比特币挖矿网络报告【趋势/结构/边际生产成本/电力消耗及资源】

作者：CoinShares Research

发布时间：2018年11月底

翻译：backlight/曼谷区势君

审核：燕破功/tinker

翻译人员介绍：

backlight: 巴比特论坛五年老船长，区块链爱好者，加密货币基金管理合伙人

曼谷区势君：加密货币和区块链研究员，供职于曼谷及北京的知名矿池（PoW及PoS)，不务正业中开设专栏探访泰国币圈。

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概述

  在本报告中，我们调查了比特币矿工网络的地理分布，组成，效率，电力消耗和电力来源。我们还研究了算力，矿机成本，能效比和边际生产成本的变化趋势。我们发现，自2018年5月以来，如果按照5美分/千瓦时和18个月的折旧时间计算，市场的平均边际生产成本，已经从大约6,500美元增加到了6,800美元。这表明，按当前价格计算，普通矿工要么是亏损运行且无法覆盖资本支出，除非电费接近3美分/千瓦时，矿机按24-30个月折旧，要么矿机采购成本低于我们预期。此外，我们还发现比特币矿场主要分布在有大量过剩可再生电力供应的地区。我们计算出比特币挖矿网络中使用再生能源的比例为77.6％，这使得比特币挖矿比世界上几乎所有其他大型工业都更加环保。

  在我们的下半年采矿报告的第二次更新中，我们将继续对比特币挖矿网络状态进行持续的观察和分析。有关挖矿的简要介绍，它的作用和我们网络建模方法的解释，请参考我们在2018年5月发表的报告。我们继续强调比特币需要强大挖矿网络的重要性-利用市场意愿重新分配能源是比特币作为无需信任的资产重要保障。在所有当前部署的共识算法中，工作量证明实现了最高程度的信任最小化。在PoW下，任何用户都可以自己验证UTXO数据库的当前状态确实是正确的，由包含最多累积工作的有效链（下称为最长链）计算。任何指定链中累积的工作是通过密码学和热力学证明的，因此最长链的有效性不需要任何人的确证。在任何其他非PoW共识机制下，这都没有被证明是可行的，所有这些机制都依赖于当前或以前的网络参与者的某种形式的信任。

  我们一直在强调这些事实，因为关于加密货币挖矿对环境影响的大多数论述绝对是负面的。为了在竞争激烈的市场中生产PoW，加密货币挖矿消耗的电能依然在增加。一家享有声誉的出版物甚至毫无根据地指责，仅比特币挖矿矿增加二氧化碳排放最终可能会导致全球气温上升两度。

  我们认为这些谣言都是是源于对比特币协议和挖矿网络的错误理解。更糟糕的是，我们怀疑它们源于这样一种普遍的看法，即认为比特币挖矿是一种无意义的努力，挖矿会

产生负面外部性，环境影响是其中之一，几乎对实体经济毫无帮助。我们的观点是，加密货币挖矿虽然代价高昂，但就环境而言几乎没有任何实质破坏，并且在可预见的未来也不大可能有。我们还认为，对于一个可审查，拥有坚实的货币政策支撑，可全球转移的货币来说这样的代价是值得的。事实上，我们甚至可以认为比特币挖矿可以促进可再生能源发电的发展，这要归功于矿场正在将其运营转移到电力廉价和过剩地区。

网络发展和边际成本

  自我们上一次2018年5月报告以来，比特币算力从大约30EH/s增加到大约40 EH/s。算力增长速度超过两年平均水平[图3]，但却低于历史平均水平。与此同时，比特币的价格从8,500美元下降到大约4,000美元左右。这无疑给许多矿工带来了压力，因为收入下降，难度却明显增加。

  2018年下半年也发布了几款新一代矿机，其能效比GH / J和每TH / s成本都有显著改善。平均而言，自我们上次报告以来新矿机能效比几乎与前一趋势线完全一致[图1]。然而，矿机的算力成本明显低于之前的趋势线[图2]。我们之前预估的市场平均生产成本是基于5美分/千瓦电费和18个月的矿机折旧，这个数字现在约为8,500美元，而5月为6,500美元[表3]。在比特币算力没有减少的情况下，我们认为这意味着普通矿工要么亏本运行而无法覆盖支出，除非电价接近3美分/千瓦时，矿机折旧超过24-30个月，要么矿机的成本低于我们的估算[表1-5]。从表1-5也可以看出，在电价，矿机成本合适的情况下进场，挖矿依然有利可图。

  另一个趋势是矿场正准备搬离中国。在查阅公开文献以及和业内人士交流之后，我们发现结果很明显，矿工正在离开中国，或者停止在中国再投资。相反，他们正在斯堪的纳维亚，俄罗斯，加拿大和美国的某些地区开展业务，这些地区拥有廉价的电力，更友好的监管，更快的互联网接入以及某种程度上更凉爽的气候。

量化比特币采矿业中使用可再生能源的比例

  人们普遍认为，大多数比特币矿场仍然在中国境内。尽管我们谨慎地同意这一观点，但据我们的估计，目前这一比例不超过60%。我们将通过研究不同省份发电数据，并尽可能交叉参考公开披露的可再生能源电力公司的数据来进行分析。

  我们论证的结构是我们之前报告中提出的假设的延续，即对中国的能源结构进行分析，通过不同省份与省内弃电数据交叉验证，分析该地区矿工最可能的电力供应来源。我们试图证明的是，绝大多数中国比特币矿场都采用可再生能源，而以前由于电网过载而没有上网，称为弃电（curtailment）。

图6：比特币矿场的全球分布。蓝色代表大型矿场，黑色代表小型矿场

  中国矿场主要位于少数几个省份 – 其中四川约占80%，剩下的分布在贵州，西藏，新疆，内蒙古西部和黑龙江[图6]

  这些位置不是随机选择的。决定矿场选址的关键因素是低成本电力，高速互联网接入，而在北方，寒冷的气候可以降低额外冷却成本。虽然有一些矿场分布在我们关注的区域之外，但是规模较小，无法进行详细调查。

弃电（curtailment）：可再生能源的长期问题

  过去10年中国可再生能源发电的一个关键问题是弃电规模。弃电对可再生能源发电企业收益的影响是重要的：在固定的成本基础上，高初始投资的贬值，发电产量的弃电对这些可再生能源发电运营商的净利润和可持续性产生了巨大的影响。

  对于不熟悉弃电的读者而言，该术语指的是可再生能源过度发电的后果，因为担心过载和电网关闭的风险，其产生的电力被电网弃电，弃电的主要原因源于过度投资和随后的产能过剩 - 中国政府在可再生能源发电能力方面，在发电潜力高但当地人口较少的地区，大量使用可再生能源发电（主要是风能和太阳能），集中在北方和西部地区。各地区的弃电率先前已达到30％以上的高位[表6，表7]，为可再生能源项目的可投资性和可用性创造了巨大障碍。政府一直在大力补贴可再生能源部门，部分省份甚至拥有高达250亿美元的可再生能源基金。但是我们认为为了使该行业持续增长，必须以可持续和永久的方式建立独立的可持续性，而不应依赖政府补贴。

  在三种主要形式的可再生能源中，弃电数据最容易见于风力发电，其次是少量的太阳能电厂，但是几乎没有关于水电的公开数据。这在很大程度上取决于相关行业上市公司数量，这决定了是否具有可验证和公开披露的数据。

  虽然公开发布的新闻文章提供了中国主要水电站和大坝项目位置的足够数据来构建表8，但有关水力发电的弃电数据尚无法获得。粗略地分析和综合数据后，我们认为这不能仅仅用巧合解释：中国比特币矿场大部分布于风能/太阳能过剩或者总水电装机容量较大的省份。

量化可再生能源在中国比特币矿场的使用率

  矿场选址在电力供应过剩的地区，显然不是偶然的。廉价的电力，特别是否则会被浪费的。

  电力，对于矿工来说是必不可少的，因为电力成本的占挖矿总成本的很比例很大（按18个月的折旧时间表略低于50％，如果折旧时间更长，则比例更大）。

  虽然我们无法确定单一矿场的可再生能源与不可再生能源使用百分比，但我们可以根据政府发布的最新可再生能源组合标准（RPS）中规定的可再生能源与不可再生能源使用的政策目标进行推测。以下是摩根士丹利公用事业研究团队（Simon Lee和Eva Hou）的估算：

  相关性非常明确：在中国矿场分布集中的省份也是可再生能源占比较大的省份。例如，四川集中了中国比特币矿厂的80%（占全球的48％），而2017年能源结构中90％是可再生能源，大多数矿工都面临相同的处境。

  根据上面的图表，我们可以合理地估计全球43.3％的比特币矿场是由四川的可再生能源提供动力。然后，我们可以采用其他六个省的平均可再生能源比例，对剩下20％的中国比特币矿场（占全球的12％）研究，并计算他们在全球挖矿。消耗能源总量的比例为5.7％可再生能源和6.3％化石燃料和核能[表10]

量化西方矿场使用可再生能源的比例

  在中国以外，相关的大型比特币矿场主要位于太平洋西北部（华盛顿州，俄勒冈州和不列颠哥伦比亚省），魁北克省，纽约州北部，北斯堪的纳维亚半岛（挪威和瑞典），冰岛和格鲁吉亚。除纽约和俄罗斯外，几乎所有这些地区的能源部门都以可再生能源为主，并且公开可用的数据显示了每个地区可再生能源的百分比[图9]。欧洲和北美的水电利用率也是世界上最低的，两个地区的装机容量都不到40％。

  我们可以看出，矿工们选择拥有廉价的过剩可再生能源（主要是水电）的地区如华盛顿，俄勒冈，挪威和魁北克，开设矿场也不是偶然的。虽然我们怀疑纽约州和俄罗斯的矿工情况也是如此，并且有证据支持这一点，但我们仍然保守地假设这些地区能源结构中可再生能源较低。

  虽然没有办法单方面证明单一非中国矿场使用的电力来源，但可以合理地假设他们平均使用可再生能源比例不低于区域平均值。让我们接受这样的共识：40％的挖矿都是在中国境外进行的，而40％的挖矿是在上述相关地区。然后我们假设挖矿是均匀分布的-这不是真的，但是作为下界的近似是有用的。然后我们可以得出这些地区可再生能源结构的平均值（79％），以合理地估计在西方的35%比特币矿场的中，至少27.8％由可再生能源提供动力。假设全球剩下5％的矿场均匀分布，全球可再生能源比例为18.2％，那么剩余矿场中使用再生能源占0.9％，使用化石/核能部分占4.1％。

  综合图表显示比特币全球电力组合中可再生能源总量的最低为77.6％，化石/核电的最高为22.4％。与先前报道的相差甚远，之前报道中采用设计的方法计算出的结果有缺陷，完全未经证实。

  因此，我们认为，关于加密货币挖矿造成的环境破坏从根本上就是谬论，许多矿工在市场中寻找最具成本效益的电力来源，已经在全球范围内扩大了可再生电力供应过剩的地区作为矿场的主要地点。

  这与媒体中引用的关于比特币挖矿排放及其后续对环境产生负面影响的常见假设形成鲜明对比，其论证预示着对电力需求的指数性增加，这是对挖矿过程的根本误解， 报告甚至认为增量供应将会是由煤炭等传统能源提供动力 - 这本身是错误的。

  虽然我们已经看到一些研究在估算比特币采矿的碳足迹时采用非常接近使用合理的方法，但即使这样，作者也完全没有考虑到能源结构的区域差异。

不作恶vs有益

  加密货币挖矿实际上可能正在消耗电网的过剩产能，甚至支持其盈利能力，从而支持可再生能源发电行业的发展。虽然我们可以肯定地说，加密货币挖矿至少不会造成任何增量损害，甚至通过使用被搁置和浪费的电力，证明它实际上对可再生能源行业来说是有利的，但是这是一个更大的挑战，需要更深层次的后续研究工作。

  然而，考虑以下想法的确是有趣的：加密货币挖矿产业的兴起是否真的成为可再生能源行业理想的前景？很明显，使用光纤比建造UHV电网便宜。因此，与其总功率消耗相比，挖矿设备的高移动性和低人力需求，使其成为远距离和闲置可再生能源变现的理想选择，从而提高了此类项目的盈利能力。我们也不能忘记，挖矿可以保证加密货币的共识机制，其中包含价值约800亿美元的资产。

  虽然我们也发现仅仅因为在公开市场上自愿购买的电力消费而就攻击一个创造价值的行业是相当荒谬的，但如果某人进行虚假的论证攻击，我们建议他针对其他电力应用会更好：举个例子，全球家庭中分布着大约8500万台PlayStation4，4000万台Xbox One和1500万台任天堂Wii U。他们的游戏功耗平均约为120W。假设它们是连接在40英寸LED电视，每天娱乐4小时，闲置20小时的平均功耗为10W，这些游戏系统的功率（4.9GW）比整个比

特币挖矿网络（4.7GW）更大。

结论

  根据中国的能源结构及加密货币矿场的历史数据，我们发现，与大多数观点相反，全球比特币矿场大多数（最少77.6％）依靠可再生能源运行。高可再生能源使用率地区和比特币矿场所在地的重叠并不是偶然。

  虽然目前新兴产业的数据很缺乏，但进一步的研究可能证明，至少在环境方面，加密货币不仅没有损害，它实际上可能是有益的。

  事实上，比特币挖矿可能成为电力的最终购买者，无论所在何地，比特币挖矿可以为任何能够以低于当前生产成本电力价格所需的电力，来创造高度流动的基础需求。如果对比特币采矿的需求不断增加，那么在今天经济欠发达的偏远地区，它的电力需求本身就有助于开发高产的可再生能源场所。

  基于Nic Carter的框架，我们可以通过将全球能源网络想象成划成网格的3D世界地形图来可视化这一想法。我们设定廉价的能源区域地形较低，而昂贵的能源区域地形较高。传统的住宅和工业需求可以被视为钉在地图上的块，只能通过相当大的努力才能移动。另一方面，比特币挖矿由于其高流动性，更类似于在地图表面倾倒的一杯水，沉淀在凹槽中，使其平滑。这种效应“解放了闲置的[发电]资产并使新的资产并成为可用的资源”。

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