имени первого Президента
России Б.Н. Ельцина. —
2020. – URL: file:///C:/Users/gold/Downloads/primenenie-tehnologiy-raspredelennogo-reestra-blockchain-velektroenergeticheskih-sistemah.pdf
33. H. I. Hussein, G. A. Salman, M. S. Hasan. Phase Measurement Units based
FACT’s Devices for the Improvement of Power Systems Networks Controllability. – Текст: электронный // Department of Electrical Power and Machines, Collage of Engineering, Diyala University, Diyala, Iraq. — 2018. – URL:
file:///C:/Users/gold-/Downloads/PhaseMeasurementUnitsBasedFACTsDevicesfortheImprovementofPowerSystemsNetworksControllability.pdf
34. Белкин П. А., Посмаков Н. П., Ростовский Н. С. Применение технологии
блокчейн в электроэнергетике как связующей цифровой технологии при
переходе на децентрализованную генерацию. – Текст: электронный // Научный журнал «современные наукоемкие технологии». — 2020. – URL:
https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=37933
35. Новиков А. М., Новиков Д. А. Методология научного исследования. –
Текст: электронный // Институт управления образованием. — 2007. – URL:
http://izhoroik.ortox.ru/users/98/1100698/editor_files/file/Методология.pdf
36. Огурцов А. Н. Основы научных исследований. – Текст: электронный //
Национальный технический университет "Харьковский политехнический
институт" — 2008. – URL: https://www.studmed.ru/view/ogurcov-an-osnovynauchnyh-issledovaniy_fa6ea7b7b0a.html
37. Юсуфов Р., Чаленко Е., Пердеро А., Кривошея Е. Блокчейн в электроэнергетике: ландшафт проектов и инвесторов. – Текст: электронный // Московская школа управления «Сколково» — 2019. – URL: https://energy.skolkovo.ru/downloads/documents/SEneC/Research/SKOLKOVO_EneC_RU_MINDSMITH_blockchain_investment_landscape2019.pdf
38. Технология блокчейн делает возможным децентрализованное, регенеративное электричество. – Текст: электронный // Eloncity [сайт] – URL:
https://medium.com/eloncity/blockchain-technology-makes-decentralizedregenerative-electricity-a-possibility-e1cb04ad1b3c
39.
40.Ghjkl
41.Ghjkl
42.Hjkl
43.Jkl;
44.Ghjk
45.Ghjkl
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Рисунок 1 – Принцип работы экосистемы Power Ledger
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Рисунок 2 – Принятие решений командой «Арктос» по выбору формы конструкции и его фундамента
Рисунок 3 – Командное программирование системы «умный дом»
Рисунок 4 – Принятие участия в конкурсе на базе ОЦ «Сириус»
Рисунок 5 – Определение победителей конкурса профессором, заведующим
кафедрой автоматизированных электрических систем, заместителем директора по науке и инновациям УрФУ, Кокиным С. Е.
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Рисунок 2 – План первого этажа модульного жилого арктического строения
Рисунок 3 – План второго этажа модульного жилого арктического строения
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
При входе в приложение программа оправит запрос на авторизацию по электронной почте или номеру телефона, для новых пользователей будет отображаться кнопка «зарегистрироваться». В момент регистрации пользователь вносит данные документа, удостоверяющего личность. Подтверждение личности
необходимо для повышения уровня доверия участников сделок и безопасности
системы, в целом. В личном кабинете пользователь имеет возможность:
 Управлять аккаунтом. В управление аккаунтов входит: просмотр и редактирование личных данных и фото профиля, приобретение или замена
тарифа платформы, открывающего новые возможности для пользователя, а именно: поднятие своего объявления в поисковой строке, возможность коммуникации со второй стороной сделки в чате, возможность открытия нескольких электронных счетов, с целью приобретения энергии
для родственников на сторонний аккумулятор и т. д., внесение электронной подписи и удаление аккаунта;
 Пополнять баланс. Финансы на платформу вносятся и хранятся в рублях,
пользователь имеет право конвертировать деньги в токены в удобный
ему момент в целях достижения наибольшей выгоды.
 Просматривать историю с предыдущими сделками;
 Отслеживать изменение стоимости внутренней валюты по отношению к
рублю;
 Отслеживать все этапы сделки, происходящие в данный момент;
 Просматривать раздел с отзывами от пользователей, с которыми ранее
были открыты и осуществлены или открыты и не осуществлены сделки.
В свою очередь, в данном разделе пользователь имеет возможность
настройки фильтров «от отрицательным к положительным» и наоборот.
На главной странице пользователь имеет доступ к следующей информации:
 Окно, информирующее об этапе сделки, совершаемом в данный момент
времени;
 Предложение к рассмотрению объявлений от просьюмеров поблизости
или с высоким рейтингом;
 Отображение баланса в рублях и во внутренней валюте платформы.
На странице поиска пользователи имеют возможность:
 Ввести запрос в поисковую строку;
 Настроить фильтры по источнику энергии, стоимости и количеству энергии;
 Развернуть объявления для получения подробной информации;
 Перейти из объявления в профиль просьюмера, ознакомиться с отзывами
других пользователей;
 Откликнуться на объявления, нажав кнопку «приобрести».
Путь покупки выглядит следующим образом. Желающий приобрести энергию запускает приложение, авторизуется и входит в личный кабинет. На странице поиска пользователь настраивает фильтры, с целью отсеивания неподходящих объявлений, указав тип источника энергии, стоимость за киловатт и
рейтинг продавца, при желании. В выбранном объявлении откликается на
предложение, нажав на кнопку «приобрести». В тот же момент просьюмеру
(продавцу) поступает уведомление о возникновении спроса на выставляемую
им энергию. Продавцу необходимо войти в приложение и на высветившемся
окне нажать кнопку «согласовать продажу». Важно, чтобы на момент совершения сделки, на балансе покупателя была достаточная сумма во внутренней
валюте для успешного приобретения. Платформа переносит продавца и покупателя в «поле сделки», в котором участники консенсуса должны подтвердить
свои намерения продать / приобрести энергию и заключить электронный договор, подтверждая его электронной печатью каждой из сторон. После согласования и одобрения сделки обеими сторонами, энергия, находящаяся на аккумуляторе продавца, подключенного к компьютеру, конвертируется в код двоичной системы и передается на аккаунт покупателя. Затем покупатель в необходимый ему момент может конвертировать энергию в ее исходное положение,
переведя на свой аккумулятор.
Путь продажи энергии выглядит несколько иначе. В первую очередь, после
создания учетной записи и внесения всех необходимых данных, просьюмеру
необходимо создать и выставить объявление о продаже излишков электроэнергии. Продавцу следует учесть плату, взымаемую платформой за размещение
объявлений, если у него не приобретена подписка с расширенными возможностями. Просьюмер должен нажать на кнопку «плюс» в правой нижней части
экрана на главной странице приложения и заполнить данные о типе источника,
количестве продаваемой энергии, стоимости за киловатт и дополнительных параметрах, при необходимости и опубликовать свое предложение. Дальнейший
путь описан выше.
После поступления токенов на счет продавца, сделка считается завершенной.