北美矿业专栏（十三）：气候、能源巨变的时代，挖矿业何去何从？

本文编辑 | TSE（擎速能源）KateLi 本文由北美矿场服务商 TSE 冠名，内容不构成财务建议，不代表吴说观点与立场。 今年全球极端天气频发，加州山火、冰川融化、欧洲及中国南部干旱，这些气候变化改变了全球能源供需格局，法国和意大利等国家无法为水力发电厂供电或冷却核电站，都出现发电能力急剧下降的情况，再叠加俄乌战争爆发导致的石油天然气供应短缺，引爆了全球气候与能源的双重危机。 倾巢之下，焉有完卵，挖矿行业也难逃窠臼。白宫即将发布一份有关“审查数字资产对气候变化的影响以及向清洁可靠电网过渡潜力”的报告；挖矿行业的排放和能耗问题也引起了美国多州议员的关注，议员们要求能源部 (DOE) 和国家环境保护局 (EPA) 提供相关报告。 气候和能源危机的双重夹击下，备受公众争议的比特币挖矿行业将何去何从，是值得每个长期挖矿投资者深思的问题和探索方向。 （来源：CRYPTOSLATE） 气候和能源，双重危机 《2021 年的世界气候状况报告》表明 2021 年全球年平均气温比 1850-1900 年前工业时期 (pre-industrial) 平均水平高出 1.11°C 左右，一旦全球升温超过 1.5℃，人类长期生存并适应的气候环境会发生巨大改变，留给人类的时间可能并不多了，0.39℃ 看似毫不起眼，实际上是压死骆驼的“最后一根稻草”。 气候巨变，除了对生态环境的灾难性影响，对于人类社会的能源供给和消耗，也带来了巨大挑战。 （重庆山火） 中国多地连续发布高温预警，各地进行断电措施，保障基本民生。美国西部约 70% 的地区处于干旱状态。其中美国最大水库 Lake Mead（蓄水量接近三峡）水位已下降到正常的三分之一处，仅此一处，就随时可能会影响附近7 个州共 4,000 万人口的用水和发电。 而一窥高温对挖矿行业的影响，仅美国德州在七月就下线了超过 1,000 MW 的矿机，约合 30 万台大算力矿机。 （欧洲干旱） 欧洲也遭遇着 500 年来最严重的旱灾，47% 的地区处于干旱“警告” (warning) 状态。 用不起空调的酷暑天气，让全球对于气候变化的感受，从未如此深刻。 今年的俄乌战争扯开了能源困境的最后一块遮羞布。以德国为例，其天然气供应受到俄罗斯的影响，大幅削减，使这一欧洲最大的经济体陷入了严重的电力危机。工作场所、休闲中心和住宅都遭遇电力短缺。德国不得不限量供应热水、实行配给制度，用各种方法减少电力消耗。 欧洲被迫转向其他地方寻求天然气供应，直接推高了全球天然气市场价格，让更多人用不起电。全美普遍增高的挖矿成本电价与其息息相关。 （新闻：欧洲的能源危机正在迫使美国天然气价格上涨） 尽管清洁能源已经成为主流的诉求，但是其还不具备在能源危机时临危受命的能力，化石能源仍然是首选。例如，之前被淘汰的煤炭和木柴又再度成为了民生取暖的材料。 近年来极端天气频发，部分地区夏季、冬季高峰负荷不断创新高，加剧电网供需失衡。德州冬季风暴、四川高温都引起了能源紧张。短期内，人们只能再度回归化石能源，高需求继续推高能源价格，加重危机。 能源结构转型迫在眉睫 结合气候危机和能源危机，全球各国行动起来，制定了各项政策，意图改变以化石能源为主力的能源结构。尽管近期德、英、法等国为应对天然气中断的突发事件，重启部分燃煤发电厂，但逐步降低化石能源的使用比重仍是全球共识，能源企业也纷纷减少对化石能源领域的投资，转而大力投资新能源赛道。 美国本月签署了《通胀削减法案》（Inflation Reduction Act），这是美国历史上对气候行动的最大投资。它将近 4,000 亿美元投资于清洁能源技术。执行层面则参考美国环保署 (EPA) 颁布的 Oil and Gas Methane Rules，这是首次在联邦政府层面，对解决美国石油和天然气基础设施中甲烷渗漏问题的规则。 世界各国参与的联合国气候变化大会 (COP26) 影响最为广泛，会上通过了《格拉斯哥气候公约》，各国同意逐步减少煤电，逐步取消“低效”的化石燃料补贴，并敲定了《巴黎协定》（The Paris Agreement）的实施细则，强调要在十年内将二氧化碳排放量减少 45%。 通过对政策的研究我们可以发现，这些以保护气候环境，控制全球变暖为出发点的政策，落脚点实际在能源结构的转变，以及碳排放的控制等方面上。 如果比特币挖矿长期依赖于化石能源，势必会站在能源转型趋势的对立面，成为众矢之的。比特币挖矿长期投资者一定要顺势而为，助力气候改善，拥抱能源转型。 改变挖矿模式，实现电网友好、顺应能源发展 通过发掘不同的应用场景，比特币矿业实际上可以成为电网友好、顺应能源发展的行业。 目前，根据 CoinShares 的研究报告，截至 2021 年 12 月，比特币挖矿使用能源中，化石能源占比百分比 59%，其中煤炭 35%，天然气 24%。清洁能源占比 41%，其中水电 21%、核电 11%、风电 4%、其他的可再生能源 5%。 （来源：CoinShares Research） 与化石能源相比，清洁能源不排放污染物，从环境意义上很受社会的欢迎。但是受技术、成本等的影响，如光电、风电这种新型清洁能源电厂的开发一直落后于化石能源，至今清洁能源的使用约占总能源的 20%。 如果比特币矿工使用更多的新型清洁能源，就能促进清洁能源电厂的部署和发展。 （来源：MIT Technology Review） 德克萨斯州是美国可再生能源的圣地，据统计，它有 214 个风电场和 111 个太阳能发电场，总共大约有 34 GW 的电力，5 GW 的需求。由于供给远大于需求，风电厂有时甚至会关闭部分设备，因为产生的电量用不出去。 您可能会疑问，那是不是可以把多余的电力运输给其他州？ 实际上，由于电的特性，它的储存和输送都需要高昂的投资金额。目前德州大约只能承担 12 GW 电力的传输。如果想要运输更多的电力，需要对基础设施进行重大升级。在德州，一条能投入使用 40 年或 50 年的输电线路需要花费数亿美元以上。 美国考虑到州政府财力有限，新出台的《通胀削减法案》对于光伏和风能项目进行资源倾斜，给予了长期税收抵免优惠，这其实给了比特币矿工一个机会。 可以购买那些过剩的清洁电力来挖矿。一方面，矿机可以灵活布置，不使用那些输送给用户的电力，风电价格极低，根据美国 EIA 的数据，德克萨斯州风力发电的平均批发价格为 2.6 美分/千瓦时。而且挖矿业购买了清洁能源电厂富余过剩的电力，助力电厂创造收益，为清洁能源建设做出贡献，从而打造比特币环境友好的形象。 （TSE Greenville 矿场旁的光伏电站） 除了消化过剩电力，挖矿业还能实现电网平衡调节，尤其是针对大规模比特币矿场。 在电力需求有季节性差异的地区，大规模挖矿会影响民生用电。为了保障民生需求，Riot、比特小鹿、Computer North 和 Layer 1 等比特币矿企在德州夏季主动断电，配合德州电网进行调峰，确保在高峰期，民生用电不会短缺，而在夜间等电量富裕的时间段，比特币矿机也可以火力全开，消耗电网上富余的电力，创造最大的经济价值。 挖矿业的这种调节功能对于风、光伏以及核能这些清洁能源来说，尤为重要。 清洁能源发电本身就存在不确定性和高波动性。比如，风光发电能力受制于天气。为了防止弱风或阴雨天时，民生用电紧张的情况出现，匹配的发电装机规模会远高于民生用电负荷。反之，当风力和光照正常时，电力就会过剩，此时矿机就可以派上用场。 核电和煤电调节发电负荷的响应时间较长，而民生用电需求变化却是瞬时发生的，为了让供需能够匹配，就需要电厂快速响应变化。矿机响应速度越快，与电网也就越契合，助力了电网的稳定性和安全性。 所以，具备快速响应负荷变化的比特币挖矿不再是电网的负担，而是电网“可控负荷”的一部分，实现灵活用电，平衡负荷调节，构建社会友好的挖矿模式。 比特币挖矿助力现有电力结构的方式，断电是一种，还有一种不需要主动断电的解决方式——那就是不占用民生电力，比如使用未并网的孤网电站。 孤网电站有很多类型，本文介绍的主要是以甲烷为燃料的孤网电站。 为什么选择甲烷呢？这是因为以甲烷为燃料来发电，可以有效降低碳排放，实现“负碳”挖矿。甲烷燃烧后会释放二氧化碳，燃烧效率约为 75% 到 90%，也就是说，大约有 10 - 25% 的甲烷没有转化为二氧化碳，被排放到大气中。 而甲烷对环境的危害性比二氧化碳更高。根据美国国家环境保护局 (Environmental Protection Agencyundefined EPA) 的数据，20 年内排放甲烷的全球变暖潜能值 (GWP) 为81 - 83。可以通俗理解为，甲烷对环境的危害程度是二氧化碳的 81 - 83 倍。 （来源：https://www.oilandgaslawyerblog.com/mining-bitcoin-a-solution-to-gas-flaring/） 用甲烷发电能提高甲烷燃烧效率到 98%，同时二氧化碳排放量也减少了约 63%。如石油和天然气行业的钻探和开采活动产生的过量天然气、垃圾填埋场和畜牧养殖场粪肥产生的沼气等等成分都含有甲烷，可以用来发电。 以石油开采过程中溢出的天然气为例，我们称其为伴生石油气 (Associated Petroleum Gas)。伴生石油气的捕获、储存和运输需要一套昂贵的系统。对于在道路交通困难和缺少输气管道或远离电网的地区开采石油和天然气的运营商（尤其是个人和小型运营商）而言，投资该系统并不划算。 他们更愿意在回收系统中去燃烧伴生石油气，鉴于现场看起来像一个巨大的燃烧中的火把，我们形象地称其为“火把气”，将这个过程称为“燃除”。从图片可以看到，传统的燃除方式会有黑烟产生 —— 这是火把气没有完全燃烧，排放了有害物质的证明。 火把气作为被燃除的天然气，可以拿来发电，以前周边缺少用电用户，用火把气发电没有任何经济利益，而现在我们可以将目光移向比特币矿机。 剑桥比特币电力消耗指数估计，全球火把气如果全部投入发电，其发电量是比特币挖矿网络所需电力的 4.6 倍规模（基于 2022 年 5 月 8 日的能源使用情况）。可以看出，火把气挖矿的潜力是巨大的。 据统计，全球每年约有 1,500 亿立方米的火把气被燃除。其中美国（分布着大约全球 37% 的比特币算力）在火把气燃除方面排名第四。 下图是 2021 年至今卫星探测到的火把气情况，燃除火把气的工厂被红色的小点标记出来，点迹越明亮，表示燃除量越大。可以看到，在北美，北达科他州以及德克萨斯州的石油储备丰富，相应也燃除着大量的火把气，阿尔伯塔省和不列颠哥伦比亚省也有零星的火把气燃除点。 （来源：SkyTruth） 并且，美国的《通胀削减法案》特别提出，对石油和天然气行业中甲烷泄漏超过一定阈值的企业进行收费，包括海上及陆上石油和天然气生产、陆上天然气加工等等业务。该费用将于 2024 年从每吨 900 美元起，到 2026 年增加到每吨 1,500 美元。 所以，对于油气商而言，比特币挖矿不仅能减少碳排放，实现“负碳”挖矿，还能减少甲烷泄露费用。 火把气与矿业结合已经有落地项目。TSE 在北达科他州已成功建立了两个 5 MW 的火把气矿场，算是当地最大的火把气矿场之一。通过发电机运行，甲烷燃烧效率提高到 98%。矿场规模不大，但胜在灵活，降低了甲烷排放，让场地内被搁浅的火把气有了一席用武之地。 （TSE 北达科他州的火把气矿场） 除此之外，让我们再进一步来看，挖矿还能带来更多的效益。比如之前 北美矿业专栏（十）：比特币矿机废热可以如何利用？ 中提到的热能利用，如果能产品化，那么比特币矿机从耗能设备变成了既可供暖又可产币的锅炉。 尤其近年极端天气频发，冬季的气温也比往年更低，刺激了民生对于供暖的需求。不过除了供暖以外，任何需要热能的场景，都可以用比特币矿机来进行替代，例如生活热水、温室种植、农业干燥等等。 目前市场上广泛使用的直热式电锅炉热效率为 70% 至 97%，据了解，美国比特币挖矿综合能源利用方案提供商Heat Core Tech 的综合能源算力系统的热效率能达到 95%，即比特币挖矿的电耗能够有 95% 转化为有利于民生的热能能源，例如蔬菜大棚保温、楼宇供暖等多行业。 （具备供暖管的大棚） 新型比特币挖矿系统能够更好地结合电能与热能，对需要热能的住宅、农牧业等来说，不必购买直热式电锅炉，直接购入这类挖矿系统，左手供热、右手挖矿。这种综合能源利用的模式，真正实现了“零碳挖矿”，通过替代锅炉，保证不增加额外碳排放，同时能获得算力收入，可谓是“一石二鸟”。 从能源结构清洁化，到电网友好的“电池”，再到小规模分布式孤网利用，减少碳排放，或是进行供暖，比特币矿业可以逐渐从“电网蛀虫”、能源消耗者变成民生赋能者，转变为气候友好、助力能源的行业。 根据央行等部门发布“关于进一步防范和处置虚拟货币交易炒作风险的通知”，本文内容仅用于信息分享，不对任何经营与投资行为进行推广与背书，请读者严格遵守所在地区法律法规，不参与任何非法金融行为。不为任何虚拟货币、数字藏品相关的发行、交易与融资等提供交易入口、指引、发行渠道引导等。吴说内容未经许可，禁止进行转载、复制等，违者将追究法律责任。