Disruption of the current utility business by utilizing EV charging infrastructure to unlock grid flexibility : Possibilities for Blockchain technology

Abstract: Den europeiska energisektorn genomgår numera en viktig övergång från en centraliserad elkraftförsörjning till distribuerad elproduktion från förnybara källor. Dessutom leder utfasningen av fossila bränslen till en ökning av antalet elfordon (här EV). Höga penetrationsnivåer för både EV och förnybara energin på distributionsnivån kan orsaka ytterligare belastning på elnätet, vilket kan leda till avbrott i strömförsörjningen och försämring av strömkvaliteten. I detta examensarbete undersöktes möjligheterna att lösa detta problem i Tyskland. Den föreslagna lösningen är ett förvaltningssystem för EV-laddning och lokal förnybar elproduktion/-koppling i realtid. Tre användningsfall utvecklades för att analysera denna lösning. Det första användningsfallet ”hyresgästernas el” är baserat på den nya tyska förordningen som infördes 2017 och främjar att använda solenergi ”bakom” elmätaren i flerbostadshyrehus. I detta fall, genom att erbjuda en EV-laddningstjänst, kan hyresvärden uppnå en högre konsumtionsnivå under solskenstimmarna när hyresgästerna är på jobbet, och därmed få en bättre ersättning. Betalningsperioden för en 11 kW laddsstation, som skulle användas tillsammans med en PV av 26 kWp, beräknades vara cirka 5 år om laddstationen är upptagen 30-40 % av den möjliga dagsljustiden. Om laddstationenen har installerats på grund av andra ändamål kan ”hyresgästernas el”-modellen bli en extra inkomstkälla. De andra två användningsfallen beror på möiligheten att införa en ”minskad elnätavgift”. Här måste man nämna att insatser att föra EV-laddningen på tid och plats för förnybar elproduktion måste motiveras. Numera är elpriset fast i Tyskland för småförbrukare som betyder att det inte finns någon orsak för en beteendeförändring av EV-förare. En minskad elnätsavgift kunde bli en åtgärd  för att främja ”EV-laddning + lokal förnybar elproduktion”-kopplingen; den kan beviljas av en distributionssystemoperatör (DSO) ifall denna EV-laddning skulle hjälpa att undvika stockningar och avkortning i elnätet. Det andra användningsfallet innebär att införa en sådan minskad elnätavgift för EV-laddning med lokal sol- (PV) eller vindel, som inför dynamisk prissättning. I det här fallet ska lokala elproducenter behöva säjla el till lokala laddstationer på ett peer-to-peer (P2P) sätt. Enligt gällande regelverk är ren P2P-handel inte möjlig; den skulle behöva inrättning av lokala energimarknader och ytterligare balansering. Vad man kan göra kallas direktmarknadsföring, vilket är en elmarknadsmodell som utförs av en aggregator. Användningen av blockchain som ett verktyg skulle bli välgörande för båda fallen eftersom det skulle tilllåta  realtids - främja ”EV-laddning + lokal förnybar elproduktion”-kopplingen med dynamisk prissättning. Ifall man gör P2P-handel möjligt, skulle blockchain också bli användbar för betalningar, medan införandet av blockchainbaserade betalningar konstaterades att inte vara genomförbart under den direktmarknadsföringsmodell som existerar idag. Det tredje användningsfallet innebär “självkonsumption”/”framme”-elmätaren, när PV / (vindkraftverk)-ägaren och EV-ägeren är samma person; så när hen laddar sin bil samtidigt med elploduktionen, skulle hen inte behöva betala för kilowattimmar och, beroende på distansen mellan de två elanslutningspunkterna, skulle hen därmed kunna få rabatt på elnätavgiften. För det här fallet konstaterades det att enligt den nuvarande direktmarknadsföringsmodellen, där aggregatorn och laddstationsleverantören tillhör samma företag, skulle ett sådant användningsfall tveklöst kunna genomföras på grund av gemensam bokföring. Ett sådant fall kan bli ett attraktivt erbjudande, särskilt för PV-ägare som inte får inmatningsavgiften. P2P-handelns slutsatser liknar det tidigare användningsfallet. För det andra och tredje användningsfället upptäcktes det att i den situationen då P2P-handel är möjlig, skulle EV-laddningen inte uppfylla "försäljningsbehovet" för producenter eftersom den inte är fullt förutsägbar. Därför måste urvalet av P2P-köpare utvidgas till stationära konsumenter; d.v.s. att bredda det föreslagna systemets funktionaliteter från bara EV-laddning till fullständig P2P-handel. Eftersom EV-laddningen skulle behöva göras i realtid, vara flexibel för laddningsförhållanden, uppfylls behov av flera andelsägare och att vara manipulationssäkert, föreslås distribuerad ledgerteknik (DLT) som implementeringsverktyg. Av två olika DLT, Ethereum och IOTA, drogs slutsatsen att teknikurvalet för att implementera det föreslagna systemet beror på implementeringstiden. Från och med idag ligger Ethereum i ett högre stadium i utvecklingen , vilket prioriterar Ethereum för omedelbar implementering. Samtidigt är IOTA en mycket lovande teknik i ett lägre löptidstillstånd. När de löser ett antal kontroversiella problem blir IOTA ett värdefullt verktyg.