A blockchain-based framework for peer-to-peer energy sharing in microgeneration communities

Abstract

The transition toward decentralised energy systems based on renewable sources is changing how electricity is produced and traded. Peer-to-peer (P2P) energy sharing in microgeneration communities can increase local utilisation of renewable energy and strengthen the role of prosumers. Still, current markets and infrastructures remain largely centralised, providing limited support for transparent, automated, and economically fair local transactions. This dissertation proposes a blockchain-based framework for P2P energy sharing in microgeneration communities, in which surpluses are traded locally using a pricing model anchored to the day- ahead wholesale market. The research follows the Design Science Research Methodology (DSRM) and has three main objectives, namely analysing the state of the art in blockchain-supported P2P trading, defining the functional and non-functional requirements for a decentralised platform, and designing and implementing a proof of concept (POC). The proposed architecture combines smart meters, a Home Energy Management System (HEMS), and a permissioned blockchain with smart contracts and oracles, supporting dynamic pricing, automated matching and settlement, and auditable records. A POC validates core functionalities, including order management, pricing definition, smart contract-based execution, and integration with simulated metering and market price feeds. Regarding evaluation, the artefact was assessed against the previously defined functional and non-functional requirements and complemented by an end-user survey. Taken together, the technical assessment and the survey results support the feasibility of the proposed framework in a controlled setting and indicate positive user interest, while motivating further validation through real-world pilots. The dissertation concludes by outlining limitations (simulated data and simplified conditions) and identifying future work, including real-world pilots, more advanced market mechanisms, and closer alignment with distribution system operators (DSOs) and regulatory frameworks.

A transição para sistemas energéticos descentralizados e assentes em fontes renováveis está a alterar a forma como a eletricidade é produzida e transacionada. A partilha de energia "peer-to-peer" (P2P) em comunidades de microgeração pode aumentar a utilização local de energia renovável e reforçar o papel dos "prosumers", mas os mercados e as infraestruturas atuais continuam maioritariamente centralizados, oferecendo suporte limitado a transações locais transparentes, automatizadas e economicamente justas. Esta dissertação propõe um enquadramento baseado em "blockchain" para a partilha de energia P2P em comunidades de microgeração, no qual os excedentes são transacionados localmente com um modelo de preços ancorado no mercado diário ("day-ahead") grossista. A investigação segue a Design Science Research Methodology (DSRM) e tem três objetivos principais, nomeadamente analisar o estado da arte sobre transações P2P suportadas por "blockchain", definir os requisitos funcionais e não funcionais para uma plataforma descentralizada e conceber e implementar uma prova de conceito (PoC). A arquitetura proposta combina contadores inteligentes, um Home Energy Management System (HEMS) e uma "blockchain" permissionada com "smart contracts" e "oracles", suportando preços dinâmicos, correspondência e liquidação automatizadas e registos auditáveis. Uma POC valida funcionalidades nucleares, incluindo gestão de ordens, definição de preços, execução de "smart contracts" e integração com dados de medição e de preços de mercado. No que respeita à avaliação, para além da verificação do artefacto face aos requisitos funcionais e não funcionais previamente definidos, foi aplicado um inquérito a utilizadores finais. Em conjunto, a avaliação técnica e os resultados do inquérito sustentam a exequibilidade do enquadramento proposto num ambiente controlado e apontam para um interesse favorável por parte dos utilizadores, justificando validação adicional através de pilotos em contexto real. A dissertação termina com as limitações (dados simulados e condições simplificadas) e identifica trabalho futuro, incluindo pilotos em contexto real, mecanismos de mercado mais avançados e maior alinhamento com os operadores de rede de distribuição (DSO) e os enquadramentos regulatórios.