Blockchain in de energiesector: Institutionele ontwrichting?

Blockchain en energie: De discussie warmt op

Deze post gaat over een van de heetste onderwerpen in de energiesector, de

blockchain. Hoewel er al veel discussies gaande zijn over de

technologische dimensie en business cases gebaseerd op de nieuwe technologie,

zullen wij ons - zoals gewoonlijk - weer richten op de institutionele kant. Belangrijk is dat,

willen we een eerste algemeen beeld schetsen van de mogelijke

institutionele implicaties van de blockchain-technologie in de energie

sector, waarbij we in gedachten houden dat het volledige potentieel, de toepasbaarheid

en succes van deze nieuwe technologie nog onzeker is.

Op 14 februari 2017 kwamen energie- en blockchaindeskundigen in Wenen bijeen op het evenement Horizon 2017 om

de mogelijkheden te bespreken van de blockchaintechnologie voor de energie

sector. Het algemene idee achter dergelijke evenementen zoals die in Wenen lijkt

zeer dwingend te zijn: Kunnen we een gedecentraliseerde grootboektechnologie

zoals de blockchain toepassen op een systeem dat zich momenteel ontwikkelt in de richting van een

steeds meer gedecentraliseerde structuur (als gevolg van de verspreiding van hernieuwbare

elektriciteitsvoorziening en nieuwe toepassingen aan de vraagzijde, zoals

elektrische voertuigen), zoals het elektriciteitssysteem? Vandaag is blockchain een

nicheonderwerp in de energiesector, met minder dan 2% van alle startups

die zich richten op blockchaintechnologie specifiek gericht op de energie

sector. De gevestigde energiesector wordt zich er echter van bewust dat

blockchain een belangrijk onderwerp is met een enorm potentieel.

Nu, als we

kijken naar het debat op Event Horizon, zien we zeer gepassioneerde

mensen van verschillende startups en veel enthousiasme. Dit komt omdat

de blockchain is gebaseerd op een zeer goed verkoopbaar idee: Tegen lage kosten, maakt het

maakt gebruik van een transparant gedistribueerd systeem dat is gebaseerd op democratische

processen en vervangt het minder transparante intermediaire diensten. Deze

drie componenten (kostenbesparing, transparantie en democratische

besluitvorming) zijn zeer overtuigend en zijn, althans vanuit ons oogpunt,

de belangrijkste reden waarom blockchain op dit moment zoveel aanhang krijgt.

Toch staat blockchain nog in de kinderschoenen, met veel obstakels die overwonnen moeten worden

Vooral aan de technische kant moet de blockchain-technologie nog bewijzen dat ze aan de (zeer hoge) verwachtingen kan voldoen. Yli-Huumo et al. (2016) geven een mooi overzicht van de huidige uitdagingen voor de blockchain technologie:

• Throughput: Bitcoin netwerk is momenteel gemaximaliseerd tot 7tps (transacties per seconde). VISA (2.000 tot 48.000 tps) en Twitter (5.000tps)
• Latency: Om voldoende veiligheid te creëren voor een Bitcoin transactieblok, duurt het momenteel ruwweg 10 minuten om één transactie te voltooien.
• Omvang en bandbreedte: de omvang van een BitCoin Blockchain is meer dan 50.000MB (februari 2016). Wanneer de doorvoer toeneemt tot het niveau van VISA, zou Blockchain elk jaar 214PB kunnen groeien.
• Veiligheid: De huidige Blockchain heeft een mogelijkheid van een 51% aanval. Bij een 51%-aanval zou één enkele entiteit de volledige controle hebben over de meerderheid van de hash-rate van het netwerk voor het delven en in staat zijn om Blockchain te manipuleren.
• Verspilde hulpbronnen: Het delven van Bitcoin verspilt enorme hoeveelheden energie ($15 miljoen/dag).
• Bruikbaarheid: De Bitcoin-API voor het ontwikkelen van diensten is moeilijk te gebruiken. Er is behoefte aan een meer ontwikkelaarvriendelijke API voor Blockchain.
• Versionering, hard forks, meerdere ketens: Een kleine keten die bestaat uit een klein aantal nodes heeft een grotere kans op een 51% aanval. Een ander probleem ontstaat wanneer ketens worden gesplitst voor administratieve of versiedoeleinden.

Vanuit ons perspectief is vooral de energie-intensiteit erg interessant. Croman et al. (2016) berekenden

voor BitCoin dat de energiekosten gerelateerd aan elke transactie optellen tot

6,2$, gegeven het huidige ontwerp van BitCoin (1 MB per blok, latency van

10 minuten). Voor de toekomst voorspellen Croman et al. (2016) dat deze

kosten met 80% zouden kunnen worden verlaagd met een grotere blokgrootte (4 MB) en een hogere

latency (12 seconden).

Op dit punt kunnen we dus concluderen dat de blockchain een veelbelovende technologie is, maar nog lang niet klaar is voor de massamarkt.

De Blockchain: Een korte inleiding

In een notendop, de blockchain is een gedistribueerd, digitaal peer-to-peer

register, dat elke transactie tussen twee verbonden agenten opslaat in

een grootboek. Dit grootboek wordt wereldwijd gedistribueerd over alle aangesloten nodes.

Deze gedistribueerde dataset bestaat uit een verzameling van historische gegevens

over alle gemaakte transacties. Elke transactie wordt aan de dataset toegevoegd als

een nieuw blok (in een lineaire en chronologische volgorde), wat resulteert in een

volledig overzicht van alle transacties tussen twee partijen. Aangezien elke

verbonden noot dezelfde dataset draagt, kunnen algoritmen worden gebruikt op elke

computer worden gebruikt om transacties te verifiëren. Als u meer wilt weten over de

technische details kunt u hier een diepe duik nemen.

Momenteel duiken er veel verschillende blockchains op. In principe kunnen we deze ketens van elkaar onderscheiden aan de hand van twee criteria:

1. Toezicht en controle: Is er een instelling die de blockchain controleert (bv. beslist wie toetreedt tot een blockchain, de gegevens in het grootboek kan verwijderen of wijzigen)?
2. Zichtbaarheid: Ofwel is een blockchain publiek en dus zichtbaar voor iedereen, ofwel privaat en dus enkel zichtbaar voor de leden van de blockchain.

Momenteel zijn de meeste blockchains openbare grootboeken zonder toestemming, d.w.z. dat er geen centraal toezicht is op

het grootboek en de verantwoordelijkheid om het systeem te beheren ligt bij de

gebruikers. Met permissie-loze blockchains, kan iedereen verbinding maken met de

blockchain en deze gebruiken voor transacties.

Figuur 1: Het verschil tussen private en publieke blockchains

De publieke blockchain gebruikt een openbaar en gedistribueerd grootboek om transacties te verifiëren.

transacties. Als er een aanpassing nodig is van de publieke

blockchain, vereist dit in de meeste gevallen consensus (of ten minste meerderheid)

beslissingen van alle gebruikers. Aan de andere kant houdt één instelling of een groep

van instellingen toezicht op een private en opgedragen blockchain. De toegang

tot de private blockchain is beperkt, verificatie vindt plaats op basis van de

private blockchain en de hosting instelling is verantwoordelijk voor het

beheer van het grootboek van de blockchain. Figuur 2 geeft een eerste overzicht van

prominente voorbeelden voor permissie- en permissievrije publieke en private

blockchains. Vanzelfsprekend is een permissievrije private blockchain een

theoretische constructie. Tot dusver is deze aanpak nog niet gebruikt in de

echte wereld.

Figuur 2: Enkele voorbeelden van "permissioned" en "permissionless"/publieke en private blockchains

De blockchain zou veel sectoren kunnen veranderen of zelfs ontwrichten omdat hij de business case van tussenpersonen uitdaagt. Merz (2016)

spreekt hier van "disintermediation". Tot nu toe zijn veel bedrijfsmodellen

gebaseerd op het feit dat twee partijen die een transactie willen uitvoeren niet

niet genoeg informatie over elkaar hebben om de

transactie te verwerken.

Op verschillende markten is desintermediatie een

probleem voor detailhandelaren als gevolg van nieuwe aanbieders van digitale platforms, zoals amazon,

Uber en AirBnB (Merz 2016).

Nu biedt de blockchaintechnologie de potentie om de substitutie

dienstverlening van tussenpersonen in meer dan alleen de detailhandel.

Wat zit er in voor de energiesector

De verwachtingen zijn dat zowel private als publieke blockchains de

de elektriciteitssector kunnen veranderen als de onderliggende blockchain-technologie

succesvol is. In Burger et al. (2016),

identificeren experts uit het gevestigde energiebedrijf het grootste

potentieel van de blockchain in de retail business. Vooral Peer-2-Peer

handel biedt een interessant potentieel voor de elektriciteitssector.

Het Brooklyn MicroGrid project van LO3 Inc. en de Power Ledger

activiteiten in Australië illustreren mooi het potentieel van blockchain

voor lokale p2p-handel op basis van de blockchaintechnologie. In deze

projecten verkopen decentrale energieleveranciers (huishoudens met PV)

lokaal geproduceerde elektriciteit via blockchain aan hun buren. De

gecombineerde verwerking van transacties van fysieke energie en financiële

middelen lijkt een veelbelovende toepassing te zijn voor de blockchain

technologie. Deze projecten gaan echter verder dan detailhandel. Zij tonen ons het

potentieel van blockchain technologie om het netwerk te beheren op basis van een

gedecentraliseerde grootboektechnologie. Als we ons voorstellen dat de meeste apparaten die

aangesloten zijn op het elektriciteitsnet toegang hebben tot dezelfde

blockchain, lijkt het mogelijk dat deze apparaten autonoom coördineren

(bv. via slimme contracten) hun elektriciteitsproductie of -verbruik

niet alleen volgens marktsignalen, maar ook om het distributienet te stabiliseren

net te stabiliseren. IBM (2015) gebruikt de term "device democracy" om de autonome coördinatie tussen apparaten via de blockchain te beschrijven.

Gegeven de aanname dat de autonome coördinatie tussen de elektrische

apparaten ook echt werkt (d.w.z. dat er voldoende transacties per seconde

mogelijk zijn etc.), kunnen we ons voorstellen dat de blockchain de

complexiteit van het netwerkbeheer vermindert. De DNB zou bijvoorbeeld

een (private) geautoriseerde blockchain beheren en alle apparaten die

aangesloten op het elektriciteitsnet van de DNB moeten deze blockchain gebruiken om

transacties te volgen. Dit zou de DNB de bevoegdheid geven om niet alleen

toezicht te houden, maar ook om in te grijpen in de processen in de blockchain in geval van

van noodsituaties. Als de stabiliteit van het net in gevaar komt (zelfs als

smart contracts werken), kan de DNB ofwel geautomatiseerde

processen gebruiken om de stabiliteit van het net veilig te stellen (wat hij in elke blockchain kan doen,

private of publieke), of nog sterkere maatregelen (resets, transacties stopzetten

of "hard fork", d.w.z. alle transacties voor een bepaalde periode verwijderen).

De institutionele implicaties van de toepassing van blockchain in de energiesector

Als de blockchain toepasbaar blijkt te zijn in de energiesector, kunnen we

verwachten dat dit aanzienlijke gevolgen zal hebben. Uiteraard is de mate waarin

de blockchain de energiesector wel of niet zou kunnen veranderen sterk

afhankelijk van de specifieke toepassingen van de blockchain, het regelgevend

kader en vele andere aspecten. Vanwege het vroege stadium in de

ontwikkeling van blockchaintechnologie is het niet mogelijk (althans voor

ons) niet te voorspellen of en hoe deze technologie de

energiesector zal veranderen. Enkele belangrijke veranderingen lijken echter voorspelbaar.

Blockchain kan het rolmodel in de energiesector veranderen

Wij zien een aanzienlijk potentieel van blockchain om het rolconcept in de elektriciteitssector te veranderen.

concept in de elektriciteitssector. Daarom spreken we van institutionele

disruptie in de titel. Sommige van de bestaande rollen in de elektriciteits

leveringsketen zouden overbodig kunnen worden (hebben we nog retailers nodig als alle

gegevens rechtstreeks worden uitgewisseld tussen de elektriciteitsproducent en de

consument?), er kunnen nieuwe rollen en taken ontstaan en sommige business cases en

rollen worden misschien helemaal niet beïnvloed door blockchaintoepassingen (Verandert de

Blockchain de business case van de elektriciteitsproductie?).

Hoe de blockchain de rol van de detailhandel kan veranderen

Het meest in het oog springend is dat de blockchaintechnologie het potentieel heeft om invloed uit te oefenen op

de detailhandel. De mate waarin de blockchain de detailhandel

detailhandel kan aanzienlijk variëren. Ten eerste zouden detailhandelaren gebruik kunnen maken

van de blockchain-technologie om de efficiëntie van hun

van hun bedrijf door kosten te besparen. Deze toepassing van de blockchain zou

vergelijkbaar zijn met de huidige ontwikkelingen in de financiële sector, waar de

gevestigde financiële instellingen de blockchaintechnologie toepassen op

hun gevestigde producten om kosten te besparen. Hoewel dit misschien nieuwe

zakelijke kansen biedt in de retailsector, maar vanuit een institutioneel

perspectief zou de blockchaintechnologie niet veel veranderen. Integendeel, we

institutionele implicaties verwachten als de detailhandel een autonome toepassing wordt

toepassing wordt die samen met opwekkingsactiva (zoals PV), opslag- of

verbruiksapparaten. Als gevolg daarvan zou de detailhandel worden

vervangen door autonome slimme contracten die worden geleverd samen

met opwekkings- of verbruiksapparatuur.

Hoe blockchain de rol van (distributie)netbeheerders kan veranderen

Stel dat de netwerkexploitatie gebaseerd is op slimme contracten of andere

autonome processen die zorgen voor frequentie- en spanningsregeling en

en balancering. Deze autonome processen kunnen een discussie op gang brengen

over verantwoordelijkheden: Hoe hoger de mate van automatisering en hoe

hoger het aantal autonome apparaten (opwekking en verbruik)

die netwerkdiensten kunnen leveren, des te lager is de behoefte aan

toezicht. Dit kan leiden tot de vraag hoeveel netwerkbeheerders

nodig zijn en of de verantwoordelijkheid voor de stabiliteit van het netwerk

gecentraliseerd of zelfs volledig gedecentraliseerd kan worden. Een dergelijke ontwikkeling

zou resulteren in een nieuwe "marktstructuur" op netwerkniveau met

hetzij een zeer hoge concentratie (met slechts één netbeheerder) of een

zeer gefragmenteerde structuur met zeer gedecentraliseerde netwerkexploitanten

(mogelijk op het niveau van de consument).

Dit zou op zijn beurt ook een aanpassing van het institutionele ontwerp kunnen vereisen, bv. de manier waarop we de netwerkbeheerders reguleren.

Hoe de blockchain de regulering van netwerkbeheerders zou kunnen veranderen

Wat regulering betreft, zou de blockchain het potentieel kunnen bieden om het reguleringsproces te vereenvoudigen en de efficiëntie te verhogen. Giancarlo (2016) spreekt

van de mogelijkheid voor regulatoren om toegang te krijgen tot de gouden plaat,

het (de) real-time grootboek(en) van alle gereguleerde deelnemers (als de gereguleerde

entiteiten gebruik maken van de blockchains en de regulator toegang heeft tot

ze). Dan zou de regulator in staat zijn om te analyseren en te begrijpen

alle processen waarbij de gereguleerde entiteiten betrokken zijn.

De toepassing van het idee van de "gouden plaat" op de energiesector zou het volgende kunnen veranderen

van de regulering, bijvoorbeeld van de distributienetbeheerders, in

belangrijke mate veranderen. Zoals hierboven beschreven, zouden de netwerkbeheerders gebruik kunnen maken van

(private of publieke) blockchains gebruiken om hun netwerk te beheren.

Voor alle transacties die via de blockchain worden uitgevoerd, zou de

regelgever volledige transparantie kunnen verkrijgen door zich op de blockchain aan te sluiten.

Bovendien kan de blockchain de interactie tussen de regelgever en

de gereguleerde entiteiten. Bijvoorbeeld, een grotere transparantie voor de

regelgever via de blockchain over de activiteiten van de DNB's kan de

manier waarop netbeheerders hun netten kunnen beheren. Hier spitsen de huidige discussies

in Europa gericht op de vraag of en hoe de DNB gebruik kan maken van

flexibiliteit die door marktpartijen wordt geboden om de invoeding van hernieuwbare energiebronnen te vergroten.

Vanuit het oogpunt van de regelgever verhoogt de interactie van de netbeheerder

met marktpartijen het risico van marktverstoringen vergroten, althans

zolang de netbeheerders niet volledig zijn ontvlochten van de

concurrerende bedrijven in opwekking en retail (CEER 2015).

Dergelijke bedenkingen van de toezichthouder worden vooral ingegeven door de ontbrekende

transparantie van zowel bedrijfsinterne als marktprocessen. De

blockchaintechnologie zou de nodige transparantie kunnen verschaffen aan de

regelgever, wat de regelgever ertoe zou kunnen aanzetten de DNB toe te staan om te interageren

met de markt (bv. op basis van slimme contracten) in de blockchain. Vervolgens,

kan de DNB RES wellicht efficiënter integreren, d.w.z. tegen lagere

kosten dan vandaag. Minder informatie-asymmetrie zou bovendien kunnen leiden tot minder

de behoefte aan verdere ontvlechting van DNB's verminderen als zij nauwer willen samenwerken

met marktpartijen.

Takeaways

Zoals hierboven besproken, kan de invoering van blockchains een aantal

institutionele veranderingen in de elektriciteitssector teweeg kunnen brengen. Deze institutionele

veranderingen kunnen zowel de retail- als de netwerksector beïnvloeden. We zouden

naar een wereld waarin opwekkers direct elektriciteit verkopen aan de

klanten, wat resulteert in een sterkere integratie van opwekking en

detailhandel. Potentieel blijft de detailhandel niet langer een onafhankelijk onderdeel van

de leveringsketen, maar een geautomatiseerd en autonoom proces dat wordt uitgevoerd door

de opwekkers en verbruikers zelf. Voorts is het "gouden

record" idee van Giancarlo (2016a)

een basis om de informatie-asymmetrie tussen de regelgever

en de netwerkbeheerders, wat mogelijk leidt tot meer ontvlechting dan

de status quo is.

Oorspronkelijk hiergeplaatst