انرژی خورشیدی + باتری + ماینینگ بیتکوین

تألیف: برت وینتون، یاسین الماندیرا، سام کوروس / ترجمه: سپهر هاشمی

این مقاله در 21 آوریل 2021 معادل 1 اردیبهشت 1400 منتشر شده و در تاریخ 10 شهریور 1400 ترجمه شده است. برای دریافت فایل PDF اینجا کلیک کنید.

بخش 1 – مقدمه

چگونه استخراج بیت‌کوین می‌تواند انرژی تجدیدپذیر بیشتری را با برق قابل اطمینان‌تری به ثمر بنشاند؟

منتقدان بیت‌کوین غالباً ادعا می‌کنند که استخراج بیتکوین بیش از مزایایی که به ارمغان می‌آورد، منابع، و به ویژه انرژی را مصرف می‌کند. با این‌حال، آنچه که منتقدان آن را از نظر محاسباتی ناکارآمد و مقیاس‌ناپذیر می‌دانند، نه تنها از نظر هواداران یک بده‌بستان[1] از قبل تعیین شده است بلکه یک ویژگی اساسی نیز هست.

منتقدان همچنین ادعا می‌کنند که محاسبه مورد نیاز برای (کسب و) حفظ بیت‌کوین ، حتی در صورت لزوم، در حال آسیب‌رسانی به محیط زیست و تخریب کره زمین است.

ما معتقدیم که حقیقت خلاف این موضوع است: «دنیا با بیت‌کوین ، دنیایی است که در حالت تعادل، برق بیشتری را از منابع تجدید‌پذیر بدون‌کربن[2] تولید می‌کند»

در این مقاله ما فرض می‌کنیم و نشان می‌دهیم که چگونه استخراج بیت‌کوین می‌تواند سهم کلی انرژی تجدیدپذیر ارائه شده در شبکه را افزایش دهد، و به‌طور بالقوه در آینده هم انرژی استخراج جهانی و هم انرژی استخراج بیت‌کوین را به سمت تجدیدپذیرها سوق می‌دهد.

با داده‌های دنیای واقعی، ما به دنبال نشان دادن این هستیم که استخراج بیت‌کوین می‌تواند سرمایه‌گذاری در سیستم‌های انرژی خورشیدی را تشویق کرده و انرژی‌های تجدیدپذیر را قادر بسازد درصد بالاتری از قدرت شبکه را بدون تغییر در هزینه برق تولید کنند. بدون استخراج بیت‌کوین و بر اساس مدل ما، مدل خورشیدی -یک منبع متناوب انرژی- قبل از آنکه تأسیسات برق با نیاز به تأمین سرمایه‌گذاری قابل توجه با قیمت برق بالاتر مواجه شوند، می‌تواند تنها 40درصد از برق شبکه را تأمین کند. بااین‌حال، با استخراج بیت‌کوین در یک سیستم خورشیدی (خورشیدی + باتری)، ما معتقدیم که ارائه دهندگان انرژی -اعم از شرکت‌های برق و یا نهادهای مستقل- می‌توانند با اختلاف همزمان بین قیمت برق و قیمت بیت‌کوین با خریدوفروش بازی کنند و همچنین "مازاد" انرژی خورشیدی را بفروشند و تقریباً تمام تقاضای برق شبکه را بدون کاهش سودآوری تأمین کنند.

نمودار زیر تأثیری فرضی که استخراج بیت‌کوین می‌تواند بر پذیرش سیستم‌های خورشیدی (خورشیدی + باتری) داشته باشد را نشان می‌دهد. این نمودار براساس یک هزینه‌ی ثابت برق، بررسی می‌کند که چه درصدی از انرژی خورشیدی را می‌تواند به شبکه ارائه دهد. محور Y نشانگر میزان برق نصب پنل خورشیدی[3]، و محور X ظرفیت سیستم باتری[4] است. اندازه هر دایره متناسب با اندازه عملیات استخراج بیت‌کوین است. در هر نقطه، سیستم خورشیدی درصد متفاوتی از نیازهای شبکه را تأمین می‌کند. با افزایش مقیاس استخراج بیتکوین ، اندازه سیستم خورشیدی افزایش می‌یابد و درصد بالاتری از نیازهای شبکه را تأمین می‌کند. افزایش ظرفیت استخراج بیتکوین به ارائه دهنده انرژی این امکان را می‌دهد که بدون اتلاف انرژی، انرژی خورشیدی را "بیش از حد" بسازد.

در سمت چپ پایین نمودار، در غیاب استخراج بیتکوین، منابع تجدیدپذیر می‌توانند تنها 40% از نیازهای شبکه را برآورده کنند. در سمت راست بالای نمودار، با شمول استخراج بیتکوین، انرژی خورشیدی و باطری‌ها می‌توانند 99% از تقاضای شبکه را پاسخ بدهند.

شکل 1- این تصویر فقط برای اهداف اطلاعاتی است و نباید به‌عنوان مشاوره سرمایه‌گذاری، یا توصیه‌ای برای خرید، فروش یا نگهداری هرگونه اوراق بهادار یا رمزارز درنظر گرفته شود. پیش‌بینی ها به‌طور ذاتی محدود هستند و نمی‌توان به آنها اتکا کرد. منبع: موسسه مدیریت سرمایه‌گذاری ARK، سال 2021

مدل ما به دنبال این است که نشان دهد استخراج یکپارچه بیتکوین می‌تواند منابع متناوب قدرت را به ایستگاه های تولید انرژی با قابلیت بارگذاری اولیه تغییر شکل دهد. این نشان می‌دهد که افزودن استخراج بیتکوین به گزینه‌های پیش‌روی توسعه‌دهندگان برق می‌بایست بازار کلی قابل اشاره برای منابع انرژی تجدیدپذیر و متناوب را افزایش دهد. در حالت متعادل، با استخراج بیتکوین، ما معتقدیم که انرژی تجدیدپذیر باید بتواند درصد زیادی از برق هر منطقه را از نظر اقتصادی تأمین کند. به‌عنوان تاثیر متعاقب، کاهش هزینه‌های مربوط به مقیاس‌پذیری تجدیدپذیرها می‌تواند تسریع شده و نتیجتاً از نظر اقتصادی در حالت تعادل نیز حتی رقابت‌پذیرتر شود.

در زیر:

• طراحی و پیاده‌سازی مدل اثبات مفهوم را شرح می‌دهیم؛
• برخی از نتایج جالبی که پیشنهاد می‌دهد را شرح می‌دهیم؛
• احتیاط در برابر برخی از نقاط ضعف آن را شرح می‌دهیم؛
• جزئیات مسیرهای احتمالی کارهای آینده را شرح می‌دهیم؛ و
• دسترسی به فایل اکسل اساسی را فراهم نموده و دستورالعمل‌هایی درباره چگونگی استفاده، استقرار و بهینه‌سازی آن ارائه می‌دهیم.

بخش 2- طراحی و پیاده‌سازی مدل اثبات مفهوم

هدف ما در این مدل نخست، ارائه‌ی یک اثبات مفهوم با به حداقل رساندن تعداد مفروضات مورد نیاز برای راه انداختن چنین سیستمی می‌باشد.

در ابتدایی‌ترین سطح، این مدل از شبیه‌سازی یک ساله از نور خورشید در ابزار NERL’s PVWatts استفاده می‌کند و آن را با تاریخچه قیمت برق و تقاضای برق برای مکان یکسان تطابق می‌دهد. در این مورد شهر آستین ایالت تگزاس مدنظر قرار دارد. این تطابق همچنین از تاریخچه قیمت بیتکوین ، درآمد ماینر و نرخ هش شبکه استفاده می‌کند. مشخصات سخت افزاری ماینر ترکیبی از ماینرهای شرکت Antminer مدل S9 و S17 و S19 می‌باشد.

منطق مدل به‌گونه‌ای است که برای اولویت‌بندی تحقق تقاضای شبکه بهینه‌سازی شده است. بدین معنا که انرژی خورشید برای استخراج بیتکوین استفاده نخواهد شد مگر اینکه ابتدا تقاضای شبکه تامین شود. پس از تحقق تقاضای شبکه، مدل ارزیابی می‌کند که آیا ذخیره انرژی در باتری سودآورتر است یا استخراج بیتکوین بر اساس سطوح سوددهی متوالی. تصمیم برای شارژ باتری یا برای استخراج بیتکوین بسیار متفاوت است و با باز کردن مدل به بهترین وجه قابل درک خواهد بود. در نهایت حالت شارژ باتری نیز در تعیین جریان انرژی نقش دارد.

محاسبات سودآوری شامل تسهیلات برای برنامه‌های استهلاک، هزینه‌های بهره برداری و هزینه‌های نگهداری (شامل محل خنک‌کنندگی سیستم استخراج) هستند؛ و در راستای بازدهی یک ساله بر اساس هزینه سرمایه مقایسه می‌شوند. این مدل به منظور جایگزینی یا محاسبه ارزش خالص کامل فعلی آنچنانکه که برای پذیرش یک پروژه کامل توسعه برق مورد نیاز است، نخواهد بود. در عوض ما به‌سادگی می‌توانستیم نشان دهیم که چگونه ابزار اضافی درآمدزایی از برق که استخراج بیتکوین فراهم می‌کند می‌تواند به یک سیستم باتری خورشیدی اجازه دهد درصد بالاتری از برق هر منطقه را با سود معادل تأمین کند. در این مورد ما معتقدیم که موفق می‌‎شود.

بخش 3- دیگر نتایج

علاوه بر نشان دادن تأمین برق قابل‌اطمینان‌تر با سوددهی برابر -همانطور که در شکل 1 مشاهده می‌شود- روشی وجود دارد که سیستم‌های برق ممکن است با توجه به در دسترس بودن استخراج بیتکوین آن را به‌عنوان ابزاری برای توسعه دهندگان برق بپذیرند و این مدل نیز می‌تواند برای درک این روش مورد استفاده قرار بگیرد. در زیر، ما مدل را بر روی شکل 1 بسط می‌دهیم تا دو منحنی ایجاد شود. همانند قبل، محور Y میزان برق نصب سیستم خورشیدی، محور X ظرفیت نصب باتری، و اندازه هر نقطه نمایانگر اندازه‌ی استخراج‌کننده‌ی بیتکوین است. در هر نقطه سیستم درصد متفاوتی از نیازهای شبکه برق را تأمین می‌کند. با افزایش اندازه‌ی سیستم، نقاط به سمت بالا و راست حرکت می‌کنند و سیستم درصد بیشتری از نیازهای شبکه برق را تأمین می‌کند. در منحنی بالا، سودآوری سیستم بطور ثابت نگه داشته شده است؛ نصب بزرگتر استخراج کننده بیتکوین ، به سیستم اجازه می‌دهد تا بدون هدر دادن انرژی اضافی، بطور موثری بیش از حد برق مصرف کند. در منحنی پایین، سودآوری بدون استفاده از استخراج‌کنندگان بیتکوین در یک سطح توزیع با هدف مشخص، بهینه‌سازی شده است. در توزیع 90درصدی یک نقطه مبنای بالای 200 (<200) در اختلاف بازگشت سرمایه سالیانه بین سیستمی که می‌تواند نیرو را به یک استخراج کننده بیتکوین منتقل کند و سیستم دیگری که به‌سادگی بر روی سیستم خورشیدی + باطری متکی است، وجود دارد.

شکل 2- این تصویر فقط برای اهداف اطلاعاتی است و نباید به‌عنوان مشاوره سرمایه‌گذاری، یا توصیه‌ای برای خرید، فروش یا نگهداری هرگونه اوراق بهادار یا رمزارز درنظر گرفته شود. پیش‌بینی ها به‌طور ذاتی محدود هستند و نمی‌توان به آنها اتکا کرد. منبع: موسسه مدیریت سرمایه‌گذاری ARK، سال 2021

در شکل 2 نیز آشکار است که استخراج کننده بیتکوین –با استفاده از مفروضات مدل- یک مکانیسم ذخیره انرژی متناوب و رقابتی را برای باتری‌ها فراهم می‌کند. برای تحقق نیازهای قابل اطمینان‌پذیری برق بدون یک استخراج‌کننده‌ بیتکوین ، یک توسعه‌دهنده برق می‌بایست یک باتری بزرگتر بسازد. استخراج‌کننده بیتکوین به توسعه دهنده برق اجازه می‌دهد تا به‌طور موثرتری از سیستم با انرژی خورشیدی تغذیه بیش از حد بکند، و به استخراج‌کننده اجازه می‌دهد انرژی و توان اضافی تولید شده را جذب کند تا بتواند در مواقع افزایش تقاضا یا غروب آفتاب به استخراج ادامه بدهد. در شکل زیر ما درصد هزینه‌های سرمایه‌ای متشکل از یک سیستم توزیع 40درصدی و یک سیستم سود معادل که شامل استخراج بیتکوین برای افزایش توانایی خود بر تأمین شبکه تا 90درصد می‌باشد را نشان می‌دهیم.

شکل 3- این تصویر فقط برای اهداف اطلاعاتی است و نباید به‌عنوان مشاوره سرمایه‌گذاری، یا توصیه‌ای برای خرید، فروش یا نگهداری هرگونه اوراق بهادار یا رمزارز درنظر گرفته شود. پیش‌بینی ها به‌طور ذاتی محدود هستند و نمی‌توان به آنها اتکا کرد. منبع: موسسه مدیریت سرمایه‌گذاری ARK، سال 2021

ما معتقدیم که این سیستم‌های انرژی سه-قسمتی باید در همه مقیاس‌ها کار کنند و می‌توانند فرصت‌‌های جالبی را در سطح مسکونی ایجاد کنند، به‌ویژه اگر بتوان از اتلاف حرارتی استخراج بیتکوین در راستای دیگر کاربردها بهره برد.

این مدل همچنین می‌تواند برای ابعادسنجی هزینه-فرصت بین سیستم‌های خورشیدی و سیستم‌های باتری منحصر بفرد یک استخراج‌کننده‌ بیتکوین استفاده شود. هر منحنی در زیر نمایانگر ترکیبات متفاوتی از اندازه‌های سیستم خورشیدی + باتری می‌باشد که می‌تواند برای دستیابی به سطح مشابهی از توزیع برق مورد استفاده قرار بگیرد. "آرنج[6]" در هر منحنی (بزرگترین نقطه داده[7]) نقطه‌ی حداکثر سودهی برای یک سطح معین از توزیع برق به استثنای یک واحد متصل‌شده‌ی استخراج بیتکوین است.

شکل 4- این تصویر فقط برای اهداف اطلاعاتی است و نباید به‌عنوان مشاوره سرمایه‌گذاری، یا توصیه‌ای برای خرید، فروش یا نگهداری هرگونه اوراق بهادار یا رمزارز درنظر گرفته شود. پیش‌بینی ها به‌طور ذاتی محدود هستند و نمی‌توان به آنها اتکا کرد. منبع: موسسه مدیریت سرمایه‌گذاری ARK، سال 2021

در نهایت، ما امیدواریم که این مدل بتواند به ‌عنوان ابزاری برای کمک به دیگران باشد تا بفهمند که افزودن استخراج بیتکوین به ‌عنوان گزینه‌ای برای توسعه دهندگان انرژی خورشیدی و دیگر منابع تجدیدپذیر چگونه می‌تواند برق قابل‌اطمینان‌تری را در بازده مشابه در سطوح (متفاوت) سرمایه تأمین کند. اگرچه این مورد توسط این مدل مشخص نشده است، اما اثرات جانشینی استخراج بیتکوین برای سیستم‌های باتری نیز می‌تواند باعث افزایش منابع تجدیدپذیر شود، حتی در صورت محدود بودن عرضه باتری به‌دلیل تقاضای خودروهای برقی. علاوه‌براین، و شاید مهم‌تر از همه برای تأمین کنندگان قدرت، ما معتقدیم که یک سیستم خورشیدی متصل-به-استخراج می‌تواند به محض سیم‌کشی داخلی درآمد ایجاد کند، در حالی که سیستم‌های امروزی برای فروش برق تولیدی باید تا زمانی که به هم متصل شده و برای فروش به درون شبکه ترخیص بشود منتظر بمانند و سپس آن را بفروشند -فرایندی که ممکن است ماه ها به طول انجامد. علاوه بر این، سیستمی که متکی بر جریان‌های درآمدی متفاوت و منحصر به فرد است -اگر اندازه مناسبی داشته باشد- می‌تواند جریان‌های نقدینگی قابل‌اطمینان و قابل پیش‌بینی بیشتری را ارائه دهد. این امر می‌تواند باعث کاهش هزینه سرمایه برای توسعه دهندگان برق و در نهایت ارائه انرژی تجدیدپذیر ارزان‌تر به شبکه بشود.

1-3- برخی نکات و ضعف‌های مدل سازی

ما معتقدیم که اگرچه این مدل جالب و گویا است، اما به هیچ وجه کامل نیست. این مدل از یک سودآوری/جریان نقدینگی واقعی استفاده نمی‌کند، بلکه تنها یک عدد نمایشگر است. نه خدمات جانبی شامل شده‌اند، نه پیامدهای مالیاتی و نه هرگونه اعتبار دولتی. این مدل اثرات متعاقب ثانویه را در مورد چگونگی تأثیر انرژی خورشیدی بر قیمت برق و یا افزایش فعالیت استخراج بر نرخ هش بیتکوین و قیمت آن را در نظر نمی‌گیرد. برای اثبات این نتیجه با استفاده از دیگر سری‌های زمانی که در چندین سال گسترش یافته و از سایر مناطق جغرافیایی استخراج شده است، کارهای بیشتری می‌توان انجام داد و حتما صورت خواهد پذیرفت. این مدل همچنین تخریب ظرفیت باتری و اتلاف انرژی را ثبت نمی‌کند.

بخش 4- اقدامات پیش‌بینی شده آتی

این مدل می‌تواند به عنوان اولین مدل از مدل‌های بعدی عمل کند. ما امیدواریم که دیگران به این سیستم‌های پیچیده علاقمند شده و/یا به خوبی آشنا باشند و در این راه مشارکت خواهند داشت. در حالی که این امر به عنوان اثبات مفهوم عمل می‌کند، پروژه‌های آینده می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

• ارائه نمونه‌ای از مدل پذیره‌نویسی برق بصورت آینده نگر دارای یک سیستم استخراج بیتکوین ؛
• مدلسازی تاثیر بر تقاضا برای منابع متناوب انرژی و آنچه که می‌تواند برای کاهش هزینه مربوطه معنا داشته باشد؛
• مدلسازی تاثیر استخراج بیتکوین بر پروژه‌هایی که منتظر اتصال به شبکه هستند؛
• مدلسازی سیستم در سطح منازل شخصی.

[1]tradeoff

[2]Renewable Carbon-Free Sources

[3]Solar Installation Power

[4]Battery System Capacity

[5]Proof-Of-Concept

[6]elbow

[7]Datapoint

منبع:

https://medium.com/@wintonark/bitcoin-mining-impact-on-renewable-uptake-fc91c5aa9be0