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为什么说比特币对未来实现丰沛的清洁能源非常关键?

jay 区块链 2021-07-06 13:00:23 8 0

今天的能源资产所有者未来可能成为不可或缺的比特币矿工。

撰文 : Bitcoin Clean Energy Initiative 编译:Perry Wang

「令人作呕且违背了人类文明」的比特币对地球能源结构的影响究竟如何?这个值得深入研究,且应该进行全面思考。

支付公司 Square 发起的的 比特币清洁能源投资计划 (Bitcoin Clean Energy Initiative) 今年发表过一份简短的研究论文,提供了一个值得关注的视角: 比特币挖矿方式如果与可再生能源生产和存储相结合,特别适合加速能源的转型 。

作为对这项研究工作的补充,著名的投资公司 ARK Invest 还贡献了一个 开源模型,演示了比特币挖矿如何进一步增强了这些 可再生能源生产 + 存储系统 ,在电网基本负荷中提供了更高的能源占比,从而有助于帮助全人类未来迎来丰沛的清洁能源。

兼听则明,不妨从更长远的视角思考这个问题。


该研究的一些核心发现

比特币挖矿作为清洁能源生产和储存的补充技术,代表了加速全球能源向可再生能源转型的机会。

太阳能和风能现在是世界上最便宜的能源,但其部署 瓶颈 主要在于其间歇性供电的特质和电网拥堵。

比特币矿工作为一种灵活的电网负载选项,可能有助于解决大部分间歇性问题和电网拥堵问题,进而使电网能够部署更多的可再生能源。

比特币网络会推动部署更多的太阳能和风能,这些发电技术可能会进一步降低各自的成本曲线,使其更接近于 零边际成本 的能源生产。

我们希望通过本报告解释这样一个事实:比特币网络作为独特的能源买家,究竟能如何发挥作用,让社会充分部署更多的太阳能和风力发电能力?部署这些发电能力并且存储这些能源,旨在促进全社会向着更清洁、更具韧性的电网过渡。我们相信,今天的能源资产的所有者未来可能成为不可或缺的比特币矿工。

比特币矿工是独特的能源买家

比特币矿工是独特的能源买家,因为他们提供了高度灵活和轻松调节的 可中断负载 (可中断负载是指对电力的终端使用,例如比特币挖矿,可以轻松开启或关闭) ,并且以具备全球流动性的加密货币提供支付,并且完全不受地理位置的约束,只需要互联网连接。

这些综合特质组成了非凡的资产,是最为不离不弃的能源买家,可以在世界任何地方随时开启或关闭需求。

参考阅读:

《Special Report: Energy Backed Money》

可再生能源当前是最便宜的能源

过去十年中,太阳能和风能的 平准化能源成本 (LCOE,是建造和运营发电厂的总生命周期成本除以它生产的能源总量,以美分 / 千瓦时为单位) 分别下降了 90% 和 71% 。太阳能和风能的无补贴成本现在分别为 3-4 美分 / 千瓦时和 2-5 美分 / 千瓦时。某些个别项目的成本甚至更低。

参考阅读:

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

作为参考可以比较一下,煤炭或天然气等化石燃料的平均平准化能源成本约为 5-7 美分 / 千瓦时。这意味着,太阳能和风能的价格已经低于煤炭和天然气。太阳能和风能也刚刚达到与地热能和水力发电的 成本平价 ,后者大约 3-5 美分 / 千瓦时的价格——这个成本很便宜,但受到地域限制。

参考阅读:

《U.S. Energy Information Administration》

对于水电或地热等发电项目,确实总会在某些地点极为廉价,但总体来说,太阳能和风能现在是成本最低、且可扩展性最强的发电项目。更重要的是,我们相信,随着时间的推移,它们只会继续变得越来越实惠。我们相信,太阳能(半导体技术)尤其如此,装机总容量每增加一倍的,太阳能发电的价格就会持续下降 20-40% 。

参考阅读:

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

为什么说比特币对未来实现丰沛的清洁能源非常关键?

暂时的供需不匹配和电网拥堵

不过,太阳能和风能与天然气或核能等更昂贵的基本负荷电力相比,都受主要缺陷的掣肘: 间歇性 (间歇性是指能源生产不是恒定的。例如,以太阳能发电场为例,它仅在阳光照射时发电) 。这在能源行业中导致了所谓的「 鸭子曲线 」。

参考阅读:

《The Solar-Bitcoin Convergence》

为什么说比特币对未来实现丰沛的清洁能源非常关键?

本质上,白天阳光强烈,但晚上没有太阳光。风更难以预测,但往往在夜间吹得更猛烈。因此,能源供应或者充足,或者根本不存在。然而,当人们回到家并打开电器时,需求会在下午稍晚或傍晚达到峰值,此时太阳能和风能都无法充分供应。最终的结果是,这两种发电方式平均每天会有几个小时的供应超过社会需求,而在需求激增时则远远无法满足需求。

同样的挑战也会随着季节的变化而出现:夏季阳光更充足,冬季风更大。

而电网的 拥堵 (电网拥堵是指当电网的输电线路在给定时刻达到最大传输负荷) 进一步放大了这些缺陷,这种类似于高速公路拥堵的情况经常发生,因为太阳能和风能项目通常建在阳光和风力充足但附近负载和传输能力不足 (即终端电力用户) 的农村地区。

参考阅读:

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

由于这些困难,目前有超过 200 GW 的被推迟了的太阳能和风能装机容量在三个美国电网队列中排队——这些太阳能和风能项目的开发和融资已经充分到位,但电网无法容纳。

参考阅读:

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

增加电网 传输能力 和 能量存储 对于解决这些问题至关重要,尤其是在锂离子电池的成本曲线继续下降的情况下。不过就目前而言,公共服务企业级的电池仍然过于昂贵,无法普遍部署。甚至在其成本又下降了 80% 的情况下,使用寿命以及存储能量而不会耗散 (耗散是指将一些储存的能量以热量形式损失的过程,也称为「热损失」) 的时间仍面临 物理限制 。不过,它们有可能成为存储廉价的中午太阳能、以满足晚间高峰需求的最关键技术。

比特币挖矿是电力生产+存储的理想补充

在另一方面,比特币矿工是可再生能源和存储理想的的互补技术。

电力生产与存储和矿工结合起来,其整体价值主张会优于单独建设发电和存储。如上所述,在不耗散的情况下可以经济有效地存储多少电力总是存在物理限制的。

通过将矿工与可再生能源的生产+存储结合起来,我们认为将会:

提高项目投资者和开发商的 回报率 ,将更多太阳能和风能项目推向盈利区间。

即使漫长的电网互连研究尚未完成,太阳能和风能项目的建设也是可行,因为比特币矿工可以在向电网出售能源之前使用这些能源。

为电网提供随时可用的「 过剩 」能源,以应对越来越常见的黑天鹅事件,例如需求激增的超高温或超低温天气 (例如 2021 年初得克萨斯州的大面积停电事件) 。

请注意,随着电动汽车的普及和所有设备的电气化,随着社会的电力需求不断增加,这种「过剩」能源将变得非常有用。从某种意义上说,矿工们无限大的胃口让他们可以吃掉上述鸭子曲线中的「腹部」。

考虑到这些好处,我们认为,公众服务企业级存储的开发商 联手 比特币矿工增强其当前的电池产品,是合乎逻辑的。

长期影响

我们认为,如果比特币挖矿成为最不离不弃的能源买家,将会产生两大影响。

首先,电网需求低估期的太阳能和风能供应数量将急剧增加。如上所述,仅仅三个美国电力市场中目前电网中就存在超过 200 GW 的被推迟的太阳能和风能容量在排队。作为参考,这大约相当于目前太阳能和风能装机容量的 两倍 。

随着社会开始部署更多的太阳能和风能,我们相信这应该使它们的平准化能源成本成本曲线进一步降低,使未来的太阳能和风能更加实惠。

如果平准化能源成本下降,它可能会为太阳能电力解锁可盈利的 新用例 ,例如淡化水、从环境中去除二氧化碳或生产绿色氢气。该领域的部分专家预计,生产新电力的边际成本实际上将接近于 零 。

第二个主要潜在影响可能是比特币挖矿产业大规模转型和绿色转型。

据估计,当今全球比特币挖矿能力只有 10-20 GW 。如上所述,仅在美国电网上就有 200 GW 太阳能和风能项目被推迟而在排队中 (电网排队 是指等待被批准为传输电网提供电力的项目) 。其中仅仅 20% 就可以为矿工们带来 40 GW 的新的挖矿电力,使得当前全球比特币挖矿市场相形见绌。

请注意,这些挖矿新产能项目中许多项目可能会「 电表后 」 (电表后是指在电力生产地直接消耗掉电力,而无需电网传输) 。采用电力,尽可能利用原本会被浪费掉的太阳能和风能。当然,在其他有利可图的时期,它们可能仍会使用电网供电,因此从第一天起不会完全是绿色的。但如果太阳能和风能变得更便宜,并在基本负荷电力中占据越来越大的份额,最终趋势将继续迅速转向由可再生能源主导的算力。

我们相信,部署如此大量的、地理位置多样化的新算力,也会产生增强比特币网络安全性的 二阶后果 ,可能会进一步巩固比特币作为所有人的健全货币的地位。

如何果没有比特币挖矿,作为一种间歇性能源的太阳能,只能提供 40% 的电网电力,由于电力企业面临需要投入重金进行重大投资,之后电价会随之上涨。而如果比特币挖矿行业整合到太阳能系统中,能源供应商——无论是公用事业企业还是独立实体,将有能力在电价和比特币价格之间进行 套利 ,并有可能出售「 剩余 」太阳能,并在不降低盈利能力的情况下满足电网中几乎全部电力需求。

为什么说比特币对未来实现丰沛的清洁能源非常关键?

上图演示了比特币挖矿可能对太阳能系统普及所产生的影响。假设电力成本不变,上图演示了太阳能可以提供给电网的电力百分比。y 轴是太阳能产生的功率,x 轴是电池容量。每个圆圈的大小与比特币挖矿作业的规模大小成正比。

在每个点,太阳能系统提供不同比例的电网需求。随着比特币挖矿规模的扩大,太阳能系统随之增加,为电网提供的能源占比不断升高。增加比特币挖矿能力,可以让能源供应商在不浪费能源的情况下「 过度建设 」太阳能。例如图表的左下角,在没有比特币挖矿的情况下,可再生能源只能满足电网需求的 40%。在图表的右上角,包括太阳能、电池和比特币挖矿可以满足电网 99% 的需求。

我们的模型演示了,将比特币挖矿整合进太阳能系统,可以将间歇性电力资源转变为具有基本负载能力的发电站。它表明,电力开发商的工具箱中添加比特币挖矿,应该会提升可再生能源和间歇性能源的整体潜在市场。

在其他条件相同的情况下,通过比特币挖矿,可再生能源可以 成本低廉 的前提上为任何地点提供很大比例的电力供应。作为后续效应,与可再生能源规模化扩展相关的成本下降很可能会加速,使它们更具经济竞争力。

未来发展

对于如何实现上述愿景,仍然存在着一些重要的问题需要考虑。我们至少看到了三个有意义的商机:

能源管理软件和服务

专注于存储和挖矿的能源管理公司可以 构建软件,来实时决定新生产出的电力的最佳用途:是使用、存储它或用于挖矿。他们还可以提供关键的 资产管理工具和分析 来监控项目绩效。

能源 / 矿工市场

可能会出现托管市场,以连接项目开发商、矿工、和金融家。一项关键挑战是要解决现有矿工当前的 信用门槛 要求。

ASIC 矿机生产

可以建造新的 芯片代工厂,以满足预期中的需求激增。三星和台积电最近宣布的新北美工厂建设计划,在这一领域抢占了领先地位。未来还会看到硬件和固件持续改进,以提高针对使用可中断能源进行优化的挖矿设备的 耐用性 。

行动起来

比特币和能源市场正在整合,我们相信今天的能源资产所有者未来可能会成为比特币矿工。电力企业的高管、可持续基础设施投资基金和电网规模级存储开发商通过调整其战略路线图,将大规模投资部署到比特币挖矿和清洁能源生产之间的新兴协同作用中,可以很好地加速实现这一未来。

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