Bitcoin zeigt uns den Weg in eine nachhaltige und saubere Zukunft

Sonne, Wind, Batterien und Bitcoin - Ein Lichtblick der Hoffnung für den Klimawandel? | Block (Square) , Ark Invest

Bitcoin zeigt uns den Weg in eine nachhaltige und saubere Zukunft
Sonne, Wind, Batterien und Bitcoin - Ein Lichtblick der Hoffnung für den Klimawandel?

Authors: BLOCK (formely SQUARE), ARK INVEST | Original Source | April 2021

Höhepunkte

- Das Schürfen von Bitcoin ist einige einzigartige Möglichkeit um die Energiewende zu erneuerbaren Energien zu fördern als komplementäre Technologie für die Produktion sauberer Energie und seiner Speicherung.

- Solar und Windenenergie sind mittlerweile die günstigste Energiequelle der Welt, aber die Verteilung des Stroms stößt an seine Grenzen wegen der unstetigen Energieproduktion und der Netzüberlastung.

- Prozessoren/ASIC, welche Bitcoin schürfen, sind ein flexibler Verbraucher der möglicherweise helfen kann, die unstetig Energieproduktion zu bändigen und somit die Überlastung zu verringern, um es dem Stromnetz zu erlauben weitaus mehr erneuerbare Energie zu verbrauchen.

- Mit dem stetigen Weiterausbau der Kapazitäten für Wind- und Solarenergie werden diese Technologie sicherlich günstiger werden, und damit werden Kosten für die Energieproduktion auch weiter fallen.

Über diese Anmerkung

Die "Bitcoin für saubere Energie Initiative" / "Bitcoin Clean Energy Initiative"  hat diese kurzgefasste Forschungsarbeit als Startpunkt genommen um unsere Vorstellung darüber, wie das Bitcoin Schürfen in Kombination mit erneuerbaren Energien und deren Speicherung  ausgezeichnet geeignet ist um die Energiewende zu beschleunigen. Als Ergänzung hat ARK Invest ein Model mit offenem Quellcode beigesteuert, welches zeigt, dass das Bitcoin Schürfen die erneuerbare Energieproduktion und Speicherung verbessert, indem sie einen größeren Prozentsatz der Netzgrundlast bereitstellt zu gleichen oder geringeren Kosten. Diese Arbeit ist jedoch gerade erst der Anfang für unsere Vision einer ausgeklügelten Auswertung der Möglichkeiten um uns eine nachhaltige und saubere Zukunft zu ermöglichen.

Einzigartige Energieabnehmer

Bitcoin Schürfer sind einzigartige Energieabnehmer, da Sie äußerst flexible, schnell hochfahrbar und eine Auszahlung in einer globalen liquiden Währung gewähren, unabhängig vom Ort, nur eine Internetverbindung benötigend. Die Kombination all dieser Eigenschaften begründen einen außerordentlichen Pluspunkt, einen Energieabnehmer der im schlimmsten Fall einfach angeschaltet werden kann, oder abgeschaltet wird, ohne dass dies irgendwer mitbekommt.

Erneuerbare Energien sind jetzt die günstige Energiequelle

Die normierten Energiekosten (Levelized Cost of Energy/ LCOE) für Solar- und Windenergie sind über das letzte Jahrzehnt um 90% bzw. 71% gefallen . Die unsubventionierten Kosten für Solar- und Windenergie sind jetzt bei circa 3-4 Cents / kWh bzw. 5 Cents / kWh. Einzelne bestimmte Projekte können dies sogar noch untertreffen. Im Vergleich, die durchschnittlichen normierten Energiekosten für fossile Energieträger wie Kohle oder Flüssiggas liegen bei 5-7 Cent /kWh. Das bedeutet erneuerbare Energien sind bereits preislich überlegen. Solar- und Windenergie haben dies kürzlich erst geschafft, Geothermie bzw. Hydroelektrik, welche bei 3-5 cent/kWh liegen, sind auch günstig, dafür jedoch örtlich beschränkt.

Es wird immer günstige, einzigartige Gegenden für verschiedene Energiequellen wie Wasser oder Geothermie geben, in Summe haben Wind- und Solarenergie die geringsten Kosten und sind am einfachsten ausbaubar. Zudem sind wir der Überzeugung, dass Sie erschwinglicher über die Zeit werden. Wir glauben das dies besonders für Solarenergie zum Tragen kommen wird, da es eine Halbleiter-Technologie ist, welche stetig um 20-40% im Preis gefallen ist pro Verdopplung der summierten Anlagen.

Normierte Energiekosten je Energieart pro kWh in Dollarcents
Hydro ~.01 – .04 Nat. Gas ~.04 – .07
Wind ~.02 – .05 Geothermal ~.05 – .10
Solar ~.03 – .04 Coal ~.06 – .07

Zeitlich verschobener Angebots- und Nachfrageüberhang führt zu Netzüberlastung

Solar- und Windenergie haben jedoch einen klaren Nachteil gegenüber der teureren Grundlastquellen wie Flüssiggas oder Kernkraftwerke: Unstetigkeit. In der Energieindustrie führt dies zu einer "Entenkurve".

Y-Achse: Nettolast in Megawatt X-Achse: Zeit in amerikanischer Schreibweise

Es ist jedoch einfach erklärbar, die Sonne scheint bei Tag, aber nicht bei Nacht. Wind ist nicht so berechenbar, aber tendiert dazu bei Nacht stärker zu sein. Das Energieangebot ist deshalb entweder reichlich vorhanden oder gar nichtexistent. Die Nachfrage hat ihren Höhepunkt am späten Nachmittag oder den frühen Abendstunden, wenn die Leute zuhause ankommen und Ihre Geräte anschalten, wo jedoch weder Solar- noch Windenergie im Überfluss vorhanden sind. Das Endergebnis, dass wir deutlich mehr Energie haben als benötigt würde, jedoch nicht in der Zeit, wo Sie verbraucht wird. Diese Herausforderung spiegelt sich erneut wieder in den Jahreszeiten, da die Sonne im Sommer stärker scheint und der Wind im Winter stärker ist. Diese Unzulänglichkeiten werden zudem durch die Netzüberlastung , welche man sich ähnlich wie einen Stau vorstellen und häufig auftritt, da die erneuerbaren Energie häufig in ländlichen Regionen errichtet werden mit wenig Abnehmern und Übertragungskapazität. Es gibt zahlreiche Projekte für erneuerbare Energien, die Netze können diese jedoch gar nicht aufnehmen.

Erhöhte Übertragungskapazität und Energiespeicherung sind äußerst entscheidend für die Lösung dieses Problems, da besonders Lithium-Ionen-Batterien kontinuierlich fallen im Preis. Aktuell sind jedoch die Batterien um Nutzlast zu speichern, zu teuer um flächendeckend eingesetzt werden zu können. Selbst bei einer weiteren Preisreduktion von 80% haben die Batterien physikalische Limitierung in ihrer Lebensdauer und dem schleichenden Verlust von Energie (Dissipation). Batterien werden dennoch die wichtigste Technologie um die günstige Solarenergie der Mittagssonne zu speichern für den Nachfragehöhepunkt am Abend.

Bitcoin Schürfen ist die ideale Ergänzung für Erzeugung und Speicherung von Energie

Bitcoin Schürfer sind auf der anderen Seite die ideale Technologie zur Ergänzung von erneuerbaren Energien und der Speicherung. Die Kombination von Erzeugung mit der Speicherung und den Schürfern stellt ein deutlich besseres Unterfangen dar, als nur die Speicherung selbst. Wie zuvor erwähnt, wird es immer physikalische Limitierung geben wie viel Energie ohne Verluste gespeichert werden kann. Die tägliche Unstetigkeit kann fast vollkommen überbrückt werden mit der Speicherkapazität von einigen Stunden.

Der Dreiklang aus Schürfern, erneuerbarer Energie und dessen Speicherung könnte:

1. Die Erträge für Projektinvestoren und Planer erhöhen um damit mehr Projekte profitabel zu gestalten

2. Ermöglicht das Erbauen von neuen Solar- und Windprojekten, lange bevor das Stromnetz und die Planung dazu abgeschlossen sind, da Bitcoin Schürfer die Energie abnehmen können bis es möglich wird diese ins Netz einzuspeisen.

3. Stellt dem Netz einfach anschaltbare Abnehmer zur Verfügung, welche überflüssige Energie aufnehmen können, welche immer öfter in Schwarzer Schwan Ereignissen wie außergewöhnlich kalte oder heiße Tage, wo zudem die Nachfrage plötzlich ansteigt oder wegfällt (bspw. die Stromausfälle Anfang 2021 in Texas).

Anzumerken ist, dass dieser Energieüberfluss auch ziemlich nützlich für die gesellschaftlichen Belange ist, da die Verbreitung von Elektroautos und die Elektrifizierung weiter voranschreitet. In diesem Sinne erlaubt der unersättliche Hunger der Schürfer jegliche Energie zu verbrauchen, welche sich im Bauch der Ente befindet (s. Graph). In Anbetracht dieser Vorteile denken wir, ist es die logische Konsequenz für die Entwicklung der Speichermöglichkeiten für Energieversorger ihre bestehenden Batterieanlagen mit den Vorzügen der Bitcoin Schürfer zu koppeln.

Langzeitfolgen

Wir glauben, dass es zwei weitreichende Folgen geben wird, wenn das Schürfen von Bitcoin wirklich alle überflüssige Energie aufkaufen kann. Erstens wird die Menge an Solar- und Windenergie im Netz dramatisch ansteigen. Wie bereits erwähnt, gibt es aktuell mehr als >200 GW an noch nicht fertiggestellten Solar- und Windkapazitäten in der Warteschleife bzw. dem Genehmigungsprozess für Zwischenpunkte im Energienetz, alleine für drei der Energiemärkte der Vereinigten Staaten von Amerika. Zur Einordnung: Das ist ungefähr die doppelte Menge, welche zum jetzigen Zeitpunkt bereits installiert ist.

Sobald die Menschheit mehr und mehr Solar- und Windenergie nutzbar macht, werden auch die Kosten weiter fallen um dann den nächsten Schwung an Projekten erschwinglicher zu machen. Sobald der Erzeugerpreis weiter fällt könnte dies möglicherweise weitere sinnvolle Möglichkeiten eröffnen für die Nutzung dieser Energie wie die Wasserentsalzung, die Entkarbonisierung der Atmosphäre oder die Herstellung von grünen Wasserstoff. Einige Experten gehen soweit, dass die Kosten für Energie sich gegen Null bewegen werden.

Der zweite potentiell gewichtige Auswirkung könnte die beträchtliche Transformation und die Ergrünung der Bitcoin Schürfer Industrie sein. Es wird geschätzt, dass es zur Zeit lediglich 10-20 GW an Miningverbrauch weltweit gibt. Das Einsetzen von Schürfern für gerade einmal 20% der verfügbaren Kapazität mit den 200 GW an verzögerten Projekten im US - Netz allein, würde für 40 GW weitere Schürfleistung sorgen und im Endeffekt den bisherigen Energieverbrauch in den Schatten stellen. Anmerken möchten wir, dass viele dieser Projekte ohne Anbindung zum Stromnetz ("behind the meter") errichtet werden um anderweitig nicht nutzbare erneuerbare Energien zu fördern, an anderer Stelle könnten die Schürfer jedoch konventionelle Energie verbrauchen, sofern dies profitabel ist, also wäre es nicht komplett grün vom ersten Tage an. Sobald Solar- und Windenergie jedoch immer günstiger werden und den größten Anteil der Grundlast für sich in Anspruch nehmen, wird der Großteil der Schürfer ausschließlich erneuerbare Energien verbrauchen. Wir sind der Überzeugung, dass der Einsatz einer großen Menge an geographisch, verteilter Rechenleistung als Sekundäreffekt die gesteigerte Sicherheit des Bitcoin Netzwerk haben wird und Bitcoin als gesundes Geld für Alle verfestigen wird.

Mit Daten aus der echten Welt, haben wir (ARK Invest) gezeigt, dass das Bitcoin Schürfen die Investitionen in Solarsysteme (Sonnenenergie mit Batterien) fördert, da so ein höher Anteil der erneuerbaren Netzleistung bereitgestellt werden kann, ohne Preisänderung der Energie.

Ohne das Schürfen von Bitcoin könnte Sonnenergie als unstetige Energiequelle lediglich 40% der Netzleistung bereitstellen, bevor Versorger Ihre Investitionen in erneuerbare Energien durch höhere Produktionskosten für die Anlagen auffangen müssten. Sobald aber Bitcoin Schürfen mit der Solarenergie und deren Speicherung verschmolzen ist, haben die Erzeuger oder Individuen die Möglichkeit den Überfluss an Energie entweder in das Netz einzuspeisen oder aber Bitcoin zu schürfen und den Überfluss endlich verkaufen zu können, ohne die Netzleistung zu beeinträchtigen oder Ihre Gewinnrechnung gar negativ zu beeinflussen.

Der Graph unterhalb verdeutlicht den möglichen Einfluss des Bitcoin Schürfens auf Solarsysteme. Unter der Annahme eines konstanten Energiepreises zeigt es, welcher Prozentsatz an Solarenergie im Netz bereitgestellt wird. Die y-Achse ist die Menge an Solarenergie, die x-Achse ist die Batteriekapazität. Die Größe eines jeden Kreises ist proportional zur Anzahl der Bitcoin Schürfer. Zu jedem Punkt stellt das Solarsystem eine andere prozentuale Leistung der Netzanforderung bereit. Mit der Erhöhung der Bitcoin Schürfer wächst das Solarsystem in Größe und stellt einen höheren prozentualen Anteil der Netzanforderung dar. Die Steigerung der Bitcoin Schürfer würde es dem Versorger ermöglichen, seine Solarenergie stark auszubauen, ohne dabei Energie zu verschwenden. In der unten linken Ecke sieht man, dass erneuerbare Energien lediglich 40% des Netzbedarfs decken können. In der oberen rechten Ecke ist zu erkennen, dass der Dreiklang aus Solarpanelen, Batterien und Bitcoin Schürfern den Bedarf zu 99% deckt.

Bitcoin Schürfen könnte Investments in Solarsystem ankurbeln und ermöglichen, dass erneuerbare einen größeren Anteil der Netzleistung bereitstellen, ohne den Preis zu beeinflussen. X-Achse - Solarenergie in MW. Y-Achse - Batteriekapazität in MWh. Die Größe der Kreise ist die Schürfleistung, der größte Kreis für zur 99% Deckung des Netzbedarfs.

Unser Modell zeigt das integrierte Bitcoin Schürfer die unstetige Last der erneuerbaren Energien transformieren könnte zu Basislasterzeugern. Es empfiehlt sich das Bitcoin Schürfen in die Werkzeugkiste der Netzentwickler zu integrieren um damit den gesamten adressierbaren Markt für erneuerbare und unstetige Energiequellen zu vergrößern.

Unter sonst gleichen Bedingungen könnte mit dem Bitcoin Schürfen ein größeren Anteil der Energie vor Ort ökonomisch verwendet werden. Als Folgeeffekt werden die Kosteneinsparungen mit dem Ausbau der erneuerbaren Energie sehr wahrscheinlich beschleunigt und sie weitaus wettbewerbsfähiger machen.

Hier stellen wir die quellcode-offene Version und eine detaillierte Erklärung des Models und der Annahmen bereit.

Die nächsten Schritte

Es gibt noch weitere offene und wichtige Fragen wie unsere Vorstellung umgesetzt werden kann. Wir sehen mindestens drei erfolgsversprechende Geschäftsfelder:

  1. Energiemanagement Software und Services

Energiemanagement Unternehmen, welche sich in Speicherung als auch dem Schürfen spezialisieren und Software entwickeln, welche in Echtzeit über die bestmögliche Nutzung des Stromflusses entscheidet: Ob man sie benutzt, speichert, oder sie zum Schürfen verwendet. Sie könnten ebenso als Anlagenüberwachung eingesetzt werden um die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit zu beobachten.

2. Energie/Schürfer Marktplätze

Maßgeschneiderte Marktplätze können sich entwickeln um die Projektentwickler, die Schürfer und die Investoren zu verknüpfen. Eine Herausforderung wird die aktuelle Kreditwürdigkeitsschwelle für die bestehenden Schürfer sein.

3. ASIC/Schürfer Herstellung

Neue Standorte zur Chipfertigung könnten gebaut werden um den sprunghaften Anstieg der Nachfrage zu decken. Samsung und TSMC (Taiwan Semicondutor Manufactoring Company) sind führend mit ihren kürzlichen Ankündigungen für Anlagen in Nordamerika. Wir erwarten zudem weitere Hard- und Firmware Verbesserungen um die Langlebigkeit der Schürfer zu erhöhen für die häufigen Lastwechsel.

Handlungsaufforderung
Der Bitcoin und Energiemarkt sind am Verschmelzen und wir glauben, dass die Versorger von heute die Schürfer der Zukunft sind. Die Führungskräfte von Versorgern, Fonds für nachhaltige Infrastruktur und Entwickler von netzweiten Speichermöglichkeiten sind in guter Position um diese Zukunft voranzutreiben, indem sie ihre strategischen Pläne bündeln und das Errichten von groß angelegten Investitionen für die sich entwickelnde Synergie von Bitcoin Schürfern und der Produktion von sauberer Energie.
Wir planen diese Möglichkeiten zu Erörtern und weitere Materialien mit dem Fokus auf der Schnittmenge aus Bitcoin und sauberer Energie zu veröffentlichen.
Kontaktiert (english only) BITCOIN-ENERGY@SQUAREUP.COM

Definitionen

  • Eigentümer von Energieanlagen sind die Einheiten, die die Stromerzeugungsanlage besitzen, sobald sie sich im kommerziellen Betrieb befindet.
  • Die Bitcoin Clean Energy Initiative (BCEI) ist ein Projekt, das von Square im Dezember 2020 ins Leben gerufen wurde, um die Nutzung sauberer Energie beim Bitcoin-Mining zu fördern. Erfahren Sie hier mehr über seine Herkunft.
  • Unterbrechbare Last ist eine Endnutzung von Elektrizität, wie das Schürfen von Bitcoin, die schnell und einfach ein- oder ausgeschaltet werden kann.
  • Levelized Cost of Energy (LCOE) sind die Gesamtlebenskosten für den Bau und Betrieb eines Kraftwerks dividiert durch die Gesamtenergiemenge, die es produziert (gemessen in Cent / kWh).
  • Halbleitertechnologie ist die Grundlage moderner Elektronik und Computer, deren Kosten historisch mit zunehmender Produktionskapazität gesunken sind (siehe z. B. Moores Gesetz).
  • Intermittierend ist, wenn eine Energiequelle nicht konstant ist. Ein Solarpark beispielsweise produziert nur dann, wenn die Sonne scheint.
  • Eine Netzüberlastung liegt vor, wenn die Übertragungsleitungen eines Netzes die maximale Kapazität dafür erreicht haben, wie viel Strom zu einem bestimmten Zeitpunkt durch sie fließen kann.
  • Übertragungskapazität die Rate, mit der Strom von einem Kraftwerk (z. B. einem Solarpark) zu einem Lastzentrum (z. B. einer Stadt) transportiert werden kann.
  • Dissipation ist der Prozess, bei dem ein Teil der gespeicherten Energie als Wärme verloren geht, auch bekannt als „Wärmeverlust“.
  • Black-Swan-Ereignisse sind Ereignisse mit geringer Wahrscheinlichkeit und großen Auswirkungen wie schwere Winterstürme oder Hitzewellen.
  • Speicher im Versorgungsmaßstab sind große Batterien, die von Versorgungsunternehmen mit einer Speicherkapazität von einigen Megawattstunden (MWh) bis zu Hunderten von MWh eingesetzt werden.
  • Interconnection Queues sind genehmigungsbedürftige Projekte zur Einspeisung von Energie in Übertragungsnetze. „Hinter dem Zähler“ bezieht sich auf die Nutzung von Energie direkt am Erzeugungsort, ohne durch das Netz zu gehen.
  • Hashrate ist die gesamte Rechenleistung, die das Bitcoin-Netzwerk sichert.
    Unter grundlastfähiger Erzeugung versteht man die Fähigkeit, den Mindestbedarf eines Stromnetzes über einen bestimmten Zeitraum zu decken.
  • Application Specific Integrated Circuit (ASIC) ist ein Computerchip, der so angepasst ist, dass er eine Funktion ausführt. In diesem Fall sind ASICs darauf spezialisiert, das Bitcoin-Netzwerk zu schürfen und zu sichern, indem sie eine Hash-Funktion namens SHA-256 ausführen.
  • Die Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) ist ein taiwanesisches multinationales Unternehmen für Auftragsfertigung und -entwicklung im Halbleiterbereich.

Wert für Wert Austausch (Sie können Simon Satoshi über Bitcoin Lightning Trinkgeld geben): simonsatoshi@ln.tips