SynergyGrids: Blockchain assisted peer-to-peer energy trading and prosumer management framework

Fosil enerjinin t¨ukenmesi ve artan ¸cevre sorunları ile enerji piyasaları, r¨uzgar ve g¨une¸s gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına y¨onelmi¸stir. Burada ama¸c, ¨uretim ve talep arasındaki bo¸slu˘gu kapatmaktır. Bu kaynaklar k¨u¸c¨uk ¨ol¸cekte toplanabildi˘ginden, artan sayıda ¨uretici artık enerjiyi satabilir hale gelmektedir. Bu, t¨uketicilerin iki rol ¨ustlenmesini te¸svik ederek (hem ¨uretip hem de fazla enerji satabilen) g¨orevde¸s (P2P) enerji ticareti ve payla¸sımı kavramını ortaya ¸cıkarmı¸stır. G¨un¨um¨uzde akıllı ¸sehir teknolojilerinin geli¸smesiyle birlikte enerji ticareti ve payla¸sımı kavramları hayal olmaktan ¸cıkmaktadır. Bununla birlikte, bu enerji kaynaklarının heterojenli˘gi (enerji ¨uretimi ve ba˘gımlılıktaki farklılık) ve d¨u¸s¨uk derecede g¨uvenilirlik nedeniyle, bu enerji kaynaklarını verimli bir ¸sekilde y¨onetme g¨orevi zorla¸smaktadır. Geli¸stirilen enerji ticaret sistemleri ve y¨onetim ara¸cları ¸co˘gunlukla merkezi bulut sistemlerini kullanır ve y¨uksek gecikme, d¨u¸s¨uk ¨ol¸ceklenebilirlik ve g¨uvenlik sorunları gibi do˘gal sorunlarla kar¸sı kar¸sıya kalırlar. Dolayısıyla, geli¸sen teknolojiyi kullanarak t¨uketici verilerini koruyabilen, de˘gi¸siklikleri denetim amacıyla g¨unl¨u˘ge kaydedebilen ve sistemin ba¸sarımını iyile¸stiren g¨u¸cl¨u bir araca ihtiya¸c vardır. Bu ba˘glamda da˘gıtık bir defter olarak blokzincir teknolojisi, merkezi sistemlere alternatif olarak ortaya ¸cıkmı¸stır. Bu tezde, son teknoloji P2P enerji ticareti ve payla¸sım ¸c¨oz¨umleri, avantaj, dezavantaj ve a¸cık problemleri ara¸stırılarak Altyapı Tabanlı Enerji Ticareti, B¨uy¨uk Ol¸cekli ¨ Enerji Depolamasına Dayalı Ticaret ve Tasarsız P2P Enerji Ticareti grupları ¨onerilmi¸stir. ˙Incelenen a¸cık konular g¨oz ¨on¨unde bulundurularak, iki ana mod¨ulden olu¸san, blokzincir destekli P2P enerji ticareti ve t¨uketici y¨onetimi ¸cer¸cevesi SynergyGrids geli¸stirilmi¸stir. Sistemin ilk mod¨ul¨u olarak, P2P enerji ticareti ba˘glamında prosumer gruplama mekanizmasının ¨ol¸ceklenebilirli˘gini ve ademi merkeziyetini geli¸stirmek i¸cin SynergyChain adlı da˘gıtık bir gruplama mekanizması ¨onerilmi¸stir. Akıllı s¨ozle¸smeler, i¸slem bilgilerini depolamak ve m¨u¸steri gruplarının olu¸sturulması i¸cin kullanılmı¸stır. SynergyChain , genel sistem ba¸sarımını ve karlılı˘gını arttırmak i¸cin uyarlanabilir bir gruplama tekni˘gi olu¸sturmak i¸cin bir peki¸stirmeli ¨o˘grenme mod¨ul¨un¨u i¸cermektedir. Onerilen ¨ SynergyChain modeli, kullanılabilir enerjinin arama alanını n'den (¨uretici sayısı) k'ye (olu¸sturulan grup sayısı) d¨u¸s¨urd¨u˘g¨u i¸cin her enerji talebi i¸cin zaman karma¸sıklı˘gını iyile¸stirmektedir. ˙Ikinci mod¨ul olarak, enerji ticaretine ve payla¸sımına izin vermek i¸cin mikro ¸sebekelerden ¨uretim yapanları y¨oneten FederatedGrids adlı karma bir sistem ¨onerilmektedir. Bu sistem, t¨uketicilerin yerel kaynaklardan enerji satın almasına ve ana ¸sebekelere olan ba˘gımlılı˘gı azaltmasına olanak tanır. FederatedGrids t¨uketicilerin enerji talebini tahmin etmek i¸cin kullanılan da˘gıtık blokzincirtabanlı birle¸sik bir ¨o˘grenme modeli ¨onermektedir. Onerilen ¨ SynergyGrids sistem mod¨ulleri Python ve Solidity kullanılarak geli¸stirilmi¸s ve Ethereum test a˘gları kullanılarak analiz edilmi¸stir. Saatlik Enerji T¨uketimi veri setini kullanan kapsamlı deneyler ger¸cekle¸stirilmi¸stir. SynergyChain , merkezi sisteme kıyasla sistemin ba¸sarımı ve ¨ol¸ceklenebilirli˘ginde %39,7 ve t¨uketicilerin karlılı˘gında % 18,3 iyile¸sme g¨ostermektedir. Talep y¨uk¨un¨u tahmin etmek i¸cin FederatedGrids kapsamında ¨onerilen blokzincir-tabanlı birle¸sik ¨o˘grenme modeli, ortalama %97,8 iyile¸stirilmi¸s a˘g y¨uk¨u ile kar¸sıla¸stırılabilir do˘gruluk sa˘glamakatadır. Literat¨urdeki di˘ger modellerle kar¸sıla¸stırıldı˘gında t¨uketiciler i¸cin enerji maliyetinde %17,8 ve ana ¸sebekelere g¨ore y¨ukte %76,4 oranında azalma oldu˘gunu g¨ostermektedir.