Využití blockchain technologie v energetice

Díky obrovskému rozmachu a popularitě kryptoměn se do povědomí nejen IT odborníků, ale i široké veřejnosti dostala technologie blockchainu. Za dobu své existence prokázal blockchain svoji spolehlivost a robustnost, a je proto opodstatněné hledat další oblasti mimo finanční svět, kde by jej šlo využít. Vzniká celá řada pilotních projektů napříč celým spektrem lidského konání: ve zdravotnictví, v logistice, pro sdílenou ekonomiku, pro sociální média, v gamblingu a samozřejmě také v energetice. V tomto článku proto ukážeme možné využití blockchainu v energetice.

V první části jsou vysvětleny základní principy a vlastnosti blockchainu, v druhé důvody (ne)využití blockchainu v současné evropské energetice a v poslední části je představeno několik aktuálně běžících pilotních projektů.

Blockchain

Co to vlastně je „blockchain“? Blockchain není distribuovaná databáze, není to systém pro virtuální peníze, není to bitcoin. Nejvhodnějším popisem je, že „blockchain je kolekce konceptů a technologií“ . Jsou to komunikační protokoly, datové struktury, pravidla a koncepty, silná kryptografie a důvěra, že celý tento ekosystém funguje.

Když se pokusíme o detailnější specifikaci, tak v základním pojetí je blockchain decentralizovaný distribuovaný systém zabezpečený pomocí kryptografie. Pojďme si probrat jednotlivé aspekty:

• Decentralizovaný znamená, že chybí centrální autorita (single point of control), která by řídila ekosystém blockchainu, rozhodovala o změnách v principech, v technologii nebo v datech a navrhovala jeho další rozvoj. Změny (bez rozdělení ekosystému na více paralelních) jsou možné pouze za souhlasu většiny uživatelů (demokratické principy), přesněji speciálních uživatelů, tzv. nodů.
• Distribuovaný znamená, že chybí centrální úložiště, primární kopie. Datová struktura existuje ve spoustě kopií a neexistuje synchronizace, tak jak ji známe z běžných distribuovaných úložišť. Systém se musí shodnout na jedné variantě, na jedné „pravdě“ nezávisle. Existuje tak několik variant datové struktury, které spolu soupeří o existenci. Princip, jak zabezpečit, že se všichni uživatelé shodnou pouze na jedné variantě dat, je jedním z nejdůležitějších přínosů blockchainu a jeho tvůrce Satoshiho Nakamota. Satoshi přesně specifikoval „consensus rule“, a jak můžeme vidět na kryptoměnách, funguje. Ve stručnosti je princip takový, že každý uživatel, který chce přidat položku do blockchainu, ji posílá speciálním nodům sítě (Miners/těžaři), kteří sbírají položky od všech účastníků, validují je a snaží se je v blocích připojit do systému (připojit na konec řetězce předchozích bloků). Těžařský node pošle do sítě ověřený blok položek a doufá, že „zvítězí“ nad ostatními těžaři a ekosystém přijme právě jeho blok (a on za to získá odměnu). Aby se minimalizovalo množství bloků posílaných do sítě a tím její zahlcení, musí těžař „dokázat“, že zde strávil nějaký čas/utratil nějaké prostředky. Tento důkaz podává tím, že vyřeší netriviální matematický rébus/puzzle, o kterém je známo, že ho lze vyřešit jen hrubou silou, tzn. spotřebuje na něj velký výpočetní výkon (stojí jej to nemalé prostředky). Celému tomuto konceptu se říká ProofOfWork.
• Systémem v případě blockchainu musíme chápat neoddělitelný „triumvirát“ data + kód + pravidla/koncept. Např. v kryptoměnách nevlastníte dané množství virtuální měny, ale máte klíč/digitální certifikát, kterým jste schopni podepsat programový kód/skript, který vám umožní převést měnu jinému subjektu. Složitost spustitelného kódu je u běžné implementace blockchainu velmi omezená (kvůli eliminaci chyb a spustitelnosti i na nevýkonných zařízeních). Existuje ale významná množina alternací blockchainu, které lze spustit velmi komplexními kódy (tzv. Smart Contract), hovoříme poté o distribuovaných výpočetních strojích (např. Ethereum).
• Důvěryhodnost v blockchainovém světě je zcela přenesena na kryptografii, tzn. na matematické funkce (nejčastěji se využívá kryptografie založená na eliptických křivkách). Není potřeba žádné důvěryhodné instituce (banky, burzy, operátora) ani osob. Dokonce nepotřebujete ani důvěryhodný kanál (zabezpečenou síť, důvěryhodného prostředníka atd.). Jakmile podepíšete transakci/příkaz certifikátem, můžete ji poslat přes nezabezpečenou neznámou Wi-Fi síť nedůvěryhodnému uzlu sítě. Vaše transakce/příkaz je kryptograficky zabezpečena. Oč méně je zapotřebí důvěra v jednotlivé uživatele sítě, o to větší odpovědnost je přenesena na samotného uživatele. Pokud například ztratí svoje přístupové klíče, přijde o všechno.

Všechny tyto vlastnosti jsou vlastnostmi „základního“ blockchainu. V průběhu času vzniklo mnoho rozšíření/alternací tak, aby se eliminovaly nežádoucí vlastnosti nebo umocnily jiné, dle potřeb daného projektu. Z pohledu energetiky je nejdůležitější tzv. Private Blockchain (soukromý blockchain). Tvůrce/provozovatel Private Blockchainu řídí, kdo se může účastnit/připojit k síti, kdo může zajištovat konsensus pomocí úprav těžařských práv a odměn, kdo může spravovat sdílená data. Provozovatel (nebo skupina provozovatelů) má právo přepsat, upravit nebo smazat záznamy v datech v případě potřeby. V pravém slova smyslu tak Private Blockchain není decentralizovaný, ale je to spíše úložiště, které je provozováno jako uzavřená, zabezpečená a sdílená databáze. Účast v Private Blockchain vyžaduje pozvánku nebo ověření buď provozovatelem, nebo pravidly vytvořenými provozovatelem. Přístupová pravidla se mohou měnit: jakýkoliv účastník může pozvat dalšího, regulační autorita může vydávat licence nebo případné konsorcium schvaluje přístup.

Velmi důležitou vlastností blockchainu je jeho robustnost. Bitcoin (jako nejstarší a nejznámější instance blockchainu) byl spuštěn 3. ledna 2009 a za 10 let prokázal neuvěřitelnou životaschopnost a odolnost:

• Aktuálně má cca 180 GB dat – distribuovaných po celém světě (10 000 kopií).
• Neměl ani jeden výpadek, má dostupnost neuvěřitelných 100 %.
• Technologie sama odolala všem (nemalým) kybernetickým útokům, prolomen byl vždy pouze konkrétní uživatel.

I z tohoto důvodu je na místě přemýšlet o jeho využití i v jiných odvětvích než finančnictví, pro které původně vznikl.

Blockchain v současné energetice

Pojďme se podívat na využití „běžného“ blockchainu v „současné“ energetice. Diskutované a zkoumané oblasti jsou především:

• Obchodování na velkoobchodním trhu (Wholesale Trading)
• Obchodování koncových zákazníků (Retail Trading)
• Přenos a distribuce (DSO/TSO)
• Certifikáty

Nejdůležitějším aspektem případného zavedení blockchainu v současné energetice je motivace jednotlivých významných hráčů: obchodníků, TSO/DSO, burz, regulátorů/EU, výrobců a koncových spotřebitelů či prosumerů (tj. výrobce + spotřebitel). Tak zásadní změna ve sdílení dat a procesů, jako je blockchain, bude možná pouze za předpokladu, že skupina silných účastníků trhu nebo slabých, ale regulatorně chráněných (koncoví účastníci) bude vidět v zavedení blockchainu na evropském trhu jeden z následujících přínosů:

• Významný finanční přínos (zisk či úspory) – snížení burzovních poplatků pro obchodníky, minimalizace nákladů na IT atd.
• Zásadní změna na energetickém trhu, jen složitě zvládnutelná současnými technologiemi – Smart Grids, Smart City, elektromobilita atd.
• Změna paradigmat trhu – real-time obchodování koncových zákazníků atd.
• Politicky motivované zadání – zvýšení transparentnosti trhu, kontrola manipulace, zvýšení objemu obnovitelných zdrojů, elektromobilita atd.
• Usnadnění mezinárodní spolupráce – sdílení společných dat a výpočtů několika národních subjektů bez dominance jednoho z nich.

Bohužel je nutné konstatovat, že motivace v současné energetice není velká, obzvláště v tak rozvinutém a přeregulovaném trhu, jakým je Evropa. Aktuální situace na evropském trhu vyhovuje většině účastníků a nejsou zřejmé žádné zásadní problémy/otázky, které by šlo inovativně vyřešit pomocí blockchainu. V současné Evropě vidíme spíše protekcionistické tendence a zvyšování nároků na ochranu údajů. Obzvláště evropské nařízení na ochranu dat GDPR jde naprosto proti smyslu blockchainu (v případě zpracování osobních údajů), např. právo na zapomnění nebo anonymizace jsou v blockchainu jen těžko implementovatelné.

Současné pilotní projekty v energetice využívají blockchain především ve formě Private Blockchainu, tzn. distribuované, více či méně otevřené databáze dat. I to samo o sobě je velkým přínosem, přihlédneme-li k robustnosti a spolehlivosti řešení. Ale přesto to není plné využití potenciálu blockchainu.

Energetické pilotní projekty s využitím blockchainu

Households P2P Trading

Jednou z možností využití blockchainu je změna paradigmatu současné energetiky zapojením koncových zákazníků (spotřebitelů a prosumerů) do obchodování s elektřinou. Proč bych si pro nabití svého elektromobilu nemohl koupit elektřinu od souseda z jeho přebytků z fotovoltaických panelů? Proč bych nemohl elektřinu z mých panelů během dovolené prodat/poslat dceři do vedlejší vesnice? Pokud připustíme tento (lokální) trh s elektřinou, otevírají se obrovské možnosti.

Jako příklad těchto lokálních trhů zmiňme dva pilotní projekty newyorské firmy LO3 Energy a jejich blockchain produktu EXERGY: The Brooklyn Microgrid (USA) a Allgau Microgrid Project (Německo).

Uživatelé mají v rámci brooklynského mikrogridu přístup na lokální trh, kde mohou obchodovat s elektřinou vyrobenou a spotřebovanou v sousedství. Zdrojem jsou hlavně přebytky z fotovoltaických panelů umístěných na střechách brooklynských domů. Kromě běžné spotřeby domácností jsou významným spotřebitelem i (domácí/veřejné) nabíjecí stanice pro elektromobily. Vznikla tak lokální komunitní síť, která snižuje svoji závislost na přenosu energie vyrobené často ve velmi vzdálených místech a která je schopna lépe spolupracovat v případě živelných katastrof, kdy je mikrogrid odpojen od přenosové soustavy. Velkou motivací uživatelů jsou i ekologicko-sociální aspekty, neboť spotřebovávají elektřinu z lokálních obnovitelných zdrojů. Vše se samozřejmě děje především autonomně a automatizovaně a uživatelé mohou svůj systém ovládat přes mobilní aplikaci. Provozovatel sítě (v našich poměrech by to byl spíše obchodník, případně agregátor) získal na oplátku přístup k online datům uživatelů (tzv. Smart Metering), která mu pomáhají v řízení a balancování soustavy. Provozovatel sítě může dále pomocí cenových nabídek využívat lokální trh k optimalizaci zátěže (v podstatě se jedná o podpůrné služby v rámci mikrogridu poskytované koncovými spotřebiteli/prosumery a trhu s regulační energií).

Privátní blockchain v tomto případě slouží pro evidenci obchodů mezi jednotlivými účastníky trhu v daném čase.

Společnost LO3 Energy se dále spojila s německým lokálním výrobcem elektřiny Allgauer Uberlandwerk a v oblasti Allgau (Německo) spustila obdobný pilotní projekt Allgau microgrid. Microgrid je v tomto případě virtuální v rámci dané distribuční oblasti.

Protože tyto projekty jsou decentralizované, založené na blockchainu a je využívána zejména energie z obnovitelných zdrojů, naplňují tak trendy současné energetiky: decentralizace, digitalizace a dekarbonizace.

Především z technických důvodů se tyto pilotní projekty odehrávají v lokálním měřítku, na úrovni mikrogridů. V budoucnosti však lze předpokládat zapojení i větších celků. Zde je samozřejmě zapotřebí vyřešit distribuční a případně tranzitní omezení a náklady.

Svou vizi tímto směrem také naznačil Michael Merz ve své vizi Energetika 2030 . Proč bych si nemohl pro nabití svého auta v Praze koupit přebytek energie z fotovoltaických panelů od farmáře z Itálie, pokud jeho elektřina bude po započtení všech tranzitních poplatků levnější než od místního výrobce? Pokud se tak jednou stane, je blockchain ideální technologií.

Wholesale P2P Trading

Další prověřovanou oblastí využití blockchainu je P2P obchodování na velkoobchodním trhu bez institucionálního prostředníka (burz, brokerů…). Cílem je snížit náklady za přístup na trh a transakční poplatky, odstranit vstupní bariéry pro menší obchodníky a zjednodušit obchodování s nestandardními produkty.

Lídrem v této oblasti je projekt Enerchain , který vyvíjí německý B2B integrátor Ponton ve spolupráci s cca 40 předními německými energetickými společnostmi. Enerchain umožňuje obchodníkům anonymně posílat požadavky do blockchainového decentralizované tržiště, kde k nim mají přístup jiní obchodníci. Systém umožňuje obchodníkům anonymně se přihlásit, poslat, zobchodovat, ověřit a potvrdit P2P obchod. Systém je ve fázi pilotu, v září 2018 se uskutečnil (světově) první obchod přes blockchain (E.ON, Enel, Neas Energy, Wien Energie).

Jaké jsou další výhody tohoto způsobu obchodování přes blockchain? Odpadne potřeba nominace obchodů, TSO si můžou načíst data přímo z blockchainu. Index agentury můžou získávat data pro statistiky přímo z blockchainu, odpadne potřeba reportování regulátorům, tzn. Acer může číst data pro REMIT.

Významným způsobem se změní i role clearing house. Pro krátkodobé obchody realizované v energetických kryptoměnách nebudou již potřeba. Jejich role bude ale stále v zajištění financování dlouhodobých obchodů, pro obchody ve fiat měnách, převody fiat a kryptoměn apod.

Zelené, bílé a další certifikáty

Jednou z důležitých vlastností veřejných blockchainů je jejich neměnnost, neboli co je zaznamenáno, jako by bylo vytesáno do kamene. Této vlastnosti lze využít pro uchovávání a ověřování certifikátů všeho druhu (kvality, školení, vzdělání…). V energetice se proto nabízí využití k evidenci certifikátů původu nebo například licencí udělovaných regulačními autoritami.
V této oblasti vzniká ve Francii za spolupráce Engie a Air Products pilotní projekt pro evidenci Zelených certifikátů. Engie výrobu ze svých vybraných větrných elektráren a hydroelektráren propojí se spotřebou průmyslové výroby společnosti Air Products. Projekt bude sloužit jednak pro evidenci původu, jednak pro zvýšení sociální zodpovědnosti zákazníků společnosti Air Products

Elektromobilita

Další oblastí využití je elektromobilita, kde by nepochybně blockchain mohl mít přidanou hodnotu v oblasti úhrady plateb za nabíjení.

Společnost Innogy ve spolupráci s německým startupem zaměřujícím se na IoT a blockchain Slock.it vyvíjí jednoduchý a nekomplikovaný platební systém (založený na Ethereum Smart Contract), který umožňuje zarezervovat si nabíjecí stanici, nabít auto a zaplatit pomocí speciální virtuální měny. Uživatel si musí nejdříve zaregistrovat auto a vyměnit běžnou měnu za speciální virtuální měnu (navázanou na euro). Systém je ve fázi pilotu a je do něj zapojeno cca 100 nabíjecích stanic. Blockchain je využit hlavně jako jednotný a důvěryhodný platební kanál a systém pro evidenci plateb. Systém bude možné v budoucnu využít například i pro Machine2Machine platby, tzn. platby mezi autem a nabíjecí stanicí.

Tyto společnosti dále vyvíjí systém Share&Charge, což je takové AirBnB pro domácí nabíjecí stanice. Projekt umožňuje jednoduše propojit vlastníky nabíjecích stanic převážně z řad domácností s majiteli elektromobilů. Majitel stanice si nastaví vlastní tarif a časy dostupnosti, majitelé aut si najdou dostupné stanice ve svém okolí, zjistí si cenu a dojedou si nabít auto. Rezervace a veškeré platby jsou zabezpečeny pomocí blockchainu, ovládání je pomocí mobilní aplikace. Aktuálně je v Německu do projektu zapojených cca 1 500 nabíjecích stanic.

Sociální projekty

Další zajímavou skupinou jsou „sociální“ projekty. Nejznámějším je asi The Sun Exchange, který umožňuje koupit si (dotovat) solární panel například v Africe, pronajmout ho například místní škole a získávat peníze za provoz a výrobu elektřiny. Celé zprostředkování pronájmu je zabezpečeno pomocí blockchain.

Dalším sociálním projektem je USIZO, kdy chudá africká škola má chytrý měřicí přístroj napojený přímo na blockchain a kdokoliv na světě může posílat kryptoměny přímo do tohoto chytrého přístroje a tím dotovat chod školy.

V obou případech využití kryptoměn usnadňuje a zrychluje transfer financí do/z Afriky, který je jinak problematický a zdlouhavý. Navíc projekty využívají důvěru, které se blockchain těší, na zvýšení vlastní důvěryhodnosti.

Závěr

V současné době jsme svědky vzájemného oťukávání blockchain technologie a energetiky a bude zajímavé sledovat, jestli se podaří pomocí této evoluční technologie posunout digitalizaci energetiky na další úroveň.

Největšími překážkami jsou velký konservatismus a velká setrvačnost energetiky, která pramení z podstaty provozování společensky a životně kritické infrastruktury. Dále velmi regulované, až přeregulované prostředí svázané národními i evropskými předpisy. A v neposlední řadě velmi úzké spojení energetického trhu s reálným světem, tj. skutečnou výrobou, přenosem a spotřebou. Na rozdíl od bankovnictví, kde se podařilo kryptoměnám vytvořit zcela paralelní finanční svět mimo obdobně přeregulovaný bankovní trh.

[sexy_author_bio]