Блокчейн до фонаря: как технология преобразует энергетическую отрасль

10 августа

Пока майнеров пугают коллапсом энергетики из-за чрезмерного увлечения криптовалютами, блокчейн успешно предлагает новые решения для усовершенствования системы добычи и распределения электричества.

Про применение блокчейна в энергетике говорят уже давно. «Умный блокчейн», управляющий электроэнергией, создают в России, аналогичные проекты есть в Германии, Чили, Великобритании, а в Японии с новой технологией связывают надежды снизить зависимость от ядерной энергии. Новый подход к распределению и поставкам электричества идет рука об руку с «зелеными» технологиями, такими как солнечная энергетика и продажа излишков энергии от домашних хозяйств.

Однако большая часть посвященных этому статей фокусируются на отдельных примерах прикладного применения этой технологии. Между тем, чтобы оценить потенциал блокчейн-технологий в отдельных сферах необходимо накопление определенной критической массы кейсов, которые мы и попробуем рассмотреть.

Электроэнергетика сегодня является, возможно, самой сложной и многокомпонентной глобальной системой, однако эволюция ее началась с достаточно простой линейной архитектуры. На начальном этапе генерация электроэнергии в большинстве случаев вводилась для обслуживания конкретного потребителя, с соответствующим уровнем его взаимодействия с генератором и простыми механизмами координации. Потребитель в такой модели энергосистемы был «активным», а использование установленной под него мощности эффективным.

В менеджменте такой координационный механизм называется «взаимным согласованием» и является самым действенным из всех известных. Для функционирования данного механизма достаточным было использование незначительного объема информации с минимальной формализацией, необходимой для верной интерпретации как потребителем, так и генератором. Но по мере расширения энергетической инфрастуктуры потребовались новые механизмы.

Следующая ступень развития электроэнергетики – мощность-центричная система. Ее появление обусловлено продолжением электрификации и подключением к генерирующему объекту нескольких потребителей. Данный переход был определен рядом технических решений, в основном в области передачи электричества (линии электропередач и трансформаторы), и стал отправной точкой развития электроэнергетики, не только как технической, но и как организационной системы. Увеличение числа пользователей генерирующих мощностей привело к необходимости развития подходов к администрированию их потребления. С одной стороны, была цель удовлетворения их потребностей, с другой – максимизации использования генерирующих мощностей. Сама же суть административных механизмов в итоге сводилась к разрешению очевидной и простой проблемы, актуальной по сей день: проблемы пиков энергопотребления.

Организационно на данном этапе, в связи с очевидной необходимостью сведения информации о разрозненных потребителях в единую форму для планирования генерации и мощности, были предприняты первые попытки унификации информации о функционировании электроэнергетического хозяйства. Другими словами – возникли первые данные в сфере электроэнергетики.

Отметим, что на этом этапе произошла переориентация системы с потребителя на генератор: множество потребителей посредством сети подключились к единому генератору, получившему естественно-монопольное положение.

Дальнейшая эволюция энергосистемы добавила разнообразия в виды генерации и ещё дальше отделила потребителей от источников электроэнергии, соединив их сетевой инфраструктурой. Появился энергокомплекс. При этом затраты на администрирование усложняющейся энергосистемы возрастали, а совокупная эффективность комплекса становилась всё более низкой. Значимость роли в функционировании комплекса всё в большей степени перемещалась от субъектов генерации к выделяющимся в отдельный вид деятельности сетевым организациям.

Эффективным методом организации взаимодействия различных субъектов электроэнергетики стала стандартизация и формирование общих баз данных о различных аспектах функционирования энергокомплекса. При этом авангардом развития стали частные решения отдельных организаций, институтов.

Энергетика сфера услуг

Глубокое проникновение сетей, диверсификация источников электроэнергии, растущие запросы потребителей не столько к количеству, сколько к качеству доступной электроэнергии – все это создало среду, в которой организации, осуществляющие разнообразные услуги в сфере электроэнергетики, завоевали ведущую позицию. В число таких организаций вошли энергобиржи, организации оптовой и розничной торговли электроэнергией и мощностью, регулирующие организации, организации в области стандартизации. В общем, ведущую роль на рынке стали играть участники системы электроэнергетики, предоставляющее разнообразные услуги по бесшовному соединению спроса и предложения.

По мере развития энергосистемы были выведены следующие аксиомы:

  • чем крупнее генерация, тем она эффективнее;
  • управлять спросом невозможно, поэтому балансирование потребления и генерации может быть осуществлено только за счет регулирования последней;
  • генерация в каждый момент времени равна потреблению, поскольку электроэнергию нельзя резервировать.

Весь путь эволюции электроэнергетики, предопределенный как ее техническими особенностями, так и общими принципами развития организационных структур, привел к текущему строению отрасли, которое можно описать следующим образом:

Потребитель и поставщик электроэнергии (генератор) находятся на противоположных полюсах мира электроэнергетики, представляющего собой многослойную структуру, включающую все многообразие услуг, в том числе и услуг по передаче электроэнергии.

При всей сложности этой конструкции, в большинстве случаев она решает задачи по уравновешиванию спроса и предложения, однако эффективность данного мероприятия сложно назвать высокой.

Основная причина данного явления кроется в естественно-монопольном положении большинства составляющих энергосистемы, самым очевидным из которых является естественная монополия на услугу по передаче электроэнергии. По сути, электроэнергетика представляет собой нагромождение «узких горлышек» централизованного администрирования различных процессов, кумулятивное действие которых приводит к неэффективности системы в целом.

Безусловно, в отсутствии всего комплекса административных механизмов, функционирование системы как таковой было бы поставлено под вопрос, однако, очевидным является и следующий вывод: электроэнергетика постепенно приближается к исчерпанию положительных эффектов от роста масштаба, происходящему ввиду роста издержек администрирования.

Ответ: распределенная энергетика

Продолжая рассуждение об электроэнергетике, как об информационной и организационной системе, обратимся к применяемым сегодня информационным технологиям – и непосредственно к блокчейн, как к одному из передовых и бурно развивающихся механизмов. Сразу поясним, что под технологией блокчейн понимается все многообразие решений, основанных на применении распределенных баз данных.

Рассмотрим блокчейн как ступень эволюции информационных технологий.

Первым этапом становления ИТ можно считать повсеместный рост объема информации, который привел к необходимости ее систематизации для ускорения операций, проводимых с ней. Систематизация информации получила развитие, в том числе, в виде развития цифровых языков (1-0) и вычислительной техники. Информация, таким образом, была трансформирована в «данные».

Следующим этапом развития стали информационные сети. Технологии связи развивались параллельно с информационными, а их объединение в сети с помощью вычислительной техники существенно расширило инструментарий работы с информацией. Для вычислительных машин, объединенных в сеть, весьма логичным стало формирование централизованных баз данных, позволившее существенно повысить скорость и качество взаимодействия.

Технология баз данных, получив, в свою очередь, широкое распространение, в том числе за счет использования в электроэнергетическом хозяйстве, столкнулась с различными сложностями функционирования, многие из которых были решены посредством создания распределенных баз данных. Так в целях повышения надежности начали создавать резервные копии, защиту от несанкционированного доступа обеспечивали «шредированные» базы данных, а риски, связанные с деятельностью оператора базы данных снижались посредством репликации между несколькими операторами.

Создание же реплицированных баз данных, в которых каждый пользователь был одновременно и держателем всей реплики базы данных, позволило отказаться единого оператора, как института, что и ознаменовало революцию в информационной технологии.

Блокчейн, в свою очередь, стал техническим инструментом, позволившим существенно расширить применение безадминистративных распределенных баз данных, снизив требования к аппаратному обеспечению пользователей. Криптографическое кодирование информации получило три применения:

  1. кодирование блока информации,
  2. формирование цепочки блоков информации,
  3. функционирование цифровой подписи с временной меткой.

Логическим образом возникает вопрос: формирование баз какого рода данных потребовало столь изощренной технологии? Ответ весьма очевиден: базы данных о принадлежности ценности. Блокчейн же позволил вести не только статические базы данных, но и динамические, при этом используя достаточно простую технику. С точки зрения пользователей, такое применение блокчейн-решений дало возможность достижения консенсуса о текущем статусе ценности внутри группы.

Итак, краткая формулировка ключа к пониманию вышеописанной технологии:

Блокчейн = механизм консенсуса.

Вернемся к распределенной энергетике. Распределенная энергетика, фактические означающая горизонтальное развитие системы, стала ответом на снижающуюся эффективность вертикальной архитектуры электроэнергетики. На практике распределенная энергетика в большинстве случаев реализуется через физическое распределение объектов: снижение доли масштабных объектов в конечном потреблении за счет развития менее крупных, локально сориентированных решений.

Такие мероприятия получили широкое распространение и были в подавляющем большинстве случаев инициированы потребителями, которые таким образом вернули себе возможность управления генерацией. В сухом остатке потребители оптимизировали затраты на электроэнергию (возможно и на тепловую, в случае когенерации).

Экономической же основой данной оптимизации стало повышение эффективности использования мощности, которое превзошло снизившуюся техническую эффективность мощности.

Вывод, на первый взгляд, неочевидный, но от этого не менее важный: физически распределенная энергетика повышает эффективность энергообеспечения локально, но снижает среднюю эффективность целостной энергосистемы. Кроме того, возникает ряд проблем, связанных с надежностью и сбалансированностью системы. Налицо противоречие, поляризующее сегодня профессиональное сообщество.

Решение описанного противоречия кроется в идентификации истинных проблем, с которыми сталкивается электроэнергетика. Выше неоднократно указано на высокую техническую эффективность энергосистемы, которая при этом оказывается малодоступной отдельным ее участникам ввиду ее организационной несостоятельности. Важнейшая проблема современной энергетики – управляемость системы.

Вертикально выстроенная система администрирования не позволяет равномерно распределять ресурс между ее участниками. Очевидна необходимость в альтернативном механизме достижения консенсуса между субъектами и организационно-управленческого подхода. Блокчейн может стать искомой технологией.

Проиллюстрируем принцип функционирования блокчейн на примере, не имеющем непосредственного отношения к электроэнергетике, тем не менее, наглядно демонстрирующем мотивы применения технологии и преимущества, которые она предоставляет вовлеченным сторонам. Таким примером послужит таймшер дома, расположенный на горнолыжном курорте.

Кейс:

Таймшер (timeshare, «разделение времени») – право одного из владельцев многовладельческой собственности на использование самой собственности в отведённые ему участки времени.

Имеются пять потенциальных инвесторов, готовых внести средства и коллективно построить или купить дом. Доли в собственности распределяются пропорционально объему инвестированных средств и фиксируются в реестре. Сразу возникает вопрос: кто будет держателем и администратором реестра? Далее при использовании объекта возникает комплекс вопросов, связанных с организацией справедливого распределения полезности актива между держателями долей (кто сколько дней сможет в нем провести), покрытием постоянных издержек его функционирования, и т.д.

Позиция администратора, как видно, чрезвычайно важна и ответственна, поскольку именно её эффективность и надежность позволяет участникам проекта быть уверенными, что их доля будет сохранна и они беспрепятственно смогут реализовать по отношению к ней весь комплекс прав. Необходимость в администрировании коллективной собственности безусловна, базовой задачей является обеспечение достижения консенсуса держателей долей по различным вопросам.

Пока участников проекта относительно немного и поводы искать взаимного согласия редки, достаточно тесные взаимосвязи между участниками позволяют достигать консенсуса простым взаимным согласованием. Запас «прочности» данной конструкции заканчивается, когда решение административных вопросов (в том числе их согласование) начинает занимать непозволительно много времени, а кредит доверия участников друг к другу, позволяющий оптимизировать согласовательный процесс, исчерпан.

Очевидной становится необходимость выделения комплекса задач администрирования их взаимодействий в отношении коллективной собственности и назначения агента по их реализации. Таким образом, общество приходит к централизованной системе управления, и передаче реализации прав на аутсорсинг. Агент, в свою очередь, фактически получает возможность распоряжения переданным в управление имуществом. Не будем останавливаться подробно на риске недобросовестности агента, допустив, что заключенные договора, правоохранительная система и просто доверие к нему снижают данный риск до минимума. Риск же неэффективности агента, как организатора процесса достижения консенсуса вызывает более значительный интерес.

Экономическая теория убедительно обосновывает невозможность оптимального распределения ресурсов в ситуации несовершенства рыночного механизма. При этом, чем шире область распределения ресурса, тем сильнее власть монополиста, а эффективность распределения ниже.

Данный постулат вполне можно транслировать в рассматриваемый кейс и сделать следующий вывод: агент, оказавшись монопольным держателем административного ресурса, изначально обречён на неэффективность, которая будет усиливаться по мере развития его деятельности.

Альтернативой привлечению агента к выполнению административных функций является технология блокчейн, суть применения которой заключена в возможности кратно увеличить объем переменных, в отношении которых внутри группы возможно принятие консенсусного решения без привлечения администратора.

Реестр, в котором отражена текущая принадлежность ценности таймшэр дома, хранится в базе данных, реплицированной между всеми участниками проекта, любое же внесение изменений в реестр возможно только после достижения консенсуса внутри группы. Более того, данный реестр содержит запись алгоритмов, в соответствии с которыми, к примеру, определяется ценность дома в высокий и низкий сезон, механизм распределения расходов на содержание, и т.д. Подобные алгоритмы получили название смарт-контрактов. Можно предположить, что при дальнейшем развитии описанной блокчейн-системы, на распределенном реестре появятся записи о принадлежности ценности других домов, или даже других видов активов, а также возможность обмениваться ими.

Возвращаясь к энергетике, используем вышеприведенный пример и заменим таймшэр дом, являющийся объектом распределения, на любой объект электроэнергетики: дизельный генератор, паро-газовую установку, линию электропередачи, накопитель энергии. Получится безадминистративная коллективная собственность и управление активом, который при другой организации использования, неминуемо стал бы основанием возникновения монополии, с «врождённой» ограниченной эффективностью.

Это приводит нас к следующему выводу: распределенная энергетика является безусловным ответом на возрастающую неэффективность вертикальной архитектуры организации отрасли, однако распределению подлежит не столько физическое расположение объектов, сколько их принадлежность и, как следствие, управление ими. Технологией, способной организовать такое распределение, как раз и является блокчейн.

Распознание вышеописанного применения блокчейн по отношению к энергетике (и не только) носит категорически высокое значение и должно быть широко принято действующими организациями, осуществляющими администрирование ресурсов по вертикальным монопольным принципам, что позволит взять лучшее из обоих подходов: эффективную технологию и эффективное управление.

Отказ же от вышеописанного механизма приведет к тому, что параллельно технически эффективной, но организационно ущербной системе возникнет альтернативная система, уступающая ей в техническом плане, но превосходящая в организационном, в итоге чего система в целом проиграет в эффективности, а локальное повышение эффективности управления не будет иметь положительного эффекта в масштабах системы.

В любом случае, электроэнергетика продолжит развитие, но вопрос пути, по которому оно пойдет, остается открытым и требующим консенсуса.

ДТ
Терехин Дмитрий
@terekhindm
Войдите на сайт, чтобы оставить комментарий
0 комментариев
Популярные
Новые

Рассылка

Подписывайтесь на обновления и анонсы

18+
Москва, Берсеневская набережная 6/2
+7 (495) 118-41-48
2018 © Blockchain.ru, Сделано в Charmer
  • Дисклеймер
  • Пользовательское соглашение
  • Политика конфиденциальности

К сожалению, браузер, которым вы пользуйтесь, устарел и не позволяет корректно отображать сайт. Пожалуйста, установите любой из современных браузеров, например:

Google Chrome Firefox Opera