Blockchain-Technologie als Treiber der Energiewende? Erneuerbare Energien und Digitalisierung in der Energiewirtschaft

Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)

• Vorwort
• Kurzzusammenfassung
• Abstract
• Abkürzungsverzeichnis
• Abbildungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• 1 Einleitung
• Ausgangssituation und Problemstellung
• Zielsetzung
• Aufbau der Arbeit
• 2 Energiewende in Deutschland
• Impulse für die Energiewende
• Ziele
• Ausbau der erneuerbaren Energien
• Strom
• Wärme
• Verkehr
• Steigerung der Energieeffizienz
• Ausstieg aus der Atomkraft
• Strompreis
• Zusammensetzung
• Preisentwicklung
• Ausblick
• Status Quo der Energiewende
• 3 Dezentrale Energieversorgung
• Definition und Merkmale
• Vor- und Nachteile im Vergleich zur zentralen Energieversorgung
• Wesentliche Technologien der dezentralen Energieversorgung
• Sonnenenergie
• Bestandteile
• Funktionsweise
• Windenergie
• Bestandteile
• Funktionsweise
• Batteriespeicher
• Beschreibung/Klassifizierung dezentraler Systeme
• Einfamilienhaus
• Mehrfamilienhaus
• Gewerbe/Industrie
• Siedlung
• Stadt
• Bilanzkreis
• Microgrids
• Virtuelles Kraftwerk
• Nutzen des Endverbrauchers
• Herausforderungen der Energielieferanten und Verteilnetzbetreiber
• Langfristige Entwicklungsziele der dezentralen Energieversorgung
• Perspektive und Zukunftsaussichten
• 4 Digitalisierung der Energiewende – Energiewende 2.0
• Smart-Energy
• Smart-Meter
• Smart-Grid
• Smart-Market
• Abgrenzung zum Smart-Grid
• Elemente des Smart-Markets
• Akteure
• Komponenten
• Anwendungen und Instrumente
• Geschäftsmodelle
• Smart-Home
• Smart-City
• Informations- und Kommunikationstechnik als Enabler
• Herausforderungen bei der Digitalisierung
• Perspektive und Zukunftsaussicht
• 5 Grundlagen der Blockchain-Technologie
• Einführung
• Funktionsweise einer Blockchain
• Hash-Funktionen und Hash-Werte
• Merkle-Baum
• SHA-256
• Validierung durch Konsensbildung
• Proof of Work
• Proof of Stake
• Proof of Authority
• Erstellung und Verkettung neuer Blöcke
• Klassifizierung von Blockchains
• Öffentliche Blockchain
• Private Blockchain
• Konsortiale Blockchain
• Blockchain-Anwendungen
• Blockchain 1.0: Kryptowährungen
• Definition
• Funktionsweise einer Kryptowährung am Beispiel Bitcoin
• Blockchain 2.0: Smart-Contracts
• Eigenschaften
• Funktionsweise eines Smart-Contracts
• Ethereum Virtual Machine
• Gas, Ether und GWei
• Erweiterter Gebrauch des Merkle-Trees
• Abwicklung eines Smart-Contracts
• Stärken der Blockchain-Technologie
• Disintermediation
• Datenintegrität
• Sicherheit
• Vertrauen
• Transparenz
• Automatisierung
• Kostensenkung
• Anonymität
• Schwächen der Blockchain-Technologie
• Skalierbarkeit
• Energieverbrauch
• Irreversibilität
• Datenschutz
• Rechtliche Rahmenbedingungen
• 6 Blockchain in der Energiewirtschaft
• Einschätzungen von Fachleuten aus der Energiewirtschaft
• Umfrage zur Studie „Blockchain in der Energiewende"
• Umfrage zur Studie „Blockchain in der integrierten Energiewende"
• Chancen und Herausforderungen
• Chancen
• Herausforderungen
• Anwendungen der Blockchain-Technologie im Energiebereich
• Methode zur Potenzialbewertung von Blockchain Use Cases
• Ausgewählte Use Cases der Blockchain in der Energiewirtschaft
• Abrechnung einer Ladesäule im Bereich der E-Mobilität
• Zertifizierung und Herkunftsnachweise
• 7 Konzept für den P2P-Stromhandel mittels Blockchain
• Einführung und Problemstellung
• Zielsetzung und Fragestellungen
• Potenzialbewertung
• Bewertung der technischen Eignung
• Visualisierung des Prozesses mit vereinfachter e3-value Methode
• Vergleich des Anwendungsfalls mit und ohne Blockchain
• Identifikation regulatorischer Hemmnisse
• Visualisierung der Blockchain-Lösung mit Business Model Canvas
• Plattform-Anbieter
• Plattform-Anwender
• Daten-Lieferant
• Daten-Nutzer
• Abschätzung des Marktpotenzials
• Geschäftsmodell
• Annahmen und Voraussetzungen
• Infrastruktur
• Prozessschritte, Funktionen und Interaktionen
• Authentifizierung
• Stromerzeugung
• Tokenisierung
• Verkauf
• Stromhandel
• Kauf
• Stromtransfer
• Abschluss
• Ausgestaltung der Blockchain
• Art der Blockchain
• Konsensmechanismus
• Teilnehmer
• Berechtigung
• Smart-Contract
• Blockaufbau
• Plattform für die Implementierung
• Wesentliche Erkenntnisse und Handlungsempfehlungen
• 8 Fazit
• Zusammenfassung
• Reflexion und Diskussion
• Ausblick
• Literaturverzeichnis
• Glossar
• Anhang

Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objectives and Key Themes)

Diese Masterarbeit analysiert das Potenzial der Blockchain-Technologie als Treiber der Energiewende. Dabei liegt der Fokus auf der Frage, ob und wie die Blockchain zur Entwicklung neuer digitaler Geschäftsmodelle in der Energiewirtschaft beitragen kann, insbesondere mit Blick auf die Rolle von Prosumern.

• Dezentrale Energieversorgung und die Energiewende
• Die Digitalisierung der Energiewirtschaft und die Herausforderungen der Energiewende 2.0
• Die Funktionsweise der Blockchain-Technologie und die verschiedenen Konsensmechanismen
• Das Potenzial der Blockchain für den P2P-Stromhandel und die damit verbundenen Chancen und Herausforderungen
• Entwicklung eines Blockchain-basierten Geschäftsmodells für den P2P-Stromhandel

Zusammenfassung der Kapitel (Chapter Summaries)

Kapitel 1 führt in die Thematik der Masterarbeit ein, indem es die Ausgangssituation, die Problemstellung, die Zielsetzung und den Aufbau der Arbeit beschreibt.

Kapitel 2 erläutert die wichtigsten Impulse und Ziele der Energiewende in Deutschland, darunter der Atomausstieg, der Ausbau der Erneuerbaren Energien und die Steigerung der Energieeffizienz. Außerdem werden die aktuelle Preisentwicklung und der Status quo der Energiewende untersucht.

Kapitel 3 fokussiert sich auf die dezentrale Energieversorgung als zentralen Bestandteil der Energiewende. Die Definition, Merkmale, Vor- und Nachteile im Vergleich zur zentralen Energieversorgung sowie die wichtigsten Technologien, wie Sonnenenergie, Windenergie und Batteriespeicher, werden analysiert. Es werden auch verschiedene dezentrale Systeme, wie Einfamilienhaus, Mehrfamilienhaus, Gewerbe/Industrie, Siedlung, Stadt, Bilanzkreis, Microgrids und virtuelle Kraftwerke, vorgestellt.

Kapitel 4 erläutert die Digitalisierung der Energiewende und die damit verbundene Energiewende 2.0. Es werden die zentralen Komponenten von Smart-Energy, wie Smart-Meter, Smart-Grid, Smart-Market, Smart-Home und Smart-City, sowie deren Eigenschaften und Herausforderungen beschrieben.

Kapitel 5 befasst sich mit den Grundlagen der Blockchain-Technologie. Die Funktionsweise, verschiedene Konsensmechanismen wie Proof of Work, Proof of Stake und Proof of Authority, die Klassifizierung von Blockchains sowie typische Anwendungen werden detailliert dargestellt.

Kapitel 6 widmet sich dem Einsatz der Blockchain in der Energiewirtschaft. Es werden Einschätzungen von Fachleuten, Chancen und Herausforderungen sowie mögliche Anwendungsbereiche wie P2P-Handel, E-Mobilität und Herkunftsnachweise analysiert.

Kapitel 7 entwickelt ein Konzept für den P2P-Stromhandel mittels Blockchain. Es beinhaltet eine Potenzialbewertung, die Erarbeitung eines Geschäftsmodells auf Basis eines Dienstleistungsmodells und eine detaillierte Beschreibung der Blockchain-Ausgestaltung, der Prozesse und der Infrastruktur.

Kapitel 8 fasst die gewonnenen Erkenntnisse zusammen, reflektiert die Ergebnisse und gibt einen Ausblick auf die zukuenftige Entwicklung der Blockchain-Technologie im Energiesektor.

Schlüsselwörter (Keywords)

Die Masterarbeit befasst sich mit den Themen Energiewende, Dezentralisierung, Prosumer, Digitalisierung, Blockchain-Technologie, P2P-Stromhandel, Smart-Contracts, Smart-Grid, Smart-Market und Energy Web Foundation.