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La demande d’électricité associée aux opérations d’extraction de cryptomonnaie aux États-Unis a augmenté très rapidement au cours des dernières années. Nos estimations préliminaires suggèrent que la consommation annuelle d’électricité issue du minage de cryptomonnaies représente probablement entre 0.6 % et 2.3 % de la consommation électrique des États-Unis. 1
Cette consommation supplémentaire d’électricité a attiré l’attention des décideurs politiques et des planificateurs de réseaux préoccupés par ses effets sur les coûts, la fiabilité et les émissions. Les principaux défis associés au suivi de la consommation d’énergie du minage de cryptomonnaies incluent la difficulté d’identifier l’activité de minage de cryptomonnaies parmi des millions de clients finaux aux États-Unis et la nature dynamique du marché de la cryptographie, où les actifs miniers peuvent être déplacés rapidement vers des zones où les prix de l’électricité sont plus bas.
Nous avons élaboré des estimations générales de la consommation d’électricité par les opérations minières de cryptomonnaie aux États-Unis en employant des approches descendantes et ascendantes. Notre approche descendante implique les données du Cambridge Center for Alternative Finance, qui maintient un indice qui estime la consommation mondiale et nationale d’électricité provenant des activités de cryptomonnaie. Nous avons également développé notre propre approche ascendante, qui consiste à collecter des données relatives à l'emplacement des opérations d'extraction de cryptomonnaie individuelles et à la quantité d'électricité que chaque installation déclare pouvoir utiliser.
Afin d'élaborer des estimations plus rigoureuses de la consommation d'électricité par les mineurs de crypto-monnaie américains, nous avons demandé et reçu une autorisation d'urgence conformément aux procédures de l'Office of Management and Budget (OMB) établies dans la norme 5 CFR Part 1320, Controlling Paperwork Burdens on the Public.2 Nous prévoyons de commencer à collecter des données sur une base mensuelle de février à juillet 2024.
Intérêt pour le minage de cryptomonnaie
Bien que l’extraction de cryptomonnaies ait commencé aux États-Unis il y a environ dix ans, l’activité a commencé à se développer rapidement en 2019. La croissance récente est en grande partie due à la délocalisation des opérations d’extraction de cryptomonnaies depuis la Chine vers les États-Unis après que ce pays a réprimé l’extraction de monnaie numérique en 2021. bien que les rapports indiquent qu'il pourrait encore y avoir des activités minières en Chine.3 À mesure que l’extraction de cryptomonnaies s’est développée aux États-Unis, les inquiétudes se sont accrues quant à la nature énergivore de cette activité et à ses effets sur l’industrie américaine de l’énergie électrique. Les préoccupations exprimées à l'EIA incluent les tensions sur le réseau électrique pendant les périodes de demande de pointe, la possibilité d'une hausse des prix de l'électricité, ainsi que les effets sur le dioxyde de carbone lié à l'énergie (CO2) émissions.
Par exemple, plusieurs membres du Congrès dans des lettres adressées au secrétaire américain à l'Énergie en novembre 20224 et février 20235 ont souligné leur désir d'obtenir des informations permettant de mieux identifier les effets de l'extraction de cryptomonnaies sur l'électricité et le CO lié à l'énergie.2 émissions. Dans ces lettres, les membres du Congrès ont souligné la nécessité de développer un « régime de divulgation obligatoire » concernant les émissions et la consommation d’énergie des mineurs de cryptomonnaie.
Les planificateurs de réseaux ont également commencé à exprimer leurs inquiétudes face à la croissance rapide de la demande d’électricité associée au minage de cryptomonnaies. Par exemple, la North American Electric Reliability Corporation (NERC) indique dans sa dernière évaluation de fiabilité à long terme qu’« en raison des caractéristiques uniques des opérations associées au minage de cryptomonnaies, la croissance potentielle peut avoir un effet significatif sur les projections de demande et de ressources ainsi que sur opérations du système.6 Pour preuve, l'Electric Reliability Council of Texas (ERCOT) dispose de 41 gigawatts (GW) de demandes de nouvelle capacité de minage de cryptomonnaie, pour lesquelles 9 GW d'études de planification ont été approuvées, selon le NERC.
Consommation d’électricité et extraction de cryptomonnaie
Plusieurs crypto-monnaies, notamment Bitcoin, utilisent un Preuve de travail approche pour libérer une nouvelle crypto-monnaie. La création de crypto-monnaie grâce à une preuve de travail est connue sous le nom de santé respiratoire exploitation minière. Les mineurs de crypto-monnaie ajoutent des blocs de transactions à une blockchain en résolvant des énigmes cryptographiques complexes qui nécessitent une puissance de calcul importante. La blockchain représente un registre numérique qui permet aux participants de suivre les transactions sur le réseau de crypto-monnaie. En échange de l’ajout de blocs à la blockchain, les mineurs sont récompensés par des frais de transaction et de nouvelles pièces de crypto-monnaie.
Toutes les crypto-monnaies n’utilisent pas de preuve de travail pour générer des crypto-monnaies. D'autres crypto-monnaies, notamment Ethereum, utilisent un autre processus appelé la preuve de la participation. Pour valider les transactions et ajouter de nouveaux blocs à la blockchain, les participants mettent en garantie une partie des jetons natifs de la blockchain. Ces validateurs sont récompensés si la transaction est réalisée avec succès ou pénalisés s'ils tentent d'exercer une activité illégitime. Parce qu’elles ne reposent pas sur un effort de calcul approfondi, les crypto-monnaies à preuve de mise utilisent beaucoup moins de puissance de calcul, et donc moins d’électricité, que les crypto-monnaies à preuve de travail. Selon les données du Cambridge Center for Alternative Finance, Ethereum représente 0.005 % de la demande d’énergie du Bitcoin, en grande partie en raison de son mécanisme de consensus différent.
Les investisseurs dans l’extraction de crypto-monnaie par preuve de travail utilisent du matériel spécialisé capable d’effectuer plusieurs milliards de calculs par seconde. La puissance de calcul d’une cryptomonnaie d’extraction de réseau est mesurée comme un taux de hachage, qui représente le nombre de suppositions ou de tentatives pour résoudre le puzzle cryptographique par seconde.
De plus grands réseaux d'unités minières peuvent être configurés pour augmenter la puissance de calcul. Une façon d’évaluer la taille d’un réseau est le nombre et le type d’unités minières sur chaque site. Les installations de cryptomonnaie individuelles que nous avons identifiées peuvent employer entre 10,000 20,000 et 100,000 XNUMX unités minières, bien que les plus grandes installations comptent jusqu'à XNUMX XNUMX unités minières en activité. Ces réseaux étant constitués d'unités modulaires, les opérateurs peuvent déplacer leurs équipements à condition de pouvoir construire des installations qui protègent et contrôlent le climat des unités minières en réseau. Les unités minières sont souvent empilées dans des conteneurs pour un transport relativement rapide et économique.
Le principal coût d’exploitation d’une installation d’extraction de cryptomonnaie est la dépense d’électricité. L’effort de calcul nécessaire pour prendre en charge une extraction rentable de crypto-monnaie consomme de grandes quantités d’électricité pour faire fonctionner les machines ainsi que pour refroidir les équipements afin d’éviter toute surchauffe. Par conséquent, les propriétaires recherchent constamment diverses alternatives pour acquérir des quantités importantes d’électricité au coût le plus bas possible.
Les installations minières de crypto-monnaie ont utilisé diverses stratégies pour gérer leurs coûts d’électricité en réduisant leur consommation et le prix payé pour l’électricité. L’efficacité informatique, mesurée en joules par terahash, s’est régulièrement améliorée au fil du temps. Cependant, cette efficacité améliorée est contrecarrée par la difficulté généralement croissante des énigmes cryptographiques qui doivent être résolues pour ajouter de nouveaux blocs à la blockchain. Pour minimiser le prix payé pour l’électricité, certains mineurs de cryptomonnaies ont localisé leurs installations en utilisant plusieurs stratégies différentes :
- À proximité de centrales électriques existantes et sous-utilisées ou auprès de fournisseurs d'énergie électrique qui exploitent des générateurs à faible coût tels que de grands barrages hydroélectriques
- Avec une connexion directe à une source de production d'électricité, évitant les coûts associés à la connexion à une ancienne société de transport ou de distribution d'électricité (par exemple, une nouvelle opération d'extraction de cryptomonnaie située en Pennsylvanie reçoit son énergie électrique directement d'une centrale nucléaire adjacente)
- Sur les sites qui peuvent utiliser des sources d'énergie à très faible coût ou échouées, y compris à proximité de puits de gaz naturel qui contiennent du méthane résiduel qui devrait autrement être torché
Dans le passé, l’accès au minage de cryptomonnaies à ces sources d’électricité à faible coût ne pouvait pas toujours être maintenu, ce qui a incité les installations à déménager. Les opérateurs ont également déplacé leurs installations pour avoir accès à une plus grande part d’énergie renouvelable, par exemple à proximité d’un parc éolien.
La demande accrue associée au minage de cryptomonnaies peut présenter des défis pour le fonctionnement des réseaux électriques. Après quelques premiers problèmes liés à la hausse soudaine des prix de l’électricité en raison d’une augmentation soudaine de l’extraction de cryptomonnaies, les marchés de gros et de détail ont pu procéder à des ajustements pour gérer la nouvelle charge. Certains gestionnaires de réseau ont mis en place des programmes qui incitent les gros consommateurs d’électricité à réduire leur consommation pendant les périodes de pointe de demande. Les mineurs de crypto-monnaie sont devenus des participants réguliers à ces programmes, connus sous le nom de réponse à la demande, ce qui entraîne une réduction ou un arrêt temporaire des opérations. En outre, les mineurs de cryptomonnaie dans les zones où les prix de l’électricité fluctuent ont réduit leur consommation d’électricité en réponse aux périodes de prix élevés sur les marchés de gros de l’électricité, compte tenu de la sensibilité de leur rentabilité opérationnelle aux prix de l’électricité.
Par exemple, au Texas, l'opérateur de réseau ERCOT a créé son programme Large Flexible Load (LFL), qui a mobilisé jusqu'à 1,530 500 mégawatts (MW) de grands consommateurs industriels pour réduire leur utilisation pendant les périodes de pointe de demande. Les mineurs de crypto-monnaie sont des participants majeurs au programme LFL, qui exige également que les propriétaires d'usines informent sur l'état de la demande anticipée d'électricité sur une période de cinq ans. Par exemple, les exploitants de deux grandes installations d’extraction de cryptomonnaie, situées sur le site d’une ancienne fonderie d’aluminium à Rockdale, au Texas, estiment que chacune peut nécessiter jusqu’à XNUMX MW de capacité électrique.
Méthodes d'estimation de la consommation d'énergie dans le minage de crypto-monnaie
Il est important de développer davantage d’informations sur l’extraction de cryptomonnaies aux États-Unis et ses effets sur la demande d’électricité afin de fournir un contexte aux décideurs politiques en matière d’énergie, aux planificateurs énergétiques et au grand public. Cependant, évaluer la consommation électrique des mineurs de cryptomonnaie est difficile pour plusieurs raisons. Premièrement, l’extraction de cryptomonnaies peut être effectuée avec des installations de différentes tailles, allant des postes de travail individuels aux centres de données massifs, ce qui rend difficile leur identification parmi les millions de clients finaux aux États-Unis. Deuxièmement, l’identification et le suivi des installations d’extraction de cryptomonnaies sont rendus plus difficiles par la propension de ces opérations à se déplacer à la recherche d’électricité à moindre coût. Troisièmement, lorsqu’une opération d’extraction de cryptomonnaie est identifiée, les informations sur sa consommation électrique et ses opérations sont souvent indisponibles ou mal spécifiées. La taille variée des installations, le manque de données sur les opérations et les changements d’emplacement et de propriété des installations ajoutent à la complexité de la création d’un échantillon statistiquement représentatif de mineurs de cryptomonnaie.
Afin d'explorer plus en détail la possibilité de développer de meilleures informations face à ces défis, nous avons récemment soumis une demande de révision d'urgence à l'OMB, qu'elle a approuvée le 26 janvier 2024. Nous prévoyons de pouvoir publier des informations plus détaillées sur l'utilisation du minage de crypto-monnaie. l’électricité aux États-Unis avec des données nouvellement acquises entre le milieu et la fin de 2024.
Une approche descendante pour déterminer la consommation électrique du crypto-minage
L'indice de consommation d'électricité de Cambridge Bitcoin (CBECI)7, publié par le Cambridge Centre for Alternative Finance,8 fournit des estimations de la demande d’énergie provenant des opérations d’exploitation minière pour Bitcoin et Ethereum sur une base quotidienne et annuelle. À l’aide des estimations du CBECI, nous pouvons approximer la demande d’électricité liée au Bitcoin aux États-Unis.
La méthodologie utilisée dans le CBECI est basée sur une approche hybride descendante qui construit un panier de matériel du monde réel, qui représente une unité minière typique, avec l'hypothèse sous-jacente que les participants miniers récompensés par Bitcoin sont des agents économiques rationnels.9
Les estimations quotidiennes et annuelles du CBECI comprennent des limites théoriques inférieures et supérieures et un montant estimé basé sur des hypothèses de meilleure estimation. L'inclusion de ces limites reflète l'incertitude inhérente à leurs estimations. L'indice est mis à jour toutes les 24 heures, car les mineurs de cryptomonnaies augmentent ou diminuent leurs activités en réponse aux fluctuations des prix et à la disponibilité des équipements miniers, de sorte que la consommation d'électricité peut changer rapidement. La fourchette estimée par la CBECI de la demande d'énergie minière Bitcoin à la fin du mois de janvier 2024 était assez large, avec une estimation de 19.0 GW et des limites inférieure et supérieure de 9.1 GW et 44.0 GW, respectivement. En multipliant ces demandes d’énergie moyennes par le nombre d’heures au cours d’une année, on obtient la demande annuelle totale d’électricité : 80 térawattheures (TWh) (limite inférieure), 170 TWh (estimation) et 390 TWh (limite supérieure).
La CBECI estime que la consommation mondiale d’électricité associée à l’exploitation minière de Bitcoin variait entre 67 TWh et 240 TWh en 2023, avec une estimation ponctuelle de 120 TWh. L’Agence internationale de l’énergie a estimé la consommation mondiale d’électricité en 2023 à 27,400 XNUMX TWh.10 Ainsi, les estimations du CBECI placent l’électricité nécessaire à l’extraction de Bitcoin en 2023 à environ 0.2 % à 0.9 % de la demande mondiale d’électricité. Sur la base de ces estimations, la consommation mondiale d’électricité pour l’extraction de cryptomonnaies était à peu près la même que la consommation totale d’électricité en Grèce ou en Australie, respectivement.11
Le CBECI suit également la répartition géographique du minage de Bitcoin, permettant d’estimer la consommation d’électricité dans différents pays. La CBECI estime que la part mondiale du minage de Bitcoin aux États-Unis est passée de 3.4 % en janvier 2020 à 37.8 % en janvier 2022, dernier mois pour lequel des estimations publiées sont disponibles.12
En supposant que la part de l’activité mondiale aux États-Unis reste d’environ 38 %, nous estimons que la consommation d’électricité provenant de l’exploitation minière de Bitcoin basée aux États-Unis se situe entre 25 TWh et 91 TWh. Cette estimation représente 0.6 % à 2.3 % de la demande totale d’électricité des États-Unis en 2023, soit 3,900 XNUMX TWh.13 Cette estimation de la demande d’électricité aux États-Unis pour l’extraction de cryptomonnaies équivaudrait à une demande annuelle allant de plus de trois millions à plus de six millions de foyers.14 Le bas de la fourchette équivaudrait à la consommation annuelle d’électricité pour des États entiers tels que l’Utah et la Virginie occidentale, entre autres.15 Notez que les estimations basées sur le CBECI fournies ici sont uniquement basées sur Bitcoin et n'incluent pas d'autres crypto-monnaies de preuve de travail.
Une approche ascendante pour déterminer la consommation électrique du crypto-minage
Une autre approche pour estimer les effets du minage de cryptomonnaies sur la consommation d’électricité aux États-Unis consiste à établir une estimation à partir de ce que nous savons des installations individuelles. À cette fin, nous nous sommes efforcés d’identifier autant d’installations minières de cryptomonnaies aux États-Unis que possible. Nous avons identifié un total de 137 installations à ce jour ; les 52 installations pour lesquelles nous disposons de données de localisation et de capacité sont représentées dans la figure 1. Ces sites sont situés dans 21 États, la plupart au Texas, en Géorgie et à New York.
Pour dresser cette liste, nous avons consulté des sources comprenant des publications commerciales, des rapports financiers d'entreprises, des articles de presse et des recherches sur Internet. Nous avons également utilisé les réponses aux lettres des membres du Congrès adressées à plusieurs sociétés minières de crypto-monnaie demandant des informations sur la consommation d'électricité dans leurs installations. Ces lettres ont été émises en août 2022, et la plupart des réponses des mineurs de cryptomonnaie ont été reçues en septembre et octobre 2022.
Nous avons collecté des détails pour chaque installation identifiée, y compris la capacité électrique maximale nécessaire pour faire fonctionner les plates-formes minières en MW. Plusieurs installations d'extraction de cryptomonnaie identifiées pourraient être liées aux centrales électriques répertoriées dans notre EIA-860, Rapport annuel sur les générateurs électriques. D’autres ne le pouvaient pas. Sur les 137 installations identifiées, nous avons identifié la consommation maximale d'électricité dans 101 d'entre elles, que nous estimons à 10,275 450,000 MW. Ce montant est à comparer à une demande annuelle moyenne d'électricité d'environ 2.3 XNUMX MW aux États-Unis, soit une part de XNUMX %.
Dans la pratique, les installations d’extraction de cryptomonnaie fonctionnent souvent en dessous de leur capacité maximale conçue. Bien que les unités d’extraction de cryptomonnaies aient tendance à fonctionner à un taux d’utilisation élevé, nous manquons de données pour fournir une estimation fiable. Si nous supposons qu'elles fonctionnent à 80 %, une estimation approximative basée sur les informations que nous avons reçues de quelques installations minières, des 10,275 70 MW de capacité qui les soutiennent, leur consommation d'électricité serait d'environ XNUMX TWh par an, soit près de le haut de la fourchette de notre estimation descendante.
Surveillance limitée de la consommation d'électricité sur les sites d'extraction de crypto-monnaie
Nous avons utilisé des articles de presse et des rapports d'entreprises pour lier certaines activités d'extraction de cryptomonnaie à quelques installations via notre EIA-923, Rapport d'exploitation de la centrale électrique. Les données contenues dans l'enquête EIA-923 montrent la production dans presque toutes les centrales électriques des États-Unis.
Nous avons pu suivre la consommation d'électricité dans un groupe de cinq petites centrales électriques américaines situées dans le Montana, New York et la Pennsylvanie, où l'extraction de cryptomonnaies a eu lieu. La production combinée d’électricité de ces cinq installations de production a fortement augmenté à partir de 2021, lorsque les mineurs de cryptomonnaie ont établi leurs opérations. Une fois de plus, la quantité d'électricité directement utilisée au sein de l'usine elle-même – utilisée pour alimenter les opérations minières – a augmenté pour atteindre un pourcentage plus élevé de la production de l'usine. Avant l’installation des équipements d’extraction de cryptomonnaie, la production des cinq usines était bien inférieure. La sous-utilisation antérieure de ces centrales électriques a attiré les mineurs de cryptomonnaie vers ces installations étant donné les perspectives d’électricité dédiée à des tarifs bas.
Prochaines étapes
Compte tenu de la croissance dynamique et rapide de l’activité de minage de cryptomonnaies aux États-Unis, nous mènerons une enquête obligatoire axée sur l’évaluation systématique de la consommation d’électricité associée à l’activité de minage de cryptomonnaies, ce qui est nécessaire pour mieux éclairer les décisions de planification et éduquer le public. D’autres efforts du gouvernement et de l’industrie pour déterminer les effets de l’extraction de cryptomonnaies sur le système énergétique ont généralement pris la forme d’études, qui n’ont pas le caractère exhaustif, standardisé, opportun et cohérent d’une collecte de données formelle. Les données recueillies lors de l’autorisation d’urgence fourniront des informations essentielles qui éclaireront notre approche pour l’avenir.
En outre, nous prévoyons de continuer à affiner nos estimations de la consommation d’électricité associée aux activités de cryptomonnaie aux États-Unis à mesure que de nouvelles informations et données seront disponibles. En plus des données collectées lors de l'autorisation d'urgence, nous continuerons de suivre les estimations du CBECI, d'affiner notre liste d'installations identifiées et d'examiner les estimations faites par des tiers.
Principaux contributeurs : Mark Morey, Glenn McGrath et Hiroaki Minato. Avec l'aimable autorisation de US EIA.
1 EIA, Electric Power Annual 2022, tableau 2.2, page 10
2 Le dossier d'autorisation de l'EIA est disponible ici : https://www.reginfo.gov/public/do/PRAViewICR?ref_nbr=202401-1905-002
3 Sigalos, MacKenzie, CNBC, À l'intérieur de l'opération minière souterraine de crypto-monnaie en Chine, où les gens risquent tout pour fabriquer du bitcoin, 19 décembre 2021 (https://www.cnbc.com/2021/12/18/chinas-underground-bitcoin-miners-.html)
4 Lettre de la sénatrice Elizabeth Warren, du sénateur Sheldon Whitehouse, du sénateur Edward J. Markey, du membre du Congrès Jared Huffman, de la députée Rashida Tlaib et du sénateur Jeffrey A. Merkley à l'administrateur de l'Agence américaine de protection de l'environnement Michael Regan et à la secrétaire à l'Énergie Jennifer Granholm, 15 juillet 2022, https://www.warren.senate.gov/imo/media/doc/2022.07.15%20Letter%20to%20EPA%20and%20DOE%20Re%20Cryptomining%20Environmental%20Impacts.pdf
5 Lettre de la sénatrice Elizabeth Warren, du sénateur Sheldon Whitehouse, du sénateur Edward J. Markey, du sénateur Jeffrey A. Merkley, du membre du Congrès Jared Huffman, de la députée Rashida Tlaib, de la députée Katie Porter et du sénateur Richard J. Durbin à l'administrateur de l'Agence américaine de protection de l'environnement Michael Regan et au secrétaire de l'Énergie Jennifer Granholm, 6 février 2023, https://www.warren.senate.gov/imo/media/doc/2023.02.06%20Follow-Up%20Letter%20to%20EPA%20and%20DOE%20Re%20Cryptomining%20Environmental%20Impacts2.pdf
6 https://www.nerc.com/pa/RAPA/ra/Reliability%20Assessments%20DL/NERC_LTRA_2023.pdf
8 La Maison Blanche, Implications climatiques et énergétiques des actifs cryptographiques aux États-Unis, septembre 2022, page 5
9 Cambridge Center for Alternative Finance : Indice de consommation d'électricité de Cambridge Bitcoin, méthodologie
10 Estimation 2022 tirée de Agence internationale de l’énergie, Electricity Market Report, 2023, page 119 ; mis à jour jusqu'en 2023 en supposant un taux de croissance annuel de 2.2, tiré de Electricity 2024, Agence internationale de l'énergie, p. 8
11 EIA, Statistiques internationales de l'énergie
12 https://ccaf.io/cbeci/api/v1.2.0/download/mining_countries
13 EIA, Electric Power Monthly, janvier 2024 (données janvier-novembre 2023) ; Moniteur de grille horaire EIA (données de décembre 2023)
14 Estimation de l'EIA de 10,791 20 kilowattheures par an de consommation d'électricité par maison, EIA, Quelle quantité d'électricité une maison américaine utilise-t-elle ? 2022 octobre XNUMX
15 EIA, Electric Power Monthly, février 2023, tableau 5.4b, page 135
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