Blockchain in der Energiewirtschaft

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Im Rahmen des Projektes [B10X] „Die Blockchain – Chance zur Transformation der Energieversorgung?“ beschäftigt sich die Forschungsstelle für Energiewirtschaft mit acht Partnern aus der Branche mit den Anwendungsmöglichkeiten der Blockchain-Technologie.

Bei der Blockchain-Technologie handelt es sich um eine verteilte Datenbank im Sinne eines Kassenbuchs („distributed ledger“). Im Gegensatz zu herkömmlichen Datenbankstrukturen sind alle im Blockchain-Netzwerk beteiligten Akteure (=Knoten; engl. node) auch an der Datenhaltung beteiligt und sichern gleichzeitig die Datenintegrität anstatt die Daten in der Hand einzelner zu halten werden sie so verteilt abgespeichert. Um trotz dieser verteilten Struktur Einigkeit über die Reihenfolge und die Inhalte im System zu schaffen, kommt ein sog. Konsens-Mechanismus zum Einsatz. Dieser schafft in diskreten Zeitschritten einen Konsens im Netzwerk über vergangene Transaktionen sowie deren Richtigkeit im Sinne definierter und überprüfbarer Regeln. Mittels dieser Eigenschaften ist es möglich trotz des verteilten Charakters möglich Missbrauch im Netzwerk z.B. durch manipulierte Transaktionen oder sog. „double spending“ zu verhindern. Ein schematischer Aufbau der verschiedenen Komponenten einer Blockchain-Plattform ist Abbildung 1 zu entnehmen.

Durch die Verbindung der durch den Konsens-Mechanismus validierten Blöcke (=Vorgänge in der Blockchain innerhalb des diskreten Zeitraums) des jeweils voranstehenden Blockes ist es zudem schnell, effizient und einfach möglich Manipulationen vergangener Blöcke einzelner Netzwerkteilnehmer zu identifizieren. Auf Basis dieser Möglichkeiten schafft die Technologie Vertrauen zwischen Unbekannten, ohne eine zentrale vertrauenswürdige Instanz. Dadurch ist in gewissen Bereichen möglich, klassische Intermediäre ggf. durch die Technologie zu ersetzen.

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Schematischer Aufbau der verschiedenen Komponenten einer Blockchain-Plattform

Die Block-Kette (Blockchain) ist für jeden Teilnehmer im Netzwerk zu jeder Zeit einsehbar und ermöglicht das transparente Monitoring stattfindender Interaktionen. Um trotz dieser Transparenz hinsichtlich des Transaktionsverkehrs die Anonymität der im System Agierenden gewährleisten zu können, sind die Nutzer mittels eines öffentlichen Schlüssels („public key“) pseudonymisiert. Die Aktivitäten von Nutzern sind somit zu jeder Zeit nachvollziehbar, ohne deren Identität direkt offen zu legen. Der Zugriff auf diese öffentlichen Schlüssel erfolgt mittels individuellen privaten Schlüsseln („private keys“). Diese Form der asymmetrischen Verschlüsselung bietet zudem ein sehr hohes Maß an Sicherheit.

Blockchain-Netzwerke können je nach Anwendungsfall sowohl für jeden frei und öffentlich zugänglich (public) als auch nur für einen geschlossenen Teilnehmerkreis (Konsortium) in Form eines privaten Netzwerkes (private) ausgestaltet werden. Dabei kann zusätzlich die Teilnahme am Konsens-Mechanismus auf ausgewählte Teilnehmer limitiert sein (permissioned) und so beispielsweise nur bekannten Akteuren die Validierung von Transaktionen überlassen werden (vgl. Proof-of-Authority). Übertragen auf die Energiewirtschaft wäre je nach Anwendungsfall eine „Energiechain“ mit allen bekannten EVUs oder Netzbetreibern als Validatoren und der Bundesnetzagentur als „silent observer“ denkbar. Durch den transparenten Aufbau der Technologie könnten so z.B. regulatorische Reporting-Prozesse abgeschafft bzw. vermieden werden.

Ein weiterer Bestandteil der Blockchain-Technologie ist die Option, Programme auf der Blockchain zu hinterlegen und dadurch Prozesse zu automatisieren. Diese sogenannten Smart Contracts ermöglichen einen hohen Grad der Automatisierung, da z.B. Geschäftsprozesse durch sie abgebildet werden können.

Welche Einsatzgebiete gibt es in verschiedenen Branchen?

Der bekannteste Einsatzbereich der Technologie ist im Bereich der Finanztechnologie. Die Blockchain ist die Grundlage für Kryptowährungen wie Bitcoin oder Ethereum und liefert durch ihre Manipulationssicherheit die Basis für ein sicheres, digitales und dezentrales Zahlungsmittel.

Im Bereich des Urheber- und Patentrechts werden der Blockchain große Potenziale nachgesagt. Dies liegt vor allem daran, dass geistiges Eigentum schnell und einfach mittels eines digitalen Fingerabdrucks (Hash) in der Blockchain gespeichert werden kann. Der Urheber ist der Einzige, der den Beweis erbringen kann, dass er zu einem gewissen Zeitpunkt im Besitz einer bestimmten Information war.

Dieses Prinzip kommt auch im Bereich der Eigentumsnachweise und im Supply-Chain-Management zum Einsatz. Der Weg von eindeutig identifizierbaren Gütern (z.B. Diamanten) kann analog zu physikalischen Besitzwechseln auch auf der Blockchain abgebildet werden. Dies ermöglicht eine lückenlose Erfassung von Vorbesitzern und erschwert z.B. den Verkauf von illegal erworbenen Wertgegenständen.

Die Blockchain bzw. Distributed Ledger Technologien können im Bereich von IoT-Kommunikation eingesetzt werden, um die Kommunikation sicherer zu gestalten. Dies kommt z.B. in Mesh-Netzwerken bei der IoT-Kommunikation zum Einsatz.

Überdies weist die Blockchain weitere vielversprechende Anwendungsfälle auf. So kann das sichere Speichern von Patientendaten mittels Blockchain gelöst, Wahlen transparent und manipulationssicher durchgeführt, digitale Identitätsnachweise über sie geführt, Beweise gesichert, Versicherungen über sie abgewickelt oder Handelsplattformen für beliebige Güter auf ihr realisiert werden. Auch Spiele (vgl. Cryptokitties), Blogging und Social-Media-Plattformen werden mittels der Technologie bereits realisiert.

Welchen Nutzen hat die Blockchain in der Energiewirtschaft?

Aufgrund ihrer Eigenschaft die Digitalisierung dezentral und sicher gestalten zu können, kann die Blockchain-Technologie in der Energiewirtschaft grundsätzlich einen großen Mehrwert liefern.

Prinzipiell lässt sich eine Vielzahl von Geschäftsmodellen anderer Branchen auch auf die Energiewirtschaft übertragen. So können zum Beispiel Kunden von enercity in Hannover bereits mit Bitcoin ihre Stromrechnung bezahlen.

Ein großer Mehrwert der Technologie stellt das Labeling von Energiemengen auf der Blockchain dar. So kann zweifelsfrei nachgewiesen werden wo Energiemengen erzeugt oder verbraucht wurden und ggf. individuelle Kundenpräferenzen in der Verteilung mitberücksichtigt werden. Die Forschungsstelle für Energiewirtschaft hat bereits ein solches System als Prototyp entwickelt, mit dem in Zukunft verschiedene Einsatzzwecke im Rahmen von Forschungsprojekten getestet werden sollen.

Eine Vision der Blockchain-Technologie ist ihre Nutzung für den direkten Handel von Energiemengen zwischen Erzeugern und Verbrauchern. Durch die Verknüpfung mit einer Kryptowährung könnten Energiemengen in Echtzeit auf einem Marktplatz auf Basis von Smart Contracts gehandelt werden. Kunden der Wuppertaler Stadtwerke (WSW) können bereits an einem solchen Blockchain-basierten Peer-2-Peer Marktplatz teilnehmen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass es sich hierbei aktuell nur um eine Mehrwertdienstleistung handelt und der Energieversorger weiterhin als Dienstleister für z.B. das Bilanzkreismanagement auftritt. Eine dezentrale Energieversorgung mit vollständiger Disintermediation ist aufgrund rechtlicher und technischer Restriktionen erst in ferner Zukunft denkbar.

Über diese bekannten Anwendungsfälle hinaus konnten bereits vielfältige weitere Use-Cases identifiziert werden. Die Forschungsstelle für Energiewirtschaft konnte mit ihren Industriepartnern im Projekt „Die Blockchain- Chance zur Transformation der Energieversorgung?“ über 90 Anwendungsfälle identifizieren und bewerten.

Hat die Blockchain-Technologie Potenzial in der Energiewirtschaft?

Die Energiewirtschaft sieht sich einem zunehmenden Konkurrenz- und Effizienzdruck ausgesetzt. Darüber hinaus sind die Margen im klassischen Geschäft des Energiehandels in den letzten Jahren deutlich gesunken. Dementsprechend gibt es starke Bestrebungen neue, innovative, akzeptanzsteigernde und kundennahe Mehrwertdienstleistungen zu identifizieren und zu realisieren. Hier kann die Blockchain eine Möglichkeit für Unternehmen sein, neue Wege zu gehen. Auch im Kontext von Effizienzsteigerungen in Prozessen zwischen Unternehmen kann die Technologie einen deutlichen Mehrwert liefern. So zeigt das Beispiel von Enerchain, dass im OTC-Handel ein großes Kostensenkungspotenzial von externen Transaktionskosten vorliegt.

Die Blockchain stellt für die Energiewirtschaft eine Chance dar, vor allem Effizienzsteigerungen und Mehrwertdienstleistungen zu etablieren. Im Gegensatz zu anderen Branchen ist aufgrund der starken Regulierung jedoch kein sehr disruptives Potenzial zu sehen. Dies liegt auch an der schleppenden Digitalisierung, die als Grundlage für die Technologie gilt. Außerhalb des stark regulierten Bereiches („Mehrwertdienstleistungen“) kann jedoch schon jetzt eine schnelle Entwicklungsgeschwindigkeit erkannt werden. Ob und wie sich die so entwickelten Anwendungsfälle jedoch durchsetzen können ist allerdings nicht abschließend bewertbar. Nichtsdestotrotz sind bereits Bestrebungen im Gange, die Blockchain in die energiewirtschaftlichen Prozesse zu integrieren. So ist die FfE unter anderem an der Weiterentwicklung und Standardisierung der Marktkommunikation (Fokus Lieferantenwechsel) auf Blockchain-basis beteiligt. (siehe http://blockchain-initiative.de/blogbeitraege/von-der-mako-chain-bis-zum-positionspapier-recht-regulierung/)

Eine erste Auswertung der über 90 im Projekt identifizierten Anwendungsfälle zeigt, dass ein Großteil sowohl im Bereich rechtlicher Hürden als auch bzgl. ihres Potenzials grundsätzlich für die Branche interessant sein werden.

Mittelfristig ist daher zu erwarten, dass die Technologie einen festen Platz in der Energiewirtschaft einnehmen und als Teil der digitalen Infrastruktur eingesetzt wird. In welcher Form und für welche Anwendungsfälle werden die nächsten Jahre zeigen.

Welche Strategie kann Unternehmen bezüglich Blockchain empfohlen werden?

Grundsätzlich befindet sich die Technologie noch in einem relativ frühen Entwicklungsstadium. Während dies zwar bedeutet, dass noch nicht alle technischen Herausforderungen gelöst sind, um sie kundennah und im großen Stil als tragfähiges Geschäftsmodell einzusetzen, sind auch regulatorische Fragestellungen noch nicht abschließend geklärt. So gesehen kann durch Forschungs- und Entwicklungsprojekte eine objektive Grundlage für die Weiterentwicklung des regulatorischen Rahmens geschaffen werden, um die Möglichkeiten der Technologie in der digitalisierten Energiewirtschaft aufzuzeigen.

Zudem erfährt das Thema weiterhin ein relativ großes (internationales) Medienecho, weswegen Unternehmen mit innovativen Blockchain-basierten Geschäftsmodellen eine gewisse mediale Aufmerksamkeit zu Gute kommt.

Grundsätzlich gilt: Die Zukunft kann man am besten vorhersehen, wenn man sie selbst aktiv mitgestaltet.

Gastautoren: 

Alexander Bogensperger M. Sc. (https://www.ffe.de/die-ffe/die-personen/mitarbeiter-ffe/74-msc-alexander-bogensperger)

Andreas Zeiselmair M. Sc. (https://www.ffe.de/die-ffe/die-personen/mitarbeiter-ffe/65-andreas-zeiselmair-m-sc)

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