Solar + Batterie + Bitcoin Mining

Der Artikel ist erschienen am 21.04.2021 auf Medium.

Autoren: Brett Winton, Yassine Elmandjra , Sam Korus
Übersetzt von: BitBoxer

Dieser Artikel wird auf der Website von European Bitcoiners nur zu Bildungs-, Informations- und Übersetzungszwecken zur Verfügung gestellt und stellt weder eine finanzielle Beratung noch einen Anspruch auf die im Bericht erwähnten Details dar.


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Bitcoin-Kritiker behaupten oft, dass das Bitcoin-Mining mehr Ressourcen, insbesondere Energie, nutzt, als es Vorteile mit sich bringt. Was Kritiker als rechnerisch ineffizient und nicht skalierbar bezeichnen, betrachten Befürworter jedoch nicht nur als beabsichtigten Kompromiss, sondern als grundlegende Eigenschaft.

Kritiker behaupten auch, dass die zur Sicherung von Bitcoin erforderlichen Berechnungen, selbst wenn sie notwendig sind, die Umwelt schädigen und den Planeten ruinieren.

Wir glauben, dass das Gegenteil der Fall ist:

Eine Welt mit Bitcoin ist eine Welt, die im Gleichgewicht mehr Strom aus erneuerbaren, kohlenstofffreien Quellen erzeugt.

In diesem Beitrag stellen wir eine Hypothese auf und zeigen, wie das Bitcoin-Mining den Gesamtanteil an erneuerbarer Energie im Netz erhöhen kann, wodurch sich der Energiemix sowohl weltweit als auch beim Bitcoin-Mining weiter in Richtung erneuerbare Energien verschieben könnte.

Anhand von realen Daten wollen wir zeigen, dass das Bitcoin-Mining Investitionen in Solarenergiesysteme fördern könnte, sodass erneuerbare Energien einen höheren Prozentsatz des Netzstroms erzeugen könnten, ohne dass sich die Stromkosten ändern. Ohne Bitcoin-Mining und nach unserem Modell könnte die Solarenergie – eine intermittierende Energiequelle – nur 40 % des Netzstroms liefern, bevor die Versorgungsunternehmen gezwungen wären, erhebliche Investitionen mit höheren Strompreisen zu finanzieren. Mit in ein Solarsystem integriertem Bitcoin-Mining (Solar + Batterien) könnten Energieversorger – ob Versorger oder unabhängige Unternehmen – die Arbitrage zwischen Strompreisen und Bitcoin-Preisen nutzen und den „überschüssigen“ Solarstrom verkaufen und fast den gesamten Strombedarf des Netzes decken, ohne die Rentabilität zu verringern.

Die nachstehende Grafik veranschaulicht die hypothetischen Auswirkungen, die das Bitcoin-Mining auf die Einführung von Solarsystemen (Solar + Batterien) haben könnte. Ausgehend von konstanten Stromkosten wird dargestellt, wie viel Prozent des Stroms die Solaranlage ins Netz einspeisen könnte. Die y-Achse zeigt die Leistung der Solaranlage, die x-Achse die Batteriekapazität. Der Durchmesser jedes Kreises steht im Verhältnis zur Größe des Bitcoin-Mining. An jedem Punkt liefert das Solarsystem einen anderen Prozentsatz des Netzbedarfs. Wenn das Bitcoin-Mining zunimmt, wird das Solarsystem größer und deckt einen höheren Prozentsatz des Netzbedarfs. Mit zunehmender Bitcoin-Mining Kapazität kann der Energieversorger die Solaranlage „überbauen“, ohne Energie zu nicht zu nutzen. Unten links im Diagramm: Ohne Bitcoin-Mining können erneuerbare Energien nur 40 % des Netzbedarfs decken. Oben rechts im Diagramm: Mit Bitcoin-Mining können Solaranlagen und Batterien 99 % des Netzbedarfs decken.

Unser Modell soll zeigen, dass integriertes Bitcoin-Mining intermittierende Energiequellen in grundlastfähige Erzeugungsanlagen verwandeln kann. Es legt nahe, dass die Aufnahme des Bitcoin-Minings in den Werkzeugkasten der Energieentwickler den gesamten adressierbaren Markt für erneuerbare und intermittierende Energiequellen vergrößern sollte. Wir glauben, dass erneuerbare Energien mit Bitcoin-Mining einen großen Prozentsatz des Strombedarfs eines jeden Ortes wirtschaftlich decken können. Als Folgeeffekt könnte sich der mit der Skalierung der erneuerbaren Energien verbundene Kostenrückgang beschleunigen, sodass sie im Gleichgewicht wirtschaftlich noch wettbewerbsfähiger werden.

Nachfolgend:

• Wir beschreiben das Design und die Implementierung des Modelles für den Konzeptnachweis;
• beschreiben wir einige der interessanten Ergebnisse, die es liefert;
• warnen wir vor einigen seiner Schwächen;
• mögliche Richtungen der zukünftigen Arbeit aufzeigen; und
• Zugang zu der zugrundeliegenden Excel-Tabelle und Anleitungen zu deren Verwendung, Einsatz und Verbesserung.

Entwurf und Implementierung des Modells für den Konzeptnachweis

Unser Ziel in diesem ersten Modell ist es, einen Konzeptnachweis zu erbringen, indem wir die Anzahl der Annahmen minimieren, die erforderlich sind, damit ein solches System funktioniert. Aus diesem Grund haben wir, wo immer möglich, historische Werte aus der realen Welt verwendet.

Auf der einfachsten Ebene verwendet das Modell ein simuliertes Jahr der Sonneneinstrahlung aus dem PVWatts-Tool des NREL und paart es mit historischen Strompreisen und der Stromnachfrage für denselben Standort. In diesem Fall: Austin, Texas. Es verwendet auch historische Bitcoin-Preise, Miner-Einnahmen und Netzwerk-Hash-Raten. Die Hardware-Spezifikationen der Miner sind eine Mischung aus dem Antminer S9, S17 und S19.

Die Logik des Modells ist so angelegt, dass es darauf optimiert ist, dass es vorrangig die Netznachfrage deckt. Das heißt, dass die Energie der Sonne erst dann zum Mining von Bitcoin verwendet wird, wenn die Nachfrage aus dem Netz gedeckt ist. Sobald die Netznachfrage befriedigt ist, bewertet das Modell, ob es rentabler ist, Energie in der Batterie zu speichern oder Bitcoin zu minen, und zwar auf der Grundlage der nachlaufenden Rentabilitätswerte. Die Entscheidung, die Batterie aufzuladen oder Bitcoin zu minen, ist nuanciert und lässt sich am besten verstehen, wenn man das Modell öffnet. Letztendlich spielt auch der Ladezustand der Batterie eine Rolle bei der Bestimmung des Energieflusses.

Die Rentabilitätsberechnungen berücksichtigen Abschreibungspläne, Betriebs- und Wartungskosten (einschließlich der Kosten für die Kühlung des Mining-Systems) und werden auf der Basis einer einjährigen Kapitalrendite verglichen. Dieses Modell soll eine vollständige Nettogegenwartswertberechnung, wie sie für die Zeichnung eines vollständigen Energieentwicklungsprojekts erforderlich wäre, weder ersetzen noch überflüssig machen. Stattdessen haben wir versucht, so einfach wie möglich zu demonstrieren, wie das zusätzliche Instrument der Strommonetarisierung, das das Bitcoin-Mining bietet, es einem Solar-Batterie-System ermöglichen könnte, einen höheren Prozentsatz des Stroms eines beliebigen Ortes bei gleichem Gewinn bereitzustellen. Wir glauben, dass dies gelungen ist.

Weitere Ergebnisse

Neben dem Nachweis einer zuverlässigeren Stromversorgung bei gleicher Rentabilität – wie in Abbildung 1 zu sehen – kann das Modell auch dazu verwendet werden, die Art und Weise zu verstehen, in der Stromsysteme angesichts der Verfügbarkeit von Bitcoin-Mining als Werkzeug für Stromentwickler abgesichert werden könnten. Im Folgenden erweitern wir Abbildung 1, auf zwei Kurven. Wie zuvor ist die y-Achse die Leistung der Solaranlage, die x-Achse die Kapazität der Batterieanlage und die Größe der einzelnen Punkte ist die Größe des Bitcoin-Miners. An jedem Punkt liefert das System einen anderen Prozentsatz des Netzbedarfs. Mit zunehmender Größe des Systems bewegen sich die Punkte nach oben und nach rechts, und das System deckt einen höheren Prozentsatz des Netzbedarfs. In der oberen Kurve wird die Rentabilität des Systems konstant gehalten; die größere Bitcoin-Mining-Anlage ermöglicht es, das System effektiv zu überlasten, ohne überschüssige Energie nicht zu nutzen. In der unteren Kurve wird die Rentabilität ohne den Einsatz von Bitcoin-Minern bei einem bestimmten Auslastungsgrad optimiert. Bei einem Auslastungsgrad von 90 % besteht ein Unterschied von mehr als 200 Basispunkten in der jährlichen Kapitalrendite zwischen einem System, das Strom an einen Bitcoin-Miner abgeben kann, und einem System, das sich einfach auf Solarstrom und Batterie verlässt.

Aus Abbildung 2 ist auch ersichtlich, dass der Bitcoin-Miner – unter den Annahmen des Modells – einen alternativen und konkurrenzfähigen Energiespeichermechanismus zu Batterien bietet. Um den Bedarf an zuverlässiger Stromversorgung ohne Bitcoin-Miner zu decken, müsste ein Entwickler eine immer größere Batterie bauen. Der Bitcoin-Miner ermöglicht es dem Entwickler, das System effizienter mit Solarstrom zu versorgen, sodass der Miner überschüssig erzeugte Energie aufnehmen und bei erhöhtem Bedarf oder unregelmäßiger Sonneneinstrahlung abschalten kann. In der nachstehenden Abbildung ist der prozentuale Anteil der Investitionskosten dargestellt, den ein System mit 40-prozentigen Anteil an dem Verteilsystem und ein System mit gleichem Gewinn ausmacht, das Bitcoin-Mining einschließt, um seine Fähigkeit zur Netzversorgung auf 90 % zu erhöhen.

Wir glauben, dass diese dreiteiligen Energiesysteme in allen Größenordnungen funktionieren sollten und interessante Möglichkeiten für Privathaushalte schaffen könnten, insbesondere wenn die Abwärme aus dem Bitcoin-Mining für andere Anwendungen genutzt werden kann.

Das Modell kann auch verwendet werden, um den Kompromiss zwischen Solar- und Batteriesystemen ohne einen Bitcoin-Miner zu bemessen. Jede der nachstehenden Kurven stellt verschiedene Kombinationen von Solar- und Batteriegrößen dar, die verwendet werden können, um ein ähnliches Niveau der Stromabgabe zu erreichen. Der „Ellbogen“ in jeder Kurve (der größte Datenpunkt) ist der Punkt maximaler Rentabilität für ein bestimmtes Auslastungsniveau, ohne eine angeschlossene Bitcoin-Mining-Einheit.

Letztendlich hoffen wir, dass dieses Modell anderen dabei helfen kann zu verstehen, wie die Hinzunahme des Bitcoin-Minings als Option für Entwickler von Solarenergie und anderen erneuerbaren Energien eine zuverlässigere Energieversorgung bei ähnlichen Kapitalrenditen ermöglichen könnte. Obwohl dies in diesem Modell nicht erfasst wird, könnten die Substitutionseffekte des Bitcoin-Minings für Batteriesysteme auch dazu führen, dass die Versorgung mit erneuerbaren Energien zunimmt, selbst wenn das Batterieangebot aufgrund der Nachfrage von Elektrofahrzeugen knapp bleibt. Darüber hinaus, und das ist vielleicht noch wichtiger für Stromversicherer, glauben wir, dass ein Solarsystem, das auf Mining angewiesen ist, in der Lage wäre, Einnahmen zu generieren, sobald es intern verkabelt ist, während die heutigen Systeme mit dem Verkauf von Strom warten müssen, bis sie miteinander verbunden und für den Verkauf ins Netz freigegeben sind – ein Prozess, der Monate dauern kann. Darüber hinaus könnte ein System, das sich auf unterschiedliche und eigenwillige Einnahmeströme stützt – wenn es richtig dimensioniert ist -, zuverlässigere und vorhersehbarere Cashflows liefern; dies dürfte die Kapitalkosten für Energieentwickler senken und letztlich dazu führen, dass erneuerbare Energien billiger ins Netz eingespeist werden können.

Einige Vorbehalte und Schwächen bei der Modellierung

Wir sind der Meinung, dass dieses Modell zwar interessant und anschaulich, aber keineswegs vollständig ist. Aus dem Modell lässt sich keine echte Rentabilitäts-/Cashflow-Zahl ableiten, sondern eher eine repräsentative. Nebendienstleistungen werden nicht berücksichtigt, ebenso wenig wie steuerliche Auswirkungen oder staatliche Kredite. Das Modell berücksichtigt nicht die Effekte zweiter Ordnung, wie zum Beispiel die Auswirkungen zusätzlicher Solaranlagen auf die Strompreise oder die Auswirkungen einer erhöhten Mining-Aktivität auf die Hash-Rate und den Preis von Bitcoin. Weitere Arbeiten könnten und werden durchgeführt werden, um dieses Ergebnis anhand anderer Zeitreihen zu demonstrieren, die sich über mehrere Jahre erstrecken und aus anderen Regionen gewonnen wurden. Das Modell erfasst auch nicht den Kapazitätsabbau der Batterien und den Energieverlust.

Künftige voraussichtliche Arbeiten

Dieses Modell könnte das erste von vielen sein, die noch folgen werden; wir hoffen, dass andere, die sich für diese komplexen Systeme interessieren und sich damit auskennen, ihren Beitrag leisten werden. Während dies als Konzeptnachweis dient, könnten zukünftige Projekte folgendes beinhalten:

• Bereitstellung eines Beispiels für ein vorausschauendes Stromversorgungsmodell, einschließlich eines Bitcoin-Mining Systems.
• Modellierung der Auswirkungen auf die Nachfrage nach intermittierenden Energiequellen und was dies für deren jeweiligen Kostenrückgang bedeuten könnte.
• Modellierung der Auswirkungen des Bitcoin-Minings auf Projekte, die darauf warten, an das Netz angeschlossen zu werden.
• Modellierung des Systems auf der Ebene des einzelnen Hauses.

Link zum zugrundeliegenden Modell und zur Readme-Datei

Den Link zu dem zugrunde liegenden Modell finden Sie hier. Wir begrüßen alle Kommentare und konstruktive Kritik.

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