BTC 架构对能够获得低成本电力和高效挖矿硬件的公司有利,挖矿公司需要高效的电力生产解决方案来保持竞争力,而可再生能源提供的电力成本最低。

原文标题:《绿色 BTC 理论:BTC、电力消耗和绿色能源之间的关联》
撰文:Philipp Sandner、Daniel Wingen、Stefanie von Jan、Andreas Straub
翻译:Zoe Zhou
编辑:Roy Wang

在本文中,我们解释了 BTC 的架构仅对那些能够获得低成本电力和高效挖矿硬件的公司有利。我们认为,能够获得低成本电力的公司将迫使成本更高的公司停业。为了降低成本,挖矿公司需要更高效的硬件和更高效的电力生产解决方案来保持竞争力。这也包括制造这种硬件设备的工程公司,是因为这些公司也在中期增加研发支出。我们还希望更多的电力资源能够被利用,比如偏远地区的水力发电。基于这些论点,我们提出了 BTC 可能在 3-5 年内促进可再生能源研发投资的理论。我们承认这些理论是有违常理的,可能仅代表少数人的意见。因此,我们以循序渐进的方式开展我们的论点,最终使我们能够得出上述结论。

BTC 价格的走势及其波动

BTC 是 2008 年由中本聪 (Satoshi Nakamoto) 起草的首个数字无记名资产。起初,BTC 的价格一直低于 10 美元,并且是由一个小型技术社区推动的。在 2013 年,BTC 的价格飙升至 1000 美元以上。此后几年,BTC 在 400 美元上下波动。2017 年,BTC 价格创下了近 1.9 万美元的历史新高。当时,过度炒作的市场促使 BTC 市值达到 3000 亿美元。随后,被称为「数字货币寒冬」的市场整合开始了,BTC 价格跌至 4000 美元以下。到 2020 年初撰写本文时,BTC 的价格已回升至 8,770 美元,市值约为 1590 亿美元。BTC 网络由 1 万多个公共节点运营和保护,计算速度为 116 EH/s。这些计算消耗了大量的电能。电力消耗相当于奥地利或委内瑞拉的用电量。

我们看到并将持续看到非常高的波动性,这是由市场预期的强烈变化所驱动的一种不容易理解的现象。有「专家」认为,BTC 将很快消失,并将受到监管的阻碍。这将导致 BTC 价格接近 0 美元。其他「专家」预计未来的价格在 10 万美元、20 万美元甚至更高。这将 BTC 市值分别达到 1.8 万亿美元和 3.6 万亿美元。目前,黄金的市值已经达到 7.5 万亿至 9 万亿美元之间。因此,BTC 市值占黄金市值的比例预期在 0% 至 40% 之间。虽然上限值很高,但预期差异却很大。

政府正在监管数字资产

近年来,初创公司、企业、政府和学术界都受到了区块链技术的启发。他们不仅对去中心化数字资产感兴趣,而且对面向企业的分布式账本技术 (DLT) 系统也很感兴趣。随着时间的推移,这项技术的价值最终将变得更加清晰。因此,初创公司和企业需要监管支持。政府也正在采取行动,瑞士正在提议在立法中同时纳入数字资产和 DLT 的新规则。德国从 2020 年 1 月 1 日起推出「加密许可证」。列支敦士登和马耳他建立了完善的法律框架。中国大力推动区块链技术,但对虚拟货币首次发行和一些数字资产持怀疑态度。尽管美国法律体系零散,但它也在朝着这个方向努力。根据不同国家的情况,将制定不同的相关法规,进而将数字资产纳入一个国家的法律框架,并随之增加对投资者的保护。这也可能吸引机构投资者投资数字资产。

总结:数字货币爱好者和初创公司推动了数字资产的发展。他们呼吁制定明确的规则,而各国政府正加强监管措施予以回应。随着科技和立法到位,公司现在能够实际应用加密技术并投资于数字资产。总之,未来几年的技术和法律基础已经或正在建立。因此,我们有理由认为,随着区块链技术的扩散,BTC 价格可能随之上涨。

BTC 的架构与挖矿的重要性

BTC 系统的架构,尤其是挖矿过程,类似于实物黄金的采挖。BTC 挖矿公司也在「挖掘」BTC。他们通过购买和运行特定的挖矿硬件来实现这一点。这需要消耗电力,设备和人力资源来建立 IT 基础设施。所有这些机制都基于 PoW 共识机制。

确切地说,BTC 网络和黄金之间存在一个显著的区别:如果黄金价格上涨,黄金企业就会加大挖金力度。这可能导致供应增加。由于 BTC 的供应毫无弹性可言,因此新 BTC 的供应不会随着投入的资源增加而增加。如果一家挖矿公司利用新的硬件和新的电力来源来扩大它的挖矿业务,它将增加其新开采的 BTC 份额。然而,网络范围内新开采的 BTC 数量不会改变。

BTC 遵循预定的时间表产生,这样就可以预先确定新 BTC 的供应量。这种时间表实际上是不可能改变新 BTC 产生的数量。最近,在调查 BTC 的稀缺性时,股票流向模型变得流行起来。研究人员发现,作为稀缺指标的 BTC 的流通量价值与它的市值之间存在高度显著的相关性。

以下是适用的重要机制:如果 BTC 价格上涨,新的挖矿公司将开始他们的业务。相反,如果 BTC 价格下跌,一些挖矿公司就会停止运营。尽管 BTC 价格存在高度波动性,然而,挖矿活动不是唯一影响 BTC 价格的因素。以下三个因素特别重要:第一,挖矿硬件的价格和效率。第二,像制冷设备、场地、IT 人员等经营支出。第三,也是最重要的因素之一,即电价。这篇文章关注的是后者的相关性,是因为 BTC 网络的机制意味着对绿色电力的需求。其他文章也对这些机制进行了详细的解释,特别是关于 BTC 挖掘的输入因素。

当 BTC 价格下跌时,哪些挖矿公司会退出?

下文将阐述一个非常重要的问题:当 BTC 价格下跌时,哪些挖矿公司将退出。在此,我们可以假设挖矿公司的人口是多样化的。在中国以煤炭为基础的发电厂附近有一些挖矿公司。其他挖矿公司位于北欧或加拿大 (寒冷的气候有助于冷却硬件)。这些挖矿公司有不同的矿业硬件 (来自不同的制造商),因此必须支付不同的电力成本和不同的人力成本。这导致了各种挖矿公司的效率被广泛分配,而效率仅仅是通过出售 BTC 的收入与电力、硬件、场地和人力资源的支出来衡量的。这种分布反映了一个 BTC 的生产成本。与黄金一样,生产一个 BTC 的成本对于整个挖矿公司来说是不一样的 (见图 1)。在这一点上,无法凭借经验观察到真实分布情况。为了简单起见,我们假设效率与盈利能力密切相关。

绿色比特币理论:BTC 或促进可再生能源研发投资

那么,如果 BTC 价格下跌,哪些挖矿公司会停止挖矿业务 ? 在整个分销体系中,盈利最少的将是那些以高于市场价格的成本生产 BTC 的公司。这些挖矿公司会亏本出售新产生的 BTC(见图 2)。回想一下,BTC 价格的下降会降低收入和盈利能力,因此,根据效率分配原则,低效的挖矿公司会停止运营,而高效的挖矿公司将继续工作。这些公司确保了 BTC 网络的「生存」,即使是在一个较低的哈希率下。

绿色比特币理论:BTC 或促进可再生能源研发投资

能够获得低成本电力的挖矿公司进入 BTC 网络

一个聪明的企业家会加入 BTC 网络,并开始或扩大其挖矿业务以此盈利。这就需要获得较低的电价和购买最新一代产品的挖矿设备。如果这些高效的挖矿企业加入 BTC 网络,它们将把低效率的挖矿企业赶出行业。这些低效率的企业是那些支付高电价、运行旧的硬件设备或在监管不友好地区运营的企业。

哪些能源提供的电力成本最低 ?

现在,下一个相关的问题是:哪些能源可以提供最低的电力成本 ? 据电力公司的专家表示,这些能源主要是水力发电,但也包括太阳能和风能。

人为运转以煤和天然气为基础的发电厂需要购买并消耗如石油、天然气等资源。基于水、风或阳光等可再生能源不存在这种采购成本。除此之外,以煤和天然气为基础的发电厂需要更高的维护成本来维护如锅炉、加热器、冷凝器、冷却塔等机械部件。但是,使用可再生能源只需要维护发电机和机械部件。还有一点,使用煤炭和天然气会产生较高的过滤废气成本。而且,并非所有能源生产设施都有这样的设备。

如水、风、太阳能等可再生能源与传统能源相比,它们的平均边际成本更低。据公用事业公司的一位专家表示,以煤炭和天然气为基础的发电厂以每千瓦时发电 3-8 欧分的价格发电,而水力发电设施和风车以每千瓦时发电 2-4 欧分发电。

除了这个普遍的事实之外,BTC 网络还有其他的好处。可再生能源的波动 (例如风、太阳和雨季的长短阶段),并有固定的需求模式 (昼夜周期) 将导致能源过剩,以至于公共事业公司不得不烧电以避免电力网络超载。电网不需要且不能储存的电力需要被消耗。这就是 BTC 网络最便宜的电力形式。

在过去,BTC 网络消耗的这些过剩电力主要是由蒙古的煤炭和天然气发电厂提供的,它们的产能超过了当地的需求。同样的情况也发生在美国,那里能源密集型工业基地已经被废弃,但发电厂仍然在那里。如果这些发电厂已经完全贬值,则可以抵消石油和天然气的采购费用,使得这些传统发电厂在较小程度上仍是挖矿公司强大的电力来源。这类发电厂的生命周期很长,很可能会运行几十年。

人们还倾向于使用全新的可再生能源,就像加拿大的一些水力发电站一样,它们专门用来开采 BTC。因此,BTC 可能会在当地导致「孤立的」特殊电力网络,在那里专用的电力生产设备只为挖矿公司提供电力。

根据上述事实,最近的研究表明可再生能源供应 BTC 网络的份额超过 50%。如图 3 所示,BTC 网络中有 73% 供应来自于可再生能源。我们认为,这一比例应该继续提高。回想一下,能够获得低成本电力的挖矿公司会让只能获得高成本电力的其它公司破产。与传统能源相比,可再生能源 (尤其是水和风能,不一定是太阳能) 生产的电力更便宜,因此,将「以可再生能源为基础」的挖矿公司将「以化石燃料为基础」的矿业公司挤出市场。这种逻辑可以增加 BTC 网络消耗的总能源中可再生能源的比例。

绿色比特币理论:BTC 或促进可再生能源研发投资

对低成本电力资源的需求是否会推动高效电力供应的研发 ?

由于向低成本电力的转变已经在这个高度竞争的市场环境中发生,将需要足够的设备以最有效的方式利用尽可能便宜的能源并将其转化为电力。如上所述,通过水力、太阳能和风能为 BTC 网络提供的电力比例应该稳步上升。

除了强大的挖矿硬件,挖矿公司主要需要低成本的能源。这反过来又要求能源供应商和工程公司发明和部署高效的电力供应设施。这一机制被称为「优先次序」,是一种根据上升的边际成本对能源进行排序的方法。因此,无论是工程公司还是能源生产商,都应该有加大研发力度以改善这些设施和相关设备。这样做的原因很简单:对上游工程公司和能源供应商的投资应该提高能源效率和利用率,以便挖矿公司在下游能够盈利。这种关系如图 4 所示。

绿色比特币理论:BTC 或促进可再生能源研发投资

增加研发投资将导致以下结果:工程公司和能源供应商将聘用能够改进发电设施的工程师。因此,在研发中期,这些研发投资甚至可能有助于提高电力生产的效率。潜在的研发成果可能会运用到与 BTC 无关的发电设备工程中。 顺便说一下,这同样适用于挖矿硬件制造商和冷却设备。事实上,现在已经开发了新的冷却系统 (例如空气流动优化) 来冷却挖矿硬件,从而在一定程度上降低电力消耗。

结论

BTC 网络消耗大量电力是公认的事实。然而,重要的问题是用什么类型的能源来维持 BTC 网络 (即化石燃料与可再生能源之争)。在这篇文章中,我们解释了 BTC 的奖励机制对于能够获得低成本电力的挖矿公司是有益的。最近的研究显示,目前 BTC 网络中使用可再生能源的比例超过 50%。

我们认为,高效的挖矿公司将迫使低效的挖矿公司破产。因此,高效的挖矿公司将需要生产能源的设备使它们能够达到这种高效率,以保持盈利并继续公司业务。这将促使工程公司和能源供应商改进设备,并加大研发力度以改进发电设施和相关设备。

如果 BTC 价格大幅上涨,这些机制将更加强大:获得可再生能源和获取过剩能源的需求将会增加,以至于这些设施和设备的研发也相应增加。对此,我们提出了两个理由:首先,可再生能源发电,尤其是水力发电站,比化石燃料发电更便宜。第二,来自可再生能源的多余电力既不需要也不能储存,可以用于挖矿。

由此,我们为以下假设提供了论据:在中期,BTC 可以在提高电力生产效率方面发挥作用。虽然 BTC 消耗巨大电力,但我们也认为 BTC 可以促进在利用和获取可再生能源方面的研发投资。

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