Blockchain per l’Energy Industry

Con questo articolo poniamo l'attenzione sullo spettro di applicazioni e potenzialità della blockchain technology nell'ambito dell’industria energetica. L’obiettivo dell'implementazione di blockchain al settore energy è quello di sviluppare una transazione energetica decentralizzata e un sistema di approvvigionamento dell’energia completamente distribuito. Tutte le transazioni effettuate vengono eseguite direttamente attraverso una rete peer to peer. Se dovesse essere adottato su larga scala il modello di transazione decentralizzata previsto per l'industria energetica, questo trasformerebbe radicalmente i rapporti tra produttori e fornitori di energia, operatori di rete e consumatori.

INTRODUZIONE

Le funzionalità di blockchain sono tali da poter fornire un record distribuito e sicuro di dati sulle transazioni energetiche, accessibile a tutti i partecipanti dell’infrastruttura di rete. L’esperienza maturata nel settore finanziario con la criptovaluta Bitcoin e con i progetti iniziali nel settore dell'energia, ci consente di fare delle previsioni sulle conseguenze che tale tecnologia probabilmente avrà per gli utenti del servizio energetico, i quali trarrebbero vantaggio a lungo termine da una maggiore trasparenza e flessibilità. Minori costi di transazione dovuti all'eliminazione degli intermediari e un numero maggiore di partecipanti al mercato comporterebbe la caduta dei prezzi dell'energia. Se applicata al settore energetico, la tecnologia blockchain può sostituire gli intermediari attualmente operativi e determinare così un calo dei costi di transazione. La possibilità di mettere a punto le operazioni di rete e l'implementazione di smart meter e contratti intelligenti (smart contracts), migliora la flessibilità nel settore energetico. Diverse realtà stanno attualmente sviluppando blockchain per progetti pilota su piccola scala nel settore energetico al fine di generare uno scambio decentrato vendendo direttamente la quota parte di energia da un utente all'altro tramite un sistema blockchain, in particolare per interconnettere e fornire un collegamento diretto tra fornitori e consumatori del servizio, al fine di ottenere il totale decentramento dei sistemi energetici. Ciò renderebbe possibile semplificare radicalmente il sistema multilevel adottato oggi, nel quale i produttori di energia, i gestori dei sistemi di trasmissione, gli operatori e i fornitori di sistemi di distribuzione operano a vari livelli collegando direttamente i produttori con i consumatori.

BLOCKCHAIN INCREMENTA L'EFFICIENZA DELL’ENERGY MANAGEMENT

L’implementazione della blockchain technology all’industria energetica si sviluppa tramite memorizzazione decentralizzata dei dati delle transazioni, aumentando la sicurezza e garantendo una maggiore indipendenza da un server centrale, nonché la possibilità di effettuare pagamenti tramite criptovalute e la digitalizzazione dei contratti per gestire i contenuti digitali e verificare le transazioni energetiche che avvengono attraverso l’infrastruttura di rete, dal momento che i clienti possono utilizzare le criptovalute per il payment dell’energia sia fornita, sia acquistata. La tecnologia blockchain consente alle reti energetiche di essere controllate tramite contratti intelligenti. In tal modo si garantisce che tutti i flussi di energia e di stoccaggio vengano controllati automaticamente in modo da bilanciare l'offerta e la domanda. Ad esempio, ogni volta che viene generata più energia del necessario, è possibile utilizzare contratti intelligenti per garantire che l'energia in eccesso venga automaticamente immagazzinata. D'altra parte, l'energia immagazzinata potrebbe essere impiegata ogni volta che l'energia prodotta non è sufficiente. In tal modo, la tecnologia blockchain potrebbe controllare direttamente i flussi di rete e le strutture di energy storage. I contratti intelligenti potrebbero anche essere utilizzati per gestire le attività di bilanciamento e le centrali elettriche virtuali. Uno dei principali vantaggi derivanti dall’utilizzo di blockchain per la gestione energetica è senza dubbio la riduzione del costo in bolletta per i consumatori; i modelli blockchain, infatti, operano sul presupposto che tutti i fornitori effettuino transazioni direttamente con i propri clienti. Di conseguenza, gli intermediari che precedentemente operavano nel mercato, tra cui piattaforme di negoziazione, operatori commerciali, banche o società energetiche, potrebbero non essere più necessari, e in ogni caso sarebbero ridotti ad un ruolo notevolmente più marginale.

Ciò si traduce in una significativa diminuzione dei costi di sistema. I tipi di costi di sistema che potrebbero essere ridotti o addirittura completamente azzerati includono, ad esempio, i costi operativi per la lettura dei contatori, i costi per i pagamenti bancari, come gli addebiti diretti per pagamenti da parte dei clienti, gli eventuali costi di trasporto e i costi di certificazione per l'elettricità rinnovabile. Inoltre, bisogna considerare che ci sono differenze in termini di costi tra blockchain private e pubbliche. Le blockchain private di solito comportano costi di transazione inferiori e operano sulla base di processi di verifica semplificati. Tutte le considerazioni sui costi devono anche tenere conto dell'investimento necessario per rendere più flessibili le reti elettriche: le blockchain possono essere utilizzate efficacemente solo se la rete elettrica è in grado di far fronte a un numero maggiore di singoli produttori di energia e di gestire una maggiore flessibilità, il che è essenziale per garantire la sicurezza dell'approvvigionamento. Inoltre, la combinazione di blockchain con l’IoT consente di istituire un registro basato su blockchain che regoli la proprietà e lo stato corrente di asset come contatori intelligenti, reti e impianti di generazione, ad esempio sistemi solari. L'implementazione del contatore intelligente fornisce condizioni favorevoli per mercati energetici più flessibili. Un altro punto da considerare è che i maggiori benefici di costo possono essere raggiunti solo se il maggior numero possibile di fornitori e clienti accetta di utilizzare applicazioni blockchain basate su standard e regole comuni; ciò impedirebbe, infatti, l'emergere in parallelo di applicazioni incompatibili. Gli utenti del servizio energetico avrebbero anche una flessibilità considerevolmente maggiore nella scelta del loro fornitore. Nei sistemi di transazioni basati su blockchain, i clienti cambiano quasi costantemente fornitore, poiché possono trovare nuovi partner di transazione e contrattare con essi in tempi estremamente brevi. L'uso della tecnologia blockchain nell’energy management garantirebbe anche una maggiore trasparenza per i consumatori, dal momento che permetterebbe di localizzare esattamente la fonte dell'energia acquistata. Le transazioni dirette tra fornitori di energia e consumatori permettono alle parti di specificare esattamente l'energia eolica o solare che fornisce il servizio energetico. La combinazione di contratti intelligenti che controllano il sistema, e registri distribuiti, documentando in modo sicuro tutti i flussi energetici, avrebbe anche un impatto diretto sulle operazioni di rete e di archiviazione.

Figura 1. Schema di funzionamento della gestione del flusso energetico con blockchain

I sistemi blockchain avviano e trasmettono transazioni, registrandole in modo sicuro a prova di manomissione. Di conseguenza, anche l'intera cronologia delle transazioni memorizzata sulla blockchain sotto forma di energia consumata e pagamenti effettuati, viene protetta da crittografia. La disponibilità di una cronologia completa delle transazioni e la possibilità di eseguire analisi su questa base, offrirebbe ai clienti un ulteriore livello di trasparenza. I consumatori che gestiscono i propri sistemi solari, ad esempio, potrebbero vendere più facilmente ai loro vicini l'elettricità che producono o immetterla direttamente nella rete. Ciò migliorerebbe la redditività economica dei sistemi solari, delle turbine eoliche su piccola scala o degli impianti di cogenerazione. Il potenziamento del mercato dei generatori di energia distribuiti aumenterebbe ulteriormente la crescita delle energie rinnovabili.

Anche i consumatori ne trarrebbero beneficio, grazie ad un'offerta di prodotti più diversificata ed a prezzi più bassi; inoltre, i modelli blockchain potrebbero facilitare la realizzazione di progetti energetici finanziati dalla comunità. Per rispondere alla richiesta dell'aumento di autosufficienza energetica, sta emergendo un modello base di condivisione dell'elettricità: le microgrid comunitarie che comprendono il solare fotovoltaico e altre fonti di energia rinnovabile offrono ai partecipanti ed ai consumatori la sicurezza della disponibilità energetica in periodi di guasto della rete e la protezione dagli aumenti dei prezzi energetici guidati dal mercato dell'energia. In sostanza, offrono a produttori e consumatori un maggiore controllo sull'energia rinnovabile generata. Ad esempio, i residenti con fotovoltaico sul tetto possono vendere la loro energia in eccesso ai loro vicini invece di affidarsi alla classica misurazione della rete. I membri della rete sono in grado di eseguire queste transazioni energetiche peer to peer utilizzando i crediti in un registro blockchain.

Figura 2. Schema di transazione energetica con blockchain

Ciascun produttore e consumatore si collega alla microgrid attraverso un contatore a doppio scopo TransActive Grid Element o TAG-E. Il TAG-E misura la produzione e il consumo di energia dei partecipanti alla rete e comunica con altri dispositivi TAG-E per registrare le transazioni nella blockchain. Il meccanismo dello scambio energetico si basa sul caricamento dell'eccesso di energia solare di un residente e il consumo, per fornire energia in risposta alla domanda di un membro, essenzialmente si tratta di un vero e proprio sistema di compravendita di energia.

Figura 3. TransActive Grid Element di una rete energetica peer to peer

Figura 4. TransActive Grid Elements posti in serie in una microgrid

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