WIE BLOCKCHAINS HELFEN KÖNNEN,

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1 WIE BLOCKCHAINS HELFEN KÖNNEN, LOKALE ENERGIEMÄRKTE ZU ORGANISIEREN PROF. DR. CHRISTOF WEINHARDT INSTITUT FÜR INFORMATIONSWIRTSCHAFT & MARKETING (IISM) KARLSRUHER INSTITUT FÜR TECHNOLOGY (KIT) SMART GRIDS-GESPRÄCHE , IHK KARLSRUHE

2 217 TWh QUELLEN AUS ERNEUERBAREN 5 BENÖTIGEN STRUKTURELLE ÄNDERUNGEN [DATA: DESTATIS.DE, 2017] Institut für Informationswirtschaft und Marketing (IISM)

3 ENERGIEWENDE: ~100% ERNEUERBARE ENERGIEN? VERSORUNGSSICHERHEIT NETZAUSBAU ENERGIESPEICHER NEUE MÄRKTE 6 Institut für Informationswirtschaft und Marketing (IISM)

4 ENERGIEWENDE: ~100% ERNEUERBARE ENERGIEN VERSORUNGSSICHERHEIT NETZAUSBAU ENERGIESPEICHER NEUE MÄRKTE SCI HELMHOLTZ PROGRAMM 7 Institut für Informationswirtschaft und Marketing (IISM)

5 ZENTRALER MARKT HYBRIDER MARKT LOKALE MÄRKTE R R R R R R 8 Institut für Informationswirtschaft und Marketing (IISM)

6 ENTWICKLUNG LOKALER ENERGIEMÄRKTE

7 DIE STROMVERSORGUNG VON HEUTE ZENTRALISIERTE ERZEUGUNG TEURES ÜBERTRAGUNGSNETZ UND REDISPATCHKOSTEN HOHER ANTEIL NICHT ERNEUERBARER ENERGIEN

8 WANDEL IN DER ENERGIEWIRTSCHAFT STEIGENDE ANZAHL PROSUMENTEN WACHSENDES BEWUSSTSEIN FÜR NACHHALTIGE STROMERZEUGUNG NEUE ENERGIEKONSUMENTEN (E-MOBILITÄT) NEUE MÖGLICHKEITEN DER STROMVERSORGUNG

9 STROMHANDEL UNTER NACHBARN LOKALE ENERGIEMÄRKTE ERHÖHEN LOKALE WERTSCHÖPFUNG ENERGIEAUTARKIE IN EINER NACHBARSCHAFT ANREIZE FÜR DEN AUSGLEICH LOKALER ERZEUGUNG UND KONSUM ENTSCHEIDUNGSMACHT DER ENDKUNDEN

10 UMSETZUNG LOKALER ENERGIEMÄRKTE v ZUR UMSETZUNG LOKALER ENERGIEMÄRKTE WERDEN NEUE PLATTFORMEN BENÖTIGT.

11 BLOCKCHAIN TECHNOLOGIE

12 BLOCKCHAIN DEFINITION EINE BLOCKCHAIN IST EINE VERTEILTE, TRANSAKTIONSBASIERTE DATENBANK MIT EINEM DEZENTRALEN DATENKONSISTENZPROTOKOLL UND EINER UNVERÄNDERBAREN TRANSAKTIONSHISTORIE.

13 BLOCKCHAIN IN P2P NETZWERKEN DURCH DIESE EIGENSCHAFTEN ERMÖGLICHT SIE P2P-INTERAKTION ZWISCHEN MENSCHLICHEN UND COMPUTERGESTEUERTEN PARTEIEN OHNE ZENTRALE INSTANZ.

14 BLOCKCHAIN IN P2P NETZWERKEN Verteilte Datenbank Dezentrales Datenkonsistenzprotokoll Kryptographie Deppe & Fry (1976) Bernstein & Goodman (1981) Gligor & Popescu- Zeletin (1986) Von Neumann & Morgenstern (1944) Lamport et al. (1982) Castro & Liskov (1999) Hellman & Merkle (1980) NIST (2002) EINE BLOCKCHAIN VEREINT BEKANNTE KONZEPTE.

15 Am Beispiel von Bitcoin:Teilnehmer A möchte Teilnehmer B 10 Bitcoin senden. 2 Teilnehmer A referenziert Zahlungen, die er erhalten hat, und schickt die Transaktion in das Bitcoin-Netzwerk. 1 Teilnehmer B gibt seine Adresse an Teilnehmer A weiter, der die Zahlung einleitet. 3 Spezialisierte Knoten (Miner) sammeln diese Transaktionen und verpacken sie in Blöcke. 4 Die Miner verarbeiten diesen Block, schlagen ihn als Datenbankupdate vor und stimmen über dessen Validität ab. 5 Für die Bereitstellung ihrer Rechenleistung werden die Miner mit neu erzeugten Bitcoins und Transaktionsentgelten entlohnt. 6 Der nun validierte Block wird von den Minern im Netzwerk verteilt und aktualisiert so die Blockchain konsistent für alle. 7 Alle Teilnehmer, insbesondere Teilnehmer B können nun prüfen, ob Teilnehmer B seine 10 Bitcoin erhalten hat

16 SPIELTHEORETISCHE GRUNDLAGEN DER BLOCKCHAIN TECHNOLOGIE MINER AKTUALISIERT DEN JEWEILS NÄCHSTEN BLOCK UNGÜLTIGE TRANSAKTION(EN) (BLOCK) NICHT VALIDIERTER BLOCK FORTFÜHRUNG DER MINER FALSCHEN CHAIN STRATEGIE 1: BETRUG t STRATEGIE 2: KEIN BETRUG P P 1-P ANTEIL RECHEN- POWER NÄCHSTER BLOCK NÄCHSTER BLOCK KEIN BLOCK P* RE W A R D + BE T R U G KO S T E N. KOLLUSION AUSZAHLUNG IN t +1 KO S T E N P RE W A R D KO S T E N KO S T E N N

17 BEISPIEL: WETTBEWERB IMBITCOIN MINING , 12:30 UHR: WER HAT DIE BLÖCKE DER LETZTEN 24H BEREITGESTELLT?

18 SPIELTHEORETISCHE GRUNDLAGEN DER BLOCKCHAIN TECHNOLOGIE UNGÜLTIGE TRANSAKTION(EN) (BLOCK) NICHT VALIDIERTER BLOCK FORTFÜHRUNG DER MINER MINER AKTUALISIERT DEN JEWEILS NÄCHSTEN BLOCK FALSCHEN CHAIN STRATEGIE 1: BETRUG t P ANTEIL RECHEN- POWER NÄCHSTER BLOCK KEIN 1-P N t KO S T E N BLOCK AUSZAHLUNG IN PERIODE N p N t Betrug (N t) Kosten + p (N t) Reward. N 1 i=t UM DEN BETRUG DURCHZUSETZEN, MUSS DER BETRÜGER DIE FALSCHE CHAIN N SELBST FORTFÜHREN REGELN: BLÖCKE, DIE AN EINEN UNGÜLTIGEN BLOCK ANGEHÄNGT WERDEN, SIND UNGÜLTIG DIE LÄNGSTE CHAIN IST DIE JEWEILS GÜLTIGE REFERENZ DIE REGELN DER BLOCKCHAIN SIND DURCH EINE REKURSIVE BESTRAFUNGSFUNKTION SO GESTALTET, DASS SIE ZU EINEM NASH-GLEICHGEWICHT FÜHREN, D.H. DIE DOMINANTE STRATEGIE IST, NICHT ZU BETRÜGEN.

19 BLOCKCHAIN KATEGORISIERUNG PUBLIC PRIVATE JEDER KANN OHNE ZUGANGSBESCHRÄNKUNGEN MITMACHEN BEGRENZTER KREIS (BEKANNTER) TEILNEHMER

20 BLOCKCHAIN KATEGORISIERUNG PUBLIC PERMISSIONED PRIVATE ANARCHISTISCHE CHARAKTERISTIKA > 1.5 MIO PLANTS KOMBINATION ANARCHISTISCHER UND AUTORITÄRER ELEMENTE AUTORITÄRE CHARAKTERISTIKA WIRTSCHAFTS- UND GESELLSCHAFTSFORM FREIER UND GLEICHER MENSCHEN MIT ABWESENHEIT VON (ZENTRALER) HERRSCHAFT HOMER, HERODOT (V. CHR.) WILLIAM GODWIN (1793) ZUGANGSKRITERIEN WERDEN AUTORITÄR BESTIMMT AUTORITÄRE INSTANZ VERLIERT IM BETRIEB AN BEDEUTUNG (DEMOKRATIE/DEMARCHIE?) HANDLUNGSSPIELRAUM VON [ ] AKTEUREN HÄNGT WEITGEHEND VON DER AUTORITÄREN STAATSFÜHRUNG AB JUAN LINZ (1975)

21 BLOCKCHAIN KATEGORISIERUNG PUBLIC PERMISSIONED PRIVATE JEDER KANN OHNE ZUGANGSBESCHRÄNKUNGEN MITMACHEN ALLE KNOTEN SIND GLEICHBERECHTIGT TEILNAHME BESCHRÄNKT UND AN BEDINGUNGEN / ERLAUBNIS GEKNÜPFT ZUGANGSBESCHRÄNKUNG ÜBER KONTROLLINSTANZEN BEGRENZTER KREIS (BEKANNTER) TEILNEHMER PRIVILEGIERTE KNOTEN BESTIMMEN ZUGANG UND VALIDITÄT TEURER KONSENSMECHANISMUS MITTLERER KONSENSMECHANISMUS EINFACHER KONSENSMECHANISMUS SCHLECHTE PERFORMANZ MITTLERE PERFORMANZ HOHE PERFORMANZ

22 EIGENSCHAFTEN VON BLOCKCHAINS DEZENTRALE DATENBANK: P2P & KRYPTOGRAPHIE: REPLIKATION + KONSISTENZ ZENTRALES DATENKONSISTENZPROTOKOLL MANIPULATIONS- SICHERHEIT DATENBANK

23 EIGENSCHAFTEN VON BLOCKCHAINS DEZENTRALE DATENBANK: P2P & KRYPTOGRAPHIE: SMART CONTRACTS: REPLIKATION + KONSISTENZ ZENTRALES DATENKONSISTENZPROTOKOLL SICHERHEIT MANIPULATIONS- TRANSAKTIONS- BASIERTE SKRIPTE DISTRIBUTED LEDGER

24 EIGENSCHAFTEN VON BLOCKCHAINS DEZENTRALE DATENBANK: REPLIKATION + KONSISTENZ ZENTRALES DATENKONSISTENZPROTOKOLL P2P & KRYPTOGRAPHIE: SICHERHEIT SMART CONTRACTS: MANIPULATIONS- TRANSAKTIONS- BASIERTE SKRIPTE DEZENTRALES DATEN- KONSISTENZ- PROTOKOLL (KONSENSMECHANISMUS) FEHLERTOLERANZ TRADE-OFF ZWISCHEN DEZENTRALISIERUNG UND PERFORMANZ.

25 POTENTIALE UND LIMITATIONEN VON PUBLIC BLOCKCHAINS DEZENTRALISIERUNG DISINTERMEDIATION SCHAFFUNG VON VERTRAUEN (?) > 1.5 MIO PLANTS NEUE ORGANISATIONSFORMEN SKALIERBARKEIT & SCHNELLIGKEIT OPERATIONELLES RISIKO ( 51% ) DATENSCHUTZ ENERGIEEFFIZIENZ EINDEUTIGE DIGITALE ASSETS RECHTLICHE/REGULATORISCHE RISIKEN VERTRAUENSWÜRDIGE SCHNITTSTELLEN FÜR ANALOGE GÜTER NOTWENDIG NACHHALTIGE GESCHÄFTSMODELLE?

26 POTENTIALE UND LIMITATIONEN VON PRIVATE BLOCKCHAINS DEZENTRALISIERUNG DISINTERMEDIATION SCHAFFUNG VON VERTRAUEN (?) NEUE ORGANISATIONSFORMEN SKALIERBARKEIT & SCHNELLIGKEIT OPERATIONELLES RISIKO ( 51% ) DATENSCHUTZ ENERGIEEFFIZIENZ EINDEUTIGE DIGITALE ASSETS RECHTLICHE/REGULATORISCHE RISIKEN VERTRAUENSWÜRDIGE SCHNITTSTELLEN FÜR ANALOGE GÜTER NOTWENDIG NACHHALTIGE GESCHÄFTSMODELLE?

27 BLOCKCHAINS IN LOKALEN ENERGIEMÄRKTEN

28 VATTENFALL MIT TECHNOLOGY REVIEW

29 STATUS QUO BEI HAUSHALTEN BLOCKCHAINFÄHIGE SMART METER JÄHRLICHE ABRECHNUNG MIT MONATLICHER AUFSCHLÜSSELUNG KONTINUIERLICHE MESSUNG UND MINUTENGENAUE ABRECHNUNG

30 EIN PILOTPROJEKT IN DEUTSCHLAND AUFBAU EINES BLOCKCHAIN-BASIERTEN ENERGIEHANDELS UNTER NACHBARN.

31 20 HAUSHALTE HANDELN LOKALE ENERGIE ÜBER EINE BLOCKCHAIN-BASIERTE MARKTPLATTFORM

32 ZIELE DES PILOTPROJEKTS LAMP MACHBARKEITSSTUDIE VON BLOCKCHAINBASIERTEN LOKALEN ENERGIEMÄRKTEN (PROOF-OF-CONCEPT) UNTERSUCHUNG DER PARTIZIPATION IN LOKALEN STROMMÄRKTEN UNTERSUCHUNG DES MARKTVERHALTENS VON HAUSHALTEN IN LOKALEN STROMMÄRKTEN AUFBAU EINER ENERGIENACHBARSCHAFT (COMMUNITY-GEDANKE) VERRINGERUNG DES NETZAUSBAUS DURCH VERBREITUNG LOKALER ANSÄTZE UND LOKALER (TEIL-) AUTARKIE VERSTÄRKUNG DER INVESTITIONSANREIZE IN ERNEUERBARE ENERGIEN VOR ORT

33 PV AND BHKW VERSORGEN DAS LOKALE NETZ

34 AUFBAU PV ANLAGEN BHKW TEILNEHMER INTERESSENT

35 DER BEGINN VON LAMP

36 LAMP IN SCHRITTEN: EIN LOKALER STROMMARKT ZWISCHEN NACHBARN PREIS- UND ENERGIEMIX PRÄFERENZEN PER APP EINGEBEN AUS PRÄFERENZEN UND MESSDATEN WERDEN AUTOMATISCH GEBOTE ERSTELLT DAS MARKTERGEBNIS WIRD ALLEN PER APP MITGETEILT SMART METER MISST VERBRAUCH UND ERZEUGUNG DIE GEBOTE ALLER AGENTEN WERDEN AUF DEM MARKT GEMATCHED. DIE ABRECHNUNG ERFOLGT UND EIN NEUER MARKTZYKLUS BEGINNT

37 LAMP SMART METER ZENTRALER PROZESSOR WLAN ANTENNE STROMANSCHLUSS AUßENANSICHT EINES SMART METERS INNENANSICHT SPANNUNGSMESSUNG STROMMESSUNG

38 LAMP SMART METER AUßENANSICHT EINES SMART METERS INNENANSICHT NICHT-INVASIVE MESSUNG

39 FAZIT

40 BLOCKCHAINS UNTERSTÜTZEN LOKALE ENERGIEMÄRKTE Dezentralisierung Skalierbarkeit Neue Organisationsformen Eindeutige digitale Assets Neue Geschäftsmodelle RESILIENZ SCHNELLE TRANSAKTIONSABWICKLUNG DEZENTRALE, ERNEUERBARE ERZEUGUNG VOR ORT GRÜNSTROMZERTIFIZIERUNG PLATTFORMANBIETER BEREITS JETZT SIND ALLE TECHNISCHEN UND SOZIALEN GEGEBENHEITEN FÜR LOKALE ENERGIEMÄRKTE VORHANDEN. EINE GEEIGNETE REGULIERUNG ZUR UNTERSTÜTZUNG NEUER GESCHÄFTSMODELLE WÜRDE DIE ENTWICKLUNG BESCHLEUNIGEN. ES BRAUCHT ERFOLGREICHE PILOTPROJEKTE UM DIE ENTWICKLUNG NEUER GESCHÄFTSMODELLE VORANZUBRINGEN LOKALE ENERGIEMÄRKTE SIND HEUTE SCHON UMSETZBAR.

41 WIR MÜSSEN DIE CHANCEN NUR NOCH NUTZEN.

42 PROF. DR. CHRISTOF WEINHARDT Karlsruhe Institute of Technology KIT Institute of Information Systems and Marketing

43 Regional Electricity Coming soon