Blockchain

Blockchain ist ein dezentraler Ansatz, um Daten sicher und direkt auszutauschen, zu verschlüsseln und zu speichern. Die Technologie wurde unter anderem durch die Kryptowährung Bitcoin bekannt.

Auch für den Energiemarkt eröffnet die Blockchain neue Chancen. Zum Beispiel können Smart Contracts einen direkteren Austausch zwischen dezentralen Energieerzeugern und -verbrauchern ermöglichen.

dena-Studie zur Blockchain

Use Cases der Studie Blockchain in der integrierten Energiewende

Wie die Blockchain im Energiesystem angewendet werden kann

Anwendungsgruppe: Asset Management

Engpassmanagement in Elektrizitätsverteilernetzen (e-Mobilität)

Elektrische Ortsnetze stoßen mit zunehmender Elektromobilität und dem Anschluss privater Ladeboxen verstärkt an Kapazitätsgrenzen.
Insbesondere die Gleichzeitigkeit der Ladevorgänge entwickelt sich zu einer Herausforderung. Erforderlich wird ein automatisiertes und digital gestütztes Netzmanagement durch den Verteilnetzbetreiber. Ein blockchain-basiertes Engpassmanagement auf Verteilnetzebene unterstützt die komplexe Kommunikation und Kooperation vieler Akteure bzw. Assets mit dem Ziel, Engpässe auf Verteilnetzebene durch Lastverschiebung zu vermeiden.
Blockchain-Technologie wird verwendet, um nachweissicher prognostizierte, angepasste und tatsächlich gemessene Lastgänge (Fahrpläne) zu speichern. Neben der
Durchführung und Erfüllung (Settlement) von Transaktionen wird ein Token zur Verrechnung genutzt. Er reizt netzdienliches Verhalten in Form von Flexibilität an und ermöglicht es gleichzeitig, diese zu quantifizieren und abzurechen. Eine entsprechende digitale Infrastruktur in Form von intelligenten Messsystemen (iMSys) ist Voraussetzung für diesen Use Case.

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Anwendungsgruppe: Asset Management

Energiedienstleistungen für Gebäude & Industrieprozesse (Wartung)

Diverse Geräte und Anlagen in Gebäuden machen eine regelmäßige Instandhaltung und Wartung erforderlich. Neben der Gebäudeleittechnik betrifft dies Komponenten von Heizungs-, Lüftungs- und Klimainstallationen wie Boiler, Kältekompressoren, Pumpen oder Lüfter. Entsprechend heterogen sind die Anforderungen bezüglich Häufig keit der Wartung und Instandhaltung der Betriebsmittel. Im Anwendungsfall erfolgt nun das Speichern der Wartungs- und Instandhaltungsaktivitäten der Dienstleister in einer Blockchain und ermöglicht so die Verfolgbarkeit und Zurechenbarkeit sowie die unmittelbare Verknüpfung von Leistung und Bezahlung mittels Smart Contracts.

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Anwendungsgruppe: Datenmanagement

Anmeldung von Anlagen im Marktstammdatenregister (MaStR)

Gemäß der deutschen Verordnung über das zentrale elektronische Verzeichnis energiewirtschaftlicher Daten, der sogenannten Marktstammdatenregisterverordnung
(MaStRV), sind alle Stromerzeugungsanlagen (z. B. auch kleine Balkonanlagen), Gaserzeugungsanlagen sowie Stromspeicher zu registrieren, die unmittelbar oder mittelbar an ein Strom- oder Gasnetz angeschlossen sind. Dies gilt auch für Stromverbrauchsanlagen, die an ein Hoch- oder Höchstspannungsnetz angeschlossen sind. Die dargestellte Nutzung einer Blockchain für die digitale Verwaltung eines solchen Registers anstatt einer herkömmlichen Datenbank verspricht eine teilautomatisierte Registrierung, Verwaltung und selektive Bereitstellung von Marktstammdaten. Insbesondere die Verbindung eines Smart-Meter-Gateways (SMGW) mit dem Anlagenregister über den eingebauten Krypto-Chip verspricht eine sichere und jederzeit elektronisch überprüfbare Authentifizierung von Anlagen. Für Verteilnetzbetreiber vereinfachen sich damit einige der ihnen gemäß MaStRV zugewiesenen Prüfaufgaben. Das SMGW wird hierbei zu einem teilnehmenden Rechner (Knoten) in einer Blockchain.

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Anwendungsgruppe: Datenmanagement

Zertifizierung von Herkunftsnachweisen

Für Strom- und Gasabnehmer ist heute die tatsächliche Herkunft der Energie nicht nachvollziehbar, ein Nachweis erfolgt lediglich über unscharfe Zertifikate im Nachhinein. Der Einsatz der Blockchain-Technologie für Nachweise über Ausgabe, Handel, Verfolgung und Einzug von Strom oder Gas erlaubt nun erstmals eine Ende-zu-Ende-Zertifizierung und damit einen „anlagenscharfen“ Nachweis. Der Anwendungsfall knüpft an die beweisbare, blockchain-basierte Authentifizierung mittels Marktstammdatenregister unmittelbar an, ist aber auch eigenständig vorstellbar. Nachdem eine Anlage registriert ist, wird mit einem Verbraucher ein Energiebezug vereinbart. Nach Eintragen des Handelsabschlusses auf einer Blockchain werden die erzeugten und verbrauchten Mengen von den verantwortlichen Messstellenbetreibern in einen Smart Contract übertragen. Auf diese Weise werden für die erzeugten Einheiten auf der registrierten Anlage Herkunfts-Tokens erzeugt und anschließend dem Verbraucher übermittelt.

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Anwendungsgruppe: Marktkommunikation (Strom)

Abrechnung von Entgelten und Umlagen (Strom)

Energiewirtschaftliche Prozesse wie die Abrechnung von Entgelten und Umlagen erfordern einen Datenaustausch zwischen verschiedenen Marktakteuren. Im Anwendungsfall werden die Verbrauchsdaten eines Kunden über ein intelligentes Messsystem (Smart-Meter-Gateway) in die Blockchain geschrieben. Eine entsprechende Infrastruktur wird im Anwendungsfall vorausgesetzt. Der Lieferant erstellt anschließend die Abrechnung, während der Verteilnetzbetreiber bzw. der Übertragungsnetzbetreiber die Höhe der Umlagen und Gebühren festlegt. Nach Prüfung und Weiterleitung werden die validierten Werte ebenfalls in die Blockchain geschrieben.

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Anwendungsgruppe: Marktkommunikation (Strom)

Kündigung und Lieferantenwechsel (Strom)

Ein Wechsel des Stromlieferanten in einem liberalisierten Energiemarkt erfordert einen intensiven Nachrichtenaustausch zwischen Marktakteuren. Manuelle Prozessschritte und abweichende Systeme bei den Marktakteuren verhindern bislang eine weitergehende Prozessautomatisierung. Die Umstellung auf eine blockchain-basierte Interaktion der Marktteilnehmer erlaubt es, den Prozess zu verschlanken und Technologie- und Medienbrüche zu reduzieren. Im Anwendungsfall wird die Kommunikation über Smart Contracts realisiert und die Validierung der Daten vereinheitlicht. Berücksichtigt werden die An- und Abmeldung durch den Lieferanten sowie die Abmeldung durch den Netzbetreiber wegen Stilllegung und Abmeldeanfrage.

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Anwendungsgruppe: Handel (Strom)

Außerbörslicher Großhandel (Strom)

In der dargestellten Prozesskette zum außerbörslichen Großhandel von Strom (OTC) gibt ein Händler anonym ein Gebot in einem dezentralen, blockchainbasierten
Orderbuch auf. Das Gebot des Händlers kann daher nicht nachverfolgt werden. Erst nach der ebenfalls anonymen Ausführung des Gebots erfolgt die gegenseitige Offenlegung des Handelsgeschäfts zwischen den beiden Händlern, ohne dass Dritte die Daten einsehen können. Die Erfüllung des Geschäfts (d.h. die Lieferung, Verbuchung und der Verbrauch des Gutes „Strom“) wird in diesem Use Case nicht über die Blockchain abgewickelt.

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Anwendungsgruppe: Handel (Strom)

P2P-Handel zwischenKunden eines Stromlieferanten

Der Stromhandel zwischen Kunden eines Stromlieferanten wird im Anwendungsfall über eine eigene Online-Handelsplattform umgesetzt. Die Bilanzkreisverantwortlichkeit obliegt weiterhin dem Stromlieferanten. Auf der Online-Handelsplattform können hingegen beispielsweise lokale Ökostromanbieter ihr Angebot einstellen und verkaufen. Lokale Nachfrager können wiederum die Zusammenstellung ihres Strombezugs über die Plattform wählen bzw. den Lieferanten wechseln. Der Plattformbetreiber ist in diesem Anwendungsfall zwingend der Stromlieferant für alle Nachfrager. Die Handelsplattform kann für seine Kunden auch unabhängig von deren Wohnort angeboten werden. Im Rahmen eines solchen Community-Ansatzes können Stromanbieter mit Dach-PV-Anlagen und/oder Heimspeichern Strom national mit Nachfragern desselben Stromlieferanten über die Handelsplattform austauschen.

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Anwendungsgruppe: Handel (Strom)

Handel und Allokationvon Netzkapazitäten (Strom)

In diesem zukunftsorientierten Anwendungsfall passt der Verteilnetzbetreiber die Netznutzungsgebühr auf Basis aktueller Auslastungsvorhersagen dynamisch an. Lokale Stromverbraucher sowie -erzeuger werden auf diese Weise zu einem netzdienlichen Verhalten angereizt. Abweichend zum Anwendungsfall „Engpassmanagement in Elektrizitätsverteilernetzen (e-Mobilität)“ (Use Case 1) wird der marktliche Handel, der hier auf einem lokalen Markt innerhalb eines Verteilnetzgebiets erfolgt, nicht unmittelbar eingeschränkt, sondern die Netzentgeltkomponente des Endverbraucherpreises als mittelbarer Steuerungsmechanismus genutzt. Im Rahmen des automatisierten Prozesses interagieren Softwareagenten des Verteilnetzbetreibers und der Prosumer miteinander, während die monetäre Abwicklung über Smart Contracts vorgenommen wird. Die Handelsergebnisse werden als Transaktion auf der Blockchain festgehalten.

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Anwendungsgruppe: Handel (Strom)

Mieterstrom

Die blockchain-basierte Interaktion zwischen Kunden und Besitzer eines Mieterstromobjekts strebt eine Optimierung lokaler Ressourcen, d. h. einen möglichst hohen Verbrauch lokal erzeugten Stroms an. Im Anwendungsfall kann sich die PV-Anlage beispielsweise im Besitz des Stromversorgers oder des Immobilieneigentümers befinden. Im Messkonzept sind neben der Stromerzeugungsanlage auch drittbelieferte Mieter zu berücksichtigen, was die Abrechnung zwischen den Beteiligten (Mieter, Stromlieferant, Anlagenbesitzer, Netzbetreiber bzw. Messstellenbetreiber) komplex macht. Das abgebildete Szenario erlaubt aus technisch-konzeptioneller Sicht eine einfache Erweiterung um hausinterne und/oder externe Transaktionen zwischen Stromspeichern, Ladestationen von Elektroautos oder Balkon-PV-Anlagen.

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Anwendungsgruppe: Finanzierung & Tokenization

Shared Investments bei externem Mieterstrom

Eine Erweiterung des Blockchain-Anwendungsfalls „Mieterstrom“ (Use Case 10) ist die (Teil-)Deckung des Reststrombezugs durch Zukauf von externer Energiekapazität. Verbraucher erwerben Anteile an einer EEG-Anlage außerhalb der Immobilie bzw. des Quartiers und erhalten im Gegenzug Asset-Tokens. Diese verbriefen einen entsprechenden Anspruch auf in dieser Anlage erzeugten Strom. Für die Gleichzeitigkeit von Erzeugung und Bezug sind digitale Stromzähler und geeignete Messkonzepte ebenso notwendig wie eine entsprechende Softwarelösung zur Dokumentation und Durchführung. Sind Bezugs- und Erzeugungsmenge identisch, so ist bilanziell zu den betrachteten Zeitpunkten anders als im Falle einer Unterdeckung keine Reststrombeschaffung zu berechnen.

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 Daniel Quade
Fachbereichsleiter Energie und Versorgung, Deutsche Kreditbank AG

Daniel
Quade

Aus der Blockchain-Technologie ergeben sich disruptive Geschäftsmodelle, die das Potenzial haben, die Energiewirtschaft nachhaltig zu verändern. Als Bank der Energiewende und der Stadtwerke freuen wir uns, die dena-Studie zu begleiten, um vertiefende Einblicke zu gewinnen.

 Stefan Mierzowski
Mitglied der Geschäftsleitung, cronos Unternehmensberatung GmbH

Stefan
Mierzowski

Wie wird sich der Einsatz von Blockchain-Technologie auf die energiewirtschaftlichen Prozesse auswirken? Welche Veränderungen sind zu erwarten? In welchen Themenfeldern lohnt sich ein Blockchain-Einsatz? Die dena Blockchain-Studie unterstützt uns bei der Beantwortung dieser Fragen.

 René Chassein
Technischer Vorstand der Pfalzwerke AG

René
Chassein

Als Pfalzwerke Gruppe bewerten wir die Blockchain-Technologie in positiver wie negativer Hinsicht gleichermaßen als heute noch gar nicht überschaubares Disruptionspotenzial für die gesamte Energiewirtschaft: Einerseits könnten unsere etablierten Geschäftsfelder komplett und sehr schnell zur Disposition stehen, andererseits steckt in ihr ein möglicher Schlüssel gerade für die Fragestellungen der Dezentralisierung und Digitalisierung, welche durch die Energiewende aufgeworfen wurden.

 Gerhard Gamperl
Director Strategy, Corporate Development and Innovation, VERBUND AG

Gerhard
Gamperl

Blockchain hat das Potenzial eines nachhaltigen Game-Changers in der Utility-Branche. Wir sind als VERBUND bei der dena-Studie dabei, weil wir uns die Möglichkeiten und Entwicklungspfade der Blockchain in unserer Branche gemeinsam vertieft ansehen wollen.

 Frank Zeeb
Vorstandsvorsitzender der Alliander AG

Frank
Zeeb

Wir bewegen uns in Richtung einer „Energiewirtschaft in Echtzeit“, in der Mikrotransaktionen zwischen Geräten aller Art und Größe sicher automatisiert und abgerechnet werden. Die Blockchain-Technologie wird einen wichtigen Beitrag zur Ökonomisierung der Energiewende leisten!

 Steven Martin
Chief Digital Officer, GE Power

Steven
Martin

The world’s most powerful utility in 2025 may not exist today. At the very least, it does not operate today as it will in the future. Blockchain is rapidly evolving and has the potential to be an enabling technology for the future grid, and as an industry we should continue to explore its applications. By participating in dena’s study, we will experiment to identify the exact qualitative and quantitative value add of blockchain in enabling a decentralized, efficient and intelligent grid.

 Dr. Matthias Postina
Innovationsmanagement IT, EWE AG

Dr. Matthias
Postina

Wie können wir die Blockchain für das Management von Stromnetzen einsetzen? Ist es etwa realistisch, Engpassmanagement mit der Blockchain zu optimieren? Die Untersuchung der Netzdienlichkeit ist für uns ein sehr interessanter Aspekt der Blockchain-Studie.

 Christian Sander
Lead Blockchain & Distributed Ledger Technologies, EnBW

Christian
Sander

Die Blockchain ist da und geht auch nicht mehr weg! Für uns gilt es rechtzeitig zu erkennen, welche neuen Fähigkeiten durch die Blockchain entstehen und welche Implikationen dies auf die Energiewirtschaft hat. Wir versprechen uns von der dena-Blockchain-Studie einen realistischen Blick auf das Potenzial der Technologie mit klarem Praxisbezug.

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Blockchain – jenseits des Hypes

Ein transparenter Stromhandel in Echtzeit oder E-Autos, die beim Ampelstopp automatisch laden und selbstständig bezahlen: Die Blockchain könnte völlig neue Geschäftsmodelle entstehen lassen. Aber es gibt auch noch ungelöste Fragen.

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Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz (KI) kommt auch in der Energiewirtschaft immer stärker zum Einsatz – beispielsweise bei der Steuerung von Stromnetzen und dem Zusammenwachsen der Energiesektoren Strom, Wärme und Verkehr. Gleichzeitig ist KI eine Schlüsseltechnologie, um die Energieeffizienz in der Industrie zu erhöhen. KI hat großes Potenzial die Datenströme der Digitalisierung effektiv zu nutzen und so der zunehmenden Komplexität des Energiesystems zu begegnen.

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Bildquelle Seitenanfang: Shutterstock / Eduard Muzhevskyi