La blockchain appliquée à l’autoconsommation collective

12/05/2018
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2018-2:22880
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La blockchain appliquée à l’autoconsommation collective

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74 ZREE N°2/2018 LA BLOCKCHAIN ET L’ÉNERGIE DOSSIER 1 La vision des blockchains dans un système énergétique décentralisé Les technologies de blockchains sont mises en avant aujourd’hui comme un moyen d’organiser différemment des systèmes, qu’ils soient économiques, administratifs ou énergétiques, via une gestion décentralisée des transactions entre les individus, les communautés et les organisations. Toutes les technologies de block- chains liées à l’énergie sont encore à l’état de prototypes ou d’expérimen- tations [1]. S’agissant de l’électricité, les blockchains ont rapidement suscité l’intérêt en particulier depuis l’apparition des smart contracts (tels que ceux pro- posés par Ethereum) et leur capacité à automatiser des actions via des pro- grammes autonomes, dans un environ- nement sécurisé. De nombreux acteurs du marché de l’énergie étudient l’utilisation des block- chains en appui de la mise en place de mécanismes de gestion décentralisés au sein du système électrique. L’hypothèse faite par ces acteurs est que des sys- tèmes combinant des objets connec- tés, des automatismes distribués et une blockchain permettront « d’ajuster la façon dont les réseaux sont contrô- lés » [2]. Cela pose des questions com- plexes sur la coexistence de systèmes centralisés et décentralisés et sur l’inter- action de ces nouveaux systèmes avec les acteurs existants. Le cadre de l’autoconsom- mation collective en France En France, les cas d’usage autour des échanges d’électricité renouvelable pair- à-pair, semblent à ce jour se concentrer autour de la mise en œuvre de la loi n° 2017-224 et de son décret d’applica- tion n° 2017-676 relatif à l’autoconsom- mation collective [3] [4]. Comme schématisé par la figure 1, l’autoconsommation collective est définie comme un regroupement de consommateurs et de producteurs à l’aval du même poste de transforma- tion d’électricité de moyenne en basse tension. Ce regroupement est matéria- lisé contractuellement par la désignation d’une personne morale organisatrice qui définit les règles de répartition de la production entre les membres de l’opération. Cette personne morale com- munique au gestionnaire du réseau de distribution les identités des producteurs et consommateurs associés et les règles de répartition de la production locale entre les consommateurs de l’opération. Le gestionnaire de réseau de dis- tribution installe des compteurs com- municants (Linky dans le cas des puissances inférieures à 36 kW) afin de relever les courbes de charge et de pro- duction. En combinant les courbes de charge et de production avec les règles de répartition, le gestionnaire de réseau de distribution calcule par client l’éner- gie autoconsommée, l’énergie apportée par le fournisseur de chaque client, et l’énergie réinjectée le cas échéant. Ces résultats sont ensuite communiqués à la personne morale, aux fournisseurs et aux responsables d’équilibre impactés. Une blockchain utilisée dans le cadre d’une opération d’autoconsommation collective apporte la possibilité d’adap- ter finement les règles de répartition de la production aux objectifs des consom- La blockchain appliquée à l’autoconsommation collective Karl Axel Strang, Ph. D1 , Caroline Plaza2 1 Chargé de mission stratégie industrielle – Direction Stratégie, Enedis, 2 Co-fondatrice Sunchain In the energy world, peer-to-peer renewable electricity exchange, as defined in the 2017 French energy code, is an interesting use case for the block- chain technologies. Enedis supports Sunchain in the deve- lopment of a blockchain solution aiming to calculate the dynamic allocation of local electricity generation between the participants of a collective self-consumption community. This solution relies on the smart metering infrastructure, in- cluding Linky, and allows Enedis to take the choice of gover- nance of the participants into account for the allocation of local production. This article presents how a community self- consumption operation is implemented, the choices made by Sunchain and the interactions between the information systems of Enedis and Sunchain. ABSTRACT Dans le monde de l’énergie, les échanges d’électricité renouvelable pair-à-pair, tels que définis en 2017 dans le code de l’énergie, constituent un cas d’usage intéressant de la blockchain. Enedis accom- pagne Sunchain dans le développement d’une solution uti- lisant une blockchain pour calculer la répartition dynamique d’une production locale d’électricité entre les participants d’une opération d’autoconsommation collective. Cette solu- tion s’appuie sur l’infrastructure de comptage communi- cant, dont Linky, et permet à Enedis de prendre en compte le choix de gouvernance des participants dans la réparti- tion de la production locale. Cet article présente à la fois le fonctionnement d’une opération d’autoconsommation col- lective, les choix faits par Sunchain ainsi que les interactions entre les systèmes d’information d’Enedis et de Sunchain. RÉSUMÉ REE N°2/2018 Z 75 La blockchain appliquée à l’autoconsommation collective mateurs de l’opération. Des objectifs régulièrement évoqués par les porteurs de ce type de projet concernant ces règles de répartition peuvent être de : s MAXIMISER LE TAUX DAUTOCONSOMMA- tion locale ; s MINIMISERLAQUANTITÏDÏLECTRICITÏINJEC- tée sur le réseau public ; s MAXIMISERLAVALORISATIONDELAPRODUC- tion locale, notamment en termes de réduction des factures. Les projets de Sunchain Sunchain est une spin-off du bureau d’étude en énergie solaire TECSOL. Créée en mai 2016, elle est lauréate de l’initiative « Greentech Verte » du ministère de la transition énergétique et solidaire. Sunchain a pour ambition d’accompagner les nouveaux schémas d’utilisation de l’énergie solaire qui se dessinent et qui sont rendus possibles grâce aux technologies numériques. Sunchain a déployé un premier pro- totype fonctionnel permettant à trois consommateurs et deux producteurs de simuler une opération d’autoconsomma- tion collective sur une blockchain grâce à un module connecté à leur compteur électrique du réseau public de distribu- tion [5]. Plusieurs projets sont en prépa- ration parmi lesquels : s UNPARTENARIATAVECLEDÏPARTEMENTDES Pyrénées Orientales, qui s’est engagé dans des projets innovants d’autocon- sommation collective. Sunchain [3] accompagne le département dans la définition de la répartition dynamique de la production entre trois sites du patrimoine bâti du département ; s LE PROJET $)')3/, LAURÏAT DU PRO- gramme des investissements d’avenir opéré par l’ADEME, qui permettra le déploiement de la solution Sunchain sur 1 000 logements. Bénéficiant d’une enveloppe de 2,5 millions d’euros et démarré en juin 2017 pour une durée de trois ans, ce projet vise à optimiser la consommation collective d’électri- cité d’origine photovoltaïque et sera déployé sur plusieurs ensembles de logements comme des lotissements, des logements sociaux collectifs et des immeubles en copropriété ainsi que pour des collectivités territoriales sou- haitant accompagner leurs administrés dans la transition énergétique. L’ensemble de ces projets permettra à Sunchain de démontrer la pertinence des solutions utilisant les blockchains sur une grande variété de configurations de bâtiments et de modes de gouver- nance. La solution est également en cours de déploiement dans plusieurs AUTRESPAYS3UISSE )TALIE %SPAGNE  Choix technologiques de Sunchain Choix de la blockchain de consortium Hyperledger Fabric Le terme “blockchain” regroupe une famille de technologies se distinguant selon trois grandes caractéristiques : s UNE BLOCKCHAIN PEUT ÐTRE PUBLIQUE DE consortium ou privée selon que les par- Figure 1 : Schéma d’une opération d’autoconsommation collective intégrant des producteurs photovoltaïques et des consommateurs sur le réseau public de distribution d’électricité, à l’aval d’un poste de transformation de moyenne à basse tension – Source : Sunchain. 76 ZREE N°2/2018 LA BLOCKCHAIN ET L’ÉNERGIE DOSSIER 1 ticipants peuvent la rejoindre spontané- ment, en y étant autorisés ou s’ils sont préalablement identifiés et selon les mo- dalités de participation au consensus ; s LES TECHNOLOGIES BLOCKCHAIN PEUVENT également permettre ou non l’exé- cution de programmes autonomes qui constituent un enrichissement du concept initial de la blockchain dans ses premières applications ; s DIFFÏRENTS TYPES DE CONSENSUS DISTRI- bués peuvent être mis en place. Le choix du consensus, au-delà du choix technique, doit refléter l’organisation de la gouvernance. Sunchain a testé la mise en œuvre de différentes technologies durant plusieurs semaines, sans a priori technique, afin de répondre aux questions suivantes : s QUELSSONTLESBESOINSDUCASDUSAGE de l’autoconsommation collective ? s LES PARTICIPANTS SE FONT
ILS A PRIORI confiance ? s QUELLE ORGANISATION CONTRACTUELLE ET réglementaire de la relation entre les participants, le gestionnaire de réseau, les producteurs et les fournisseurs ? s QUELSONTLINTÏRÐTETLERISQUEDEFRAUDE s QUELLESSONTLESCONDITIONSMATÏRIELLES de captation de la donnée ? s LA SOLUTION PEUT
ELLE ÐTRE DÏPLOYÏE Ì des milliers de participants ? Les résultats des tests et de l’évalua- tion des degrés de maturité des solu- tions disponibles ont amené Sunchain et son intégrateur partenaire Talium à retenir la technologie de blockchain Hyperledger Fabric de la fondation Linux pour le déploiement de sa blockchain. Cette plate-forme technologique en code source ouvert a permis le dévelop- pement de la solution spécifique pour signer et enregistrer les données des compteurs électriques dans une block- chain de consortium. La répartition de l’électricité entre les participants est réa- lisée selon les conditions infalsifiables inscrites dans la blockchain via des programmes autonomes, dits chain- codes dans la technologie Hyperledger. Validées par un consensus distribué, ces transactions sont ensuite ajoutées à la blockchain distribuée sur les différents nœuds du système. Les trois verrous principaux du déve- loppement de cette solution étaient : s LASOBRIÏTÏÏNERGÏTIQUEDUSYSTÒME s LADAPTATIONDELASOLUTIONÌLORGANISA- tion des opérations d’autoconsomma- tion collective ; s LINTERFACEENTRELESDONNÏESDECOMP- tage du compteur physique et la block- chain. La consommation énergétique du système Sunchain a souhaité développer une solution blockchain permettant de lever ces trois verrous et évaluer son intérêt pour accompagner le déploiement mas- sif des énergies renouvelables dans un contexte de développement durable. La technologie choisie se devait donc d’être efficace et sobre énergétiquement, grâce à un consensus ne nécessitant pas de « minage ». Comme schématisé par la figure 2, Sunchain a choisi d’acquérir les données de comptage au niveau des compteurs Linky pour les insérer dans la blockchain. Des nœuds sont également déployés sur les serveurs de Sunchain Figure 2 : Schéma de localisation des nœuds de la blockchain sur une opération d’autoconsommation collective. REE N°2/2018 Z 77 La blockchain appliquée à l’autoconsommation collective et pourront être détenus par différents participants. La solution Sunchain n’est pas basée sur une cryptomonnaie. Elle est donc indépendante et ne peut pas être dé- viée de sa vocation dans une optique de spéculation. Les apports de la technologie distribuée Les principes de la blockchain sont utilisés pour assurer la transparence et la confiance entre les participants de l’opé- ration d’autoconsommation collective et avec la personne morale organisatrice. Trois grands concepts de la blockchain sont utilisés dans ce cas d’usage : 1. le consensus distribué. La gouver- nance est partagée entre les diffé- rents nœuds participant qui décident de valider ou non les transactions. Les participants de l’opération peuvent à tout moment « auditer » la blockchain, c’est-à-dire avoir accès aux preuves du bon déroulement du consensus ; 2. le registre distribué. La liste des transactions est distribuée sur l’en- semble des nœuds, ce qui rend le système résistant à la fraude. Un par- ticipant ne peut pas modifier l’histo- rique des transactions a posteriori ; 3. la cryptographie asymétrique. Les données sont collectées à partir des compteurs individuels. L’émission des données de consommation et de production est certifiée. Les transac- tions sont signées numériquement grâce à une clé privée, ce qui permet leur traçabilité. Le partenariat entre Sunchain et Enedis Dans le cadre du projet de Sunchain, Enedis interface ses systèmes avec la blockchain pour recueillir le bilan de la répartition des flux. Ce partenariat entre Sunchain et Enedis permet à chaque consommateur de l’opération : s DESEVOIRAFFECTERÌCHAQUEINSTANTSA quote-part de production locale telle que convenu via le protocole inscrit dans la blockchain ; s DÐTRE ALIMENTÏ EN ÏLECTRICITÏ MÐME en l’absence de production locale ; s DE VALORISER LE SURPLUS DE PRODUCTION non consommé ; s DEPROlTERDUNEALIMENTATIONENÏLEC- tricité de qualité, stable en tension et fréquence ; s DEDISPOSERDEDONNÏESlABLES SßRES certifiées par le distributeur ; s DEGARDERLALIBERTÏDECHOISIRSONFOUR- nisseur d’électricité de complément. Les échanges d’information entre les parties La figure 3 schématise les six grandes étapes des calculs opérés par Sunchain et Enedis : 1. Sunchain se connecte à chaque compteur Linky (ou au compteur communiquant en place) des clients de l’opération d’autoconsommation collective et du/des sites de produc- tion photovoltaïque ; 2. à chaque pas de temps, Sunchain récupère les éléments de courbe de mesure de la consommation et/ou de la production du compteur et les enregistre dans la blockchain ; cette inscription est signée cryptographi- quement ; 3. au sein de la blockchain, à chaque pas de temps, les taux de répartition Figure 3 : Grandes étapes des calculs opérés par Sunchain et Enedis pour répartir la production d’un site noté P entre les consommateurs des sites notés S. 78 ZREE N°2/2018 LA BLOCKCHAIN ET L’ÉNERGIE DOSSIER 1 entre les consommateurs de l’énergie produite locale autoconsommée sont calculés. La répartition de l’électricité entre les participants et du surplus éventuel entre les producteurs est exécutée de façon automatique selon les conditions programmées dans la blockchain Cette répartition reflète les relations et accords entre les par- ticipants ; 4. Sunchain partage avec Enedis les taux de répartition à fréquence régulière ; 5. Enedis combine la relève des courbes de charge des compteurs de chaque client avec ces taux de répartition pour le calcul des courbes de charge auto- consommée, de fourniture par le four- nisseur et de surplus réinjecté sur le réseau de distribution le cas échéant ; 6. Enedis transmet les informations de facturation à la personne morale orga- nisatrice de l’opération d’autoconsom- mation collective pour la production Authorware et aux fournisseurs et res- ponsables d’équilibre pour la fourni- ture de complément et, le cas échéant, pour le surplus de production. L’infrastructure de comptage communicant comme source de données de confiance La technologie blockchain permet de certifier l’inscription des données de consommation et de production ainsi que leur répartition dans un environne- ment hautement sécurisé non falsifiable. Mais quelle est la valeur de cette fiabilité si la donnée physique de comptage insé- rée dans la blockchain est corrompue ? Les données insérées dans la block- chain depuis une source extérieure peuvent l’être depuis une source logicielle qui doit être alors considérée comme de confiance ou depuis des données d’un objet physique qui doit être également sécurisé : il s’agit des « oracles » [6]. Dans le cadre des projets présen- tés dans cet article, le gestionnaire du réseau public de distribution Enedis a la mission de service public de comp- TAGE)LAPOURCELAMISEN“UVREDES systèmes physiques de comptage qui permettent d’assurer la fiabilité de la valeur du comptage. La source de don- nées de confiance interfaçant le monde physique du système électrique avec le monde numérique d’une blockchain est ainsi l’infrastructure de comptage communicant et plus particulièrement l’infrastructure Linky à partir de laquelle deux flux de données sont disponibles. D’une part, des données brutes peuvent être relevées à partir de la TÏLÏ
INFORMATION CLIENT DITE 4)# DU compteur, ainsi que par les systèmes fonctionnant avec le clignotement de la diode. D’autre part, des données certi- fiées et de référence sont mises à dis- position via les systèmes d’information d’Enedis, comme l’espace client. Dans le cadre de ses missions de ser- vice public, Enedis apporte son savoir- faire dans la gestion d’infrastructures de comptage et Sunchain a conçu une solution permettant de récupérer ces données de comptage de manière sé- curisée et résistante à la fraude jusqu’à leur inscription dans la blockchain. Ce partenariat permet à Sunchain de se focaliser sur le développement d’une solution s’adaptant aux souhaits de gou- vernance entre les participants d’une opération d’autoconsommation collec- tive. La solution blockchain déployée apporte ainsi la confiance requise au sein de la personne morale organisa- trice de l’opération. Dans ces projets, Enedis continue de gérer les données énergétiques des clients dans le respect de ses obliga- tions sur la protection des données à CARACTÒREPERSONNELVIS
Ì
VISDELA#.), et sur la cybersécurité de l’infrastructure de comptage communicant. Sunchain profitera de ces expérimentations pour prouver que la solution choisie respecte ces mêmes obligations. LES AUTEURS Après son diplôme d’ingénieur de l’Ecole des Mines de Nancy, Karl Axel Strang a poursuivi ses études de master puis de Ph.D. à l’univer- sité de Stanford au département D!ÏRONAUTIQUEETASTRONAUTIQUE)LA ensuite été chargé de mission pour le développement industriel des réseaux énergétiques intelligents, du stockage de l’énergie et de l’hydro- gène, au sein de la Direction géné- rale de l’énergie et du climat (DGEC) au ministère de l’Ecologie, du déve- LOPPEMENTDURABLE ETDELÏNERGIE)L a intégré en janvier 2015 la direction de la stratégie d’Enedis et y est en charge notamment de la stratégie industrielle. $IPLÙMÏEDEL)NSTITUTCATHOLIQUEDES arts et métiers de Toulouse, Caro- line Plaza possède 10 ans d’expé- rience dans l’ingénierie, l’audit, la conception et la maîtrise d’œuvre de projets solaires. Au sein du bureau d’études TECSOL, elle a développé ses compétences sur des projets solaires innovants et sur le déve- loppement de solutions logicielles et matérielles pour ces applications. Depuis septembre 2016, elle est directrice technique, en charge des projets et des développements au sein de la start-up Sunchain dont elle est co-fondatrice. Sunchain est lauréate de l’initiative Green Tech Verte du ministère de l’Environne- ment, de l’énergie et de la mer. REE N°2/2018 Z 79 La blockchain appliquée à l’autoconsommation collective Un format de données disponible pour d’autres projets similaires Enedis a développé un format de données disponible pour tous les acteurs souhaitant répliquer ce type de projet d’autoconsommation collective utilisant les blockchains. Du point de vue d’Ene- dis, standardiser ce format de données et l’interface entre les systèmes d’infor- mation d’Enedis et les blockchains est essentiel afin de faciliter le déploiement industriel de ces solutions. Conscient de l’évolution rapide de ces technologies avec des passages de la phase prototype à celle de la com- mercialisation possibles en quelques années, Enedis accompagne les por- teurs de solutions innovantes, dont celles utilisant des blockchains, pour développer leurs interfaces avec ses propres services de données énergé- tiques certifiées et de référence, et donc conforter son rôle de tiers de confiance (ou plutôt d’oracle dans le cas des solu- tions utilisant des blockchains) pour les données énergétiques. Questions ouvertes sur les blockchains appliquées à l’énergie De nombreuses questions restent en- core en suspens avant d’envisager une généralisation de solutions de type block- chain [7]. L’application des technologies de blockchain à un système décentralisé sans autorité centralisatrice pose notam- ment d’importantes questions sur : s LÏVOLUTIONDESRELATIONSDIRECTESENTRE individus et avec les organisations comme les acteurs du système éner- gétique et les collectivités ; s LAGOUVERNANCEDECETYPEDESYSTÒME et la répartition des rôles, notamment en termes de responsabilité en cas de défaillance. Au-delà de l’effervescence actuelle que suscitent ces technologies, les tech- nologies de blockchains devront prouver dans la durée : s COMMENT ELLES PERMETTENT DE MIEUX répondre aux besoins des clients ; s LESGAINSÏCONOMIQUES ÏNERGÏTIQUES sécuritaires et de confiance qu’elles apportent par rapport à des systèmes d’information classique ; s LA PÏRENNITÏ DES ÏCOSYSTÒMES ET LA disponibilité des infrastructures pour permettre un déploiement industriel durable. Lorsque les technologies de block- chain auront atteint leurs promesses, leur combinaison via des processus automatisés avec d’autres technolo- gies (comme le pilotage des usages, des productions locales, du stockage d’énergie, et de la charge de véhicules électriques) pourrait offrir de nouvelles possibilités pour faciliter l’insertion d’une forte proportion d’énergie renouvelable à l’échelle locale. Références [1] B. Solar Plaza, “Comprehensive Guide to Companies Involved in Blockchain andEnergy”,2018.[Enligne].Available: http://www.blockchain2business.eu [2] L. Ballo, Blockchains et transition énergétique, EDHEC Business School, 2018. [3] « Articles L315-2 à L315-9 du Code de l’Energie », [En ligne]. Available: https://www.legifrance.gouv.fr. [4] P. Abiven et M. Pélissier, « Auto- consommation collective et block- chain : Perspectives sur deux phéno- mènes émergents et liés », E-Cube Strategy Consultants, 2017. [5] Sunchain, « Communiqué de presse », 6 décembre 2017. [En ligne]. Available: http://www.sunchain.fr/actualites. [6] V. Rabesandratana et N. Bacca, « L’Oracle hardware : la couche de confiance entre les blockchains et le mondephysique»,AnnalesdesMines - Réalités Industrielles - Blockchains et smart contracts : des technologies de la confiance ? n° Août 2017. [7] CRE, « La blockchain appliquée à l’énergie : le grand chambardement », chez Forum de la CRE, 2017.