[論文レビュー] Impact of Blockchain Technology on Electric Power Grids -- A case study in LO3 Energy

Sakineh Khalili, Vahid R. Disfani+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2021

Smart Grid Energy Management参考文献 13被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、LO3 EnergyのExergyプラットフォームを事例として、ブロックチェーン技術を電力配電グリッドに統合する方法を調査している。Exergyは、プロシューマーと配電系統運用者（DSO）の間で、ピアツーピアエネルギー取引、マイクログリッド連携、分散型グリッドサービスを可能にする。許可型ブロックチェーンを活用することで、安全で透明かつ自動化された取引が実現され、ブルックリン・マイクログリッドのような実世界の応用事例で実証されているが、スケーラビリティと制度的受容の課題も浮き彫りにしている。

ABSTRACT

The increasing amount of distributed energy resources including renewable energy systems and electric vehicles is expected to change electric power grids significantly, where conventional consumers are transformed to prosumers since they can produce electricity as well. In such an ecosystem, prosumers can start offering their excess energy to supply demands of the other customers on the grids behind the meter without interference of distribution system operators (DSO). Besides, DSOs require more accurate and more frequent data form prosumers' net demand to be able to operate their network efficiently. The main challenge in these new distribution grids is the amount of data that needs to be collected in this platform is unbelievably high, and more immortally, prosumers will likely refuse to share their information with DSOs due to their potential privacy and economic concerns. Blockchain technology as an efficient distributed solution for management of data and financial transactions, has been considered to solve this trust issue. With blockchain-based solutions, data and financial transactions between all parties will take placed through distributed ledgers without any interference from an intermediary. In this paper, impacts of blockchain technologies on electric power industry is studied. The paper specifically focuses on LO3 Energy -- one of startups applying blockchain to electric power grids -- their blockchain-based solution called Exergy, and their use cases to implement such solutions.

研究の動機と目的

• 分散型エネルギー資源を有する現代の電力配電グリッドの近代化にブロックチェーン技術が与える影響を分析すること。
• LO3 EnergyのExergyプラットフォームを、地域エネルギー市場におけるブロックチェーン実装の事例として評価すること。
• とりわけデータプライバシー、コスト、DSOとの協力に関する観点から、配電ネットワークにおけるブロックチェーン導入の技術的・制度的障壁を特定すること。
• 実世界のマイクログリッド展開におけるブロックチェーンを用いたピアツーピアエネルギー取引の実現可能性とスケーラビリティを評価すること。

提案手法

• 本研究は、LO3 EnergyのExergyプラットフォームに焦点を当てた事例研究手法を採用している。Exergyは、エネルギー取引管理を目的とした許可型ブロックチェーンシステムである。
• Exergyは分散型レジストリを用いて、プロシューマー、消費者、マイクログリッド、DSO間のエネルギー取引、価格、サービス利用可能性を記録する。
• プラットフォームは4つの主要なユースケースをサポートする：ピアツーピアエネルギー共有、マイクログリッド間エネルギー取引、DSO向け補助サービス、および電気自動車（EV）のスマート充電。
• 取引は暗号ハッシュとピアツーピアネットワーク上の合意形成メカニズムにより保護され、改ざん不能性と透明性を確保する。
• ブルックリン・マイクログリッドプロジェクトは、主な実証事例として、2016年以降に継続してブロックチェーンベースのエネルギー取引を実施している。
• ステークホルダーからのフィードバックとシステムアーキテクチャのレビューを通じて、技術的パフォーマンス、コストへの影響、制度的課題を分析している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブロックチェーン技術は、配電ネットワークにおいてどのように分散型ピアツーピアエネルギー取引を可能にするか？
• RQ2 ブロックチェーンベースのエネルギープラットフォームをより大きな配電グリッドにスケーリングするにあたり、技術的・経済的課題は何か？
• RQ3 配電系統運用者（DSO）は、ブロックチェーンベースのエネルギー市場プラットフォームをどのように認識し、関与しているか？
• RQ4 ブロックチェーンは、地域エネルギー市場におけるプロシューマーのデータプライバシーと経済的インcentiveをどの程度向上させるか？
• RQ5 制度的・規制フレームワークは、電力配電システムにおけるブロックチェーンソリューションの受容にどのような役割を果たすか？

主な発見

• LO3 EnergyのExergyプラットフォームは、2016年4月に世界で最初のブロックチェーンベースエネルギー取引を実現し、分散型エネルギー取引の技術的実現可能性を裏付けた。
• ブルックリン・マイクログリッドプロジェクトは、限定的なプロシューマーと消費者の間で、ブロックチェーンを用いたピアツーピアエネルギー取引が運用可能であることを実証した。
• ブロックチェーンベースのシステムは中間業者への依存を顕著に低減し、プロシューマーと消費者の間で直接取引が可能になる一方で、取引の整合性と透明性を維持する。
• セキュリティと透明性の利点がある一方で、ブロックチェーンの分散性は、参加者がレジストリの完全なコピーを保持する必要があるため、インfra構築コストを増加させ、スケーラビリティが経済的課題となる。
• DSOは、制御の喪失と既存のグリッド運用および規制との整合性の必要性への懸念から、こうした技術の導入に消極的である。
• 本研究は、新技術がグリッドの信頼性と運用基準と整合するよう、DSOとの早期かつ積極的な協働が成功の鍵であると結論づけている。