Blockchain technology in the future Swedish electricity system by Saga Carle Viktor Vifell Nilsson Master of Science Thesis TRITA-ITM-EX 2020:341 KTH Industrial Engineering and Management Industrial Management SE-100 44 STOCKHOLM 1 Blockchain i det framtida svenska elsystemet av Saga Carle Viktor Vifell Nilsson Examensarbete TRITA-ITM-EX 2020:341 KTH Industriell teknik och management Industriell ekonomi och organisation SE-100 44 STOCKHOLM 2 Abstract Blockchain, a distributed ledger technology, became publicly known when the cryptocurrency Bitcoin was introduced in 2009. As the financial value of cryptocurrencies increased, the interest for blockchain grew, leading other sectors to explore if blockchain could be used in other areas as well. One of these areas was the energy sector where the technology was predicted to transform the market by cutting out intermediaries with the use of peer-to-peer electricity trading. Today there are few successful commercial blockchain projects and the blockchain-hype is seemingly decreasing. It is, however, unclear if this is a natural part of the innovation process that follows the Gartner hype cycle or if the energy sector will reject the technology. This thesis aims to investigate the value characteristics of blockchain in the electricity system, and if these can add value to the future electricity system in Sweden. Firstly, to answer this question, a literature review is conducted to explore how blockchain has been applied in the electricity sector in earlier studies and what value the technology offered. Secondly, an interview study with 28 participants was conducted with the purpose to understand future predictions of how the electricity system in Sweden will be configured, and the energy sector’s understanding of blockchain technology. The literature concluded that blockchain could particularly offer these five value characteristics: 1) transparency 2) decentralisation 3) immutability 4) traceability and 5) P2P interaction. Furthermore, did the interview study result in a multi-level perspective analysis and proposed that the electricity system in Sweden is facing a reconfiguration pathway driven by the landscape pressures, consisting of electrification, digitalisation, decarbonisation and a potential nuclear phaseout. Moreover, this study has found that the electricity system in Sweden is fronting a regime transition from a centralised system with stable generation and consumption- based production, to a decentralised system with more intermittent generation and production- based consumption. In this regime shift, new challenges will occur, and the common denominator for these solutions is a more flexible electricity system, i.e. that the demand-side needs to become more flexible in consumption. The thesis has found that blockchain can provide the most value for the electricity system by functioning as a layer of governance on a potential local flexibility market. The flexibility will be decentralised and offered by both consumers and industries. The actors will, consequently, need an authentication process to confirm if flexibility providers can provide flexibility at a given moment. The five value characteristics do consequently have potential to provide a solution to this specific challenge. The thesis does, however, conclude that both the flexibility market, emerging business models and blockchain technology are not mature enough today. Accordingly, it is too early to decide if blockchain is the best-suited technology to serve this purpose, even if the value characteristics indicate potential. 3 Sammanfattning Blockchain är en distribuerad databasteknologi som blev känd för den stora allmänheten när kryptovalutan bitcoin lanserades 2009. När intresset och värdet på kryptovalutor i allmänhet, och bitcoin i synnerhet, ökade blev även andra sektorer intresserade av blockchain-teknologin. En av dessa sektorer var energibranschen där visionen var att teknologin skulle eliminera mellanhänder genom att erbjuda el-transaktioner direkt mellan två personer med hjälp av exempelvis solpaneler. Idag är det däremot få, eller inget projekt, som blivit kommersiellt gångbart och den en gång stora tilltron på att blockchain skulle revolutionera energibranschen börjar lägga sig. Det är däremot oklart om det är en normal reaktion i en innovationsprocess likt Gartners hype-cykeln, eller om intresset för blockchain slocknat för gott. Den här uppsatsen har undersökt vilka värdeskapande egenskaper blockchain-teknologin besitter och om dessa egenskaper kan skapa värde i Sveriges framtida elsystem. För att kunna besvara denna fråga inleddes uppsatsen med en litteraturstudie för att förstå hur blockchain har tillämpats på tidigare projekt i energibranschen och vilka värdeskapande egenskaper tidigare studier har framhållit hos teknologin. Vidare har en intervjustudie med 28 deltagare genomförts med målet att förstå hur framtidens elsystem kommer se ut i Sverige och vilken åsikt som deltagarna hade gentemot blockchain. Litteraturstudien kunde konstatera att blockchain framför allt erbjuder dessa värdeskapande egenskaper; 1) transparent 2) decentraliserat 3) beständigt 4) spårbart och 5) individinteraktion. Vidare resulterade intervjustudien i en analys ur ett flernivå-perspektiv där det föreslås att Sveriges elsystem är i en konfigureringsfas som är drivet av ett nytt samhällstänk bestående av elektrifiering, digitalisering, utfasning av fossila bränslen och kärnkraftens framtid. Vidare framhåller denna studie att det svenska elsystemet står inför ett regimskifte från ett centraliserat system med stabil generation och konsumtionsbaserad produktion, till ett decentraliserat system med en ökad intermittent generation och en produktionsbaserad konsumtion. Detta regimskifte innebär däremot nya utmaningar där den gemensamma lösningen för dessa utmaningar är flexibilitet. Den här uppsatsen har funnit att om blockchain kommer vara värdeskapande för det framtida svenska elsystemet, är det som ett övergripande autentiseringslager på en potentiell flexibilitets marknad. Flexibiliteten kommer troligtvis vara decentraliserad och tillgodoses av många konsumenter och industrier. Marknaden kommer följaktligen behöva en autentiseringsprocess för att verifiera att leverantörer kan tillgodose en viss mängd flexibilitet vid ett specifikt tillfälle. Blockchains fem värdeskapande egenskaper kommer därför väl till pass då denna process behöver vara transparent, decentraliserad, spårbart och beständigt. Den här studien har däremot dragit slutsatsen att varken flexibilitets marknaden, affärsmodeller eller blockchain-teknologin är tillräckligt välutvecklade idag. Följaktligen är det för tidigt att uttala sig om blockchain är den bäst lämpade teknologin att använda sig av för autentisering, även om teknologins egenskaper indikerar en potential. 4 Acknowledgements Firstly, we would like to take this opportunity to thank KPMG and all of the employees at the digital transformation and innovation department for giving us the chance to write our thesis together with you. A special thank you to Ebba Holmström for managing all of the contacts with KPMG and of course, to our supervisor Oscar Wiklund who gave us support and helped us define our research questions and approach. Furthermore, a big thank you to all of the interviewees that supported us in giving us their time and knowledge in both blockchain and the electricity sector. Secondly, we would like to thank our supervisor at KTH, the one and only Per Lundqvist. Also, a big thank you to all of our classmates; without you, these five years at university would have been a lot more challenging. Also, a big thank you to our family and friends that have been there for us through the ups and downs, not just during this project, but also during these five years at KTH. 5 Table of Contents Abstract ...................................................................................................................................... 3 Sammanfattning ........................................................................................................................ 4 Acknowledgements .................................................................................................................... 5 List of Figures ........................................................................................................................... 8 List of Tables ............................................................................................................................. 8 1 Introduction ..................................................................................................................... 10 1.1 Problem statement .............................................................................................................. 11 1.2 Purpose and research question .......................................................................................... 11 1.3 Research contribution ........................................................................................................ 12 1.4 Limitations .......................................................................................................................... 12 1.5 Delimitations ....................................................................................................................... 12 1.6 Disposition ........................................................................................................................... 13 2 The electricity system .....................................................................................................