Einsatzmöglichkeiten der Blockchain-Technologie in der Energiewirtschaft

Inhaltsverzeichnis

Danksagung

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Einführung in die Blockchain-Technologie
2.1 Historie
2.2 Grundbegriffe
2.2.1 Zentral, Dezentral und Verteilt
2.2.2 Hashing
2.2.3 Konsens-Mechanismen
2.2.4 Smart Contracts
2.3 Aufbau der Blockchain
2.4 Ausprägungen
2.4.1 Public Blockchain
2.4.2 Private Blockchain
2.4.3 Hybride Blockchain
2.5 Chancen und Risiken
2.5.1 Chancen
2.5.2 Risiken
2.6 Coins und Token
2.7 Fazit

3 Netzregelverbund und Regelenergiemarkt
3.1 Europäisches Verbundnetz
3.2 Deutscher Netzregelverbund (NRV)
3.3 Regelenergie
3.4 Primärregelleistung (PRL)
3.4.1 Sekundärregelleistung (SRL)
3.4.2 Minutenregelleistung (MRL)
3.4.3 Vergütung

4 Blockchain in der Energiewirtschaft anhand ausgewählte Use-Cases
4.1 Use-Case Präqualifikation für Regelleistung
4.1.1 Präqualifikationsprozess
4.1.2 Einsatz Blockchain-Technologie
4.1.3 Potenzial
4.1.4 Zwischenfazit
4.2 Use-Case Optimierung von Regelleistung
4.2.1 Einsatz Blockchain-Technologie
4.2.2 Zwischenfazit
4.3 Use-Case Bilanzkreismanagement und -abrechnung
4.3.1 Bilanzkreismanagement und -abrechnung
4.3.2 Einsatz Blockchain-Technologie
4.3.3 Zwischenfazit
4.4 Use-Case Bezahlung grenzüberschreitender Energieaustausch
4.5 Fazit

5 Schlussbetrachtung
5.1 Zusammenfassung
5.2 Ausblick

Literaturverzeichnis

Danksagung

An dieser Stelle möchte ich mich bei der Forschungsstelle für Energiewirtschaft und all deren Mitarbeitern bedanken, welche mir die Möglichkeit meine Abschlussarbeit schreiben zu können und mir durch spannende Vorträge umfassende Einblicke in die Energiewirtschaft und deren Abläufe gegeben haben.

Ein besonderer Dank gilt Herrn Alexander Bogensperger, der als mein Betreuer zu jederzeit bei aufkommenden Fragen ansprechbar und mir mit seinem fachlichen Wissen stets eine große Hilfe für meine Arbeit war, sowie Herrn Andreas Zeiselmaier, als weiteren Ansprechpartner bei Fragen.

Ebenso möchte ich allen Beteiligten des Projekts B10X danken, welche während der Workshops durch spannende Fragen und Ideen mein Verständnis für die Thematik erweiterten. Auch hier noch einmal ein gesondertes Dankeschön an Herrn Dr. Enzenhöfer, welcher mir half spezielle Fragen im Bereich der Präqualifikation und Bilanzkreisabrechnung zu beantworten.

Bei meinem betreuenden Professor Herr Arlt möchte ich mich ebenfalls für den unkomplizierten Kontakt, die Hilfe bei aufkommenden Fragen während des ganzen Studiums und für die Betreuung meiner Arbeit bedanken.

Zu guter Letzt möchte ich mich bei meiner Familie bedanken, die mich während meines gesamten Studiums und meiner Abschlussarbeit herzlich unterstützt hat.

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 2-1: Zentralisation, Dezentralisation, Distribution

Abbildung 3-1: Regelzone Deutschland

Abbildung 3-2: Abrufreihenfolge der Regelleistungsprodukte

Abbildung 4-1: Darstellung Doppelhöckerkurve

Abbildung 4-2: Einsatz einer Blockchain bei der Präqualifikation

Abbildung 4-3: Überblick Potenziale Präqualifikation

Abbildung 4-4: Kosten Leistungsvorhaltung

Abbildung 4-5: e3 value model Bilanzkreismanagement

Abbildung 4-6: Einsatz Blockchain im Bilanzkreismanagement

Abbildung 4-7: Fristen Bilanzkreisabrechnung

Abbildung 4-8: Energieaustausch Schweiz-Deutschland

Abbildung 4-9: Übersicht der behandelten Einsatzmöglichkeiten

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Energie ist die Lebensader moderner wirtschaftlicher und menschlicher Aktivitäten, da diese in Haushalt, Industrie und Mobilität benötigt wird. Das einst durch langsame und stetige Veränderungen geprägte Energiesystem, erlebt auf lokaler, nationaler und globaler Ebene eine signifikante Transformation, angetrieben durch Innovationen und großen Veränderungen in der Politik und den Verbraucheranforderungen. Dabei scheint die Blockchain eine vielversprechende, zukunftsfähige und disruptive Technologie zu sein, die ganze Branchen oder große Teile davon verändern und prägen kann. Sie verspricht Transaktionen vollautomatisch, günstig und fälschungssicher abzuwickeln, was unser Verständnis wie wir bezahlen und wie wir mit Daten und Waren handeln grundlegend verändern kann. Hier bietet sich für Deutschland in Sachen Digitalisierung eine zweite Chance, um nicht länger in der Web 2.0 Revolution hinterherzuhinken. So erstrecken sich in der Energiewirtschaft die potenziellen Einsatzmöglichkeiten von Nachbarschaftsmodellen über Ökostrom-Labeling bis hin zum Bilanzkreismanagement. Die Blockchain-Technologie kann dabei die dazugehörigen Informationsflüsse und Transaktionen sicher und kosteneffizient abbilden und so zur Versorgungssicherheit und Netzstabilität in Zeiten der Energiewende beitragen. /BBEV-01 17/

In dieser Arbeit soll zuerst ein knapper Überblick über die Blockchain-Technologie und den daraus resultierenden Chancen und Risiken gegeben werden. Hierfür werden zuerst wichtige Grundbausteine aus denen sich die Blockchain zusammensetzt erklärt, um so eine Grundlage für das weitere Verständnis der Arbeit zu schaffen. Anschließend wird der Bogen zur Energiewirtschaft gespannt und Grundstrukturen des liberalisierten Strommarktes und des Netzregelverbundes erklärt. Dies bildet die Basis für die in den folgenden Abschnitten behandelten Einsatzmöglichkeiten der Blockchain-Technologie. Als erstes wird der Ablauf eines Präqualifikationsverfahrens erläutert und aufgezeigt aus welchem Grund eine Blockchain in diesem Bereich einen Mehrwert bieten kann. Um dies zu untermauern wurden theoretische Potenziale ermittelt. Inwiefern der Einsatz einer Blockchain-Technologie zur Optimierung von Regelleistung eingesetzt werden kann wird im nächsten Kapitel erörtert. Darauffolgend wird die Thematik des Bilanzkreismanagements und der damit verbundenen Bilanzkreisabrechnung detailliert dargestellt und mittels einem e3 value model veranschaulicht, um die Implementierung einer Blockchain in diesem Bereich und den daraus abgeleiteten Potenzialen nachvollziehen zu können. Der letzte in dieser Arbeit behandelte Use-Case betrachtet die Abrechnung von grenzüberschreitenden Energiemengen. Hierbei wird explizit die Beziehung zwischen der Schweiz und Deutschland beleuchtet. Am Ende wird ein kurzer Ausblick über mögliche zukünftige Entwicklungen gegeben und ein übergreifendes Fazit zu den Einsatzmöglichkeiten der Blockchain-Technologie in den in dieser Arbeit vorgestellten Bereichen gezogen. Hierbei werden noch einmal die wichtigsten Kernpunkte der einzelnen Use-Cases aufgegriffen und hervorgehoben.

2 Einführung in die Blockchain-Technologie

In diesem Kapitel soll die Blockhain-Technologie vorgestellt werden. Hierfür werden zuerst wichtige Grundbegriffe erklärt, welche als Basis dienen, um anschließend die Blockchain als Ganzes beschreiben zu können. Danach werden unterschiedliche Ausprägungen der Technologie aufgeführt. Im Anschluss folgt eine erste Auflistung und Beschreibung möglicher Chancen und Risiken, die allgemein durch die Technologie bestehen. Abschließend werden die aktuell (Stand April 2018) größten Kryptowährungen mit ihren jeweiligen spezifischen Merkmalen vorgestellt.

2.1 Historie

Die Geschichte der Blockchain-Technologie beginnt im Jahr 2008 durch die Veröffentlichung des White-Papers „Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System“ von Satoshi Nakamoto. Hier wurde ein System beschrieben, welches dezentrale Transaktionen ohne einem Intermediär ermöglichen soll. Um ein solches System überhaupt verwirklichen zu können, musste eine Vielzahl an Pionierleistungen in den Bereichen der Kryptographie, der Verteilten Systeme und des „Hashings“ erbracht werden. Ab diesem Zeitpunkt entwickelte sich die Blockchain-Technologie stetig weiter und die Zahl an Interessierten wuchs. Daraus resultieren unterschiedlichste Varianten und Weiterentwicklungen der Blockchain und eine Masse an Anwendungen in allen möglichen Branchen. Dieser regelrechte Hype spiegelt sich in der Marktkapitalisierung der aktuell 10 größten Kryptowährungen von rund 220 Mrd. € (Stand April 2018) wieder /ROEM-01 18/. Zum Vergleich das wertvollste deutsche Aktienunternehmen SAP SE hat eine Marktkapitalisierung von 108,4 Mrd. € (Stand April 2018) /FIN-02 18/.

Im nachfolgenden Kapitel wird ein kurzer und knapper Überblick über die BlockchainTechnologie und deren wichtigsten Eigenschaften gegeben.

2.2 Grundbegriffe

Um die Blockchain-Technologie verstehen und deren Potenziale nachvollziehen zu können werden in den folgenden Abschnitten die wichtigsten Bausteine wie verteilte Netzwerkstrukturen, Hashing, Konsens-Mechanismen und Smart Contracts erörtert. Diese bilden die Grundlage für ein Verständnis über die Innovationskraft und das disruptive Potenzial der Technologie.

2.2.1 Zentral, Dezentral und Verteilt

Abbildung 2-1 zeigt den Unterschied zwischen zentralen, dezentralen und verteilten Netzwerkstrukturen auf.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-1: Zentralisation, Dezentralisation, Distribution (Eigene Darstellung)

Bei einer Zentralisation werden alle wichtigen Informationen und Prozesse über eine einzelne Stelle gesammelt und abgewickelt. Das bedeutet die Kontrolle liegt bei einem Intermediär. Wohingegen bei der Dezentralisation die Kontrolle über einzelne Bestandteile eines Systems auf verschiedene Stellen verteilt ist. Verteilte Systeme kommen aus der Netzwerktechnik und stellen einen Zusammenschluss vieler autonomer Stellen zu einem nach außen hin wirkenden einheitlichen System dar. Die einzelnen Stellen, später in der Blockchain als Knoten bezeichnet, kommunizieren und koordinieren Aktionen untereinander und tauschen Nachrichten aus. /UCL-01 97/

2.2.2 Hashing

Mittels Hash-Funktionen können komplexe Eingabedaten in einer kurzen Zeichenfolge aus Zahlen und Buchstaben, einem Hash, dargestellt werden. Ein Hash kann als digitaler Fingerabdruck gesehen werden, da aus jedem Input ein individueller Hash entsteht. Folglich führt eine Änderung des Inputs zu einer Änderung des Hashs. Dies macht sich die Blockchain-Technologie zunutze, indem jeder Block und jede Transaktion in einen Hash umgewandelt wird. Dabei ist ein fundamentales Merkmal, dass die Korrektheit eines Hashwertes sehr leicht überprüft werden kann, wohingegen das Rückrechnen auf die Input-Werte so gut wie unmöglich ist. /BDEW-101 17/ Durch die Hash-Funktionen werden die Blöcke und Transaktionen einer Blockchain vor nachträglichen Veränderungen geschützt. Da die Daten für jeden Teilnehmer im Netz transparent vorliegen, kann auch jeder die Gültigkeit der Hashwerte überprüfen.

2.2.3 Konsens-Mechanismen

Die Idee hinter der Blockchain ist unter anderem Daten dezentral zu speichern, um somit keiner zentralen Stelle vertrauen zu müssen. Hierfür werden bei der Blockchain- Technologie Konsens-Algorithmen verwendet, welche es ermöglichen, dass jeder Teilnehmer prüfen kann, ob seine Blockchain den Regeln entspricht. Ein Konsens- Mechanismus kann demnach als Herzstück einer Blockchain betrachtet werden. Dieser stellt sicher, dass eine Übereinstimmung aller Teilnehmer im Netzwerk über eine Wahrheit erfolgt. Dabei ermöglicht ein Alogrithmus, dass beispielsweise eine Transaktion ohne Intermediär sicher und zuverlässig ausgeführt wird. Der aktuell am häufigst genutzte Konsens-Mechanismus ist der Proof of Work (PoW). Dieser kann als eine Art Nachweis für eine erbrachte Arbeit angesehen werden. Das Ziel des Algorithmus ist es, ein kryptographisches Rätsel zu lösen, damit ein neuer Block, welcher eine gewisse Anzahl an Transaktionen, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums gesammelt wurden, generiert werden kann und somit einen Hashwert mit einer genau definierten Anzahl an führenden Nullen erzeugt. Alle anderen Knoten können ohne großen Aufwand prüfen, ob der neue Block ordnungsgemäß berechnet wurde und validieren diesen schließlich. Um dieses kryptographische Rätsel lösen zu können muss ein enormer CPU-basierter Rechenaufwand erfolgen. Dies ist auch der Grund für den hohen Energieverbrauch des PoW-Minings. Mining kann als ein Prozess verstanden werden bei dem Nutzer ihre Rechenleistung dem Netzwerk zur Verfügung stellen, um Transaktionen verarbeiten, absichern und synchronisieren zu können. /PWC-01 16/, /FIT-01 17/

Als Alternative zum Proof of Work Algorithmus wurde der Proof of Stake Algorithmus entwickelt. Hier soll der Problematik des hohen Energieverbrauchs Abgeltung getan werden. Um am Netzwerk teilnehmen zu können, muss ein Besitznachweis in Form einer Einlage von Geld erfolgen. Der Algorithmus ermittelt zufällig einen Teilnehmer im Netzwerk, welcher die Berechnung des neuen Blocks durchführen soll, wobei Teilnehmer mit einem hohen Besitzanteil bevorzugt ausgewählt werden. Somit findet kein Rechenwettbewerb gegeneinander statt und der Energieverbrauch ist deutlich geringer als bei einem PoW Algorithmus. Darüber hinaus gibt es mittlerweile unzählige weitere Varianten von Konsens-Mechanismen auf welche hier nicht genauer eingegangen wird. /NEUM-01 17/

Konsens-Mechanismen sind somit notwendig, um neue Blöcke berechnen und validieren zu können. Dabei soll ein gemeinsamer Konsens auf eine identische Version der Blockchain erlangt werden.

2.2.4 Smart Contracts

Smart Contracts sind kleine Programme, welche dezentral auf einer Blockchain Plattform laufen und dort automatisiert ausgeführt werden können. Mittels eines Programmcodes wird eine Aktion ausgeführt, wenn eine oder mehrere Bedingungen erfüllt werden. Die Software prüft somit automatisiert, ob vordefinierte Bedingungen durch Ereignisse auf der Blockchain wie beispielsweise, eine Anfrage eines Benutzers, eine Transaktion oder einem anderen Smart Contract, erfüllt werden und löst dementsprechend eine Aktivität aus. Vereinfacht gesagt entsprechen Smart Contracts einer Wenn-Dann-Logik. Jedoch ist zu beachten, dass sie lediglich als Ergänzung zum bestehenden Rechtssystem betrachtet werden können, da Vertragsinhalte zuerst auf ihre Gültigkeit hin überprüft werden müssen. /BDEW-101 17/ Smart Contracts können für folgende Anwendungsbereiche eingesetzt werden /BER-01 17/:

- Datenspeicherung und Verwaltung
- Erstellung von Tokens
- Vertragsschließung zwischen zwei oder mehreren Parteien ohne zentrale Stelle  Interaktion mit anderen Smart Contracts
- Komplexe Authentifizierungsmöglichkeiten.

Festzuhalten bleibt, dass ein Smart Contract keinen klassischen Vertrag in Textform darstellt, sondern ein Softwareprogramm, welches automatisiert eine Aktion ausführt, wenn die beteiligten Parteien zuvor festgelegte Bedingungen erfüllen. Insofern kann sich durch Smart Contracts ein hoher Grad an Automatisierung für eine Blockchain ergeben und aus ihr mehr als nur einen verteilten und sicheren Speicher machen.

2.3 Aufbau der Blockchain

Um das Potenzial einer Blockchain nachvollziehen und bewerten zu können, ist es zuerst einmal notwendig, das Grundschema der Technologie zu verstehen, welches anschließend kurz beschrieben wird.

Die Blockchain-Technologie kann als eine Art verteiltes Kassenbuch verstanden werden. Hierbei wird zum Beispiel eine Transaktion nicht über einen Intermediär bzw. zentrale Stelle, wie etwa heute eine Bank oder Börse, abgewickelt, sondern direkt Peer-to-Peer (P2P) über ein dezentrales Netzwerk zwischen den beiden Parteien. Dies ist auch der erste und aktuell bekannteste Anwendungsfall (Bitcoin) der Technologie, das Abwickeln von Finanztransaktionen ohne einem Intermediär, die sogenannten Kryptowährungen. An dieser Stelle ist jedoch gleich anzumerken, dass die Blockchain-Technologie auf Grund ihrer Eigenschaften, welche im späteren Verlauf beschrieben werden, viele Anwendungsgebiete hat, wie beispielsweise der Energiewirtschaft, Gesundheitswesen, Immobilienbranche, Supply Chain Management und Verwaltung, um nur ein Paar zu nennen.

Das Grundschema der Blockchain besteht darin, dass alle in einem gewissen Zeitraum stattgefundenen Transaktionen, aller im gesamten Netzwerk teilnehmender Akteure, gesammelt und in einem Block zusammengefasst werden. Ein Konsens-Mechanismus bestätigt die Echtheit und Richtigkeit aller Transaktionen innerhalb eines Blockes und wandelt jede Transaktion und den gesamten Block in einen einzigartigen Hash um und knüpft den neu erzeugten Block an den vorherigen Block. Jeder Block kann somit eindeutig identifiziert werden und ist über den Hashwert des vorangegangenen Blockes verknüpft. /FIT-01 17/ Durch diese Verkettung der jeweiligen Blöcke wird eine Kette aus Blöcken realisiert, die sogenannte Blockchain. Die Richtigkeit eines Blockes kann durch seinen individuellen Hashwert sehr einfach und schnell durch das gesamte Netzwerk überprüft und anschließend validiert werden. Entsteht im Netzwerk Konsens über den neuen Block, so wird dieser verteilt auf einer Vielzahl an teilnehmenden Rechnern, den sogenannten Knoten, gespeichert. /PWC-01 16/

Die Blockchain-Technologie lässt sich abschließend als ein Prinzip beschreiben, welches sämtliche Transaktionen aller Teilnehmer eines Netzwerks per Konsens-Mechanismus validiert und in einem gemeinsamen Kassenbuch auf einer Vielzahl von Computern speichert. Dies führt dazu, dass nicht mehr einer einzelnen zentralen Instanz vertraut werden muss. In den nachfolgenden Abschnitten wird auf relevante Ausprägungsarten der Blockchain-Technologie eingegangen und die markantesten Chancen und Risiken der Technologie kurz aufgezeigt.

2.4 Ausprägungen

Der Grundgedanke hinter der Blockchain beruht unter anderem auf einem dezentralen bzw. verteilten Netzwerk. Jedoch sind auch unterschiedliche Ausgestaltungen in Hinsicht auf Zugang, Rechte oder Rollen auf der Blockchain möglich. In diesem Abschnitt werden mögliche Ausgestaltungsmöglichkeiten aufgezeigt.

2.4.1 Public Blockchain

Bei den öffentlichen Blockchains kann jeder teilnehmen und somit Transaktionen ausführen oder auch an der Konsensfindung mitwirken. Das nachträgliche Ändern von Daten ist nur über das Mehrheitsprinzip möglich. Ein Hauptproblem dieser Variante ist somit, dass sich Neuerungen nur schwer durchsetzen lassen, da alle Entscheidungen ebenfalls über das Mehrheitsprinzip erfolgen. Die erste und bekannteste Public Blockchain ist die Bitcoin-Blockchain. /PWC-01 16/

2.4.2 Private Blockchain

In einer privaten bzw. geschlossenen Blockchain ist der Kerngedanke einer Blockchain, die Dezentralität, nicht mehr gegeben, da hier eine zentrale Stelle die Blockchain verwaltet und folglich der Zugang nicht öffentlich ist. Demnach ist die Teilnehmerzahl beschränkt und es kann nicht nach Belieben teilgenommen werden. Dies hat zum Vorteil, dass Verbesserungen oder Änderungen leichter durchgeführt werden können und somit das Problem der Skalierbarkeit wesentlich verringert wird. Das bedeutet der Aufwand zum Speichern und Validieren von neuen Blöcken sinkt drastisch, jedoch auch der Aufwand zum nachträglichen Verfälschen der Blockchain. Deshalb bietet sich eine Private Blockchain besonders an, wenn einer zentralen Domäne vertraut wird. /KOEI-01 17/

2.4.3 Hybride Blockchain

Die hybride Blockchain bietet die Möglichkeit, die Eigenschaften und Stärken von öffentlichen und geschlossenen Blockchains zu kombinieren und somit eine für sich passende Lösung zu gestalten. Dies bietet enorme Potenziale für neue Geschäftsmodelle, da die Verantwortung bei einer oder mehreren zentralen Instanzen verbleibt.

Denkbar ist, dass die meisten Blockchain-Anwendungen in vielen Branchen über hybride beziehungsweise konsortiale Blockchains gelöst werden, da hier die Rechte und Hoheit bei einer oder mehreren zentralen Instanzen fortbestehen bleiben und die Möglichkeit zu einer freien Gestaltung hinsichtlich ihrer Eigenschaften besteht.

2.5 Chancen und Risiken

Auf den ersten Blick erscheint die Blockchain, egal welche Ausprägung betrachtet wird, lediglich als einfache Datenbank. Nur mit dem Unterschied, dass diese nicht zentral auf einem Server gespeichert ist, sondern verteilt auf einer großen Anzahl an teilnehmenden Rechnern. Dies entspricht jedoch nicht dem tatsächlichen Sachverhalt, da sich durch die unvergleichbare Funktionsweise einer Blockchain wie in den vorangegangenen Kapiteln beschrieben, signifikante Chancen, aber auch Risiken und Hindernisse ergeben, welche in den nachfolgenden Kapiteln näher beleuchtet werden.

2.5.1 Chancen

Durch den dezentralen Konsens-Mechanismus einer Blockchain, ist die Unumgänglichkeit eines Intermediärs zur korrekten Legitimation von Transaktionen, nicht mehr gegeben. Demnach wird der „single point of failure“ einer zentralen Instanz excludiert, da die Konsensfindung durch eine Vielzahl an Akteuren stattfindet. Dies ist ein signifikanter Vorteil der Blockchain-Technologie. Aufgrund der dezentralen Gemeinschaft und Konsensfindung bildet sich eine Vertrauensinstanz. Wodurch die Blockchain, für sich einander nicht bekannten Parteien, Vertrauen schaffen kann. Des Weiteren wird durch den Konsens-Mechanismus Datenintegrität und Manipulationssicherheit gewährleistet und „double spending“ kann verhindert werden. Durch die manipulationssichere und öffentlich einsehbare Datenbank bzw. distributed ledger ist Transparenz gewährleistet, währenddessen Pseudonymisierung durch asymmetrische Verschlüsselung weiterhin ermöglicht wird.

Nicht außer Acht zu lassen ist der hohe Grad an Automatisierung, welcher durch die in Kapitel 2.2.4 genannten Smart Contracts, erreicht werden kann.

Vorteile wie Datensouveränität, Disintermediation, Prozessautomatisierung und die damit einhergehende Kostenreduktion, Sicherheit, Transparenz und Anonymität kann durch die Blockchain-Technologie und ihrer dezentralen Gemeinschaft, welche als Vertrauensinstanz fungiert, ermöglicht werden. Bereits nach dieser kurzen Darlegung der Chancen wird ersichtlich, dass die Blockchain mit all ihren technologischen Besonderheiten erhebliches Potenzial in vielen Bereichen bieten kann. /BBEV-01 17/

2.5.2 Risiken

Neben all den Möglichkeiten, die sich durch die Blockchain-Technologie ergeben, existieren noch viele Herausforderungen, welche es, bei dieser noch recht jungen Technologie, zu bewerkstelligen gilt.

Die in diesem Jahr (Mai 2018) inkrafttretende Datenschutz-Grundverordnung (EU- DSGVO) berührt unter anderem durch das Recht auf Löschung („Recht des Vergessenwerden“) eine wesentliche Eigenschaft der Blockchain, da das Löschen einzelner Daten und Blöcke nicht möglich ist. „Die betroffene Person hat das Recht, von dem Verantwortlichen zu verlangen, dass sie betreffende personenbezogene Daten unverzüglich gelöscht werden. (...)“ /EU-11 16/ Genauso können Probleme im Bezug auf die Haftung und Gerichtsbarkeit entstehen, da im Falle eines Schadens aufgrund der fehlenden zentralen Instanz keine direkte Konfliktregelung erfolgen kann /EMEA-01 17/. Hier wird schnell ersichtlich, dass in diesem Bereich eine geschlossene Blockchain große Vorteile mit sich bringt.

Eine weitere vor allem in den Medien propagierte Limitation ist der hohe Energieverbrauch einer Blockchain, durch den zur Konsensfindung eingesetzten PoW Konsens-Mechanismus und den damit verbundenen hohen Rechenaufwand. Allein für das Bitcoin-Netzwerk wurde ein Gesamtstromverbrauch von circa 15 TWh im Jahr 2017 ermittelt. Dies entspricht in etwa dem Gesamtjahresverbrauch von Staaten wie Kroatien oder Jordanien /BDEW-101 17/. Dieser Limitation kann jedoch durch die Verwendung von bereits bekannten Konsens-Mechanismen wie beispielsweise Proof-of-Stake oder Proof-of-Authority entgegengewirkt werden, welche eine ressourcenschonende Alternative darstellen.

Die begrenzte Skalierbarkeit stellt einen aktuell weiteren limitierenden Faktor da. Eine begrenzte Blockgröße beschränkt die Anzahl an Transaktionen, die pro Sekunde abgewickelt werden können, wohingegen größere Blöcke zu größeren Datenmengen und einem erhöhten Speicherbedarf bei den Knoten führen. Durch das ständige Aneinanderreihen der Blöcke zu einer Kette wird der Speicherbedarf kontinuierlich größer. Die aktuell geringe Anzahl an Transaktionen, die pro Sekunde ausgeführt werden können und die daraus resultierende Schnelligkeit, schränkt viele Blockchain- Anwendungen noch stark ein. Hier wird bereits unter Hochdruck an Updates gearbeitet, welche die Skalierbarkeit wesentlich verbessern sollen. /AFC-01 16/

Neben der Skalierbarkeit und Regulatorik sowie dem Energieverbrauch ist insbesondere die Interoperabilität von Blockchains untereinander ein Faktor, der die Bedeutung der Technologie maßgebend beeinflussen wird. Damit ist gemeint, dass unterschiedliche Blockchain-System die Fähigkeit zur Zusammenarbeit besitzen. Zum Beispiel ist die Übertragung eines Wertes auf eine andere Blockchain aktuell nur über einen Intermediär möglich. Auch hier wird bereits an unterschiedlichsten Lösungen gearbeitet. /BDEW-101 17/

Dieser kurze Überblick zu den Limitationen zeigt bereits sehr deutlich, dass es noch einen enormen Bedarf an Weiterentwicklungen benötigt, bis die Blockchain-Technologie eine breite Anwendungsreife erreichen wird. Fehlende Standardisierungen und Langzeit-Erfahrungen, sowie regulatorische Aspekte erschweren es zusätzlich, qualitative Vorhersagen zur Entwicklungen der Technologie zu treffen.

2.6 Coins und Token

Derzeit werden über 1.500 Kryptowährungen mit einer gesamten Marktkapitalisierung von rund 279,5 Mrd. € (Stand April 2018) gehandelt /ROEM-01 18/. In diesem Kapitel wird ein kurzer Überblick über die aktuell bekanntesten Kryptowährungen und deren Besonderheiten gegeben.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2-1: Bekannte Kryptowärhungen (Eigene Darstellung, Quelle: /HILE-01 17/)

Bitcoin ist die erste funktionsfähige Kryptowährung und Blockchain-Anwendung. Ethereum ist die erste Blockchain auf welcher Smart Contracts eingesetzt werden und dient als eine Blockchain-Plattform u.a. für Initial Coin Offerings (ICO). Die Kryptowährunge Ripple wurde speziell für den Austausch zwischen Banken entwickelt wohingegen IOTA auf einer Abwandlung der Grundidee hinter Blockchain basiert und Interaktionen zwischen Maschinen ermöglichen soll. Währungen wie Monero, ZCash und Dash legen besonderen Wert auf die Anonymität der Benutzer und verwenden hierfür verschiedenste Verschleierungs-Mechanismen. Die Entwickler von Cardano wollen mit ihrer Technologie die Erstellung und Ausführung von dezentralen Anwendungen auf Basis funktionaler Programme ermöglichen und dabei bereits eng mit Regulierungsbehörden zusammenarbeiten. Eine Anwendungsplattform mit Smart Contracts für den Austausch von digitalen Werten stellt New Economy Movement (NEM) und NEO dar. /HILE-01 17/

Dieser kurze Abriss soll zeigen, dass es eine Vielzahl an Kryptowährungen gibt, diese jedoch aber oftmals nicht miteinander vergleichbar sind, da sie für die verschiedensten Einsatzmöglichkeiten entwickelt wurden. Auch hier ist nicht abzusehen, welche Währungen bzw. Technologien sich langfristig durchsetzen und das Potenzial für signifikante Einsatzmöglichkeiten bieten werden. So ist es auch denkbar, dass für energiewirtschaftliche Prozesse bereits bekannte Coins bzw. Tokens verwendet werden oder aber auch speziell für die entsprechende Anwendung ein eigener Coin entwickelt wird.

2.7 Fazit

Abschließend werden in diesem Kapitel noch einmal die wesentlichsten Punkte der Blockchain herauskristallisiert.

Die Blockchain-Technologie ermöglicht es Transaktionen ohne einen Intermediär sicher durchzuführen und diese manipulationssicher auf einer Vielzahl an Rechnern, ähnlich eines verteilten Kassenbuchs, abzuspeichern. Von fundamentaler Bedeutung für das Funktionieren der Blockchain sind technologische Errungenschaften in den Bereichen des Hashings, Kryptographie und verteilten Datenbanksystemen aus der Vergangenheit. Darüber hinaus kann der Einsatz von Smart Contracts auf einer Blockchain zu einer hohen Automatisierung von Geschäftsprozessen führen und diese wesentlich beschleunigen /DENA-06 16/.

Die größten Herausforderungen, denen sich die Blockchain-Technologie aktuell gegenübergestellt sieht sind aus technischer Sicht die Skalierbarkeit, Schnelligkeit und Interoperabilität. Aus regulatorischer und rechtlicher Sicht ergeben sich aktuell noch große Unklarheiten im Bezug auf die Datenschutzgrundverordnung der EU und die fehlende Verantwortlichkeit in einem dezentralen System.

Als weitere Grundlage, um die in Kapitel 4 untersuchten Blockchain-basierten UseCases verstehen zu können, werden nachfolgend wesentliche Grundstrukturen des Energiemarktes erklärt.

3 Netzregelverbund und Regelenergiemarkt

In diesem Kapitel wird zunächst die Struktur des europäischen und deutschen Netzregelverbundes und die verantwortlichen Akteure, welche mit der behandelten Thematik in Zusammenhang stehen, vorgestellt. Darauf aufbauend erfolgt eine Erläuterung, der den Übertragungsnetzbetreibern zur Verfügung stehenden Regelenergieprodukte, welche im Falle eines Ungleichgewichts zwischen Einspeisung und Verbrauch abgerufen werden können. Diese Regelenergieprodukte bzw. der Regelenergiemarkt stellen die Basis für die in dieser Arbeit behandelten Einsatzmöglichkeiten dar.

3.1 Europäisches Verbundnetz

Eine Besonderheit der Stromsysteme ist, dass sie voneinander völlig unabhängig betrieben werden. Demnach existiert ein europäisches Stromsystem, das sich in mehrere bzw. vier Verbundsysteme untergliedert. Deutschland und viele weitere europäische Länder bilden das zentraleuropäische Verbundnetz, welches auf Höchst- und Hochspannungsebene sehr engmaschig miteinander verknüpft ist. Dieses Verbundsystem ist ein sogenanntes Wechselstromsystem, dies ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass alle Erzeuger und Verbraucher innerhalb dieses Verbundes synchron betrieben werden, sprich Netzfrequenz und Phasenlage sind exakt gleich. Die Gleichgewichtsfrequenz hat einen Sollwert von 50 Hz. Um dieses Gleichgewicht in dem Verbundsystem aufrecht zu halten, muss die Summe der im Gesamtnetz erzeugten elektrischen Energie zu jedem Zeitpunkt der Summe der entnommenen Energie entsprechen. Hierfür ist das Verbundsystem in verschiedene Regelzonen aufgeteilt.

3.2 Deutscher Netzregelverbund (NRV)

Für die vier großen Netzgebiete in Deutschland ist jeweils einer der Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) Amprion, TenneT, TransnetBW und 50Hertz verantwortlich. Die geographische Aufteilung der Regelzonen ist in Abb. 3-1 ersichtlich.

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