Blockchain im Energiesektor: Institutionelle Disruption?

03. July 2017 von Dr. Marius Buchmann
Blockchain im Energiesektor: Institutionelle Disruption?

Die Blockchain-Technologie muss erst noch beweisen, dass sie die (sehr hohen) Erwartungen erfüllen kann. Es handelt sich um ein verteiltes, digitales Peer-to-Peer-Register, das jede Transaktion zwischen zwei verbundenen Akteuren in einem Hauptbuch speichert. Um eine ausreichende Sicherheit für einen Bitcoin-Transaktionsblock zu schaffen, dauert es etwa 10 Minuten, um eine Transaktion durchzuführen. Bei einem 51%-Angriff hätte eine einzelne Entität die volle Kontrolle über den Großteil der Mining-Hash-Rate des Netzwerks und wäre in der Lage, die Blockchain zu manipulieren. Die Bitcoin-API für die Entwicklung von Diensten ist schwer zu nutzen. Eine kleine Kette, die aus einer geringen Anzahl von Knoten besteht, hat eine höhere Wahrscheinlichkeit für einen

Angriffspotenzial von 51 Prozent. Ein weiteres Problem tritt auf, wenn Ketten zu Verwaltungs- oder Versionszwecken geteilt werden. In Zukunft könnten diese Kosten mit einer größeren Blockgröße (4 MB pro Block, Latenzzeit von 10 Minuten) um 80 % gesenkt werden. An diesem Punkt können wir also feststellen, dass die Blockchain eine vielversprechende Technologie ist, die sehr interessant ist.


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Blockchain & Energie: Die Diskussion heizt sich auf

In diesem Beitrag geht es um eines der heißesten Themen in der Energiewirtschaft, die

Blockchain. Während es bereits viele Diskussionen über die

technologische Dimension und Business Cases auf Basis der neuen Technologie gibt,

werden wir uns - wie üblich - wieder auf die institutionelle Seite konzentrieren. Wichtig dabei ist,

dass wir ein erstes allgemeines Bild der potenziellen

institutionellen Implikationen der Blockchain-Technologie im Energiesektor

Energiebranche skizzieren, wobei wir uns bewusst sind, dass das volle Potenzial, die Anwendbarkeit

und Erfolg dieser neuen Technologie noch ungewiss sind.

Am 14. Februar 2017 trafen sich Energie- und Blockchain-Experten in Wien auf der Veranstaltung Horizon 2017, um

das Potenzial der Blockchain-Technologie für den Energiesektor zu

Sektor zu diskutieren. Die generelle Idee hinter solchen Veranstaltungen wie der in Wien scheint

sehr einleuchtend zu sein: Können wir eine dezentrale Ledger-Technologie

wie die Blockchain auf ein System anwenden, das sich derzeit in Richtung einer

dezentraler Struktur entwickelt (durch die Verbreitung von erneuerbarer

Stromangebots und neuer Anwendungen auf der Nachfrageseite, wie

Elektrofahrzeuge), wie das Stromsystem? Heute ist Blockchain ein

Nischenthema in der Energiewirtschaft, mit weniger als 2% aller Startups

die sich auf die Blockchain-Technologie konzentrieren, zielen speziell auf den Energie

Sektor. Allerdings wird der etablierten Energiewirtschaft bewusst, dass

Blockchain ein wichtiges Thema mit großem Potenzial ist.

Wenn wir nun

Wenn wir uns die Debatte auf der Event Horizon ansehen, sehen wir sehr leidenschaftliche

Leute von verschiedenen Startups und eine Menge Enthusiasmus. Das liegt daran, dass

die Blockchain auf einer sehr guten Verkaufsidee basiert: Sie bietet bei geringen Kosten

ein transparentes verteiltes System, das auf demokratischen Prozessen basiert

Prozessen basiert und weniger transparente Zwischendienste ablöst. Diese

drei Komponenten (Kostenersparnis, Transparenz und demokratische Entscheidungs

Entscheidungsfindung) sind sehr überzeugend und sind, zumindest aus unserer Sicht,

der Hauptgrund, warum Blockchain im Moment so viel Zuspruch erfährt.

Dennoch steckt Blockchain noch in den Kinderschuhen und hat viele Hindernisse zu überwinden

Insbesondere auf der technischen Seite muss die Blockchain-Technologie erst noch beweisen, dass sie die (sehr hohen) Erwartungen erfüllen kann. Yli-Huumo et al. (2016) geben einen schönen Überblick über die aktuellen Herausforderungen für die Blockchain-Technologie:

 

  • Durchsatz: Das Bitcoin-Netzwerk ist derzeit auf 7tps (Transaktionen pro Sekunde) maximiert. VISA (2.000 bis 48.000 tps) und Twitter (5.000 tps)
  • Latenzzeit: Um eine ausreichende Sicherheit für einen Bitcoin-Transaktionsblock zu schaffen, dauert es derzeit etwa 10 Minuten, um eine Transaktion abzuschließen.
  • Größe und Bandbreite: Die Größe einer Bitcoin-Blockchain beträgt über 50.000 MB (Februar 2016). Wenn der Durchsatz auf das Niveau von VISA ansteigt, könnte die Blockchain um 214PB pro Jahr wachsen.
  • Sicherheit: Die aktuelle Blockchain hat die Möglichkeit eines 51%-Angriffs. Bei einem 51%-Angriff würde eine einzelne Entität die volle Kontrolle über die Mehrheit der Mining-Hash-Rate des Netzwerks haben und wäre in der Lage, die Blockchain zu manipulieren.
  • Verschwendete Ressourcen: Das Mining von Bitcoin verschwendet riesige Mengen an Energie (15 Mio. $/Tag).
  • Benutzerfreundlichkeit: Die Bitcoin-API zur Entwicklung von Diensten ist schwer zu benutzen. Es besteht die Notwendigkeit, eine entwicklerfreundlichere API für Blockchain zu entwickeln.
  • Versionierung, Hard Forks, mehrere Ketten: Eine kleine Kette, die aus einer kleinen Anzahl von Knoten besteht, hat eine höhere Wahrscheinlichkeit für einen 51%-Angriff. Ein weiteres Problem entsteht, wenn Ketten zu Verwaltungs- oder Versionierungszwecken geteilt werden.

 

Aus unserer Sicht ist vor allem die Energieintensität sehr interessant. Croman et al. (2016) berechneten

für BitCoin, dass sich die Energiekosten für jede Transaktion auf

6,2$ betragen, wenn man das aktuelle Design von BitCoin (1 MB pro Block, Latenz von

10 Minuten). Für die Zukunft prognostizieren Croman et al. (2016), dass diese

Kosten bei einer größeren Blockgröße (4 MB) und einer höheren Latenz (12 Sekunden) um 80% gesenkt werden könnten.

Latenz (12 Sekunden).

An diesem Punkt können wir also schlussfolgern, dass die Blockchain eine vielversprechende Technologie ist, aber weit davon entfernt, für den Massenmarkt bereit zu sein.

Die Blockchain: Eine kurze Einführung

Kurz gesagt, ist die Blockchain ein verteiltes, digitales Peer-to-Peer

Register, das jede Transaktion zwischen zwei verbundenen Agenten in einem

einem Ledger speichert. Dieses Ledger ist global auf alle angeschlossenen Knoten verteilt.

Dieser verteilte Datensatz besteht aus einer Sammlung von historischen Daten

über alle durchgeführten Transaktionen. Jede Transaktion wird dem Datensatz hinzugefügt als

ein neuer Block (in linearer und chronologischer Reihenfolge) hinzugefügt, was zu einer

vollständige Aufzeichnung aller zwischen zwei Parteien durchgeführten Transaktionen. Da jede

Da jede angeschlossene Notiz denselben Datensatz trägt, können Algorithmen auf jedem

Computer die Transaktionen verifizieren. Wenn Sie mehr wissen wollen über die

technischen Details erfahren möchten, können Sie hier einen Deep Dive machen.

Derzeit tauchen viele verschiedene Blockchains auf. Grundsätzlich können wir diese Ketten anhand von zwei Kriterien unterscheiden:

 

  1. Beaufsichtigung und Kontrolle: Gibt es eine Institution, die die Blockchain kontrolliert (z.B. entscheidet sie, wer einer Blockchain beitritt, kann die Daten im Ledger löschen oder verändern)?
  2. Sichtbarkeit: Entweder ist eine Blockchain öffentlich und damit für jeden sichtbar oder privat und damit nur für die Mitglieder der Blockchain sichtbar.

 

Heute sind die meisten Blockchains öffentliche, erlaubnisfreie Ledger, d.h. es gibt keine zentrale Aufsicht über

des Ledgers und die Verantwortung für die Verwaltung des Systems liegt bei seinen

Benutzern. Bei erlaubnisfreien Blockchains kann sich jeder mit der

Blockchain verbinden und sie für Transaktionen nutzen.

Abbildung 1: Der Unterschied zwischen privaten und öffentlichen Blockchains

 

 

Die öffentliche Blockchain verwendet ein öffentliches und verteiltes Hauptbuch zur Verifizierung von

Transaktionen. Wenn es eine Anpassung der öffentlichen

Blockchain erfolgen soll, erfordert dies in den meisten Fällen Konsens- (oder zumindest Mehrheits-)

Entscheidungen von allen Nutzern. Auf der anderen Seite kann eine Institution oder eine Gruppe

von Institutionen eine private und beauftragte Blockchain überwachen. Der Zugang

auf die private Blockchain ist eingeschränkt, die Verifizierung basiert auf der

private Blockchain und die gastgebende Institution ist für die

Verwaltung des Blockchain-Ledgers verantwortlich. Abbildung 2 gibt einen ersten Überblick über

prominente Beispiele für erlaubnispflichtige und erlaubnisfreie öffentliche und private

Blockchains. Offensichtlich ist eine erlaubnisfreie private Blockchain ein

theoretisches Konstrukt. Bislang wurde dieser Ansatz noch nicht in der

realen Welt.

Abbildung 2: Einige Beispiele für erlaubte und erlaubnisfreie / öffentliche und private Blockchains

 

 

Die Blockchain könnte viele Branchen verändern oder sogar disruptieren, da sie den Business Case von Intermediären in Frage stellt. Merz (2016)

spricht hier von "Disintermediation". Bislang beruhen viele Geschäftsmodelle

darauf, dass zwei Parteien, die eine Transaktion durchführen wollen, nicht

nicht genug Informationen übereinander haben, um die Transaktion abzuwickeln.

Transaktion durchzuführen.

In verschiedenen Märkten ist die Disintermediation ein

ein Problem für Einzelhändler aufgrund neuer digitaler Plattformanbieter, z. B. amazon,

Uber und AirBnB (Merz 2016).

Nun bietet die Blockchain-Technologie das Potenzial, die

Dienstleistung von Zwischenhändlern in mehr als nur dem Einzelhandel.

Was ist für den Energiesektor drin?

Es ist zu erwarten, dass sowohl private als auch öffentliche Blockchains den

den Stromsektor erheblich verändern können, wenn sich die zugrunde liegende Blockchain-Technologie

erfolgreich ist. In Burger et al. (2016),

identifizieren Experten aus der etablierten Energiewirtschaft das größte

Potenzial der Blockchain im Endkundengeschäft. Insbesondere der Peer-2-Peer

Handel bietet ein interessantes Potenzial für den Stromsektor.

 

Das Brooklyn MicroGrid Projekt von LO3 Inc. sowie die Power Ledger

Aktivitäten in Australien veranschaulichen sehr schön das Potenzial der Blockchain

für den lokalen p2p-Handel auf Basis der Blockchain-Technologie. In diesen

Projekten verkaufen dezentrale Energieversorger (Haushalte mit PV)

lokal produzierten Strom über Blockchain an ihre Nachbarn. Die

kombinierte Abwicklung von Transaktionen von physischer Energie und finanziellen

Ressourcen scheint eine vielversprechende Anwendung für die Blockchain

Technologie zu sein. Diese Projekte gehen jedoch über den Einzelhandel hinaus. Sie zeigen uns das

Potenzial der Blockchain-Technologie für den Betrieb des Stromnetzes auf Basis einer

dezentralen Ledger-Technologie. Wenn wir uns vorstellen, dass die meisten Geräte, die

die an das Stromnetz angeschlossen sind, Zugriff auf die gleiche

Blockchain haben, scheint es möglich, dass sich diese Geräte autonom koordinieren

(z. B. über Smart Contracts) ihre Stromproduktion oder ihren Stromverbrauch

nicht nur nach Marktsignalen, sondern zur Stabilisierung des Verteilungsnetzes

netzes. IBM (2015) verwendet den Begriff "device democracy", um die autonome Abstimmung zwischen Geräten über die Blockchain zu beschreiben.

Unter der Annahme, dass die autonome Abstimmung zwischen den elektrischen

Geräten tatsächlich funktioniert (d. h., dass genügend Transaktionen pro Sekunde möglich sind

möglich sind etc.), können wir uns vorstellen, dass die Blockchain die

Komplexität im Zusammenhang mit dem Netzbetrieb reduziert. Zum Beispiel könnte der DSO

eine (private) genehmigte Blockchain betreiben und alle Geräte, die

die an die Stromnetze des DSO angeschlossen sind, müssen diese Blockchain nutzen, um

Transaktionen zu verfolgen. Dies würde dem DSO die Macht geben, nicht nur

überwachen, sondern im Notfall auch in die Vorgänge in der Blockchain einzugreifen.

von Notfällen. Wenn die Stabilität des Netzes in Frage gestellt wird (auch wenn

Smart Contracts funktionieren), könnte der DSO entweder automatisierte

Prozesse nutzen, um die Netzstabilität zu sichern (was er in jeder Blockchain tun kann,

privat oder öffentlich), oder noch stärkere Maßnahmen (Resets, Stoppen von Transaktionen

oder "Hard Fork", d.h. Löschen aller Transaktionen für einen bestimmten Zeitraum).

Die institutionellen Implikationen der Anwendung von Blockchain im Energiesektor

Wenn sich die Blockchain im Energiesektor als anwendbar erweist, können wir

erwarten, dass dies erhebliche Auswirkungen haben wird. Offensichtlich ist das Ausmaß, in dem

die Blockchain den Energiesektor verändern könnte oder nicht, hängt natürlich stark

hängt natürlich stark von den spezifischen Anwendungen der Blockchain, dem regulatorischen

Rahmen und vielen anderen Aspekten ab. Aufgrund des frühen Stadiums in der

Entwicklung der Blockchain-Technologie ist es (zumindest für uns) nicht möglich

ist es (zumindest für uns) nicht möglich, vorherzusagen, ob und wie genau diese Technologie die

Energiegeschäft verändern wird. Einige wichtige Veränderungen scheinen jedoch absehbar zu sein.

Blockchain kann das Rollenmodell im Energiesektor verändern

Wir sehen ein erhebliches Potenzial von Blockchain, das Rollen

Deshalb sprechen wir im Titel von institutioneller Disruption.

Disruption im Titel. Einige der bestehenden Rollen in der Strom

Lieferkette könnten obsolet werden (Brauchen wir noch Einzelhändler, wenn alle

Daten direkt zwischen dem Stromerzeuger und dem Verbraucher ausgetauscht werden?

Verbraucher ausgetauscht werden?), neue Rollen und Aufgaben könnten sich entwickeln und einige Geschäftsfälle und

Rollen könnten von Blockchain-Anwendungen überhaupt nicht betroffen sein (Verändert die

Blockchain den Geschäftsfall der Stromerzeugung verändern?).

Wie die Blockchain die Rolle des Einzelhandels verändern könnte

Vor allem hat die Blockchain-Technologie das Potenzial, das

das Einzelhandelsgeschäft. Das Ausmaß, in dem die Blockchain das Einzelhandelsgeschäft verändern könnte

Einzelhandelsgeschäft verändern könnte, kann sehr unterschiedlich sein. Erstens könnten Einzelhändler die Blockchain

die Blockchain-Technologie nutzen, um die Effizienz ihres Geschäfts zu

Geschäfts zu steigern, indem sie Kosten senken. Diese Anwendung der Blockchain wäre

vergleichbar mit den aktuellen Entwicklungen im Finanzsektor, wo die

etablierte Finanzinstitute die Blockchain-Technologie auf ihre etablierten

ihre etablierten Produkte anwenden, um Kosten zu senken. Dies könnte zwar neue

Geschäftsmöglichkeiten im Privatkundenbereich bieten, aus institutioneller

Perspektive würde sich durch die Blockchain-Technologie nicht viel ändern. Vielmehr

institutionelle Auswirkungen erwarten, wenn der Einzelhandel zu einer autonomen

Anwendung wird, die zusammen mit Erzeugungsanlagen (wie PV), Speichern oder

Verbrauchsgeräten. Als Konsequenz würde das Einzelhandelsgeschäft

durch autonome Smart Contracts ersetzt werden, die zusammen mit

mit Erzeugungs- oder Verbrauchsgeräten angeboten werden.

Wie Blockchain die Rolle der (Verteil-)Netzbetreiber verändern könnte

Nehmen wir an, der Netzbetrieb basiert auf Smart Contracts oder anderen

autonomen Prozessen, die die Frequenz- und Spannungsregelung sowie den

sowie den Ausgleich. Diese autonomen Prozesse könnten eine Diskussion auslösen

über Verantwortlichkeiten auslösen: Je höher der Grad der Automatisierung und je

höher die Anzahl der autonomen Geräte (Erzeugung und Verbrauch)

die Netzdienstleistungen erbringen können, desto geringer ist der Bedarf an

Aufsicht. Dies könnte zu der Frage führen, wie viele Netzbetreiber

erforderlich sind und ob die Verantwortung für die Netzstabilität

zentralisiert oder sogar komplett dezentralisiert werden könnte. Eine solche Entwicklung

würde zu einer neuen "Marktstruktur" auf der Netzebene führen mit

entweder eine sehr hohe Konzentration (mit nur einem Netzbetreiber) oder eine

sehr fragmentierten Struktur mit sehr dezentralen Netzbetreibern

(möglicherweise auf der Verbraucherebene).

Dies wiederum könnte auch eine Anpassung des institutionellen Designs erfordern, z. B. die Art und Weise, wie wir die Netzbetreiber regulieren.

Wie die Blockchain die Regulierung von Netzbetreibern verändern könnte

In Bezug auf die Regulierung könnte die Blockchain das Potenzial bieten, den Prozess der Regulierung zu vereinfachen und die Effizienz zu steigern. Giancarlo (2016) spricht

von der Möglichkeit für Regulierungsbehörden, Zugriff auf den goldenen Rekord zu erhalten,

die Echtzeit-Ledger(s) aller regulierten Teilnehmer (wenn die regulierten

Blockchains nutzen und die Regulierungsbehörde Zugang zu ihnen hat).

sie). Dann wäre der Regulierer in der Lage, alle Prozesse zu analysieren und zu verstehen

alle Prozesse, an denen die regulierten Unternehmen beteiligt sind, zu analysieren und zu verstehen.

Die Anwendung der Idee der "Goldenen Akte" auf den Energiesektor könnte die

Regulierung, zum Beispiel der Verteilnetzbetreiber, in erheblichem Maße

erheblich verändern. Wie oben beschrieben, könnten die Netzbetreiber mit

(private oder öffentlich beauftragte) Blockchains nutzen, um ihr Netz zu betreiben.

Für all jene Transaktionen, die über die Blockchain abgewickelt werden, könnte der

Regulierungsbehörde durch die Anbindung an die Blockchain volle Transparenz erlangen.

Außerdem könnte die Blockchain die Interaktion zwischen dem Regulator und den regulierten Unternehmen vereinfachen.

den regulierten Unternehmen vereinfachen. Zum Beispiel könnte eine erhöhte Transparenz für den

Regulierungsbehörde über die Blockchain über die Aktivitäten der DSOs

Art und Weise, wie Netzbetreiber ihre Netze verwalten können. Hier konzentrieren sich die aktuellen Diskussionen

in Europa auf die Frage, ob und wie der DSO die von den

die von den Marktteilnehmern bereitgestellte Flexibilität nutzen können, um die Einspeisung von EE zu erhöhen.

Aus Sicht des Regulierers erhöht die Interaktion des Netzbetreibers

mit den Marktparteien das Risiko von Marktverzerrungen, zumindest

zumindest solange die Netzbetreiber nicht vollständig von den

wettbewerblichen Geschäften in der Erzeugung und im Handel getrennt sind (CEER 2015).

Solche Vorbehalte des Regulierers sind vor allem auf die fehlende

Transparenz der unternehmensinternen wie auch der Marktprozesse. Die

Blockchain-Technologie könnte die notwendige Transparenz für den

Regulierungsbehörde schaffen, was diese dazu bewegen könnte, dem DSO die Interaktion

mit dem Markt (z.B. auf Basis von Smart Contracts) in der Blockchain zu erlauben. Dann

könnte der DSO in der Lage sein, EE effizienter zu integrieren, d. h. zu niedrigeren

Kosten als heute. Außerdem könnte eine geringere Informationsasymmetrie die

die Notwendigkeit einer weiteren Entflechtung der DSOs verringern, wenn diese

mit den Marktteilnehmern interagieren wollen.

Mitnahmeeffekte

Wie oben diskutiert, könnte die Einführung von Blockchains einige

institutionelle Veränderungen im Stromsektor auslösen. Diese institutionellen

Änderungen könnten sowohl den Einzelhandel als auch den Netzsektor betreffen. Wir könnten

in Richtung einer Welt bewegen, in der die Erzeuger den Strom direkt an die

Kunden verkaufen, was zu einer stärkeren Integration von Erzeugung und

Einzelhandelsgeschäft führt. Möglicherweise bleibt der Einzelhandel nicht mehr ein unabhängiger Teil der

der Lieferkette, sondern ein automatisierter und autonomer Prozess, der von den

den Erzeugern und Verbrauchern selbst. Außerdem wird die "Goldene

record" Idee von Giancarlo (2016a)

eine Grundlage, um die Informationsasymmetrie zwischen dem Regulierer

und den Netzbetreibern zu reduzieren, was potenziell zu einer stärkeren Entflechtung als

der Status quo ist.

 

Ursprünglich hierveröffentlicht