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作者|Bitcoin Clean Energy Initiative Memorandum
编辑|Colin Wu
翻译|Rebecca
引言：虽然13日马斯克批评比特币对化石能源尤其是煤炭的使用，暂停了特斯拉接受比特币支付，导致币价大跌，但他对比特币的支持与对清洁能源的支持是一以贯之的，并不是突然发生变化。
这篇4月22日获得马斯克点赞的论文认为，由于清洁能源的不稳定性，比特币挖矿作为一种灵活的负荷选项，可以利用过剩的清洁能源，帮助电网部署更多的可再生能源。比特币挖矿可以帮助可再生能源拥有更好的弹性。
事实上中国在西南地区弃水弃电的利用，也证明了这一点。可再生能源的开发，不可避免会造成弃风、弃水、弃光等出现。比特币挖矿对弃电的利用，是任何产业所无法比拟的。
但无法否认的是，目前火电在比特币挖矿占比还比较高。马斯克以一己之力将币圈带入牛市的下个阶段，如今又坚定站在批评比特币浪费能源的立场，未来整个行业围绕这一议题，必将出现更多的讨论与变数。
标题：一个充满清洁能源的未来，比特币是关键
在本文中，我们旨在解释比特币网络如何充当独特的能源购买者，从而使社会能够充分利用更多的太阳能和风力发电能力。这种部署以及能量存储旨在促进向更清洁、更具弹性的电网的过渡。我们认为，今天的能源资产所有者可以成为明天必不可少的比特币矿工。
本文重点
比特币挖矿作为清洁能源生产和存储的补充技术，提供了加速全球能源向可再生能源过渡的机会。
太阳能和风能现在是世界上最便宜的能源，但由于其间歇性的功率消耗，它们正在遭受部署瓶颈的困扰。
比特币矿工作为一种灵活的负荷选项，能够潜在地帮助解决许多这些间歇性和拥堵问题，从而使电网能够部署更多的可再生能源。
通过部署更多的太阳能和风能，这些发电技术可能会进一步跌回其各自的成本曲线，使它们的边际成本接近零。
关于本文
比特币清洁能源倡议组织已经撰写了这份简短的研究论文，以此作为起点，分享我们的观点，即比特币挖矿（与可再生能源和存储相结合）是如何适合加速能源转型的。为了补充这项工作，ARK Invest提供了一个开放源代码模型，该模型演示了比特币挖矿如何能够增加这些可再生+存储系统的容量，从而为相当或更低成本的单位经济提供更大比例的电网基本负荷能源需求。这项工作仅仅是我们所希望的结果的开端，我们将对解决方案进行富有成果的探索，以帮助迎来一个丰富，清洁的能源未来。
独特的能源购买者
比特币矿工是独特的能源购买者，因为它们提供了高度灵活且易于中断的负载，以全球流动的加密货币提供支付，并且完全不受位置限制，仅需要互联网连接即可。这些综合的品质构成了一项非凡的资产，能源购买者[1]可以随时在世界任何地方打开或关闭。
可再生能源现在是最便宜的能源
在过去十年中，太阳能和风能的平均能源成本（LCOE）分别下降了90％和71％[2]。现在，太阳能和风能的无补贴成本分别为3-4美分/kWh和2-5美分/kWh。某些单个项目的成本甚至更低。就上下文而言，化石燃料（例如煤或天然气）的平均能源成本（LCOE）为5-7美分/千瓦时。这意味着太阳能和风能的价格已经比煤炭和天然气的价格低。太阳能和风能的价格也刚好与地热能和水力发电相等[3]，价格约为3-5美分/千瓦时，虽然便宜，但受地域限制。
总是会有便宜的单个站点提供不同的电源，例如水力发电或地热发电，但总的来说，太阳能和风能现在是成本最低且可扩展性最高的站点。更重要的是，我们相信随着时间的流逝，它们只会继续变得越来越便宜。我们认为，特别是对于太阳能这一半导体技术而言，每增加一倍的累积容量，其价格就会持续下降20-40%[4]。
时间供求不匹配和网格拥塞
然而，与天然气或核能这样更昂贵的基本负荷电力相比，太阳能和风能都存在一个主要缺陷：间歇性。在能源行业中，这导致了所谓的“鸭子曲线”[5]。
从本质上讲，阳光是白天发光的，而不是晚上发光的。风更难以预测，但夜间往往风更大。因此，能源供应要么丰富，要么没有。然而，当人们下午或傍晚回到家中并打开电器时，需求达到顶峰，此时太阳能和风能都无法获得。最终的结果是大大超过了社会通常每天几个小时所需的电力，而当需求高峰时则远远不够。同样的挑战也随着季节而发生，因为夏天的阳光更多，冬天的风更大。电网拥堵[6]进一步加剧了这些缺陷，这类似于高速公路交通，并且经常发生，因为太阳能和风能项目通常建在阳光和风很大但附近负荷（即最终用户）和输电能力很小的农村地区。由于这些挑战，目前仅三个美国电网互连队列中就有超过200 GW6的[7]延迟太阳能和风能发电。这些是太阳能和风能项目，具有开发商和融资渠道，但电网实际上无法容纳。
传输容量的增加和能量存储对于解决这些问题至关重要，尤其是随着锂离子电池的成本曲线不断下降。但是目前通用规模的电池仍然太昂贵，无法普遍部署。在它们的成本又下降了80%之后，它们的使用寿命以及它们能在多长时间内储存能量而不损耗，仍然面临着物理上的限制。于是这将成为存储便宜的中午太阳能以满足高峰需求的最关键技术。
比特币挖矿是生成+存储的理想补充
另一方面而言，比特币矿工是可再生能源和存储的理想补充技术。将发电与存储和矿工结合起来比单独建造发电和存储具有更高的总体价值。如上所述，在不耗散的情况下可以有效地存储多少能量始终存在物理限制。但是，只需几个小时的存储容量，几乎就可以完全解决日常的间歇性问题。
通过将矿工与可再生能源+储存相结合项目，我们相信它可以：
1.提高项目投资者和开发商的收益，将更多的太阳能和风能项目转移到有利可图的领域。
2.在冗长的电网互连研究完成之前，就允许太阳能和风能项目的建设（因为比特币矿工可以消耗能源，直到可以出售给电网）。
3.为电网提供随时可用的“过剩”能量，以应对日益常见的黑天鹅事件，比如需求高峰时的过热或过冷天气(例如2021年初德克萨斯州的断电)。
随着电动汽车的普及和所有设备的电气化，社会对电力的需求不断增加，这种“过剩”的能源也将非常有用。从某种意义上说，矿工的食欲无上限，使他们能够吃掉“鸭肚”剩下的任何东西。鉴于这些好处，我们认为对于实用规模的存储开发人员而言，使用比特币矿工来扩展其当前的电池产品是合乎逻辑的。
随着社会开始更多地部署太阳能和风能，我们相信它将使LCOE进一步降低其成本曲线，从而使下一批太阳能和风能更加具有可负担性。如果LCOE下降，可能会为电力开辟有利可图的新用途，例如使海水淡化，从大气中去除CO2或产生绿色氢。在该领域的一些专家预计，生产新的电力的边际成本实际上接近于零[8]。
第二个潜在的主要影响可能是比特币采矿业的大规模转型和绿色化。据估计，当今全球的采矿能力只有10-20 GW2[9]。仅在美国电网上推迟的200万千瓦太阳能和风能项目中，即使以20%的产能部署矿工，也可能带来4000万千瓦的新采矿产能，这实际上使整个现有全球市场相形见绌。注意到尽管许多此类项目很可能会在“电表背后”建造，以尽可能利用减少的太阳能和风能，但在其他有利可图的时期，他们仍可能会使用电网电力进行开采，因此不会从第一天开始就完全绿色化。但是，如果太阳能和风能变得更便宜，并构成越来越多的基本负载功率，那么最终趋势将继续向以可再生能源为主的总算力发展。我们认为，部署如此大量的新的且地理上不同的总算力也将增强比特币网络的安全性，从而可能进一步巩固比特币作为可靠货币的地位。
利用真实数据，我们（ARK Invest）证明了比特币的开采可以鼓励对太阳能系统（太阳能电网+电池）的投资，使可再生能源产生更高比例的电网电力，而电力成本可能不会发生变化。
如果没有比特币的开采，太阳能（一种间歇性能源）只能提供40％的电网电力，然后公用事业公司将面临用较高的电价为大量投资提供资金的需求。但是，通过将比特币开采整合到太阳能系统中，能源提供商（无论是公用事业还是独立实体）将有能力在电价和比特币价格之间发挥套利作用，并有可能出售“过剩”的太阳能并提供几乎所有的电网电力需求，而不会降低盈利能力。
上图显示了比特币挖矿可能对采用太阳能系统产生的影响。假设电力成本恒定，它可以追踪太阳能可以提供给电网的百分比。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操作的大小成正比。在每个时间点，太阳能系统都会满足电网需求的不同百分比。随着比特币采矿规模的扩大，太阳能系统的规模不断扩大，并满足了电网需求的更高比例。比特币挖矿能力的提高可以使能源供应商在不浪费能源的情况下产生“过剩”的太阳能。在图表的左下方，在没有比特币开采的情况下，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、电池和比特币开采，可以满足电网99％的需求。
我们的模型表明，集成比特币挖矿可以将间歇性电力资源转化为具有基本负载的发电站。它表明在电力开发商的工具箱中加入比特币开采，应该会增加可再生能源和间歇性能源的整体潜在市场。在比特币开采的所有其他条件相同的情况下，可再生能源可以更具经济性的为任何地方提供很大一部分的电力。后续效应中，与可再生能源规模化相关的成本下降很可能会加速，从而使它们在均衡状态下更具经济竞争力。
我们提供了一个开放源代码版本，并在此处详细介绍了该模型及其假设[10]。
下一步计划
关于上述愿景如何发挥作用，仍然存在一些重要的疑问。我们至少看到三个有意义的商机：
1.能源管理软件和服务
专门从事存储和挖矿的能源管理公司可以构建软件用于实时确定新创建的电子的最佳用途：使用，存储还是开采。他们还可以提供关键资产管理工具和分析来监视项目绩效。
2.能源/矿产市场
托管市场可能会出现，用以连接项目开发商，矿工和金融家。其中一项关键挑战将是解决现有矿工当前的信誉度门槛要求。
3.ASIC制造
可以建造新的芯片代工厂，以满足预期的需求激增。三星和台积电（TSMC）在最近宣布的新北美工厂中处于领先地位。同时我们还希望看到硬件和固件的持续改进，以提高针对中断电源使用而优化的采矿设备的耐用性。
呼吁大家采取行动
比特币和能源市场正在融合，我们相信今天的能源资产所有者将有可能成为明天的矿工。公用事业主管，可持续基础设施基金和网格规模的存储开发商都处于有利位置，可以通过调整战略路线图并将大规模投资部署到比特币挖矿与清洁能源生产之间的新兴协同作用中来加快未来发展。
我们计划跟进更多的研究探索，并将更多的资源集中在比特币和清洁能源的交集上。
[1]Special Report: Energy Backed Money, Satoshi Energy.
[2]Levelized Cost of Energy and Levelized Cost of Storage – 2020, Lazard.
[3]Levelized Costs of New Generation Resources in the Annual Energy Outlook 2021, U.S. Energy Information Administration.
[4]Solar's Future is Insanely Cheap (2020), Ramez Naam.
[5]Ten Years of Analyzing the Duck Chart, NREL.
[6]Transmission congestion & constraints: Market impediment or opportunity? NRG Editorial Voices.
[7]New data tool from Berkeley Lab Tracks Proposed Projects in Interconnection Queues, Berkeley Lab.
[8]Zero Marginal Cost Energy, Max Webster. Dec 2020.
[9]Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index.
[10]Solar Battery Bitcoin, ARK Invest GitHub.
来源：
https://assets.ctfassets.net/2d5q1td6cyxq/2D2BnksJjavw4a6SUvAPwZ/c42a9e3a520b0cc3b230cda3b43eead5/BCEI_White_Paper_.pdf
自然杂志论文：
碳排放与环保 未来比特币挖矿的最大威胁 或是杞人忧天 如何应对
