Danske forskere: Blockchain kan sikre stabil strøm i smart-grids

En forskningsgruppe fra Aalborg Universitet foreslår et mere sikkert, stabilt og fair elsystem med blockchain-teknologi.

Blockchain er hypet, og man kan dårligt kaste en sten uden at ramme en såkaldt ‘thought-leader’ eller it-gigant, der prædiker, hvor skelsættende teknologien er. Det er dog sværere at finde konkrete situationer, hvor teknologien kan anvendes til andet end at betale løsepenge til ransomwareudviklere.

Læs også: Seks af verdens største banker vil samarbejde om ny digital valuta

Det har et forskningshold fra Aalborg Universitet nu fundet. De foreslår at bruge blockchain-teknologi til at sikre, at strømleverandører i små elnet ikke pumper mere strøm ind i nettet, end der kan bruges, og derudover gøre systemet mere sikkert mod hacking. Det kan især gøre en forskel i udviklingslande.

»Blockchain-teknologien er den eneste, som både kan løse problemet med overproduktion af el i micro-grids, og som kan gøre, at du kan handle med el, selvom du ikke stoler på dine konkurrenter,« siger Pietro Danzi, der er ph.d.-studerende ved Institut for Elektroniske Systemer og arbejder på et EU-projekt relateret til smart-grid kommunikation på Aalborg Universitet.

Baseret på Ethereum

Danzi og hans tre medforfattere præsenterer i et forskningsprojekt, der snart publiceres, et system, hvor mindre, lokale elnet – såkaldte micro-grids – selv styrer deres elproduktion med Ethereum protokollen.

Om Ethereum-protokollen Open-source og udviklet i C++, Go og Rust.

Ethereum er en blockchain-protokol, hvor såkaldte smart-contracts byttes og lagres i et decentralt, distribueret netværk.

Smart-contracts kan scriptes af alle og dermed eksekvere kode i blockchainen.

Valutaen i den offentlige Etherereum-blockchain, som kører flere apps via sine smart-contracts, hedder Ether.

Scripting af smart-contracts kodes i Solidity (som minder om C++ og JS), Serpent (som minder om Python) eller LLL (en slags low-level Lisp.)

Læs mere om, hvordan en blockchain fungerer.

Et udbredt problem i micro-grids er, at elproducenter som solcelleanlæg og vindmøllefarme helst vil producere i fuld kapacitet og dermed få flest penge ud af deres anlæg.

Det betyder, at der produceres alt for meget el, som ikke bliver brugt og tærer unødvendigt på anlæg og transformere.

Det problem løses normalt ved, at producenterne styres af en central myndighed, som sænker produktionen hos nogle af producenterne.

Det kræver, at man stoler på, at den centrale myndighed ikke har f.eks. aftaler med konkurrenterne, og hele systemet hviler på en kommunikationsvej og dermed et enkelt point of failure.

Begge dele foreslår Danzi og hans medforfattere at løse ved at introducere en unik kryptovaluta, som el-producenterne handler med internt, men som ikke har nogen monetær værdi.

Alle strømproducenter udstyres med en microcontroller, som kører en modificeret version af Ethereum-protokollen, og den samme mængde intern valuta – lad os kalde dem credits.

Producenterne vil helst køre med fuld kapacitet og byder et antal credits for at få lov til at gøre det. Buddene samles i en smart-contract sammen med et udløbstidspunkt.

En kopi af kontrakten gives til alle producenterne, som sammenligner den og bliver enige om, hvem der gav det laveste bud.

Den producent, der bød det laveste antal credits, regulerer sin produktion løbende og sikrer dermed, at der ikke sendes for meget el i nettet, mens de andre producerer for fuld skrue.

Når kontrakten udløber, gør den regulerende producent automatisk krav på sine credits med sin private crypto-key.

Den regulerende producent kan nu bruge sine ekstra credits på at byde højere, næste gang der bydes om at få lov til at producere med fuld kapacitet, så ingen føler sig tvunget til at være regulerende producent.

Smart-kontrakterne lagres i blocks, som lægges på blockchainen, når en kryptografisk udfordring løses af en producent. Også kendt som mining.

De andre producenter tjekker at løsningen passer med deres kopi af blockchainen og deres lagrede smart-contracts, og tilføjer den kun til deres version af blockchainen, hvis alt stemmer.

Fair og sikker

Danzi mener, at deres system især kan bruges i udviklingslande, hvor der er langt til centrale el-myndigheder og manglende infrastruktur. Her kunne micro-grids, der forsynes med strøm fra mindre solcelleanlæg automatisk regulere sig selv og sørge for strøm til landsbyer.

»Modellen gør systemet mere sikkert, fordi der ikke er en enkelt datavej, som kan indhentes og modificeres, uden aktørerne ved det. Systemet bliver også billigere, fordi man ikke behøver transportere data uden for netværket, hvilket kan være dyrt i lande uden omfattende telefonnet,« siger Danzi.

Vi skal dog ikke regne med at se en blockchain-model anvendt på Danmarks nationale elnet i den nære fremtid:

»Et elnet på den størrelse kræver grundig og responsive kontrolmekanismer, og der er allerede veletablerede finansielle modeller på plads til at få forsyningen til at køre rundt,« siger han.

Danzis paper bliver præsenteret på SmartGridComm 2017 i Dresden og kan af nysgerrige læses her.