Il Demand-Response e la blockchain

La tecnologia blockchain offre anche la possibilità di consentire lo scambio di servizi energetici piuttosto che lo scambio diretto di energia tra due utenti.

Per rispondere alle fluttuazioni di potenza dovute alla penetrazione delle fonti rinnovabili non programmabili nel sistema elettrico, la gestione del Demand Response (DR), è una soluzione molto efficace. In generale, il DR è un programma strutturato che mira a modificare il diagramma di carico degli utenti in risposta a problemi sulla rete, come congestione o indisponibilità temporanea di energia elettrica causata da guasti o produzione intermittente non programmabile.

Ad esempio, la fig. 2, nella parte in rosso, mostra uno squilibrio fra generazione e carico sulla rete che può verificarsi in determinati momenti della giornata quando la fornitura di energia non soddisfa la domanda.

Utilizzando la blockchain, i programmi DR possono essere eseguiti direttamente tra l'operatore di rete e gli utenti, a differenza di oggi in cui l'aggregatore fa da intermediario tra l'utente e l'operatore di rete. In questo caso, si tratta dello scambio di un servizio energetico: l’operatore di rete (di solito il gestore del servizio di trasmissione dell’energia) richiede una riduzione/aumento del carico e gli utenti rispondono di conseguenza riducendo o aumentando il carico.

L'operazione non è uno scambio diretto di energia tra due parti, ma la richiesta di fornire un servizio; gli utenti vengono poi remunerati, se rispondono adeguatamente.

Figura 2: Mismatch tra domanda e offerta di energia elettrica.

Uno dei problemi principali nell'erogazione del servizio DR eseguito in modo tradizionale è la mancanza di trasparenza tra le parti coinvolte, ma attraverso la blockchain è possibile gestire questo problema. Inoltre, la blockchain consente ai piccoli prosumer di partecipare ai mercati della capacità e di bilanciamento aggregandoli in unità di carico/produzione virtuali che possono essere gestite secondo necessità.

La questione della gestione decentralizzata del DR è discussa in molti lavori recenti che propongono nuovi modelli di gestione senza la necessità di un controller centrale che scambia i dati con tutte le risorse distribuite.

Il lavoro di C. Pop13 mostra una piattaforma blockchain per l'archiviazione di informazioni sull'utilizzo e la generazione di energia dei prosumer di una rete distrettuale, grazie a smart contracts eseguiti sulla blockchain di Ethereum14. Questi valutano la flessibilità attesa di ogni prosumer, la remunerazione associata o la penalità e le regole per l'intero bilancio energetico nella rete elettrica considerata.

Diversi lavori interessanti15, propongono nuovi sistemi per fornire servizi di flessibilità energetica agli operatori di sistema attraverso azioni di DR basate su tecnologia blockchain, ma considerando solo l'interazione tra operatori di sistema e gli operatori del servizio di bilanciamento, Balance Service Providers (BSP), senza tenere conto di come i prosumer operano le variazioni di carico. Un'altra interessante applicazione16, mostra una blockchain permissioned, perfettamente integrabile con l’architettura della rete elettrica esistente, per l’esecuzione diretta di eventi di DR tra operatore di rete e i prosumers senza la necessità di un aggregatore che faccia da intermediario. Uno smart contract elabora la logica delle transazioni, certificandole e valutando la remunerazione degli utenti che hanno contribuito all’evento di DR.

Questi lavori propongono di integrare le soluzioni blockchain nei programmi DR attualmente esistenti con l'obiettivo di ridurre l'asimmetria informativa per i clienti.

13 C. POP - T. CIOARA - M. ANTAL - I. ANGHEL - I. SALOMIE - M. BERTONCINI, Blockchain based decentralized

management of demand response programs in smart en-ergy grids, in Sensors, vol. 18, n. 162/2018, pp. 1–21.

14 V. BUTERIN, A next generation smart contract & decentralized application platform, 2009, disonibile online:

https://blockchainlab.com/pdf/Ethereum_white_paper-a_next_generation_smart_contract_and_decentralized_application_platform-vitalik-buterin.pdf, ultimo accesso: 12/09/2020.

15 A. C. TSOLAKIS - I. MOSCHOS - K. VOTIS - D. IOANNDIS - T. DIMITRIOS - P. PANDEY – S. KATSIKAS - E. KOTSAKIS - R. GARCIA-CASTRO, A secured and trusted demand response system based on blockchain technologies, in 2018

Innova-tions in Intelligent Systems and Applications, Thessaloniki, Greece, 07/2018.

E. RIVA SANSEVERINO - M. IPPOLITO - G. ZIZZO - S. FAVUZZA - D. ARNONE - M. MAMMINA - E. TELARETTI, Demand project: Bottom-up aggregation of prosumers in distribution networks, in 2018 AEIT International Annual

Conference, Bari, Italy, 10/2018.

N. LIU - X. YU - C. WANG - C. LI - L. MA - J. LEI, Energy-Sharing model withprice-based demand response for microgrids of

peer-to-peer prosumers, in IEEE Transactions on Power Systems, vol. 32, n. 5/2017, pp. 3569–3583.

16 G. SCIUME’ - E. J. PALACIO-GARCIA - P. GALLO - E. RIVA SANSEVERINO - J. C. VASQUEZ - J. M. GUERRERO, Demand Response Service Certification and Customer Baseline Evaluation Using Blockchain Technology, in IEEE

Per quanto riguarda le applicazioni, ad oggi, non ci sono esperienze reali ma solo progetti in sviluppo come DELTA17, eDREAM18 e BLORIN19.

Il progetto H2020 DELTA propone una piattaforma composta da Virtual Nodes (VN) per gestire i problemi sulla rete dovuti a picchi di carico e squilibri attraverso la cooperazione e l'interattività degli utenti finali. In questo caso, non c'è uno smart contract per gestire la flessibilità dei prosumer, ma un sistema multi-agente in esecuzione sui VN che aggiorna i profili energetici per ogni prosumer nel portafoglio aggregatore, con previsioni di carico e strumenti di ottimizzazione che forniscono le informazioni necessarie per bilanciare la rete elettrica.

Il progetto europeo eDREAM mira a sviluppare soluzioni innovative per l'implementazione di strategie di DR real-time supportate dall'uso della tecnologia blockchain. Queste soluzioni tecnologiche consentiranno un rilevamento ottimale e rapido della flessibilità all'interno della rete elettrica, una gestione sicura dei dati, il controllo della rete distrettuale e nuove opportunità di business. Il progetto BLORIN mira a creare una piattaforma tecnologica basata sulla blockchain per la diffusione delle energie rinnovabili e la gestione degli scambi energetici. Questa piattaforma aiuterà la creazione e la diffusione di comunità intelligenti solari e sarà in grado di facilitare le interazioni tra prosumer, gestire l'infrastruttura di ricarica per veicoli elettrici e coordinare gli scambi con il distributore. La tecnologia blockchain verrà anche utilizzata per gestire gli scambi di energia tra prosumer, per aggregarli e fornire servizi di DR. La piattaforma BloRin sarà sviluppata e testata presso il Dipartimento di Ingegneria dell'Università degli Studi di Palermo, insieme ai partner industriali Exalto Energy & Innovation e Regalgrid, e sarà poi testata sul campo su due isole siciliane, attraverso il contributo dei distributori, S.EL.IS Lampedusa S.p.A. e SEA Società Elettrica di Favignana S.p.A., partner attivi del progetto. A Lampedusa, verrà testata la applicazione della tecnologia

blockchain per realizzare politiche di DR in un sistema che coinvolgerà oltre che utenze anche impianti

fotovoltaici e sistemi di accumulo. A Favignana il modello sarà utilizzato per la gestione dei sistemi di ricarica dei veicoli elettrici al fine di sfruttarne il contributo come accumulo distribuito per il miglioramento della qualità del funzionamento della rete, nella modalità V2G.

Questi progetti mirano a rispondere alle sfide derivanti dalla crescente incertezza nel bilanciamento energetico dovuto al crescente apporto delle fonti rinnovabili, proponendo allo stesso tempo uno strumento utile per l'evoluzione del mercato elettrico in una direzione che coinvolga gli utenti finali sul territorio. Il contributo della blockchain riguardo ai meccanismi di DR è principalmente orientato al monitoraggio dei contributi potenziali ed effettivi dei partecipanti agli eventi di DR ed alla trasparenza

17 CONSORZIO DELTA, Delta, disponibile online: https://www.delta-h2020.eu/, ultimo accesso: 29/09/2020.

18 CONSORZIO EDREAM, eDREAM, disponibile online: https://edream-h2020.eu/, ultimo accesso: 30/09/2020.

dei meccanismi remunerativi conseguenti. La tutela della privacy, necessaria per il trattamento dei profili di consumo degli utenti, viene gestita attraverso meccanismi crittografici e l’uso di blockchain permissioned che consentono di gestire dati in modo riservato, limitandone la circolazione all’interno di specifiche sotto-reti in cui i partecipanti sono autorizzati all’accesso.