Arcane Research:比特幣挖礦“廢熱”如何重新利用

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作者:Jaran Mellerud,Anders Helesth

編譯:TSE(擎速能源)Kate

供熱領域是全球最大的能源終端消費領域。幸運的是,比特幣挖礦會產生熱量,並且我們可以將其重新用於為房屋供熱或食品生產。本文闡述了比特幣挖礦熱回收是如何降低供熱成本並減少排放的。

Source: Arcane Research

本文節選自我們題為《比特幣挖礦如何改變能源行業》的研究報告。該研究報告列出了比特幣礦工的五個特徵,這些特徵使他們成為獨一無二的靈活的能源消費者,並闡述了比特幣礦工可以幫助解決的四個能源問題。本文解釋了其中一個問題:比特幣挖礦如何降低供熱成本,並減少供熱排放。讓我們開始吧。

供熱領域是全球最大的能源終端消費領域

為住宅、工業和其他應用供熱是世界上最大的能源終端用途,占 2021 年全球能源終端消費的近一半。

工業生產過程占供熱能耗的 51%,另外 46% 的能耗用於加熱建築物中的空間及水,其次用於烹飪。剩餘的用於農業,主要是溫室供暖。

不出所料,占了世界能源使用的一半的供熱領域,是最大的全球二氧化碳排放來源。供熱領域約占世界二氧化碳排放量的 40%,占二氧化碳當量排放量的 30%。

Source: Climate Watch

化石燃料是最常見的供熱能源,約占能源結構的四分之三。剩下的四分之一基本平均分配在傳統生物質能和現代可再生能源之間。

Source: IEA

比特幣挖礦產生大量熱量

你想知道所有進入比特幣礦機的電力會發生甚麼嗎?電力通過算力板產生算力,礦工將算力出售給礦池,而礦池最後再向礦工結算比特幣。礦機不僅會產生比特幣,而且當電流經過算力板時,還會產生大量的熱量。

Source: Arcane Research

比特幣礦業每年產生約 100 TWh 的熱量,足以為芬蘭供暖。然而比特幣挖礦產生的大部分熱量沒有被捕獲並重新利用,而是從數據中心排出到大氣中。

比特幣礦工可以將其廢熱重新用於區域供熱或食品生產

比特幣礦工正在發掘回收熱量的潛力。隨著行業競爭日益激烈,用熱量回收來降低成本,或者減少碳排放的可能性吸引了日益增長的關註。大多數創新都自然而然地發生在加拿大和斯堪的納維亞半島等較寒冷的地區,此處的熱能比那些炎熱的比特幣挖礦中心,如德克薩斯州等更有價值。

處理熱量是礦業面臨的最大的工程挑戰,這也是為甚麼行業的第一批挖礦設施在寒冷環境中建造而成。礦工可以利用兩種不同的技術來冷卻機器。最常見的是風冷。浸入式冷卻則是一種新方法,即將機器完全浸沒在具有比空氣更優越的絕緣性能的導熱液體中。與傳統的風冷系統相比,構建浸入式冷卻系統要昂貴得多,但它也提供了卓越的冷卻能力。

理想情況下,在重新利用熱量時,礦工應使用浸入式冷卻,因為流體攜帶熱量的效率更高,並且比空氣更容易引導。使用風冷仍可以重新利用比特幣採礦的熱量,只是它的效率遠低於浸入式冷卻,使用浸入式冷可以回收 96% 的熱量。

另一個需要註意的因素是,盡管可以執行高達 80॰C 的機器,比特幣礦機產生的溫度在 40॰C 到 50॰C 之間。這種資源被認為是低品位餘熱,不能用於某些需要更高溫度的領域。盡管如此,產生低品位餘熱的比特幣礦機可以為許多地方提供基本負荷水平的供熱,包括區域供熱和食品生產。現在,我們將介紹一些案例。

區域供熱

加拿大 Mintgreen 公司是重新利用比特幣挖礦廢熱的先驅。這一領先地位讓他們能夠與北溫哥華市合作,為 100 棟建築和 7,000 套公寓提供暖氣。該合作涉及一項為期 12 年的熱力購買協議,市級區域供熱公司 Lonsdale Energy Corp. 購買了由 Mintgreen 專有的數字鍋爐®產生的基載熱量,並且這些鍋爐®由可再生能源提供動力。數字鍋爐®包含了使用浸入式冷卻的比特幣礦機。鍋爐泵將非導電冷卻液運輸到熱交換器,再由熱交換器直接將熱量傳遞到 Lonsdale Energy Corp. 的區域供熱系統。

食品生產

許多食品生產過程需要比特幣礦機提供的基本負荷水平的低品位餘熱。2020 年,Mintgreen 開始與 Shelter Point 釀酒廠合作,為他們的威士忌生產提供比特幣礦機產生的熱量。威士忌生產商在橡木桶陳釀過程中需要熱能。Mintgreen 設計了一種由比特幣礦機驅動的威士忌陳釀機,使釀酒廠能夠在沒有額外熱量的情況下更快地陳釀威士忌。

斯堪的納維亞半島的某些礦工要麼正在積極利用多餘的熱量,要麼正計劃著這麼做。Genesis Mining 正在參與瑞典北部的一個研究項目,該項目正在研究將比特幣挖礦產生的廢熱重新用於在溫室中種植水果和蔬菜的前景。他們通過將機器中的熱空氣用管道輸送到溫室中來實現這一目標。該項目發現,一個相對較小的 600 千瓦的礦機集裝箱能夠為 300 平方米的溫室提供足夠的熱量,即使在溫度低至 -30॰C 的冬季也是如此。

挪威的大多數礦工正在計劃如何將比特幣挖礦的廢熱重新用於食品生產,包括向溫室、藻類養殖者和鮭魚養殖者供熱。由於能源消耗,挪威礦工目前面臨著巨大的政治壓力,重新利用其運營中多餘的熱量是表明挖礦能提供環境效益的一種方式。出於這些政治動機,在未來幾年內我們可能會在挪威看到大規糢的比特幣挖礦供熱的創新行為。

重新利用比特幣挖礦產生的廢熱可降低供熱成本並減少碳排放

重新利用比特幣挖礦的熱量有三個主要優勢。首先,比特幣挖礦收入可以補貼用於供熱的電力成本。Mintgreen 可以在區域供熱市場上競爭,並用出售熱能獲得的收入將其電價降低至比特幣礦業中的最低水平。同時,比特幣挖礦競爭力的提高進一步降低了風險,因此他們可以簽訂長達十年的熱力購買協議。

供熱成本的降低也使得北部地區的糧食產量增加,這些地區曾經被認為過於寒冷,無法進行大規糢糧食生產。瑞典 RISE 的高級研究員 Mattias Vesterlund 曾與 Genesis Mining 合作進行溫室項目,他說:「一個 1 MW 的數據中心能用有市場競爭力的產品將本地的自給自足能力提高 8%」。1 MW 的比特幣挖礦設施相對較小,所以我們只能想象一個 100 兆瓦的數據中心可以做甚麼。

除了降低供熱成本外,如果機器由可再生能源供電,那麼使用比特幣挖礦進行區域供熱還可以減少碳排放。Mintgreen 首席執行官科林·沙利文 (Colin Sullivan) 估計,該公司在 12 年的區域供熱合作期內將減少 20,000 噸碳排放。二氧化碳的減排來自更換掉城市區域供熱系統所使用的天然氣鍋爐。

第三,重新利用比特幣挖礦的熱量在本質上是利用相同的能量兩次。它的競爭力超過了那些沒有再次利用熱量的礦工,因為在這一過程中,比特幣礦業使用的能量得到了補償。

Source: Mintgreen

Mintgreen 估計,他們的比特幣挖礦區域供熱系統每年每兆瓦可減少 3,100 噸二氧化碳。其中,1,300 噸來自對比特幣礦業每兆瓦能耗的碳抵消,1,800 噸來自每兆瓦天然氣供熱的減少。

除了降低供熱成本和減少碳排放外,重新利用挖礦產生的多餘熱量還會影嚮比特幣礦業的地理分布。目前,比特幣挖礦業務集中在電力充裕且價格低廉的地區。由於供熱成本與電價息息相關,因此重新利用其熱量的礦機可以在過去被認為是高電價而不適合比特幣挖礦的地方執行。

與其他能源密集型行業相比,兩個主要特性使比特幣挖礦在熱回收方面表現出色。首先,比特幣挖礦的位置不可知論意味著比特幣礦機可以在任何需要熱量的地方執行。其次,比特幣挖礦是一個糢塊化的過程,可以定制化提供客戶所需熱量。比特幣挖礦的這些特徵讓諸如 Mintgreen 這樣的公司能夠制造由比特幣礦機驅動的加熱器,用比特幣挖礦的收入來補貼他們的供熱成本。

我們可能會繼續看到在重新利用比特幣挖礦供熱方面的巨大創新。飆升的電價和供熱成本將推動比特幣礦工和供熱消費者尋求創造性的解決方案來降低成本。

本文由北美礦場服務商 TSE 冠名,內容不構成財務建議,不代表吳說觀點與立場。

原文鏈接:

https://arcane.no/research/repurposing-waste-heat-from-bitcoin-mining-can-lower-heating-costs-and

 

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