比特币矿业的能耗在未来将不是问题

作者:ahr999

发布时间:2014年5月21日

网络来源:彩云比特

19世纪70年代,电力开始被广泛应用,它掀起了第二次工业化高潮,从此改变了人们的生活。20世纪出现的大规模电力系统是人类工程科学史上最重要的成就之一,它将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电力,再经输电、变电和配电将电力供应给用户。互联网时代的今天,我们发明了电脑、家电等更多使用电力的产品,电力成为我们每个人不可或缺的需求。对于整个社会而言,电力是一种珍贵的资源,浪费当然是可耻的。

在比特币诞生5年后的今天,其整个采矿网络的电力消耗开始成为人们关注的问题。截止今日,全网算力已经达到了惊人的77P,并且仍然再持续上升。按照目前矿机1w/G的功耗计算,三个月的用电量将达到1.6亿度,对比我国一季度的总用电量为12788亿度,超过了万分之一。

于是,有人开始诟病比特币的工作证明机制(POW),认为它浪费了能源,不环保,甚至提出了一种环保的股权证明机制(POS)。虚拟货币界围绕这一问题开始了大量的争论,本文并不打算评价两种机制的优劣。本文将从电力的角度来解析比特币矿业的能耗问题,从另一个侧面阐述,比特币矿业的能耗在未来不仅不会浪费电力,而且可能会将那些本已经被浪费的电力合理利用起来。

电力的特殊属性

尽管电力是科学技术发展、国民经济飞跃的主要动力,我们的生活离不开电力,但是我们却不一定了解电力的某些属性。

(1)电力无法被大量储存。事实上,电力是无法被储存的。目前,所谓的电力储存,都是先将电能转化为其它形式的能量,再储存。如:蓄电池是将电能转化为化学能。这造成的结果是,电力是用多少发多少,发电厂需要根据用电量实时调整产能。

(2)传输就有损耗。电力通过电缆传输,而电缆有电阻,传输过程势必造成电能的损失。据说,日本的电力管理最为先进,但损失率仍然在5%左右。对比我国一季度的总用电量12788亿度,5%是什么概念?同时,传输距离越长,需要的电缆越长,电缆的电阻越大,所以传输距离越长,损失越大。

社会用电量的变化

由于电力无法被大量储存,发电厂需要根据用电量实时调整产能,但是坑爹的是社会用电量并不是恒定的,它甚至每时每刻都在变化,而且幅度还不小。

(1)一年之中,夏季用电量最高。下图显示,夏季用电量可以达到冬季的1.5倍。

(2)一天之中,10时至20时用电量最高。下图显示,午间用电量可以达到凌晨的2倍。

这种用电量的变化会造成什么结果呢?首先,电厂需要有足够的产能保证用电高峰期的电力需求,比如:夏季的正午时分。其次,在用电低谷期,电厂需要关闭部分产能。第三,电厂需要启动电力系统的备用发电容量,应对突发情况(如,用电量超出预期)。通俗来说,就是先发电,但是不用,需要的话,马上投入电网。如果不需要呢?那就浪费了。为了保证电网稳定性,这种浪费是没有办法的。

发电类型及优劣

产生电力的方式有:火力发电(煤)、太阳能发电、大容量风力发电、核能发电、水利发电、氢能发电、垃圾焚烧发电等。目前,广泛使用的只有前5种。

(1)火力发电是利用煤、石油、天然气等固体、液体、气体燃料燃烧时产生的热能,通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式。

(2)太阳能发电是将太阳能直接或间接转变成电能的一种发电方式。

(3)风力发电是将风的动能转变成机械动能,再转化为电能的一种发电方式。

(4)核能发电是利用核反应堆核裂变释放的热能,通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式。

(5)水利发电是将水的势能转变成机械动能,再转化为电能的一种发电方式。

由于,电力不能被大量储存,传输就有损耗。所以,我们需要一种易于控制产能,并且不需要远程传输的发电方式。如果只考虑这两点要求,火电无疑是最好的,它的规模很容易扩大,取决于煤的供应,它不受地点限制,可以建在城市周边。当然,它也有明显的缺点,它会造成污染。

其它发电方式或多或少都受到一些限制,使得我国的主要发电方式仍然是火电。核电虽然与火电类似,但是其安全性一直是问题,所以不敢离城市太近。水电要建在水流落差大的地方,一般离城市较远。风电要建在风大的地方,一般也离城市较远,而且风力难以预测和控制。太阳能虽然随处都有,但是城里不容易大规模部署,沙漠虽然可以大规模部署,但是离城市太远。此外,太阳能只有白天才有,虽然可以用蓄电池少量储存,但难以满足夜间的大量用电。

比特币矿业将利用本已被浪费的电力

综上所述,现今的电力系统在能源合理利用上仍然有很大的提升空间。而比特币矿业只有两个要求,电和网。基本不受时间和地点的限制,恰恰可以合理利用那些本已经被浪费的电力。

(1)利用发电厂备用发电容量。为了保证电网稳定性,电厂需要启动电力系统的备用发电容量,从而造成浪费。未来,这部分备用发电量可以进行比特币挖矿,如果社会用电有需求,可以立刻停掉矿机,投入电网。

(2)利用发电厂过剩产能。电厂的产能都是保证高峰用电需求的,平时基本都是过剩。未来,这部分过剩产能可以进行比特币挖矿,电厂设计可以专门划出一片区域建立比特币矿场。

(3)利用偏远“劣质电”。所谓偏远“劣质电”就是指产自偏远地区的水电、风电和太阳能电,它们的发电量难以控制,而且需要远程传输。比如,某天凌晨风很大,但是社会用电量却很低,发电也是浪费,而如果就近建立比特币矿场,就可以立刻将风力资源变现。

总之,过剩电、备用电、偏远“劣质电”加上传输造成的电力损失,造成目前电力资源的巨大浪费,光传输造成的电力损失一项就达到5%。而比特币采矿因为不受地域的限制,未来可以就地变现这些过剩电、备用电和偏远“劣质电”,从而并不会给全社会用电量增加额外的负担。在此,我大胆预测,比特币矿业的能耗即使在未来增长了上百倍,也不会成为一个显著的问题,因为它消耗的将是那些本来就被大量浪费的电力资源。

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