比特幣挖礦受到主流媒體、環保主義者和一些經濟學家的批評,因為挖礦要消耗太多的能源。的確,工作證明(PoW)系統會消耗大量電力,但地球因此出現能源缺口了嗎?並沒有。有意思的是,如果我們看一下核能發電的裝機容量,會發現少數幾個核反應堆浪費的電力就足以滿足整個比特幣網路的需求。而且,當機組滿負荷運轉時,反應堆更有效更安全。
無需杞人憂天:挖礦需要能源,核能取之不盡
過於簡單的說明無助於理解複雜問題。無論在哪個領域,包括現代高科技,這個說法都是有道理的。然而還是有人喜歡以這種方式批評、反對人類新取得的重要成就,比如開發利用原子能的核技術,和促進金融自由化的加密貨幣。除了都受到過批評,二者還有其他許多共同點。二者實際上可以相互補充,以更好地迴應那些批評。
為了避免過於簡單化,本文只關注關於加密挖礦和核能發電生產其中的一個方面,即電力能源。比特幣挖礦需要消耗電力,而核反應堆機組可以提供電力。在一些追逐熱點的媒體上,大家可以經常看到憂心如焚的生態活動家和經濟學家認為比特幣比一些國家消耗的電力還多。正如我們之前所解釋的那樣,這類指責遠非事實真相,你會驚訝於一些你未被告知的事情-恰當地消耗多餘的能源遠比白白浪費掉好。俗話說,有志者,事竟成,比特幣挖礦正好可以做到這一點,即消耗富餘的電力。
(來源:bitcoin.com)
核裂變是在核反應堆中釋放能量的物理過程,這個過程一旦開始就不再依人的意志暫停或終止,而只能暫時受到部分抑制。核電站(NPP)就是以受控的方式使用這種核反應來煮沸流體(通常是水),流體再透過巨型蒸汽渦輪發電機來發電。機組發電越多,效率就越高。在這種情況下,踩剎車中止發電過程並不會節省任何核燃料,徒增浪費而已。
雖然核電站可以生產一定量的電能,但實際上我們可能並不需要生產出來的所有電能。電力消費有波峰和波谷是生活中的常態。例如,在夜間,透過插入控制棒來降低核反應的強度,可以有效地降低核反應堆的功率輸出。這是一個非常低效的做法,因為成本已經是固定的。從經濟角度來看,這意味著一定數量的燃料生產的電力越多,它就會越便宜。從技術角度來看,較少的加熱和冷卻迴圈會在機組各部件上產生較少的熱機械應力,包括燃料芯塊及其包層–這種狀態執行的壓水反應堆兩年後就曾發現裂縫。換句話說,核電站在接近滿負荷執行時更有效,更安全,壽命更長。
核電站面臨削減發電量壓力
核反應堆原則上可稱為巨型鍋爐,但它們與家用電器完全不同。準確關閉一個核反應堆需要時間,而且只能在萬不得已的時候才這樣做。與此同時,每個季度、每週和每天電力消費都有高峰和低谷,這是核電站必須面對的。現代核反應堆是一項相當複雜的工程技術,它的應用有效地滿足了家庭和企業不斷變化的能源需求。實際上,他們每天可以多次調整輸往電網的電力供應,避免過載或供應不足。這個做法被稱為“負荷跟蹤”。
目前,大多數核電站每天執行一次或兩次大功率更改,以應對夜間或週末大大降低的電力消耗水平,有些甚至能夠快速調整功率以穩定電網頻率。根據經濟合作與發展組織(OECD)下屬的核能機構(NEA)報告,歐洲核電站必須具有相當於其額定功率(Pr)至少100%至50%的機動效能,即每分鐘電力輸出的變化率為額定功率的3%至5%。應注意,這些數值是有限制的,取決於反應堆型別和變化範圍。
越來越多的電網依賴核電
如今越來越多的國家嚴重依賴核電來滿足其能源需求,法國是一個很好的例子,其電力的75%以上來自核電站。歐洲和世界其他許多國家在核能發電方面也投入了大量資金。美國有大約100座反應堆,生產的電力佔全美電力的近20%,佔全球核電約三分之一的份額。
根據國際原子能機構(AEA)的一項研究,由於核電具有可調節性,可再生能源的整合成為推動核電需求的主要因素,其他因素還包括:國家和地區電網之間的互聯不足、一些國家的電力結構缺乏彈性。由於核電透過人為干預變得更為可控,並且和可再生的風能、太陽能及水力資源相比,核電更高效、更經濟,核電站正成為維持電力系統穩定性的關鍵工具。當然,這是以犧牲反應堆的效率和壽命為代價的。
很明顯,與其限制核反應堆功率,不如充分利用它。NEA研究結果顯示,使核反應堆在發電量接近滿負荷及恆定速率狀態執行是最經濟、技術上最簡單最安全的運營模式-功率變化僅限於頻率調節,以確保電網穩定,終止機組運轉僅出於安全目的而執行。這麼說起來,核反應堆在非高峰時段生產的多餘電力,正好可以用於比特幣挖礦,這並不需要燃燒更多的核燃料,而是在社會不需要額外的電力時有效地消耗之。
一座核電站就可以為比特幣挖礦提供充足電力
根據《經濟學人》最近引用的一項預測,比特幣網路一年的耗電量約為22百萬兆瓦時。今年1月至9月這九個月裡,保加利亞唯一的一座核電站(Kozloduy核電站)就生產了12,075,111,504千瓦時的電力,超過了12萬億瓦時。該核電站目前僅有兩座1,000兆瓦的反應堆,其中一座從上個月開始開始關閉進行維護。之前有過四個功率略較小的反應裝置,總裝機容量為1,760兆瓦,已在歐盟的壓力下關閉。過去Kozloduy核電站 6座反應堆正常運轉的時候,一年的發電量超過20,000,000兆瓦時或20百萬兆瓦時。這幾乎與比特幣網路需要的電力一樣多,而這還不是核電站的全部容量。
Statista提供的資料顯示,目前全世界約30個國家共有450座核反應堆在執行。根據歐洲核學會的說法,他們安裝的機組容量超過390吉瓦(十億瓦特)。另有60座新電站正在建設中,分佈在16個國家。到2040年,全球核裝機容量預計將達到602吉瓦。
上世紀70年代和80年代設計的單個核電站就能夠滿足比特幣挖礦對電力的需求。順便說一下,第一個吃螃蟹的已經在採取行動了。俄羅斯列寧格勒地區當局計劃在索斯諾維博爾(Sosnovy Bor)業已陳舊的核電站(列寧格勒原子能電站)建立一個工業園區,並有意向在園區建設大型礦場。該核電站將於2021年完全“退役”。
他們真的會邀請加密礦工到仍在運轉的核電站利用電站的電力挖礦嗎?
去年曾報道說,在為當地中小企業(medium-sized businesses,SMEs)舉辦的第三屆“能源機遇”(“Energy of Opportunities”)年度論壇上,俄羅斯列寧格勒州長Alexander Drozdenko宣佈列寧格勒第一個核電站(Leningrad Nuclear Power Plant,LNPP)將用於建立加密貨幣礦場,並向加密貨幣礦工發出邀請。共600名企業家和聯邦機構代表參加了此次活動。
LNPP位於索斯諾維博爾,距離聖彼得堡市中心約70公里。當地第二座核電站(LNPP-2)正在建設當中,電力供應充足。