BTC 架構對能夠獲得低成本電力和高效挖礦硬件的公司有利,挖礦公司需要高效的電力生產解決方案來保持競爭力,而可再生能源提供的電力成本最低。

原文標題:《綠色 BTC 理論:BTC、電力消耗和綠色能源之間的關聯》
撰文:Philipp Sandner、Daniel Wingen、Stefanie von Jan、Andreas Straub
翻譯:Zoe Zhou
編輯:Roy Wang

在本文中,我們解釋了 BTC 的架構僅對那些能夠獲得低成本電力和高效挖礦硬件的公司有利。我們認爲,能夠獲得低成本電力的公司將迫使成本更高的公司停業。爲了降低成本,挖礦公司需要更高效的硬件和更高效的電力生產解決方案來保持競爭力。這也包括製造這種硬件設備的工程公司,是因爲這些公司也在中期增加研發支出。我們還希望更多的電力資源能夠被利用,比如偏遠地區的水力發電。基於這些論點,我們提出了 BTC 可能在 3-5 年內促進可再生能源研發投資的理論。我們承認這些理論是有違常理的,可能僅代表少數人的意見。因此,我們以循序漸進的方式開展我們的論點,最終使我們能夠得出上述結論。

BTC 價格的走勢及其波動

BTC 是 2008 年由中本聰 (Satoshi Nakamoto) 起草的首個數字無記名資產。起初,BTC 的價格一直低於 10 美元,並且是由一個小型技術社區推動的。在 2013 年,BTC 的價格飆升至 1000 美元以上。此後幾年,BTC 在 400 美元上下波動。2017 年,BTC 價格創下了近 1.9 萬美元的歷史新高。當時,過度炒作的市場促使 BTC 市值達到 3000 億美元。隨後,被稱爲「數字貨幣寒冬」的市場整合開始了,BTC 價格跌至 4000 美元以下。到 2020 年初撰寫本文時,BTC 的價格已回升至 8,770 美元,市值約爲 1590 億美元。BTC 網絡由 1 萬多個公共節點運營和保護,計算速度爲 116 EH/s。這些計算消耗了大量的電能。電力消耗相當於奧地利或委內瑞拉的用電量。

我們看到並將持續看到非常高的波動性,這是由市場預期的強烈變化所驅動的一種不容易理解的現象。有「專家」認爲,BTC 將很快消失,並將受到監管的阻礙。這將導致 BTC 價格接近 0 美元。其他「專家」預計未來的價格在 10 萬美元、20 萬美元甚至更高。這將 BTC 市值分別達到 1.8 萬億美元和 3.6 萬億美元。目前,黃金的市值已經達到 7.5 萬億至 9 萬億美元之間。因此,BTC 市值佔黃金市值的比例預期在 0% 至 40% 之間。雖然上限值很高,但預期差異卻很大。

政府正在監管數字資產

近年來,初創公司、企業、政府和學術界都受到了區塊鏈技術的啓發。他們不僅對去中心化數字資產感興趣,而且對面向企業的分佈式賬本技術 (DLT) 系統也很感興趣。隨着時間的推移,這項技術的價值最終將變得更加清晰。因此,初創公司和企業需要監管支持。政府也正在採取行動,瑞士正在提議在立法中同時納入數字資產和 DLT 的新規則。德國從 2020 年 1 月 1 日起推出「加密許可證」。列支敦士登和馬耳他建立了完善的法律框架。中國大力推動區塊鏈技術,但對虛擬貨幣首次發行和一些數字資產持懷疑態度。儘管美國法律體系零散,但它也在朝着這個方向努力。根據不同國家的情況,將制定不同的相關法規,進而將數字資產納入一個國家的法律框架,並隨之增加對投資者的保護。這也可能吸引機構投資者投資數字資產。

總結:數字貨幣愛好者和初創公司推動了數字資產的發展。他們呼籲制定明確的規則,而各國政府正加強監管措施予以迴應。隨着科技和立法到位,公司現在能夠實際應用加密技術並投資於數字資產。總之,未來幾年的技術和法律基礎已經或正在建立。因此,我們有理由認爲,隨着區塊鏈技術的擴散,BTC 價格可能隨之上漲。

BTC 的架構與挖礦的重要性

BTC 系統的架構,尤其是挖礦過程,類似於實物黃金的採挖。BTC 挖礦公司也在「挖掘」BTC。他們通過購買和運行特定的挖礦硬件來實現這一點。這需要消耗電力,設備和人力資源來建立 IT 基礎設施。所有這些機制都基於 PoW 共識機制。

確切地說,BTC 網絡和黃金之間存在一個顯著的區別:如果黃金價格上漲,黃金企業就會加大挖金力度。這可能導致供應增加。由於 BTC 的供應毫無彈性可言,因此新 BTC 的供應不會隨着投入的資源增加而增加。如果一家挖礦公司利用新的硬件和新的電力來源來擴大它的挖礦業務,它將增加其新開採的 BTC 份額。然而,網絡範圍內新開採的 BTC 數量不會改變。

BTC 遵循預定的時間表產生,這樣就可以預先確定新 BTC 的供應量。這種時間表實際上是不可能改變新 BTC 產生的數量。最近,在調查 BTC 的稀缺性時,股票流向模型變得流行起來。研究人員發現,作爲稀缺指標的 BTC 的流通量價值與它的市值之間存在高度顯著的相關性。

以下是適用的重要機制:如果 BTC 價格上漲,新的挖礦公司將開始他們的業務。相反,如果 BTC 價格下跌,一些挖礦公司就會停止運營。儘管 BTC 價格存在高度波動性,然而,挖礦活動不是唯一影響 BTC 價格的因素。以下三個因素特別重要:第一,挖礦硬件的價格和效率。第二,像製冷設備、場地、IT 人員等經營支出。第三,也是最重要的因素之一,即電價。這篇文章關注的是後者的相關性,是因爲 BTC 網絡的機制意味着對綠色電力的需求。其他文章也對這些機制進行了詳細的解釋,特別是關於 BTC 挖掘的輸入因素。

當 BTC 價格下跌時,哪些挖礦公司會退出?

下文將闡述一個非常重要的問題:當 BTC 價格下跌時,哪些挖礦公司將退出。在此,我們可以假設挖礦公司的人口是多樣化的。在中國以煤炭爲基礎的發電廠附近有一些挖礦公司。其他挖礦公司位於北歐或加拿大 (寒冷的氣候有助於冷卻硬件)。這些挖礦公司有不同的礦業硬件 (來自不同的製造商),因此必須支付不同的電力成本和不同的人力成本。這導致了各種挖礦公司的效率被廣泛分配,而效率僅僅是通過出售 BTC 的收入與電力、硬件、場地和人力資源的支出來衡量的。這種分佈反映了一個 BTC 的生產成本。與黃金一樣,生產一個 BTC 的成本對於整個挖礦公司來說是不一樣的 (見圖 1)。在這一點上,無法憑藉經驗觀察到真實分佈情況。爲了簡單起見,我們假設效率與盈利能力密切相關。

綠色比特幣理論:BTC 或促進可再生能源研發投資

那麼,如果 BTC 價格下跌,哪些挖礦公司會停止挖礦業務 ? 在整個分銷體系中,盈利最少的將是那些以高於市場價格的成本生產 BTC 的公司。這些挖礦公司會虧本出售新產生的 BTC(見圖 2)。回想一下,BTC 價格的下降會降低收入和盈利能力,因此,根據效率分配原則,低效的挖礦公司會停止運營,而高效的挖礦公司將繼續工作。這些公司確保了 BTC 網絡的「生存」,即使是在一個較低的哈希率下。

綠色比特幣理論:BTC 或促進可再生能源研發投資

能夠獲得低成本電力的挖礦公司進入 BTC 網絡

一個聰明的企業家會加入 BTC 網絡,並開始或擴大其挖礦業務以此盈利。這就需要獲得較低的電價和購買最新一代產品的挖礦設備。如果這些高效的挖礦企業加入 BTC 網絡,它們將把低效率的挖礦企業趕出行業。這些低效率的企業是那些支付高電價、運行舊的硬件設備或在監管不友好地區運營的企業。

哪些能源提供的電力成本最低 ?

現在,下一個相關的問題是:哪些能源可以提供最低的電力成本 ? 據電力公司的專家表示,這些能源主要是水力發電,但也包括太陽能和風能。

人爲運轉以煤和天然氣爲基礎的發電廠需要購買並消耗如石油、天然氣等資源。基於水、風或陽光等可再生能源不存在這種採購成本。除此之外,以煤和天然氣爲基礎的發電廠需要更高的維護成本來維護如鍋爐、加熱器、冷凝器、冷卻塔等機械部件。但是,使用可再生能源只需要維護髮電機和機械部件。還有一點,使用煤炭和天然氣會產生較高的過濾廢氣成本。而且,並非所有能源生產設施都有這樣的設備。

如水、風、太陽能等可再生能源與傳統能源相比,它們的平均邊際成本更低。據公用事業公司的一位專家表示,以煤炭和天然氣爲基礎的發電廠以每千瓦時發電 3-8 歐分的價格發電,而水力發電設施和風車以每千瓦時發電 2-4 歐分發電。

除了這個普遍的事實之外,BTC 網絡還有其他的好處。可再生能源的波動 (例如風、太陽和雨季的長短階段),並有固定的需求模式 (晝夜週期) 將導致能源過剩,以至於公共事業公司不得不燒電以避免電力網絡超載。電網不需要且不能儲存的電力需要被消耗。這就是 BTC 網絡最便宜的電力形式。

在過去,BTC 網絡消耗的這些過剩電力主要是由蒙古的煤炭和天然氣發電廠提供的,它們的產能超過了當地的需求。同樣的情況也發生在美國,那裏能源密集型工業基地已經被廢棄,但發電廠仍然在那裏。如果這些發電廠已經完全貶值,則可以抵消石油和天然氣的採購費用,使得這些傳統發電廠在較小程度上仍是挖礦公司強大的電力來源。這類發電廠的生命週期很長,很可能會運行幾十年。

人們還傾向於使用全新的可再生能源,就像加拿大的一些水力發電站一樣,它們專門用來開採 BTC。因此,BTC 可能會在當地導致「孤立的」特殊電力網絡,在那裏專用的電力生產設備只爲挖礦公司提供電力。

根據上述事實,最近的研究表明可再生能源供應 BTC 網絡的份額超過 50%。如圖 3 所示,BTC 網絡中有 73% 供應來自於可再生能源。我們認爲,這一比例應該繼續提高。回想一下,能夠獲得低成本電力的挖礦公司會讓只能獲得高成本電力的其它公司破產。與傳統能源相比,可再生能源 (尤其是水和風能,不一定是太陽能) 生產的電力更便宜,因此,將「以可再生能源爲基礎」的挖礦公司將「以化石燃料爲基礎」的礦業公司擠出市場。這種邏輯可以增加 BTC 網絡消耗的總能源中可再生能源的比例。

綠色比特幣理論:BTC 或促進可再生能源研發投資

對低成本電力資源的需求是否會推動高效電力供應的研發 ?

由於向低成本電力的轉變已經在這個高度競爭的市場環境中發生,將需要足夠的設備以最有效的方式利用盡可能便宜的能源並將其轉化爲電力。如上所述,通過水力、太陽能和風能爲 BTC 網絡提供的電力比例應該穩步上升。

除了強大的挖礦硬件,挖礦公司主要需要低成本的能源。這反過來又要求能源供應商和工程公司發明和部署高效的電力供應設施。這一機制被稱爲「優先次序」,是一種根據上升的邊際成本對能源進行排序的方法。因此,無論是工程公司還是能源生產商,都應該有加大研發力度以改善這些設施和相關設備。這樣做的原因很簡單:對上游工程公司和能源供應商的投資應該提高能源效率和利用率,以便挖礦公司在下游能夠盈利。這種關係如圖 4 所示。

綠色比特幣理論:BTC 或促進可再生能源研發投資

增加研發投資將導致以下結果:工程公司和能源供應商將聘用能夠改進發電設施的工程師。因此,在研發中期,這些研發投資甚至可能有助於提高電力生產的效率。潛在的研發成果可能會運用到與 BTC 無關的發電設備工程中。 順便說一下,這同樣適用於挖礦硬件製造商和冷卻設備。事實上,現在已經開發了新的冷卻系統 (例如空氣流動優化) 來冷卻挖礦硬件,從而在一定程度上降低電力消耗。

結論

BTC 網絡消耗大量電力是公認的事實。然而,重要的問題是用什麼類型的能源來維持 BTC 網絡 (即化石燃料與可再生能源之爭)。在這篇文章中,我們解釋了 BTC 的獎勵機制對於能夠獲得低成本電力的挖礦公司是有益的。最近的研究顯示,目前 BTC 網絡中使用可再生能源的比例超過 50%。

我們認爲,高效的挖礦公司將迫使低效的挖礦公司破產。因此,高效的挖礦公司將需要生產能源的設備使它們能夠達到這種高效率,以保持盈利並繼續公司業務。這將促使工程公司和能源供應商改進設備,並加大研發力度以改進發電設施和相關設備。

如果 BTC 價格大幅上漲,這些機制將更加強大:獲得可再生能源和獲取過剩能源的需求將會增加,以至於這些設施和設備的研發也相應增加。對此,我們提出了兩個理由:首先,可再生能源發電,尤其是水力發電站,比化石燃料發電更便宜。第二,來自可再生能源的多餘電力既不需要也不能儲存,可以用於挖礦。

由此,我們爲以下假設提供了論據:在中期,BTC 可以在提高電力生產效率方面發揮作用。雖然 BTC 消耗巨大電力,但我們也認爲 BTC 可以促進在利用和獲取可再生能源方面的研發投資。

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