Tecnologia blockchain no setor elétrico: Impactos e aplicações
Blockchain technology in the electric sector: Impacts and applications
DOI:10.34117/bjdv6n11-213
Recebimento dos originais: 11/10/2020 Aceitação para publicação: 11/11/2020
Karoline Roversi
Graduanda em Engenharia de Energia Universidade Federal de Santa Catarina
Rodovia Governador Jorge Lacerda, 3201, Araranguá, 889006-072, (Santa Catarina) Brasil Email: karolroversi@gmail.com
Solange Machado
Engenheira eletricista
Universidade Federal de Santa Catarina
Rua Pedro João Pereira, 150, Araranguá, 88905-120, (Santa Catarina) Brasil Email: solange.machado@posgrad.ufsc.br
Giuliano Arns Rampinelli
Doutor em Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina
Rua Pedro João Pereira, 150, Araranguá, 88905-120, (Santa Catarina) Brasil Email: giuliano.rampinelli@ufsc.br
Martín Augusto Gagliotti Vigil
Doutor em Ciências da Computação Universidade Federal de Santa Catarina
Rodovia Governador Jorge Lacerda, 3201, Araranguá, 889006-072, (Santa Catarina) Brasil Email: martin.vigil@ufsc.br
Roderval Marcelino
Doutor em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais Universidade Federal de Santa Catarina
Rua Pedro João Pereira, 150, Araranguá, 88905-120, (Santa Catarina) Brasil Email: roderval.marcelino@ufsc.br
Odair Deters
Especialista em Controladoria e Finanças CPFL Energia
Avenida São Borja, 2801, São Leopoldo, 93032-525, (Rio Grande do Sul) Brasil. Email: odeters@cpfl.com.br
Ge Quan
Pós graduado em Automação e Sistemas de Energia CPFL Energia
Rodovia Engenheiro Miguel Noel Nascentes Burnier, Km 2,5, Parque São Quirino, Campinas, 13088-900, (São Paulo) Brasil
RESUMO
Nos últimos anos, em virtude da revolução do conhecimento em curso, o setor elétrico também está inserido em um processo de transformações tecnológicas, sem precedentes, no cenário mundial. Essas transformações são desencadeadas pela inserção sólida e gradual dos recursos energéticos distribuídos, a partir da geração de energia elétrica de fontes renováveis e com o avanço das tecnologias de informação e comunicação. As mudanças estruturais motivadas pelas transformações do setor elétrico abrem espaço para utilização de novas tecnologias que possam promover a transição para sistemas de energia mais descarbonizados, descentralizados e confiáveis, acelerando a digitalização. Um exemplo é a tecnologia blockchain. A blockchain é uma estrutura digital que pode conter transações digitais, registros de dados e executáveis. O objetivo principal da tecnologia blockchain é remover a necessidade de intermediários e substituí-los por uma rede distribuída de usuários digitais que trabalham em parceria para verificar transações e garantir a integridade do registro. Este trabalho irá analisar os impactos da tecnologia blockchain no setor elétrico, investigando os desafios e as oportunidades dessas aplicações. A análise dos projetos aplicados fisicamente sobre blockchain no setor elétrico em âmbito mundial também é contemplada no presente artigo. O estudo será realizado com base em revisões sistemáticas da literatura e os resultados esperados são a discussão das pesquisas encontradas, investigando os desafios e as oportunidades da tecnologia blockchain no setor elétrico, a fim de avaliar o impacto da mesma na nova configuração do sistema energético. Além disso, apresenta-se uma análise sobre as aplicações existentes dessa nova tecnologia no setor elétrico mundial, sendo destacadas como principais aplicações a Comercialização de energia elétrica em Smart Grids, Geração Distribuída, Veículos Elétricos e Smart home.
Palavras-chave: Blockchain, impactos e aplicações, transição energética do setor elétrico. ABSTRACT
In the last few years, due to the ongoing knowledge revolution, the electric sector is also inserted in a process of technological transformations, without precedents, in the world scenario. These transformations are triggered by the solid and gradual insertion of distributed energy resources, from the generation of electric energy from renewable sources and with the advancement of information and communication technologies. The structural changes motivated by the transformations of the electric sector open space for the use of new technologies that can promote the transition to more decarbonized, decentralized and reliable energy systems, accelerating the digitalization. One example is blockchain technology. The blockchain is a digital structure that can contain digital transactions, data records and executables. The main objective of blockchain technology is to remove the need for intermediaries and replace them with a distributed network of digital users who work in partnership to verify transactions and ensure record integrity. This paper will analyze the impacts of blockchain technology on the electricity sector, investigating the challenges and opportunities of these applications. The analysis of projects applied physically on blockchain in the electric sector worldwide is also covered in this article. The study will be conducted based on systematic reviews of the literature and the expected results are the discussion of the research found, investigating the challenges and opportunities of blockchain technology in the electricity sector, in order to assess its impact on the new energy system's configuration. In addition, an analysis of the existing applications of this new technology in the world electric sector is presented, with the main applications being the sale of electric energy in Smart Grids, Distributed Generation, Electric Vehicles and Smart home.
1 INTRODUÇÃO
O avanço nos recursos energéticos distribuídos e na tecnologia de informação e comunicação tem impulsionado as transformações no setor elétrico nos últimos anos. Segundo ANDONI et al. (2019), estas mudanças acontecem principalmente devido a integração das fontes renováveis de pequena escala, geração distribuída, flexibilidade de serviços e aumento da participação do consumidor no mercado de energia. Em consequência, a tecnologia blockchain emergiu recentemente como uma tecnologia chave na revolução digital e vários especialistas internacionais identificaram o potencial da tecnologia para o setor de energia. A blockchain é uma tecnologia facilitadora essencial para a descentralização, digitalização e democratização do setor elétrico, e fornecerá enorme poder aos consumidores de energia para entender, produzir, monitorar e controlar seus requisitos energéticos (KHATOON et al., 2019).Nos dias de hoje, a estrutura do mercado de energia elétrica é, de uma forma geral, complexa e requer intermediários de terceiros, como agentes comerciais, fornecedores de logística, bancos, reguladores e corretores (ANDONI et al., 2019).
O uso da tecnologia blockchain permitirá a comercialização de energia elétrica sem intermediários, entre consumidores e/ou prossumidores (produz e consome) de uma maneira segura, descentralizada e altamente eficiente, por exemplo. Além disso, a comercialização de energia elétrica peer-to-peer fornece incentivos financeiros e socioeconômicos para a integração e expansão da energia renovável produzida localmente. (MENGELKAMP et al., 2018). O objetivo deste artigo é apresentar a tecnologia Blockchain e seus possíveis impactos no setor elétrico em âmbito mundial, apontando os desafios e oportunidades na utilização da mesma. A pesquisa foi embasada em relatórios e artigos científicos recentes oriundos da base do Periódico CAPES relacionados à blockchain no setor elétrico. Os resultados esperados são a discussão das pesquisas encontradas, investigando os desafios e as oportunidades da tecnologia, avaliando o impacto da mesma na nova configuração do sistema energético. Além disso, espera-se uma análise sobre as aplicações já existentes dessa nova tecnologia no setor elétrico mundial. O artigo está estruturado em 4 seções, incluindo esta introdução. A próxima seção apresenta a metodologia utilizada no estudo em questão. Na terceira seção é apresentada a tecnologia blockchain e a revisão bibliográfica dos estudos analisados, especificando seus desafios, oportunidades e aplicações no mercado de energia. Na quarta seção são discutidas as considerações finais.
2 METODOLOGIA DE BUSCA
Este estudo constitui uma revisão bibliográfica, a partir de um levantamento de dados sobre aplicações e impactos da tecnologia blockchain no mercado de energia em âmbito mundial. A partir desse objetivo proposto, no campo de descrição, os termos de busca utilizados foram: BLOCKCHAIN AND (ELECTRICAL SECTOR OR ENERGY OR ENERGY MARKET). As palavras-chaves utilizadas foram Impact, Energy Market, Energy Sector, Electrical Sector. Após a realização da busca, avaliou-se cada título, palavras-chave e resumo, excluindo-se estudos que claramente fugiam do escopo do mapeamento. Para selecionar os estudos no mapeamento foram considerados alguns critérios como restrições de data (artigos publicados nos últimos 10 anos), tipo de artigo (revisões), idioma (Inglês) e refinou-se por periódicos revisado por pares. As referências bibliográficas das publicações foram analisadas a fim de incorporar novos estudos não encontrados nos resultados de busca.
A base de dados investigada foi o Portal de Periódico da CAPES. Na pesquisa dos últimos 10 anos até o outubro/2019, foram encontrados 1150 artigos, após as restrições aplicadas. Foram excluídos os artigos que não atendessem a demanda bibliográfica do estudo. Então, após análise criteriosa, 36 artigos foram considerados pertinentes ao estudo. Considerando o período não contemplado para ampliar a pesquisa, outra revisão foi realizada considerando o período de outubro/2019 até final de janeiro/2020. Foram encontrados 858 artigos nessa busca. A partir de uma análise parcial dos artigos encontrados, foram selecionados 23 artigos, considerados relevantes para atender os objetivos da investigação. Dessa forma, no total 59 artigos sobre a tecnologia blockchain e mercado de energia foram revisados e utilizados na composição do estudo.
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O estudo é organizado e dividido em 4 principais tópicos para avaliação da tecnologia no setor elétrico: Desafios, oportunidades e aplicações.
4 DESAFIOS
Por ser uma tecnologia recente, a tecnologia blockchain ainda apresenta desafios e limitações diante do seu funcionamento e aplicação no setor elétrico. A partir da análise dos estudos, os principais desafios da tecnologia blockchain foram investigados e serão abordados neste tópico. A Tabela 1 apresenta os desafios mais recorrentes dentre os artigos avaliados.
Tabela 1 – Principais desafios da tecnologia blockchain no setor elétrico.
DESAFIOS AUTORES
Falta de mecanismo regulatório
ABDELLA; SHUAIB, 2018; BRILLIANTOVA; THURNER, 2019; BÜRER et al., 2019; WANG et al.,
2019a; WU; TRAN, 2018
Imaturidade da tecnologia blockchain MANNARO; PINNA; MARCHESI, 2017
Alto custo de armazenamento e consumo de energia
BÜRER et al., 2019; WANG et al., 2019a; WU; TRAN, 2018; DI SILVESTRE et al. (2020); POP et. al (2019); DORRI et al. (2019); BRILLIANTOVA e THURNER
(2019), KHATOON et al. (2019)
Escalabilidade
DI SILVESTRE et al., 2020; KHATOON et al., 2019; LI et al., 2019; WANG, X. et al., 2019b; WANG, N. et al.,
2019a Fonte: os Autores (2020)
A falta de mecanismo regulatório é um desafio apontado pelos autores WU e TRAN (2018), WANG, N. et al. (2019a), BRILLIANTOVA e THURNER (2019), BÜRER et al. (2019), ABDELLA e SHUAIB (2018). As regulamentações do mercado precisam ser modificadas antes que as tecnologias baseadas em blockchain possam ser implementadas no mercado de energia (ABDELLA; SHUAIB, 2018).
Segundo DORRI et al. (2019) existem três principais desafios na aplicação da blockchain no setor de energia. O custo de investimento no blockchain ainda é alto, tanto em termos computacionais quanto financeiros e a privacidade das transações não é efetiva. Na maioria das aplicações cada consumidor ou prossumidor ainda pode ter suas transações rastreadas por qualquer usuário.
Uma limitação destacada pelos autores BRILLIANTOVA e THURNER (2019), KHATOON et al. (2019), é o alto consumo de energia da mesma (BÜRER et al., 2019; DI SILVESTRE et al., 2020; WU; TRAN, 2018). O autor DI SILVESTRE et al. (2020) destaca ainda que além dos altos custos de energia, a tecnologia blockchain também apresenta como desafio técnico a escalabilidade, e a velocidade.
Nos estudos de POP et. al. (2019), o autor ressalta que as desvantagens que limitam a adoção da blockchain ao domínio da energia são os custos extremamente altos para armazenamento de dados, os altos requisitos de hardware para processamento de dados e a pequena taxa de transferência de transações, especialmente ao lidar com muitos pares.
5 OPORTUNIDADES
Dentre as oportunidades da tecnologia blockchain, a descentralização do mercado, aumento da transparência, segurança, empoderamento de consumidores e redução dos custos são alguns dos principais benefícios abordados pelos estudos.
A redução de custos é um dos potenciais da tecnologia blockchain no setor elétrico mais ressaltados na literatura (DICK; PRAKTIKNJO, 2019; MYLREA; GOURISETTI, 2017; O’DONOVAN; O’SULLIVAN, 2019; VAN CUTSEM et al., 2020; WU; TRAN, 2018). Além de custos de transação, blockchains de energia podem reduzir tempos de liquidação, substituir intermediários por modelos de consenso (LOMARBI, F. apud O’DONOVAN; O’SULLIVAN, 2019), aumentando a lucratividade e minimizando custos para participantes que usam sofisticada inteligência de mercado (WANG et al., 2017).
Por meio de algoritmos de criptografia e consenso da blockchain, segurança e confiança também são benefícios estabelecidos da tecnologia. Os autores (AITZHAN; SVETINOVIC, 2018) concluem que a blockchain permite implementar o comércio descentralizado de energia e que o grau atingível de privacidade e segurança é maior do que nas plataformas tradicionais de comércio centralizado.
Segundo AHL et al. (2019), a tecnologia blockchain pode ter impactos significativos nos valores sociais, no desenvolvimento de novos regulamentos e incentivos de mercado, infraestrutura e modelos de negócios corporativos. A blockchain também tem sido discutida como a “Internet da Energia”, permitindo transparência, mercados de prossumidores distribuídos. O autor ANDONI et al. (2019) cita que a blockchain pode trazer vantagens aos mercados, consumidores e prossumidores, operações dos sistemas de energia, controlando intermediários, aumentando a transparência, e empoderando os consumidores e pequenos produtores de energia.
Para KIM et al. (2019), a tecnologia blockchain pode ser utilizada em um sistema que pode tornar o gerenciamento inteligente de energia mais seguro para ataques cibernéticos no futuro, quando a rede inteligente for ativamente aplicada. Este sistema pode armazenar e compartilhar com segurança todos os dados de energia na Smart Grid com transparência e confiabilidade dos dados.
Segundo MYLREA e GOURISETTI (2017), a tecnologia blockchain aumenta a confiança e permite que contratos inteligentes automatizados suportem transações multipartidárias com base em regras predefinidas entre fornecedores e clientes de energia gerada de forma distribuída. Além de facilitar as transações e trocas de energia, a blockchain pode reduzir os custos, aumentar a segurança e a sustentabilidade da integração de recursos
energéticos distribuídos, tornando a rede elétrica mais eficiente e descentralizada. A blockchain pode auxiliar a otimizar dados da rede e registrar energia residual, assim como, aumentar a fidelidade e o controle dos dados das concessionárias.
No artigo de WU e TRAN (2018) é apresentada uma pesquisa de compatibilidade da tecnologia blockchain com a Internet da energia. Segundo os autores, a tecnologia blockchain é promissora pois pode estabelecer confiança entre os nodos da rede, tornando o processo de transferência de valor independente do nodo central. A adição ou atualização de dados de rede é realizada por um algoritmo de consenso de nó distribuído, que é transparente e pode proteger a privacidade. Ao mesmo tempo, o uso de algoritmos de criptografia garante a segurança dos dados. A tecnologia blockchain é um mecanismo operacional que aumenta a eficiência da troca de valor e reduz os custos.
Os autores BRILLIANTOVA e THURNER (2019) discutem que uma das principais implicações da adoção da tecnologia blockchain no setor elétrico é a exclusão de intermediários entre geração e consumo de eletricidade. Segundo os autores, é provável que a adoção da blockchain reduza o papel das concessionárias, varejistas e nos mercados atacadistas de energia. Essa troca de energia sem intermediários resulta em menor consumo de energia, menores custos para o consumidor final, uma vez que a presença de intermediários, em média, produz uma energia 20% mais cara. Portanto, a adoção da blockchain pode resultar em preços mais baixos de energia.
A partir do estudo de um modelo de comercialização de energia para micro geração FERREIRA e MARTINS (2018), concluem que a tecnologia blockchain permite o verdadeiro envolvimento dos consumidores no mercado de energia, pois esses atuarão como facilitadores para a criação de comunidades de energia; aumenta a transparência e a confiança do sistema do mercado de energia, garante um alto nível de segurança, integridade e resiliência; garante responsabilidade, preservando os requisitos de privacidade e promove novas oportunidades de negócios que podem surgir do conceito de comunidade energética.
6 APLICAÇÕES
Dentre as possíveis aplicações da tecnologia blockchain, no setor de energia elétrica as principais podem ser organizadas da seguinte forma: Comercialização de energia elétrica em Smart Grids, Geração Distribuída, Veículos Elétricos e Smart home. De acordo com um estudo de ANDONI et al. (2019), são identificados mais de 140 projetos de inovação em blockchain e iniciativas de pesquisa no setor de energia, aproximadamente, um em cada três casos de uso é sobre comércio de energia descentralizado, que inclui iniciativas de comércio por atacado,
varejo e P2P de energia. A segunda categoria mais avaliada é criptomoedas, tokens e investimentos, representando um em cada cinco casos de aplicações.
Na área de energia, vários projetos pilotos estão sendo desenvolvidos com utilização da tecnologia blockchain. O estudo de VERMA et al. (2018), apresenta o "EnerPort", um projeto colaborativo irlandês liderado pelo Centro Internacional de Pesquisa Energética, em parceria com a Universidade Nacional da Irlanda em Galway e a University College Cork onde a tecnologia blockchain está sendo usada para desenvolver um modelo de comércio de energia Ponto a Ponto (P2P) para apoiar o comércio de energia entre micro redes.
A pesquisa de MENGELKAMP et al. (2018) analisa o projeto Brooklyn Microrrede, em Nova York, que está em seu terceiro ano de funcionamento, e é o primeiro sistema P2P blockchain aplicado com sucesso. A Brooklyn Microgrid contempla quinhentos consumidores comprando e vendendo energia em tempo real por meio de um aplicativo de celular para o mercado local, permitindo ainda a escolha entre o mercado livre local e a concessionária
Outros projetos sobre blockchain no setor elétrico estão em desenvolvimento, por exemplo o banco espanhol Kutxabank utiliza com sucesso uma plataforma que executa smart contracts, em um projeto que gera energia de uma hidrelétrica e dois parques eólicos, eliminando intermediários nas negociações e certificando a origem do produto. Também, na Noruega a Vattenfall está aplicando a arquitetura blockchain em uma rede privada para registrar as transações de consumidores comerciais e residenciais, os quais podem vender energia proveniente de módulos fotovoltaicos ou baterias (KOSOWATZ, 2019).
A partir do objetivo de criar um sistema de inteligência de microrrede baseado em blockchain, a plataforma TransActive Grid é um projeto desenvolvido pelo LO3 Energy. Baseado na Ethereum e contratos inteligentes, a plataforma visa vários modelos de negócios para rede distribuída. Permite transações de energia ponto a ponto, controle de recursos energéticos distribuídos para balanceamento da rede, resposta à demanda, gerenciamento de emergências e outros usos (ENERGY, 2020).
Em um mecanismo de negociação e compensação de mercado baseado em blockchain conhecido como PowerLedger, os proprietários de fontes de energia renováveis podem vender seu excedente de energia elétrica a um preço escolhido dentro de micro redes ou através da rede de distribuição (MARKETPLACE, 2020).
7 COMENTÁRIOS FINAIS
Realizou-se uma revisão bibliográfica sobre a tecnologia Blockchain no mercado de energia em âmbito mundial, investigando seus principais desafios e oportunidades abordados na literatura, assim como estudou-se aplicações existentes no setor elétrico.
Os principais desafios citados na literatura do novo modelo de comercialização são: falta de mecanismo regulatório, imaturidade da tecnologia blockchain, escalabilidade, alto custo de armazenamento, distribuição e consumo de energia. Dentre as oportunidades da tecnologia blockchain, a descentralização de mercado, aumento da transparência, segurança, empoderamento de consumidores e redução dos custos são os principais benefícios abordados nos estudos.
Os projetos aplicados fisicamente são majoritariamente para comercialização de energia elétrica entre consumidores ou prossumidores e fontes renováveis de energia ou baterias. Além disso, um dos projetos estudados tem a finalidade de certificação do produto como origem renovável. Os estudos apontam a tecnologia blockchain como incentivadora da comercialização de energia elétrica com oportunidade de redução de custos e segurança. Assim como, uma efetiva participação dos consumidores e prossumidores.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), a Fundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Estado de Santa Catarina (FAPESC) e a CPFL Energia por meio do programa P&D ANEEL, processo PD-00063-3063/2020, pelo apoio técnico e financeiro.
REFERÊNCIAS
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