[논문 리뷰] Impact of Blockchain Technology on Electric Power Grids -- A case study in LO3 Energy

Sakineh Khalili, Vahid R. Disfani외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 09.

Smart Grid Energy Management참고 문헌 13인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 LO3 Energy의 Exergy 플랫폼을 사례 연구를 통해 전력 배전망에 블록체인 기술을 통합하는 것을 조사한다. 이 플랫폼은 피어 투 피어 에너지 거래, 마이크로그리드 조율, 탈중앙화된 그룹 서비스를 가능하게 한다. 허가된 블록체인을 활용함으로써 Exergy는 프로슈머와 배전시스템운영자(DSO) 간에 안전하고 투명하며 자동화된 거래를 촉진하며, 브루클린 마이크로그리드와 같은 실제 응용 사례에서의 실현 가능성을 입증한다. 동시에 확장성과 제도적 도입 과제를 드러낸다.

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.

연구 동기 및 목표

• 분산 에너지 자원을 갖춘 현대 전력 배전망의 현대화에 블록체인 기술이 미치는 영향을 분석하는 것.
• 지역 에너지 마켓플레이스를 위한 블록체인 구현 사례로서 LO3 Energy의 Exergy 플랫폼을 평가하는 것.
• 특히 데이터 프라이버시, 비용, DSO 협력 측면에서 분산망에 대한 블록체인 도입의 기술적 및 제도적 장벽을 특정하는 것.
• 실제 마이크로그리드 구현 사례에서 피어 투 피어 에너지 거래를 위한 블록체인 기반 솔루션의 실현 가능성과 확장성을 평가하는 것.

제안 방법

• 연구는 LO3 Energy의 Exergy 플랫폼을 중심으로 한 사례 연구 방법론을 사용한다. 이는 에너지 거래 관리에 특화된 허가된 블록체인 시스템이다.
• Exergy는 프로슈머, 소비자, 마이크로그리드, DSO 간의 에너지 거래, 가격, 서비스 가용성 정보를 분산장부에 기록한다.
• 플랫폼은 네 가지 핵심 사용 사례를 지원한다: 피어 투 피어 에너지 공유, 마이크로그리드 간 에너지 거래, DSO를 위한 보조 서비스, 전기차(EV) 스마트 충전.
• 암호화 해싱과 피어 투 피어 네트워크 내 공조 메커니즘을 통해 거래를 보호함으로써 변하지 않는 성격과 투명성을 확보한다.
• 브루클린 마이크로그리드 프로젝트가 주요 실증 사례로서 2016년부터 블록체인 기반 에너지 거래를 실시간으로 구현하고 있다.
• 스테이크홀더 피드백과 시스템 아키텍처 검토를 통해 기술 성능, 비용 영향, 제도적 과제를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블록체인 기술이 분산 전력망에서 탈중앙화된 피어 투 피어 에너지 거래를 어떻게 가능하게 하는가?
• RQ2 블록체인 기반 에너지 플랫폼을 더 큰 배전망으로 확장할 때의 기술적 및 경제적 과제는 무엇인가?
• RQ3 배전시스템운영자(DSO)는 블록체인 기반 에너지 마켓플레이스를 어떻게 인식하고 상호작용하는가?
• RQ4 블록체인이 지역 에너지 마켓에서 프로슈머의 데이터 프라이버시와 경제적 인centive를 얼마나 향상시키는가?
• RQ5 제도적 및 규제 프레임워크는 전력 배전 시스템에서 블록체인 솔루션의 도입에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• LO3 Energy의 Exergy 플랫폼은 2016년 4월 세계 최초로 블록체인 기반 에너지 거래를 성공적으로 수행하여 탈중앙화된 에너지 거래의 기술적 실현 가능성을 입증했다.
• 브루클린 마이크로그리드 프로젝트는 제한된 수의 프로슈머와 소비자로도 블록체인 기반 피어 투 피어 에너지 거래가 운영 가능하다는 것을 입증했다.
• 블록체인 기반 시스템은 중개자를 크게 줄여 프로슈머와 소비자 간 직접 거래를 가능하게 하며, 동시에 거래의 무결성과 투명성을 유지한다.
• 보안성과 투명성의 이점에도 불구하고, 블록체인의 분산 구조는 각 참가자가 장부의 전체 복사본을 보관해야 하므로 인프라 비용이 증가하며, 이는 확장성의 주요 경제적 과제가 된다.
• DSO는 기존 그리드 운영 및 규제와의 호환성에 대한 우려와 함께 제어력 감소에 대한 우려로 인해 이러한 기술 도입에 주저하고 있다.
• 연구는 성공적인 구현을 위해서는 신규 기술이 그리드 신뢰성과 운영 기준과 일치하도록 DSO와의 조기에 적극적인 협업이 필요하다고 결론 내린다.