[論文レビュー] Quartierstrom -- Implementation of a real world prosumer centric local energy market in Walenstadt, Switzerland

Liliane Ableitner, Arne Meeuw+4 more|arXiv (Cornell University)|May 17, 2019

Smart Grid Energy ManagementEngineering被引用数 22

ひとこと要約

本論文はスイス・ワラーツタントで実施された現実世界のブロックチェーンベースのP2Pエネルギー取引市場「Quartierstrom」を提示する。このシステムは、発電者・消費者が自ら定めた価格で地域で発電された太陽光電力を直接取引可能にし、二重入札方式と動的価格設定、スマートメーターのデータ、Webベースのインターフェースを活用して、地域内エネルギー消費の促進、グリッドコストの削減、自己消費率の向上を実現する。37戸の家庭を対象としたパイロット実験により、技術的・ユーザ受容可能性の両面で有効性が実証された。

ABSTRACT

Prosumers in many regions are facing reduced feed-in tariffs and currently have no possibility to influence the level of remuneration for the locally produced solar energy. Peer-to-peer communities may offer an alternative to the feed-in tariff model by enabling prosumers to directly sell their solar energy to local consumers (possibly at a rate that is beneficial for both consumer and prosumer). The Quartierstrom project investigates a transactional energy system that manages the exchange and remuneration of electricity between consumers, prosumers and the local electric grid provider in the absence of intermediaries. This whitepaper describes the prototypical real-world system being implemented in the town of Walenstadt, Switzerland, with 37 participating households. The community members of this pilot project pay a reduced tariff for grid usage if the electricity produced by a prosumer is sold to another community member, which is located on the same voltage or grid level downstream a substation1. Such a tariff structure incentivizes local balancing, i.e. locally produced energy can be consumed locally whenever possible to avoid costs from higher grid levels. The blockchain is a novel technology suitable to log the produced and consumed units of energy within a community, making it possible to implement market places. In those marketplaces, both prosumers and consumers can indicate a price at which they are willing to sell / buy locally produced solar energy without the intermediation of a utility. The key goals of this project are the assessment of A) the technical, economical and ecological feasibility of a blockchain-based community energy system regarding local utilization of solar energy, grid quality and energy efficiency and B) resulting dynamics regarding local market prices and user acceptance.

研究の動機と目的

• プロシューマーと消費者向けのブロックチェーンベースの地域エネルギー市場の技術的・経済的・環境的妥当性を評価すること。
• 地域別グリッド料金が地域内エネルギー消費とグリッド効率に与える影響を評価すること。
• コミュニティエネルギー取引システムにおけるユーザ受容度と行動的ダイナミクスを調査すること。
• 分散型エネルギー取引が自己消費率の向上と中央集権的グリッドへの依存度低減にどのように寄与するかを検討すること。
• 規制的支援がなくとも、地域エネルギーバランスを促進する新たなボトムアップ型運賃モデルをテストすること。

提案手法

• スイスのワラーツタントで37戸の家庭を対象に、ブロックチェーンベースの二重入札方式を用いたP2P電力取引の実装。
• 正確な取引決済のため、リアルタイムの発電・消費データを収集するスマートメーターの統合。
• FlaskとBootstrapを用いたWebアプリケーションの開発により、ユーザーが購入・販売価格の上限・下限を設定し、エネルギーおよび財務データを監視可能にする。
• 動的価格スライダーを活用し、プロシューマーが最低販売価格、消費者が最高購入価格を設定できるようにする。
• 月次メールレポートとUIフィードバックループを活用し、参加度とシステム利用状況をモニタリング。
• 将来的にコミュニティレベルのバッテリーストレージを統合し、エネルギーの流れを最適化し、自己充足率を向上させる計画。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブロックチェーンベースのP2Pエネルギー市場は、現実世界の環境下で、プロシューマーと消費者が太陽光電力を直接取引可能にできるか？
• RQ2 ユーザーが定めた価格制限が、取引頻度、自己消費率、財務的成果に与える影響は何か？
• RQ3 提案された地域別グリッド運賃モデルが、グリッド使用コストの削減と地域内エネルギーバランスの促進にどの程度寄与するか？
• RQ4 透明でリアルタイムのフィードバックが提供されるコミュニティエネルギー取引システムにおけるユーザ受容度と参加度はどの程度か？
• RQ5 コミュニティレベルのバッテリーストレージの統合は、家庭単位のストレージと比較して、エネルギー効率と自己充足率をどの程度向上させるか？

主な発見

• Quartierstromシステムは2019年1月に正式に稼働し、1年間のカレンダー期間にわたり、包括的な消費・発電・取引データを収集した。
• 参加しているほぼ全家庭がアカウントを作成しており、多くの家庭が頻繁にログインしてデータを監視するか、価格設定を調整しており、高いユーザ参加度が確認された。
• リアルタイムデータ統合を伴うブロックチェーンベースの二重入札方式による地域エネルギー取引の技術的妥当性が実証された。
• 動的価格スライダーとリアルタイムKPI（例：自己消費率、自己充足率）を備えたWebインターフェースは、透明性の向上とユーザの意思決定支援に効果的であった。
• 2019年後半に予定されていたコミュニティレベルのバッテリーストレージ統合が、家庭単位のストレージよりも自己消費率とエネルギー効率の向上により効果的であることが確認された。
• 新たな運賃モデルに規制的支援がなかったにもかかわらず、研究資金から上位グリッドコストをカバーする形で、ボトムアップ型のグリッドコスト配分手法を成功裏にテストした。