Smart Contract Local Energy Communicty
Probleemschets
Overtollige (groene) energie opgewekt op locatie X is momenteel onbruikbaar op locatie Y. Deze energie kan verkocht worden aan het net voor een injectievergoeding, maar die ligt lager dan de aankoopprijs van elektriciteit op het net.
Local Energy Communities (LEC) bieden hier een opportuniteit. Binnen een LEC kunnen twee of meer digitale meters van LEC-leden met elkaar verrekend worden tot één nettoverbruik. Dat is een zuiver administratieve procedure: één kilowattuur opgewekt maar niet verbruikt op locatie X kan worden gerepresenteerd door één token. Door deze tokens over te dragen aan een ander lid binnen de LEC (lid Y) kan de meterstand van Y met 1 kilowattuur worden verminderd. Het gaat dus niet om de fysieke uitwisseling van energie, maar om de uitwisseling van representaties (tokens) van energie in een administratief proces. Dit is gunstig voor de LEC-leden, die kunnen profiteren van elkaars (groene) overproductie, en moet leiden tot meer investeringen in (groene) energie in het algemeen.
Vandaag is er geen procedure voor deze administratieve afhandeling. Centrale verrekening van meerdere digitale meters kan momenteel niet gebeuren door energieproducenten of netbeheerders. Een noodzakelijke voorwaarde om LECs te laten functioneren is daarmee onvervuld.
Aangezien centrale verrekening van meerdere digitale meters door een ‘arbiter’ die boven de LEC-leden staat onmogelijk is, dringt de piste van decentrale verrekening zich op. Distributed Ledger Technology (DLT), zoals blockchain, is de leidende technologie-stack om, bij gebrek aan een arbiter, toch voor betrouwbare transacties te zorgen. In recent onderzoek is de potentie van deze technologie voor de uitwisseling van energietokens op de kaart gezet.
LEC-leden onderwerpen zich aan een automatisch uitgevoerde regelset die de uitwisseling van energietokens reguleert. Deze regelset wordt een smart contract. Aangezien de transactie van de tokens zonder menselijke inmenging gebeurt en onomkeerbaar op de blockchain geregistreerd staat, heeft dit systeem de potentie een foutloos transactieproces tussen LEC-leden te faciliteren.
De procedure om een smart contract-gedreven LEC op te starten, en de methode om deze technische te implementeren, zijn grotendeels onontgonnen terrein. De toepassing ervan is niet sectorspecifiek, maar kan van toepassing zijn voor iedereen die energie gebruikt-verbruikt: kandidaat uitbaters/beheerders/gebruikers systeemontwikkelaars en vak- & koepelorganisaties van KMO’s en de maakindustrie.
Onderzoeksvragen
De centrale onderzoeksvraag luidt: In hoeverre kunnen smart contracts de transactie van energietokens tussen de leden van een in Vlaanderen gesitueerde Local Energy Community foutloos en efficiënt laten verlopen?
De hoofdvraag wordt beantwoord middels vier deelvragen:
1. Met welke regulatieve kaders moet in Vlaanderen rekening worden gehouden bij de opzet van een LEC in het algemeen en bij transacties binnen LECs in het bijzonder?
2. Welke functies moet een smart contract bevatten om, binnen deze regulatieve kaders, foutloos haar basale functie uit te voeren: één kilowattuur overschot bij lid X - één token - foutloos overdragen aan lid Y, zodat de meter daar één kilowattuur daalt?
3. Welke andere functies moet het smart contract, naast deze basale functie, bevatten om de transactie van tokens optimaal te laten verlopen in allerlei wisselende scenario's, zoals bijvoorbeeld het uitsluiten van fraude, de prioritering binnen de LEC voor het opladen van elektrische wagens, enzovoort?
4. Wat zijn de kosten en baten van dit systeem, afgezet tegen de kosten en baten van alternatieve systemen als (i) centrale verrekening, (ii) andere decentrale methodes van verrekening of (iii) werken zonder LEC en de overtollige energie verkopen aan het net?
Methodologie
Hoofd- en deelvragen worden beantwoord via drie casestudies - één in de non-profit en twee in de industrie waardoor we de adequate en efficiënte werking van smart contract-gedreven transacties binnen een LEC in drie verschillende contexten onderzoeken. De verschillen in motivatie, randvoorwaarden en schaal zullen het transactiemodel verrijken alsook uitdagen, zodat het breder toepasbaar wordt. Concreet hanteren we volgende methodes:
1. Via literatuurstudie brengen we de Vlaamse regelgeving relevant voor LECs, en specifiek de transacties binnen LECs, in kaart. Deze regelgeving is verspreid over documentatie van partijen als Synergrid, Fluvius en ELIA. De geconsolideerde informatie uit deze bronnen vormt een kader voor de smart contracts die de uitwisseling van tokens binnen de LEC aansturen. Deze resultaten zullen getoetst worden aan de ervaringen en toepassingen van onze werkveldpartners.
2. Vervolgens maken we een functionele analyse van de regels die nodig zijn om de meest basale transactie binnen een LEC uit te voeren: de uitwisseling van tokens van een LEC-lid met energie-overschot met andere LEC-leden. Het resultaat van deze analyse is een coherente set functies (input-output-regels) die samen de foutloze werking van deze operatie garanderen. Bij deze analyse nemen we ook de architectuur van bestaande smart contracts in ogenschouw. We stemmen af met onze casestudy-partners uit het werkveld over de implementeerbaarheid.
3. In de volgende fase voegen we bijkomende parameters toe aan de analyse uit stap twee, zodanig dat alle scenario's, of what-ifs, die van invloed kunnen zijn op de uitwisseling van energietokens binnen de LEC afgedekt zijn. Dit gebeurt in samenspraak met de werkveldpartners waarmee we de cases uitvoeren alsook diegene waarbij we de cases toetsen. Zo komen we tot geparametriseerde functionele analyses. Via simulaties in Hysopt voeren we voor onze cases virtuele experimenten uit, om te bepalen of de functionele analyses coherent en volledig zijn voor de cases die we hebben gekozen.
4. De kosten/baten-analyse wordt gemaakt door de potentiële kosten & opbrengsten van de smart contract-gedreven LEC te simuleren en af te zetten tegen alternatieve transactie-systemen op de markt. Per case kunnen we een kosten/baten-afweging maken waarbij we variabelen als ontwerp- en energiekosten van het systeem incalculeren. Deze input zal gevoed worden door de reële kosten van het werkveld (casus partners). Zo willen we bepalen onder welke condities, if any, een smart contract-gedreven LEC bedrijfskundig interessant is voor deze cases.
Overtollige (groene) energie opgewekt op locatie X is momenteel onbruikbaar op locatie Y. Deze energie kan verkocht worden aan het net voor een injectievergoeding, maar die ligt lager dan de aankoopprijs van elektriciteit op het net.
Local Energy Communities (LEC) bieden hier een opportuniteit. Binnen een LEC kunnen twee of meer digitale meters van LEC-leden met elkaar verrekend worden tot één nettoverbruik. Dat is een zuiver administratieve procedure: één kilowattuur opgewekt maar niet verbruikt op locatie X kan worden gerepresenteerd door één token. Door deze tokens over te dragen aan een ander lid binnen de LEC (lid Y) kan de meterstand van Y met 1 kilowattuur worden verminderd. Het gaat dus niet om de fysieke uitwisseling van energie, maar om de uitwisseling van representaties (tokens) van energie in een administratief proces. Dit is gunstig voor de LEC-leden, die kunnen profiteren van elkaars (groene) overproductie, en moet leiden tot meer investeringen in (groene) energie in het algemeen.
Vandaag is er geen procedure voor deze administratieve afhandeling. Centrale verrekening van meerdere digitale meters kan momenteel niet gebeuren door energieproducenten of netbeheerders. Een noodzakelijke voorwaarde om LECs te laten functioneren is daarmee onvervuld.
Aangezien centrale verrekening van meerdere digitale meters door een ‘arbiter’ die boven de LEC-leden staat onmogelijk is, dringt de piste van decentrale verrekening zich op. Distributed Ledger Technology (DLT), zoals blockchain, is de leidende technologie-stack om, bij gebrek aan een arbiter, toch voor betrouwbare transacties te zorgen. In recent onderzoek is de potentie van deze technologie voor de uitwisseling van energietokens op de kaart gezet.
LEC-leden onderwerpen zich aan een automatisch uitgevoerde regelset die de uitwisseling van energietokens reguleert. Deze regelset wordt een smart contract. Aangezien de transactie van de tokens zonder menselijke inmenging gebeurt en onomkeerbaar op de blockchain geregistreerd staat, heeft dit systeem de potentie een foutloos transactieproces tussen LEC-leden te faciliteren.
De procedure om een smart contract-gedreven LEC op te starten, en de methode om deze technische te implementeren, zijn grotendeels onontgonnen terrein. De toepassing ervan is niet sectorspecifiek, maar kan van toepassing zijn voor iedereen die energie gebruikt-verbruikt: kandidaat uitbaters/beheerders/gebruikers systeemontwikkelaars en vak- & koepelorganisaties van KMO’s en de maakindustrie.
Onderzoeksvragen
De centrale onderzoeksvraag luidt: In hoeverre kunnen smart contracts de transactie van energietokens tussen de leden van een in Vlaanderen gesitueerde Local Energy Community foutloos en efficiënt laten verlopen?
De hoofdvraag wordt beantwoord middels vier deelvragen:
1. Met welke regulatieve kaders moet in Vlaanderen rekening worden gehouden bij de opzet van een LEC in het algemeen en bij transacties binnen LECs in het bijzonder?
2. Welke functies moet een smart contract bevatten om, binnen deze regulatieve kaders, foutloos haar basale functie uit te voeren: één kilowattuur overschot bij lid X - één token - foutloos overdragen aan lid Y, zodat de meter daar één kilowattuur daalt?
3. Welke andere functies moet het smart contract, naast deze basale functie, bevatten om de transactie van tokens optimaal te laten verlopen in allerlei wisselende scenario's, zoals bijvoorbeeld het uitsluiten van fraude, de prioritering binnen de LEC voor het opladen van elektrische wagens, enzovoort?
4. Wat zijn de kosten en baten van dit systeem, afgezet tegen de kosten en baten van alternatieve systemen als (i) centrale verrekening, (ii) andere decentrale methodes van verrekening of (iii) werken zonder LEC en de overtollige energie verkopen aan het net?
Methodologie
Hoofd- en deelvragen worden beantwoord via drie casestudies - één in de non-profit en twee in de industrie waardoor we de adequate en efficiënte werking van smart contract-gedreven transacties binnen een LEC in drie verschillende contexten onderzoeken. De verschillen in motivatie, randvoorwaarden en schaal zullen het transactiemodel verrijken alsook uitdagen, zodat het breder toepasbaar wordt. Concreet hanteren we volgende methodes:
1. Via literatuurstudie brengen we de Vlaamse regelgeving relevant voor LECs, en specifiek de transacties binnen LECs, in kaart. Deze regelgeving is verspreid over documentatie van partijen als Synergrid, Fluvius en ELIA. De geconsolideerde informatie uit deze bronnen vormt een kader voor de smart contracts die de uitwisseling van tokens binnen de LEC aansturen. Deze resultaten zullen getoetst worden aan de ervaringen en toepassingen van onze werkveldpartners.
2. Vervolgens maken we een functionele analyse van de regels die nodig zijn om de meest basale transactie binnen een LEC uit te voeren: de uitwisseling van tokens van een LEC-lid met energie-overschot met andere LEC-leden. Het resultaat van deze analyse is een coherente set functies (input-output-regels) die samen de foutloze werking van deze operatie garanderen. Bij deze analyse nemen we ook de architectuur van bestaande smart contracts in ogenschouw. We stemmen af met onze casestudy-partners uit het werkveld over de implementeerbaarheid.
3. In de volgende fase voegen we bijkomende parameters toe aan de analyse uit stap twee, zodanig dat alle scenario's, of what-ifs, die van invloed kunnen zijn op de uitwisseling van energietokens binnen de LEC afgedekt zijn. Dit gebeurt in samenspraak met de werkveldpartners waarmee we de cases uitvoeren alsook diegene waarbij we de cases toetsen. Zo komen we tot geparametriseerde functionele analyses. Via simulaties in Hysopt voeren we voor onze cases virtuele experimenten uit, om te bepalen of de functionele analyses coherent en volledig zijn voor de cases die we hebben gekozen.
4. De kosten/baten-analyse wordt gemaakt door de potentiële kosten & opbrengsten van de smart contract-gedreven LEC te simuleren en af te zetten tegen alternatieve transactie-systemen op de markt. Per case kunnen we een kosten/baten-afweging maken waarbij we variabelen als ontwerp- en energiekosten van het systeem incalculeren. Deze input zal gevoed worden door de reële kosten van het werkveld (casus partners). Zo willen we bepalen onder welke condities, if any, een smart contract-gedreven LEC bedrijfskundig interessant is voor deze cases.
Resultaten
BEOOGDE OUTPUT
We plannen de volgende output:
1. Een businesscase die de technisch-economische haalbaarheid van een LEC gebaseerd op smart contracts beschrijft voor drie cases en afzet tegen alternatieven.
2. Een berekeningswijze om de rendabiliteit van een LEC met smart contracts te bepalen voor een organisatie. We presenteren dit met de businesscase en stellen het ook online beschikbaar.
3. Een generieke IT-architectuur (d.w.z. een set van functies) voor een LEC met smart contracts, toepasbaar op andere LECs dan in de casestudies. Deze presenteren we met de businesscase.
We organiseren voorts een werkveldgericht event rond voornoemde drie outputs, gericht op implementatie van het model bij partijen waarmee we geen casestudy deden.
We plannen de volgende output:
1. Een businesscase die de technisch-economische haalbaarheid van een LEC gebaseerd op smart contracts beschrijft voor drie cases en afzet tegen alternatieven.
2. Een berekeningswijze om de rendabiliteit van een LEC met smart contracts te bepalen voor een organisatie. We presenteren dit met de businesscase en stellen het ook online beschikbaar.
3. Een generieke IT-architectuur (d.w.z. een set van functies) voor een LEC met smart contracts, toepasbaar op andere LECs dan in de casestudies. Deze presenteren we met de businesscase.
We organiseren voorts een werkveldgericht event rond voornoemde drie outputs, gericht op implementatie van het model bij partijen waarmee we geen casestudy deden.
Promotor
Michaël Peeters
Onderzoeker
Marc Lintermans,Frank Verelst,Frederic Cornu,Steven Dirix
19/09/2022 - 17/09/2023
