Microgrid in Brooklyn

Nie mehr Strompreisvergleich dank Blockchain

03.05.2017 von Lucas Mearian und Florian Maier

Eine Blockchain-Plattform und ein Microgrid von Siemens machen eine Community im Herzen New Yorks unabhängig von den Energieriesen. Das hat für die Nutzer zahlreiche Vorteile.

Es ist eines der meistgenannten Beispiele, wenn es um die Einsatzmöglichkeiten der Blockchain in der Praxis geht: das "Brooklyn Microgrid" in New York. Dieses versorgt die Anwohner mit (erneuerbarer) Energie. Die Nutzer können aber auch Solarenergie-Überschüsse an ihre Nachbarn verkaufen, Dabei stehen alle Beteiligten auf der sicheren Seite - der Blockchain sei Dank.

Lawrence Orsini, Gründer and CEO des Startups LO3 Energy, auf dem Dach eines Hauses in Brooklyn, das an das Microgrid angeschlossen ist.
Foto: LO3 / Siemens

Microgrid meets Blockchain

Ein Microgrid bezeichnet eine Form der dezentralisierten Energiegewinnung, die völlig unabhängig vom klassischen, zentralisierten Energieversorgungsnetz operiert. Kommunen, Städte oder Unternehmen können so ihre eigenen Energiequellen und -speichersysteme entwickeln, die gewonnene Energie selbst verkaufen oder auch ins (klassische) Netz einspeisen.

Das Microgrid in Brooklyn, für dessen Installation die Siemens Digital Grid Division verantwortlich zeichnet, beinhaltet Network-Control-Systeme, Konverter, Smart Meter sowie Storage in Form von Lithium-Ionen-Akkus. Dank letztgenannter Batterietechnik werden die Nutzer des Microgrid auch im Fall eines großangelegten Stromausfalls - wie etwa im Jahr 2012 nach Hurricane Sandy - weiterhin mit Energie versorgt.

Ergänzt wird das Projekt von einer Blockchain-Datenbank, die vom Startup LO3 Energy realisiert wurde. Dabei handelt es sich um ein webbasiertes Buchhaltungssystem, das Kryptografie nutzt, um einerseits günstige Strompreise und andererseits Manipulationssicherheit zu gewährleisten. Abrechnung und Bezahlung erfolgen ohne zwischengeschalteten Versorger direkt zwischen Erzeuger und Empfänger. In diesem Szenario ist die Vermittlung über Stadtwerke, Energieversorger oder Strompreisvergleichs-Portale überflüssig.

Die Verwundbarkeit der Stromanbieter

"Mittelsmänner sind zentralisiert und das macht sie verwundbar", so Alex Tapscott, CEO und Gründer von Northwest Passage Ventures. "Sie sind teuer, sie sind langsam und sie erfassen während der Transaktionen Daten über die Nutzer, was in punkto Datenschutz unter Umständen problematisch sein könnte."

Die Funktionsweise von Blockchain

Blockchain
Blockchain wird in den kommenden Jahren zur Schlüsseltechnologie in der IT werden.

(1) Transaktion
Die Transaktion ist die elementare Grundeinheit der Blockchain. Zwei Parteien tauschen Informationen miteinander aus. Dies kann der Transfer von Geld oder Vermögenswerten, der Abschluss eines Vertrags, eine Krankenakte oder eine Urkunde sein, die digital gespeichert wurde. Transaktionen funktionieren im Prinzip wie das Versenden von E-Mails.

(2) Verifizierung
Die Verifizierung prüft, ob eine Partei die entsprechenden Rechte für die Transaktion hat. Die Prüfung erfolgt augenblicklich oder es wird in eine Warteschlange geschrieben, die die Prüfung später durchführt. An dieser Stelle werden Knoten, also Computer oder Server im Netzwerk, eingebunden und die Transaktion verifiziert.

(3) Struktur
Die Transaktionen werden zu Blöcken zusammengefasst, wobei diese mit einer Hash-Funktion als Bit-Nummer verschlüsselt werden. Die Blöcke können durch die Zuweisung des Hash-Wertes eindeutig identifiziert werden. Ein Block enthält einen Header, eine Referenz auf den vorhergehenden Block und eine Gruppe von Transaktionen. Die Abfolge der verlinkten Hashes erzeugt eine sichere und unabhängige Kette.

(4) Validierung
Bevor die Blöcke erzeugt werden, müssen die Informationen validiert werden. Das am meisten verbreitete Konzept für die Validierung von Open-Source-Blockchains ist das „Proof of Work“-Prinzip. Dieses Verfahren stellt in der Regel die Lösung einer schweren mathematischen Aufgabe durch den Nutzer beziehungsweise dessen Computer dar.

(5) Blockchain Mining
Der Begriff Mining stammt aus der Bergbau und meint das „Schürfen“. Bei diesem Vorgang wird der Block erzeugt und gehasht. Um zum Zug zu kommen, müssen die Miner ein mathematisches Rätsel lösen. Wer als Erstes die Lösung hat, wird als Miner akzeptiert. Der Miner erhält für seine Arbeit ein Honorar in Form von Kryptowährung (Bitcoin).

(6) Die Kette
Nachdem die Blöcke validiert wurden und der Miner seine Arbeit verrichtet hat, werden die Kopien der Blöcke im Netzwerk an die Knoten verteilt. Jeder Knoten fügt den Block an der Kette in unveränderlicher und unmanipulierbarer Weise an.

(7) Verteidigung
Wenn ein unehrlicher Miner versucht, einen Block in der Kette zu ändern, so werden auch die Hash-Werte des Blockes und der nachfolgenden Blöcke geändert. Die anderen Knoten werden diese Manipulation erkennen und den Block von der Hauptkette ausschließen.

Nach der Meinung des Experten wird die Blockchain-Technologie die Herausbildung einer "zweiten Internet-Generation" zur Folge haben. Hier werden dann nicht nur E-Mails, Dokumente oder Webseiten gehandelt und geteilt, sondern alles, was potenziellen Wert besitzt. Das hängt in erster Linie mit dem Sicherheitsniveau der Technologie zusammen, wie Tapscott erklärt: "Diese neue Art der Plattform wird einen bemerkenswerten Einfluss auf sämtliche Branchen, Industriezweige und Institutionen haben. Aber auch auf die Wirtschaft und Gesellschaft im Allgemeinen. Schließlich können Geld, Aktien, Urkunden, Dokumente oder auch geistiges Eigentum so auf sichere und fälschungssichere Art und Weise bewegt, gespeichert und gemanagt werden. Vertrauen wird in diesem Fall nicht mehr durch einen Mittelsmann erzeugt, sondern durch massenhafte Kollaboration, Kryptografie und clevere Algorithmen."

Im Fall der Blockchain-Plattform von LO3 Energy - dem "TransActive Grid" - wird jede Microgrid-Transaktion mit einem Timestamp versehen und ist so dokumentiert und jederzeit nachvollziehbar.

Strompreis per Auktion

Inzwischen nutzen circa 50 Parteien das "Brooklyn Microgrid" - darunter neben Privatpersonen auch eine Schule, eine Tankstelle, eine Feuerwehrwache und einige Fabrikanlagen. Alle teilnehmenden Parteien können untereinander kleine Mengen grüner Energie handeln. Die Preise werden dabei in automatisierten Auktionen festgelegt. Diese richten sich nach dem höchsten Arbeitspreis, den ein Energiekonsument zu zahlen bereit ist.

Zum Video: Nie mehr Strompreisvergleich dank Blockchain

Energie bezieht das Microgrid in Brooklyn aber nicht nur aus dachseitig montierten Solarpaneelen, sondern auch vom nächstgelegenen konventionellen Kraftwerk. Nutzer ohne eigene Photovoltaikanlage können so "Credits" für die saubere Sonnenenergie, die die Nachbarn produzieren, erhalten.

Die Zielsetzung für das Microgrid-Blockchain-Projekt in Brooklyn: bis zum Jahr 2018 sollen 1000 Nutzer am System partizipieren. Außerdem soll sowohl in Sachen Batterie-Storage, als auch bei den Solarpanels nachgerüstet werden. In einigen Jahren könnte das weltweite Motto also durchaus lauten: Nie mehr Strompreisvergleich!

Dieser Artikel basiert auf einem Beitrag unserer Schwesterpublikation computerworld.com. Mehr zum Thema Blockchain erfahren Sie in unserem kostenlosen Insider-PDF.

Roundtable Computerwoche Blockchain

Diskussion um die Blockchain
Experten vom Professor bis zum Praktiker haben sich Anfang Februar in der Computerwoche-Redaktion versammelt, um den Mythos Blockchain zu zergliedern.

Olaf Stöwer, Faizod
„Das Gute am Hype um die Blockchain ist, dass wir bestehende Paradigmen infrage stellen“, sagt Olaf Stöwer, Head of Operations der Dresdner Firma Faizod.

Raimund Gross, SAP
Raimund Gross, Innovation Manager Blockchain bei SAP: „Wir bewegen uns weg von zentralisierten Systemen hin zum Dezentralen. Das erfordert neues Denken und Handeln in Netzwerken. Das fällt vielen schwer.“

Andrea Martin, IBM
Andrea Martin, Chief Technology Officer bei IBM: „Interesse bekommen wir nur über Use Cases.“

Robert Bosch, Bearingpoint
Dr. Robert Bosch, Partner bei Bearingpoint: "Viele Marktteilnehmer zäumen das Pferd von hinten auf, nach dem Motto: ,Wir haben eine neue Technologie. Was können wir jetzt damit machen?'"

Dr. Rainhard Z. Bengez, Capgemini
Professor Rainhard Z. Bengez, Senior Manager bei Capgemini Consulting: "Wir versuchen, Misstrauen zu kommerzialisieren."

Burkhard Blechschmidt, Cognizant
Burkhard Blechschmidt, Head of CIO Advisory bei Cognizant: "Es handelt sich um eine geniale Kombination von teils lange bekannten Technologien und mathematischen Modellen“.

Franz Nees, Hochschule Karlsruhe
Professor Franz Nees, Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft: "Geht es um neue Wertschöpfungsmodelle – oder ,nur' um mehr Effizienz?"