Navigation

Pebbles – Peer-to-Peer Energiehandel auf Basis von Blockchains

Pebbles

© Fotodesign Suchy

Ziel/Nutzen der Lösung

Pebbles (Peer-to-Peer-Energiehandel auf Basis von Blockchains) entwickelt eine Demonstrationsplattform für den lokalen digitalen Stromhandel zwischen kleinen und mittleren Erzeugenden, Verbrauchenden und Prosumern (gleichzeitig Produzent und Konsument). Der lokale Energiemarkt in Wildpoldsried begegnet den Herausforderungen der Energiewende auf lokaler Ebene und eröffnet Endverbrauchenden die Möglichkeit zur aktiven Teilnahme am Energiemarkt. Das Forschungsprojekt untersucht, wie erneuerbare Energien auf lokaler Ebene unter Berücksichtigung lokaler Netzrandbedingungen integriert werden können. Der lokale Handel reduziert den Ausbaubedarf der Stromnetze und senkt so die Kosten der Energiewende.

Lösungsbeschreibung

Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmenprogramm Smart Service Welt II gefördert. Das Projektvolumen umfasst circa 10,5 Millionen Euro.
Die Kosten entfallen auf die Entwicklung der Algorithmen, den Aufbau der Handels- sowie Transaktionsplattform, die Ausrüstung und den Anschluss der realen Teilnehmenden sowie die Einrichtung der virtuellen Teilnehmenden. Darüber hinaus entfallen Kosten auf die wissenschaftliche Begleitung und Auswertung des Vorhabens.
Mit einer App beteiligen sich die zehn realen Teilnehmenden, unter anderem private Haushalte, ein Supermarkt und ein Blockheizkraftwerk am lokalen Energiemarkt. Dort sind ihr Stromverbrauch und -erzeugung in Echtzeit angegeben, ihnen werden Prognosedaten und Marktpreise zur Verfügung gestellt und sie können ihre Präferenzen zur Teilnahme am Stromhandel eingeben. Die Abrechnung des Stromhandels erfolgt sicher und transparent auf Basis der Blockchain-Technologie. Außerdem gibt es 50 virtuelle Teilnehmenden zur Gewährleistung der Liquidität und zur Überprüfung von Skalierungseffekten innerhalb des lokalen Handels.
Bei den realen Teilnehmenden wurde Messtechnik verbaut, deren Daten im sogenannten Edge-Device verarbeitet und an die entsprechenden Systeme weitergeleitet werden. Kern des lokalen Energiemarkts ist eine Handels- und Transaktionsplattform, in die alle Informationen wie z. B. auch die Topologie des Verteilnetzes einfließen. Eine multikriterielle Optimierung koordiniert Endverbrauchende, Erzeugende und Prosumer auf lokaler Ebene im Verteilnetz. Dadurch vermeidet der Stromhandel Netzengpässe weitestgehend. Die Siemens AG hat eine Transaktions- und Handelsplattform für Pebbles implementiert. Die Transaktionsplattform nutzt das Open Source Framework Coaty. Coaty ist ein IoT-Kommunikations-Framework, welches dezentralisierten und IT-technisch lose gekoppelten Systemteilnehmenden ermöglicht, ohne zentrale Koordinierungsinstanz datenzentriert ad hoc und live miteinander zu interagieren. Die digitalen Plattformen bieten in Kombination mit der Integration von Blockchain-Technologie die Grundlage für den regionalen Peer-to-Peer-Energiehandel.
Durch den Demonstrator wird die Funktionsfähigkeit des Energiehandels nachgewiesen. Den Teilnehmenden werden über die App die Erzeugungs-, Verbrauchs-, Prognosedaten und Marktpreise zur Verfügung gestellt. Außerdem werden in Langzeitversuchen verschiedenen Szenarien durchgeführt, mit denen unterschiedliche Marktmechanismen getestet und beispielsweise die Grenzpreise ermittelt werden, die die Teilnehmenden bereit sind, für lokale Energie zu zahlen. Für die Analysen werden leistungsstarke Data-Mining- und Cloud-Computing-Verfahren eingesetzt.
Für die Evaluation wird auch der Energiecampus Wildpoldsried in den lokalen Markt eingebunden. Der Campus besteht aus einer komplexen Schaltanlage, zwei Batteriespeichersystemen (Campus- und Heimspeicher) und einer Blindleistungskomponente. Die Schaltanlage verbindet alle energietechnischen Anlagen am Energiecampus flexibel und erlaubt die Analyse verschiedener Netztopologien ohne Beeinträchtigung der realen Stromkunden.
Das Konsortium hat bereits zwei Vorgängerprojekte, IRENE und IREN2, in Wilpoldsried durchgeführt. Der Projektablauf von Pebbles gliedert sich in vier Schritte: Konzepte, Prototyp, Demonstrator und Evaluation.
Die erste Phase beinhaltete die Erarbeitung von Konzepten und Voranalysen zu den Handelsprozessen und Netzdiensten sowie Spezifikationen für die Funktionalität und Schnittstellen der Plattform. In der zweiten Phase wurden prototypische Software- und Hardware-Komponenten und die notwendige Informations- und Kommunikationstechnik für die Anbindung der Teilnehmenden des virtuellen Kraftwerks und des Netzes an die Plattform entwickelt. Auf den Entwicklungen aufbauend wurde ein Demonstrator realisiert (Phase 3), um die erarbeiteten Konzepte und entwickelten Technologien in der realen Umsetzung zu erproben. Die Funktionalität und der sichere Betrieb werden zunächst in einer ersten Testphase verifiziert, bevor Langzeitdemonstrationen zu den geplanten Anwendungsfällen durchgeführt werden. Begleitend zu der dritten Phase werden umfassende Analysen durchgeführt, die eine ganzheitliche Bewertung und skalierbare Aussagen zu den erarbeiteten Konzepten und Technologien ermöglichen (Phase 4).
Der lokale Energiemarkt ermöglicht höhere lokale Wertschöpfung, erhöht somit die Akzeptanz für Erneuerbare-Energien-Anlagen und leistet einen aktiven Beitrag zum Gelingen der Energiewende. Gleichzeitig können perspektivisch die Netzausbaukosten reduziert und ein Beitrag zu einer volkswirtschaftlich kostenoptimierten, netzfreundlichen Energiewende geleistet werden.
Mit Hilfe einer App können private Stromerzeugende am lokalen Energiemarkt teilnehmen und ihren Strom direkt an lokale Verbraucher vermarkten. Die Verbraucher können Präferenzen für ihren Strombezug festlegen, etwa den Anteil und Preis für Strom aus lokalen Photovoltaik- und Windkraftanlagen.
Ab 2021 laufen zunehmend ersten EEG-Förderpakete (Erneuerbare-Energien-Gesetz) aus. Da die Netzbetreiber den Stromüberschuss von privaten Stromerzeugenden dann nicht mehr übernehmen müssen, werden geeignete Vermarktungsmodelle benötigt, um einen wirtschaftlichen Weiterbetrieb der errichteten Anlagen sicherzustellen. Die im Forschungsprojekte entwickelte Plattform bietet einen direkten lokalen und digitalen Handel zwischen reinen Erzeugenden und Verbrauchenden bzw. Prosumern und ermöglicht dadurch privaten sowie gewerblichen Stromproduzenten, ihre überschüssige Energie zu verkaufen. So bleiben die errichteten Anlagen auch nach dem Auslaufen der Förderung wirtschaftlich attraktiv.
Pebbles untersucht unter anderem die rechtlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen, denen ein lokaler Stromhandel gegenübersteht. In dem Pebbles-Whitepaper wurde eine rechtliche Kurzbewertung durchgeführt.
Um in einem lokalen Markt netzfreundliches Verhalten anreizen zu können, werden monetäre Anreize benötigt. Eine Möglichkeit dazu wäre die Ausweitung der Stromsteuerbefreiung. Eine weitere Möglichkeit zur Anreizsetzung wäre es, eine zeitliche und räumliche Dynamisierung der Netznutzungsentgelte zu ermöglichen.
Die Anreizregulierung müsste dahingehend angepasst werden, dass neben kapitalintensiven Investitionen in Kupfer auch smarte Lösungen finanziell entlohnt werden.

Kommunen

Das Projekt wird in folgenden Kommunen umgesetzt:

Wildpoldsried, Bayern

bis 20.000 Einwohner

Land

Auf der Karte anzeigen

Der lokale Energiemarkt ermöglicht den Handel von erneuerbaren Energien auf lokaler Ebene, beteiligt Bürgerinnen und Bürger an der Energiewende, motiviert Endnutzende zur aktiven Marktteilnahme und leistet einen Beitrag zu einer volkswirtschaftlich kostenoptimierten, netzfreundlichen Energiewende.

Durch einen lokalen Energiemarkt wie Pebbles wird Bürgerinnen und Bürgern die Möglichkeit gegeben, am lokalen Stromhandel teilzunehmen. Demzufolge wird die Partizipation und Akzeptanz für die Energiewende auf lokaler Ebene gefördert. Gewerblichen Teilnehmern bietet sich mit dem lokalen Energiehandel ebenfalls die Möglichkeit, ihre Anlagen zu vermarkten und von einem höheren Preisniveau zu profitieren. Auch volkswirtschaftlich können erhebliche Mehrwerte erschlossen werden, indem z. B. die Kosten für den Ausbau des Stromnetzes begrenzt und das Netzengpassmanagement verbessert werden kann.

Das Projekt Pebbles hat eine Laufzeit bis November 2021. Bis dahin werden die Langzeitversuche aus dem Demonstrator ausgewertet und die Ergebnisse der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt.

Das Projektkonsortium hat sich mit einer weiteren Projektskizze auch um ein konsekutives Forschungsprojekt beworben, mit einer Entscheidung über die Fördermittel wird im Herbst 2021 gerechnet.
Das Folgeprojekt würde sich EXPECT nennen und unter anderem die Anbindung des lokalen Energiemarktes an den Spotmarkt zum Ziel setzen.

Beteiligte Partner*innen

Weiterführende Informationen