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米国における仮想通貨マイニング事業に関連する電力需要は、過去数年間で非常に急速に増加しました。私たちの予備的な推定では、仮想通貨マイニングによる年間電力使用量はおそらく米国の電力消費量の 0.6% から 2.3% に相当すると考えられます。 1
この追加の電力使用は、コスト、信頼性、排出量への影響を懸念する政策立案者や送電網計画者の注目を集めています。仮想通貨マイニングのエネルギー使用量の追跡に関連する主な課題には、数百万の米国の最終用途顧客の間での仮想通貨マイニング活動を特定することの難しさと、マイニング資産が電力料金の安い地域に急速に移動する可能性がある仮想通貨市場の動的な性質が含まれます。
私たちは、トップダウンとボトムアップの両方のアプローチを採用して、米国の仮想通貨マイニング事業による電力使用量の一般的な推定値を作成しました。私たちのトップダウンアプローチには、暗号通貨活動から世界および国内の電力使用量を推定する指標を管理するケンブリッジオルタナティブファイナンスセンターからのデータが含まれています。また、当社は独自のボトムアップ アプローチを開発しました。これには、個々の仮想通貨マイニング作業の場所と、各施設が使用する可能性があるとされる電力量に関するデータの収集が含まれます。
米国の仮想通貨マイナーによる電力使用量のより厳密な見積もりを作成するために、私たちは、5 CFR Part 1320「一般の事務負担の制御」で定められた行政管理予算局 (OMB) の手順に従って緊急許可を要求し、受領しました。2 2024 年 XNUMX 月から XNUMX 月まで月次ベースでデータの収集を開始する予定です。
仮想通貨マイニングへの関心
仮想通貨マイニングは約 2019 年前に米国で始まりましたが、その活動は 2021 年に急速に拡大し始めました。最近の成長は主に、XNUMX 年に中国がデジタル通貨マイニングを取り締まった後、仮想通貨マイニング事業が中国から米国に移転したことによるものです。ただし、報告によると、中国ではまだ採掘が行われている可能性があります。3 米国で仮想通貨マイニングが増加するにつれ、このビジネスがエネルギーを大量に消費する性質と、それが米国の電力業界に与える影響についての懸念が高まっている。 EIA に表明された懸念には、ピーク需要時の電力網への負担、電気料金高騰の可能性、エネルギー関連の二酸化炭素 (CO2) への影響などが含まれます。2)排出量。
たとえば、2022 年 XNUMX 月に数名の議員が米国エネルギー長官に宛てた書簡4 と2月の20235 仮想通貨マイニングが電力およびエネルギー関連の二酸化炭素に及ぼす影響をより正確に特定できる情報を確保したいという要望を説明しました。2 排出量。これらの書簡の中で、議員らは、仮想通貨マイナーによる排出量とエネルギー使用に関する「義務的開示制度」の開発の必要性を強調した。
送電網計画者らも、仮想通貨マイニングに関連した電力需要の急速な伸びに対して懸念を表明し始めている。たとえば、North American Electric Reliability Corporation (NERC) は、最新の長期信頼性評価の中で、「仮想通貨マイニングに関連する業務の独特の特性により、潜在的な成長は、需要と資源の予測だけでなく、需要と資源の予測にも重大な影響を与える可能性がある」と指摘しています。システム操作。」6 その証拠に、NERCによると、テキサス州電力信頼性評議会(ERCOT)には41ギガワット(GW)の新しい仮想通貨マイニング能力の要求があり、9GWの計画調査が承認されているという。
電力使用と仮想通貨マイニング
いくつかの暗号通貨、特にビットコインは、 仕事の証明 新しい暗号通貨をリリースするためのアプローチ。プルーフ・オブ・ワークによる暗号通貨の作成は次のように知られています。 鉱業。暗号通貨マイナーは、大量の計算能力を必要とする複雑な暗号パズルを解くことで、ブロックチェーンにトランザクションのブロックを追加します。ブロックチェーンは、参加者が暗号通貨ネットワーク全体のトランザクションを追跡できるようにするデジタル台帳を表します。ブロックチェーンにブロックを追加する代わりに、マイナーは取引手数料と新しい暗号通貨コインを受け取ります。
すべての暗号通貨が暗号通貨の生成にプルーフ・オブ・ワークを使用するわけではありません。他の暗号通貨、特にイーサリアムは、として知られる別のプロセスを使用します。 賭けの証明。トランザクションを検証し、ブロックチェーンに新しいブロックを追加するために、参加者はブロックチェーンのネイティブ トークンの一部を担保としてステークします。これらのバリデーターは、トランザクションが正常に完了した場合に報酬を与えられ、違法なアクティビティを実行しようとした場合にはペナルティが与えられます。プルーフ・オブ・ステーク暗号通貨は大規模な計算作業に基づいていないため、プルーフ・オブ・ワーク暗号通貨に比べて消費する計算能力が大幅に少なく、したがって電力も少なくなります。ケンブリッジ オルタナティブ ファイナンス センターのデータによると、イーサリアムはビットコインの電力需要の 0.005% に相当します。これは主に、イーサリアムとは異なるコンセンサス メカニズムが原因です。
プルーフ・オブ・ワークの仮想通貨マイニングへの投資家は、1 秒間に何兆回もの計算を実行できる特殊なハードウェアを利用します。ネットワークマイニング暗号通貨の計算能力は次のように測定されます。 ハッシュレート、1 秒あたりの暗号パズルを解くための推測または試行の数を表します。
マイニングユニットの大規模なネットワークを構成して、計算能力を向上させることができます。ネットワークのサイズを評価する 10,000 つの方法は、各サイトのマイニング ユニットの数と種類です。私たちが特定した個々の暗号通貨施設は 20,000 ~ 100,000 のマイニング ユニットを使用できますが、最大規模の施設では XNUMX ものマイニング ユニットが稼働していることが知られています。これらのネットワークはモジュール式ユニットで構成されているため、ネットワーク化された採掘ユニットの気候を保護および制御する施設を構築できる限り、オペレータは機器を再配置することができます。マイニング ユニットは、比較的迅速かつ経済的に輸送できるようコンテナ内に積み重ねられることがよくあります。
暗号通貨マイニング施設の主な運営コストは電気代です。収益性の高い仮想通貨マイニングをサポートするために必要な計算量は、マシンの動作や過熱を防ぐための機器の冷却に大量の電力を消費します。したがって、所有者は、可能な限り低コストで大量の電力を取得するためのさまざまな代替手段を常に模索しています。
暗号通貨マイニング施設は、消費量と電気料金の支払いを削減することで電気コストを管理するために、さまざまな戦略を活用してきました。テラハッシュあたりのジュールで測定される計算効率は、時間の経過とともに着実に向上しています。ただし、この効率の向上は、ブロックチェーンに新しいブロックを追加するために解かなければならない暗号パズルの難易度が一般的に増加していることによって相殺されます。電気代の支払いを最小限に抑えるために、一部の仮想通貨マイナーは、いくつかの異なる戦略を使用して施設の位置を特定しています。
- 既存の十分に活用されていない発電所の近く、または大規模な水力発電ダムなどの低コストの発電機を運用する電力供給会社からの場合
- 発電源に直接接続することで、従来の送電会社や配電会社への接続に伴うコストを回避します(たとえば、ペンシルベニア州にある新しい仮想通貨マイニング事業は、隣接する原子力発電所から直接電力を受け取ります)。
- 非常に低コストのエネルギー源または埋蔵されているエネルギー源を利用できる場所。これには、再燃する必要がある廃棄メタンが存在する天然ガス井に隣接する場所も含まれます。
以前は、暗号通貨マイニングによるこれらの低コスト電力源へのアクセスを常に維持できるとは限らず、施設の移転を余儀なくされました。事業者はまた、より多くの再生可能エネルギーへのアクセスを得るために、風力発電所に隣接するなど、施設を移転した。
仮想通貨マイニングに関連する需要の増加は、電力網の運用に課題をもたらす可能性があります。仮想通貨マイニングの急増により電力料金が高騰するという初期の問題がいくつかあったが、卸売市場と小売市場は新たな負荷に対処するために調整を行うことができた。一部の送電網事業者は、大規模電力消費者に需要のピーク時に使用量を削減するインセンティブを提供するプログラムを設けています。仮想通貨マイナーは、デマンドレスポンスとして知られるこれらのプログラムに定期的に参加するようになり、その結果、業務が一時的に削減されたり、停止されたりすることになります。さらに、電力価格が変動する地域の仮想通貨マイナーは、運用上の収益性が電力価格に敏感であることを考慮して、卸電力市場の価格が高くなる時期に対応して電力使用量を削減しました。
たとえば、テキサス州では、電力会社ERCOTが大規模フレキシブル負荷(LFL)プログラムを作成し、最大1,530メガワット(MW)の大規模産業需要家に協力して、需要のピーク時の使用を削減しました。暗号通貨マイナーは LFL プログラムの主要な参加者であり、このプログラムでは発電所の所有者に対し、将来 500 年間の電力需要の予想状況を通知することも義務付けられています。たとえば、テキサス州ロックデールのアルミニウム精錬所の跡地にある XNUMX つの大規模な仮想通貨マイニング施設の運営者は、それぞれに最大 XNUMX MW の電力容量が必要になる可能性があると見積もっています。
仮想通貨マイニングにおけるエネルギー使用量を見積もる方法
米国における仮想通貨マイニングとそれが電力需要に及ぼす影響に関するさらなる情報を開発することは、エネルギー政策立案者、エネルギー計画立案者、および一般の人々に背景を提供するために重要です。ただし、仮想通貨マイナーの電力使用量を評価することは、いくつかの理由から困難です。まず、暗号通貨マイニングは、個々のワークステーションから大規模なデータセンターに至るまで、さまざまな規模の施設で実行されるため、米国内の何百万もの最終用途顧客の中からそれらを特定することが困難になります。第二に、仮想通貨マイニング施設の特定と追跡は、これらの施設が低コストの電力を求めて移動する傾向があるため、さらに困難になります。第三に、仮想通貨マイニング操作が特定された場合、その電力消費と操作に関する情報が入手できないか、特定が不明確であることがよくあります。施設の規模のばらつき、運営に関するデータの不足、施設の場所と所有権の変化により、仮想通貨マイナーの統計的に代表的なサンプルの作成がさらに複雑になります。
これらの課題を踏まえ、より良い情報を開発する可能性をより十分に探るため、私たちは最近、OMB に緊急改訂要求を提出し、26 年 2024 月 2024 日に承認されました。私たちは、仮想通貨マイニングの使用に関するより詳細な情報を公開できると期待しています。 XNUMX 年半ばから後半に新たに取得されたデータによる米国の電力。
暗号通貨マイニングの電力使用量を決定するトップダウンのアプローチ
ケンブリッジ ビットコイン電力消費指数 (CBECI)7、ケンブリッジオルタナティブファイナンスセンター発行、8 ビットコインとイーサリアムのオペレーションマイニングによる電力需要の推定値を毎日および年間ベースで提供します。 CBECI の推定値を使用すると、米国のビットコイン関連の電力需要を概算できます。
CBECI で使用される方法論は、ビットコインを授与されたマイニング参加者が合理的な経済主体であるという基礎的な前提のもと、典型的なマイニング ユニットを表す現実世界のハードウェアのバスケットを構築するハイブリッド トップダウン アプローチに基づいています。9
CBECI の毎日および年間の推定値には、理論上の下限値と上限値、および最良推測の仮定を使用した推定額が含まれています。これらの境界を含めることは、推定値に固有の不確実性を反映しています。仮想通貨マイナーは価格変動やマイニング機器の可用性に応じて活動を増減するため、電力使用量は急速に変化する可能性があるため、インデックスは 24 時間ごとに更新されます。 CBECIによる2024年19.0月末時点のビットコインマイニング電力需要の推定範囲は非常に広く、推定値は9.1GW、下限と上限はそれぞれ44.0GWと80GWでした。これらの平均電力需要に年間の時間をかけると、年間総電力需要は 170 テラワット時 (TWh) (下限)、390 TWh (推定値)、および XNUMX TWh (上限) となります。
CBECI は、ビットコイン マイニングに関連する世界の電力使用量は 67 年に 240 TWh から 2023 TWh の範囲であり、点推定値は 120 TWh であると推定しています。国際エネルギー機関は、2023 年の世界の電力消費量を 27,400 TWh と推定しています。10 そのため、CBECIの推定では、2023年のビットコインマイニングを支える電力は世界の電力需要の約0.2%から0.9%となるという。これらの推定に基づくと、仮想通貨マイニングにおける世界の電力使用量は、それぞれギリシャまたはオーストラリアの総電力消費量とほぼ同じでした。11
CBECI はビットコイン マイニングの地理的分布も追跡し、さまざまな国での電力使用量の推定を可能にします。 CBECI は、米国で行われているビットコイン マイニングの世界シェアは、3.4 年 2020 月の 37.8% から、公表された推定値が入手可能な最後の月である 2022 年 XNUMX 月には XNUMX% に上昇したと推定しています。12
世界の活動に占める米国の割合が依然として約 38% であると仮定すると、米国を拠点とするビットコイン マイニングによる電力使用量は 25 TWh から 91 TWh の範囲であると推定されます。この推定値は、0.6 年の米国の全電力需要 (2.3 TWh) の 2023% から 3,900% に相当します。13 暗号通貨マイニングをサポートする米国の電力需要のこの推定値は、300 万世帯以上から 600 万世帯以上の年間需要に相当します。14 この範囲の下限は、とりわけユタ州やウェストバージニア州などの州全体の年間電力使用量に相当します。15 ここで提供される CBECI ベースの推定値はビットコインのみに基づいており、他のプルーフ・オブ・ワーク暗号通貨は含まれていないことに注意してください。
仮想通貨マイニングの電力使用量を決定するためのボトムアップ アプローチ
米国の電力使用に対する暗号通貨マイニングの影響を推定する別のアプローチは、個々の施設についてわかっていることから推定値を構築することです。そのために、私たちはできるだけ多くの米国の仮想通貨マイニング施設を特定するよう努めてきました。これまでに合計 137 の施設を特定しました。位置と収容能力のデータが得られている 52 の施設を図 1 に示します。これらの施設は 21 の州にあり、そのほとんどがテキサス、ジョージア、ニューヨークにあります。
このリストを作成するために、業界紙、企業財務報告書、ニュース記事、インターネット検索などの情報源を参考にしました。また、施設での電力使用量に関する情報を求める複数の仮想通貨マイニング会社宛ての議員からの書簡への回答も利用しました。これらの書簡は2022年2022月に発行され、仮想通貨マイナーからのほとんどの返答はXNUMX年XNUMX月とXNUMX月に受け取られました。
私たちは、MW 単位で採掘リグを稼働させるために必要な最大電力容量など、特定された各施設の詳細を収集しました。特定されたいくつかの仮想通貨マイニング施設は、EIA-860 にリストされている発電所に関連付けられている可能性があります。 年次発電機レポート。他の人はできませんでした。特定された 137 の施設のうち、101 施設で最大電力使用量が特定されており、これは 10,275 MW であると推定されます。この量は、米国の平均年間電力需要約 450,000 MW に匹敵し、シェアは 2.3% に相当します。
実際には、仮想通貨マイニング施設は、設計上の最大能力を下回って稼働することがよくあります。暗号通貨マイニングユニットは高い使用率で稼働する傾向がありますが、十分な情報源に基づいた推定を提供するためのデータが不足しています。いくつかの採掘施設から受け取った情報に基づくおおよその推定値である、採掘施設をサポートする 80 MW の容量のうち、10,275% の稼働率で稼働していると仮定すると、その電力使用量は年間約 70 TWh またはそれに近いことになります。トップダウン推定における範囲の上限。
仮想通貨マイニング拠点での電力使用量の限定的な監視
私たちは、報道記事や企業レポートを使用して、EIA-923 を通じて一部の暗号通貨マイニング活動をいくつかの施設に結び付けてきました。 発電所操業報告書。 EIA-923 調査に含まれるデータは、米国のほぼすべての発電所での発電量を示しています。
私たちは、仮想通貨のマイニングが行われているモンタナ州、ニューヨーク州、ペンシルベニア州にある米国の 2021 つの小規模発電所グループでの電力使用量を追跡することができました。これら XNUMX つの発電施設を合わせた発電量は、仮想通貨採掘者が操業を開始した XNUMX 年から急激に増加しました。もう一度言いますが、採掘作業に電力を供給するために発電所自体内で直接使用される電力の量は、発電所の出力のより大きな割合まで増加しました。仮想通貨マイニング装置の設置前は、XNUMX つのプラントの生産量ははるかに低かった。これらの発電所はこれまで十分に活用されていなかったため、低料金で専用の電力が得られる見通しとして、仮想通貨マイナーがこれらの施設に集まってきました。
次のステップ
米国における仮想通貨マイニング活動のダイナミックかつ急速な成長を考慮して、計画決定の情報をより適切に提供し、国民を教育するために必要な、仮想通貨マイニング活動に関連する電力消費量を体系的に評価することに焦点を当てた必須調査を実施します。エネルギー システムに対する仮想通貨マイニングの影響を判断するための他の政府や業界の取り組みは、一般的に研究の形をとっており、正式なデータ収集のような包括的、標準化された、タイムリーで一貫性のある性質が欠けています。緊急事態クリアランス中に収集されたデータは、今後の私たちのアプローチを知らせる重要な洞察を提供します。
さらに、新しい情報やデータが入手可能になるにつれて、米国における暗号通貨活動に関連する電力消費量の推定値を引き続き精緻化する予定です。緊急事態クリアランス中に収集されたデータに加えて、当社は引き続き CBECI 推定値を追跡し、特定された施設のリストを改良し、第三者による推定値を検討していきます。
主な寄稿者: Mark Morey、Glenn McGrath、港 宏明。のご厚意により US EIA.
1 EIA、電力年次 2022、表 2.2、10 ページ
2 EIA の認可パッケージはここから入手できます。 https://www.reginfo.gov/public/do/PRAViewICR?ref_nbr=202401-1905-002
3 シガロス、マッケンジー、CNBC、人々がビットコインを作るためにすべてを危険にさらしている中国の地下仮想通貨マイニング活動の内部、19 年 2021 月 XNUMX 日 (https://www.cnbc.com/2021/12/18/chinas-underground-bitcoin-miners-.html)
4 エリザベス・ウォーレン上院議員、シェルドン・ホワイトハウス上院議員、エドワード・J・マーキー上院議員、ジャレッド・ハフマン下院議員、ラシダ・トレイブ下院議員、ジェフリー・A・マークリー上院議員から米国環境保護庁長官マイケル・レーガンおよびエネルギー長官ジェニファー・グランホルムへの書簡、15年2022月XNUMX日、 https://www.warren.senate.gov/imo/media/doc/2022.07.15%20Letter%20to%20EPA%20and%20DOE%20Re%20Cryptomining%20Environmental%20Impacts.pdf
5 エリザベス・ウォーレン上院議員、シェルドン・ホワイトハウス上院議員、エドワード・J・マーキー上院議員、ジェフリー・A・マークリー上院議員、ジャレッド・ハフマン下院議員、ラシダ・トレイブ下院議員、ケイティ・ポーター下院議員、リチャード・J・ダービン上院議員から米国環境保護庁マイケル・レーガン長官および長官に宛てた書簡エネルギーのジェニファー・グランホルム、6 年 2023 月 XNUMX 日、 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 ホワイトハウス、米国における暗号資産の気候とエネルギーへの影響、2022 年 5 月、XNUMX ページ
9 ケンブリッジ オルタナティブ ファイナンス センター: ケンブリッジ ビットコイン電力消費指数、方法論
10 2022 年の推定値は国際エネルギー機関、電力市場レポート、2023 年、119 ページから引用。国際エネルギー機関の「Electricity 2023」、p. 2.2 から引用し、年間成長率を 2024 と仮定して 8 年に更新しました。 XNUMX
11 EIA、国際エネルギー統計
12 https://ccaf.io/cbeci/api/v1.2.0/download/mining_countries
13 EIA、電力月間、2024 年 2023 月 (2023 年 XNUMX 月から XNUMX 月のデータ)。 EIA 時間グリッド モニター (XNUMX 年 XNUMX 月データ)
14 EIA によると、住宅あたりの年間電力消費量は 10,791 キロワットアワーと推定されています。EIA、アメリカの家庭はどれくらいの電力を使用しますか? 20 年 2022 月 XNUMX 日
15 EIA、電力月刊誌、2023 年 5.4 月、表 135b、XNUMX ページ
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