為什麼說比特幣對未來實現豐沛的清潔能源非常關鍵?

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今天的能源資產所有者未來可能成為不可或缺的比特幣礦工。

撰文 : Bitcoin Clean Energy Initiative

編譯:Perry Wang

「令人作嘔且違背了人類文明」的比特幣對地球能源結構的影響究竟如何?這個值得深入研究,且應該進行全面思考。

支付公司 Square 發起的的比特幣清潔能源投資計劃(Bitcoin Clean Energy Initiative)今年發表過一份簡短的研究論文,提供了一個值得關注的視角:比特幣挖礦方式如果與可再生能源生產和儲存相結合,特別適合加速能源的轉型。

作為對這項研究工作的補充,著名的投資公司 ARK Invest 還貢獻了一個開源模型,演示了比特幣挖礦如何進一步增強了這些可再生能源生產 + 儲存系統,在電網基本負荷中提供了更高的能源佔比,從而有助於幫助全人類未來迎來豐沛的清潔能源。

兼聽則明,不妨從更長遠的視角思考這個問題。

該研究的一些核心發現

比特幣挖礦作為清潔能源生產和儲存的補充技術,代表了加速全球能源向可再生能源轉型的機會。

太陽能和風能現在是世界上最便宜的能源,但其部署瓶頸主要在於其間歇性供電的特質和電網擁堵。

比特幣礦工作為一種靈活的電網負載選項,可能有助於解決大部分間歇性問題和電網擁堵問題,進而使電網能夠部署更多的可再生能源。

比特幣網路會推動部署更多的太陽能和風能,這些發電技術可能會進一步降低各自的成本曲線,使其更接近於零邊際成本的能源生產。

我們希望透過本報告解釋這樣一個事實:比特幣網路作為獨特的能源買家,究竟能如何發揮作用,讓社會充分部署更多的太陽能和風力發電能力?部署這些發電能力並且儲存這些能源,旨在促進全社會向著更清潔、更具韌性的電網過渡。我們相信,今天的能源資產的所有者未來可能成為不可或缺的比特幣礦工。

比特幣礦工是獨特的能源買家

比特幣礦工是獨特的能源買家,因為他們提供了高度靈活和輕鬆調節的可中斷負載(可中斷負載是指對電力的終端使用,例如比特幣挖礦,可以輕鬆開啟或關閉),並且以具備全球流動性的加密貨幣提供支付,並且完全不受地理位置的約束,只需要網際網路連線。

這些綜合特質組成了非凡的資產,是最為不離不棄的能源買家,可以在世界任何地方隨時開啟或關閉需求。

參考閱讀:

《Special Report: Energy Backed Money》

https://research.satoshienergy.com/special-report-energy-backed-money/

可再生能源當前是最便宜的能源

過去十年中,太陽能和風能的平準化能源成本 (LCOE,是建造和運營發電廠的總生命週期成本除以它生產的能源總量,以美分 / 千瓦時為單位) 分別下降了 90% 和 71%。太陽能和風能的無補貼成本現在分別為 3-4 美分 / 千瓦時和 2-5 美分 / 千瓦時。某些個別專案的成本甚至更低。

參考閱讀:

《Levelized Cost of Energy and Levelized Cost of Storage – 2020》

https://www.lazard.com/perspective/lcoe2020?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=newsletter_axiosgenerate&stream=top

作為參考可以比較一下,煤炭或天然氣等化石燃料的平均平準化能源成本約為 5-7 美分 / 千瓦時。這意味著,太陽能和風能的價格已經低於煤炭和天然氣。太陽能和風能也剛剛達到與地熱能和水力發電的成本平價,後者大約 3-5 美分 / 千瓦時的價格——這個成本很便宜,但受到地域限制。

參考閱讀:

《U.S. Energy Information Administration》

https://www.eia.gov/outlooks/aeo/pdf/electricity_generation.pdf

對於水電或地熱等發電專案,確實總會在某些地點極為廉價,但總體來說,太陽能和風能現在是成本最低、且可擴充套件性最強的發電專案。更重要的是,我們相信,隨著時間的推移,它們只會繼續變得越來越實惠。我們相信,太陽能(半導體技術)尤其如此,裝機總容量每增加一倍的,太陽能發電的價格就會持續下降20-40%。

參考閱讀:

《Solar’s Future is Insanely Cheap (2020)》

https://rameznaam.com/2020/05/14/solars-future-is-insanely-cheap-2020/

不同發電方式的 LCOE,價格單位為每千瓦時

暫時的供需不匹配和電網擁堵

不過,太陽能和風能與天然氣或核能等更昂貴的基本負荷電力相比,都受主要缺陷的掣肘:間歇性(間歇性是指能源生產不是恆定的。例如,以太陽能發電場為例,它僅在陽光照射時發電)。這在能源行業中導致了所謂的「鴨子曲線」。

參考閱讀:

《The Solar-Bitcoin Convergence》

https://versionone.vc/the-solar-bitcoin-convergence/

NREL 鴨子曲線,淨負荷(單位為百萬瓦時)

本質上,白天陽光強烈,但晚上沒有太陽光。風更難以預測,但往往在夜間吹得更猛烈。因此,能源供應或者充足,或者根本不存在。然而,當人們回到家並開啟電器時,需求會在下午稍晚或傍晚達到峰值,此時太陽能和風能都無法充分供應。最終的結果是,這兩種發電方式平均每天會有幾個小時的供應超過社會需求,而在需求激增時則遠遠無法滿足需求。

同樣的挑戰也會隨著季節的變化而出現:夏季陽光更充足,冬季風更大。

而電網的擁堵(電網擁堵是指當電網的輸電線路在給定時刻達到最大傳輸負荷)進一步放大了這些缺陷,這種類似於高速公路擁堵的情況經常發生,因為太陽能和風能專案通常建在陽光和風力充足但附近負載和傳輸能力不足(即終端電力使用者)的農村地區。

參考閱讀:

《Transmission congestion & constraints: Market impediment or opportunity?》

https://www.nrg.com/insights/energy-education/transmission-congestion---constraints.html#:~:text=Grid congestion occurs due to,limits designed to ensure reliability.&text=The business instead must buy,side of the grid constraint.

由於這些困難,目前有超過200 GW的被推遲了的太陽能和風能裝機容量在三個美國電網佇列中排隊——這些太陽能和風能專案的開發和融資已經充分到位,但電網無法容納。

參考閱讀:

《New data tool from Berkeley Lab tracks proposed projects in interconnection queues》

https://emp.lbl.gov/news/new->

增加電網傳輸能力和能量儲存對於解決這些問題至關重要,尤其是在鋰離子電池的成本曲線繼續下降的情況下。不過就目前而言,公共服務企業級的電池仍然過於昂貴,無法普遍部署。甚至在其成本又下降了80% 的情況下,使用壽命以及儲存能量而不會耗散(耗散是指將一些儲存的能量以熱量形式損失的過程,也稱為「熱損失」)的時間仍面臨物理限制。不過,它們有可能成為儲存廉價的中午太陽能、以滿足晚間高峰需求的最關鍵技術。

比特幣挖礦是電力生產+儲存的理想補充

在另一方面,比特幣礦工是可再生能源和儲存理想的的互補技術。

電力生產與儲存和礦工結合起來,其整體價值主張會優於單獨建設發電和儲存。如上所述,在不耗散的情況下可以經濟有效地儲存多少電力總是存在物理限制的。

透過將礦工與可再生能源的生產+儲存結合起來,我們認為將會:

提高專案投資者和開發商的回報率,將更多太陽能和風能專案推向盈利區間。

即使漫長的電網互連研究尚未完成,太陽能和風能專案的建設也是可行,因為比特幣礦工可以在向電網出售能源之前使用這些能源。

為電網提供隨時可用的「過剩」能源,以應對越來越常見的黑天鵝事件,例如需求激增的超高溫或超低溫天氣(例如 2021 年初得克薩斯州的大面積停電事件)。

請注意,隨著電動汽車的普及和所有裝置的電氣化,隨著社會的電力需求不斷增加,這種「過剩」能源將變得非常有用。從某種意義上說,礦工們無限大的胃口讓他們可以吃掉上述鴨子曲線中的「腹部」。

考慮到這些好處,我們認為,公眾服務企業級儲存的開發商聯手比特幣礦工增強其當前的電池產品,是合乎邏輯的。

長期影響

我們認為,如果比特幣挖礦成為最不離不棄的能源買家,將會產生兩大影響。

首先,電網需求低估期的太陽能和風能供應數量將急劇增加。如上所述,僅僅三個美國電力市場中目前電網中就存在超過200 GW的被推遲的太陽能和風能容量在排隊。作為參考,這大約相當於目前太陽能和風能裝機容量的兩倍。

隨著社會開始部署更多的太陽能和風能,我們相信這應該使它們的平準化能源成本成本曲線進一步降低,使未來的太陽能和風能更加實惠。

如果平準化能源成本下降,它可能會為太陽能電力解鎖可盈利的新用例,例如淡化水、從環境中去除二氧化碳或生產綠色氫氣。該領域的部分專家預計,生產新電力的邊際成本實際上將接近於零。

第二個主要潛在影響可能是比特幣挖礦產業大規模轉型和綠色轉型。

據估計,當今全球比特幣挖礦能力只有 10-20 GW(https://cbeci.org/)。如上所述,僅在美國電網上就有 200 GW 太陽能和風能專案被推遲而在排隊中(電網排隊是指等待被批准為傳輸電網提供電力的專案)。其中僅僅 20% 就可以為礦工們帶來 40 GW 的新的挖礦電力,使得當前全球比特幣挖礦市場相形見絀。

請注意,這些挖礦新產能專案中許多專案可能會「電錶後」(電錶後是指在電力生產地直接消耗掉電力,而無需電網傳輸)。採用電力,儘可能利用原本會被浪費掉的太陽能和風能。當然,在其他有利可圖的時期,它們可能仍會使用電網供電,因此從第一天起不會完全是綠色的。但如果太陽能和風能變得更便宜,並在基本負荷電力中佔據越來越大的份額,最終趨勢將繼續迅速轉向由可再生能源主導的算力。

我們相信,部署如此大量的、地理位置多樣化的新算力,也會產生增強比特幣網路安全性的二階後果,可能會進一步鞏固比特幣作為所有人的健全貨幣的地位。

如何果沒有比特幣挖礦,作為一種間歇效能源的太陽能,只能提供 40% 的電網電力,由於電力企業面臨需要投入重金進行重大投資,之後電價會隨之上漲。而如果比特幣挖礦行業整合到太陽能系統中,能源供應商——無論是公用事業企業還是獨立實體,將有能力在電價和比特幣價格之間進行套利,並有可能出售「剩餘」太陽能,並在不降低盈利能力的情況下滿足電網中幾乎全部電力需求。

比特幣挖礦可以激勵對太陽能系統的投資建設,在電網中生產的電能佔比提升,而電力成本仍保持不變。

上圖演示了比特幣挖礦可能對太陽能系統普及所產生的影響。假設電力成本不變,上圖演示了太陽能可以提供給電網的電力百分比。y 軸是太陽能產生的功率,x 軸是電池容量。每個圓圈的大小與比特幣挖礦作業的規模大小成正比。

在每個點,太陽能系統提供不同比例的電網需求。隨著比特幣挖礦規模的擴大,太陽能系統隨之增加,為電網提供的能源佔比不斷升高。增加比特幣挖礦能力,可以讓能源供應商在不浪費能源的情況下「過度建設」太陽能。例如圖表的左下角,在沒有比特幣挖礦的情況下,可再生能源只能滿足電網需求的 40%。在圖表的右上角,包括太陽能、電池和比特幣挖礦可以滿足電網 99% 的需求。

我們的模型演示了,將比特幣挖礦整合進太陽能系統,可以將間歇性電力資源轉變為具有基本負載能力的發電站。它表明,電力開發商的工具箱中新增比特幣挖礦,應該會提升可再生能源和間歇效能源的整體潛在市場。

在其他條件相同的情況下,透過比特幣挖礦,可再生能源可以成本低廉的前提上為任何地點提供很大比例的電力供應。作為後續效應,與可再生能源規模化擴充套件相關的成本下降很可能會加速,使它們更具經濟競爭力。

未來發展

對於如何實現上述願景,仍然存在著一些重要的問題需要考慮。我們至少看到了三個有意義的商機:

能源管理軟體和服務

專注於儲存和挖礦的能源管理公司可以構建軟體,來實時決定新生產出的電力的最佳用途:是使用、儲存它或用於挖礦。他們還可以提供關鍵的資產管理工具和分析來監控專案績效。

能源 / 礦工市場

可能會出現託管市場,以連線專案開發商、礦工、和金融家。一項關鍵挑戰是要解決現有礦工當前的信用門檻要求。

ASIC 礦機生產

可以建造新的晶片代工廠,以滿足預期中的需求激增。三星和臺積電最近宣佈的新北美工廠建設計劃,在這一領域搶佔了領先地位。未來還會看到硬體和韌體持續改進,以提高針對使用可中斷能源進行最佳化的挖礦裝置的耐用性。

行動起來

比特幣和能源市場正在整合,我們相信今天的能源資產所有者未來可能會成為比特幣礦工。電力企業的高管、可持續基礎設施投資基金和電網規模級儲存開發商透過調整其戰略路線圖,將大規模投資部署到比特幣挖礦和清潔能源生產之間的新興協同作用中,可以很好地加速實現這一未來。

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