作者：James Butterfill 、Max Shannon 、Alex Schmidt 、Satish Patel
來源：CoinShares
翻譯：善歐巴，金色財經
摘要
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成長與永續性問題：比特幣挖礦網路在2023 年成長了90%，引發了人們對其環境永續性和獲利能力的質疑，特別是網路的效率和能源成本。
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挖礦動態與算力趨勢：比特幣挖礦的「難度」調整機制確保了供應的無彈性。減半後，成本較高的礦工可能會因直接收入減少而陷入困境。本文件評估了減半後每個比特幣的平均生產成本，結果顯示平均成本為37,856 美元。
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挖礦網路的效率提升：儘管網路的電力需求不斷增加，但效率卻有了顯著的提升。使用隨機數字資料有助於分析不同挖掘模型的效率。目前，該網路的平均效率為34W/T，預計到2026 年中期可能降至10W/T。
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比特幣挖礦和環境影響：比特幣挖礦通常利用滯留能源，通常位於偏遠地區。 Daniel Batten 表示，現在大約53% 的比特幣採礦能源都是可持續的來源。比特幣開採可以顯著減少天然氣燃燒造成的排放，這是一個主要的環境問題。
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減半後礦工的財務分析： 2024 年減半後，礦工的生產成本和獲利結構將會改變。我們的分析重點在於上市礦商不同的成本結構及其對減半的脆弱性。
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結論與礦商定位：大多數礦商將面臨高SG&A成本的挑戰，需要降低成本以保持獲利。如果比特幣價格維持在40,000 美元以上，預計只有少數礦商能夠獲利。
比特幣挖礦網路的成長
比特幣挖礦網路經歷了快速成長，到2023 年，算力成長了104%。這種快速擴張引發了人們對其永續性的擔憂，無論是從環境角度還是從挖礦網路的獲利能力來看。在本文件中，我們旨在解決這兩個問題。以下列出了每個比特幣減半後每個礦工的平均生產成本的最終結果，其中突出顯示平均生產成本為37,856 美元。
雖然比特幣挖礦與傳統挖礦有一些相似之處，但都消耗能源來產生有價值的資產，但相似之處基本上就在這裡。比特幣挖礦中被稱為「難度」調整的獨特自我調節機制可確保供應保持嚴格的無彈性。在比特幣挖礦週期的某個時刻，處於成本曲線高端的礦工將開始遭受損失，並且哈希率將開始下降，因為價格上漲不足以抵消挖礦難度的上升。
無論礦工數量是200 萬還是200 萬，新創建的比特幣數量都保持不變，直到下一次預定的減半事件。如果網路的集體算力顯著增加，挖礦難度將向上調整以保持目標生產率，從而將成本較高的礦工擠出市場。我們的分析重點在於上市礦商的不同成本結構，以及最容易受到2024 年4 月減半影響的礦商。
為了預測算力的未來方向，我們最好的方法就是分析歷史模式。定性推理表明，成長將部分由比特幣的價格驅動：積極的成長前景可能會鼓勵礦工提高算力，認為其有利可圖。然而，這取決於對未來價格的假設。
對歷史數據的回顧表明，挖礦活動在減半事件之間增加。然而，由於其呈指數級增長，確定一個清晰的周期具有挑戰性——我們已經在這方面做了一些工作。由於算力往往是一個不穩定的數字，使用歷史資料趨勢的偏差比純粹的定性方法會產生更準確的結果。然而，一個關鍵問題是，大多數趨勢線都包含未來訊息，這意味著我們今天看到的趨勢線在過去會有所不同。因此，最可靠的方法是根據樣本外資料計算一條趨勢線，該趨勢線不受未來發展的影響。
數據揭示了減半週期之間發生的一種有趣的規律模式，表明從週期中這一點的歷史角度來看，當前的算力峰值並不罕見。下圖更清楚地說明了這一趨勢，該圖表清楚地顯示了這些變化的周期性。
自2012 年第一次比特幣減半，以及隨後的2016 年和2020 年減半以來，出現了一種模式，即減半後算力通常會比趨勢線下降約9％，這種情況通常會持續六個月左右。 2020 年有些特殊，由於中國的採礦禁令，這段期間大為延長，導致價格跌破趨勢線42%。儘管如此，這種模式通常涉及算力最初下降，隨後在周期中途恢復，然後在下一次減半前大約一年出現活動激增。
這個週期是合乎邏輯的：為了在減半的預期中保持競爭力，礦工增加了資本支出，使算力顯著高於趨勢。減半後，礦工的直接收入減少，影響了他們的資本支出週期。當前的周期也不例外。值得注意的是，算力成長的高峰通常出現在減半前四個月左右，這可能是由於「比特幣熱潮」導致挖礦難度飆升，進而迫使生產成本更高的礦工和礦機退出。目前的挖礦難度處於歷史高位，並且與先前週期中觀察到的「相對」峰值一致。
比特幣算力的未來會是怎樣？以歷史趨勢為指導，我們可能會預期2024 年4 月減半時，算力將恢復到450EH/s（每秒exahash）左右的趨勢線。六個月後，它可能會進一步下降至410EH/s。此後，趨勢線預測2024 年底，算力將急遽增加至約550EH/s。
這次減半可能會淘汰那些處於成本曲線高端的人，讓那些擁有充足流動性的人有機會以折扣價購買硬體。這種情況在很大程度上取決於價格是否上漲到每個礦工的平均生產成本之上，並且可能需要價格大幅下降，或者交易費用大幅下降，例如序數使用量的下降。
提高挖礦網路效率
目前用於比特幣的採礦設備多種多樣，涵蓋一系列功耗水平、算力和由此產生的效率。從歷史上看，這種多樣性使得確定採礦隊的整體效率變得具有挑戰性。 CoinMetrics 的Karim Helmy使用隨機數字資料進行硬體指紋識別，進行了一些值得注意的研究。為了避免過於深入研究技術細節，我們發現每個礦工模型都會在比特幣區塊鏈上留下明顯的「蒸汽痕跡」。然後可以分析這個獨特的簽名，以確定網路內不同挖掘模型的分佈。
由於每個挖礦模型的效率以W/T（瓦特/太拉哈希）為單位，因此可以計算整個比特幣挖礦隊列的整體效率。鑑於這條路徑相當線性的進展，未來的趨勢也可以預測。目前，該網路的加權平均效率為34W/T。光是今年，效率就提高了8%，過去三年，效率提高了28%。根據這些趨勢，預計到2026 年中期，隨著晶片設計的不斷改進以及更高效的挖礦硬體的上線，效率水平可能會低至10W/T。
比特幣挖礦始終追求最便宜的能源，這經常導致擱淺能源的利用，即無法輕易出售給現有電網的能源。通常，這涉及位於偏遠地區的可再生能源項目。因此，使用可持續來源的電力進行比特幣挖礦作業的趨勢日益明顯。根據丹尼爾·巴頓(Daniel Batten) 的估計，用於開採比特幣的能源中約有53% 現在是可持續來源的。這一比例已經超過了金融業，正如Daniel Batten指出的那樣，金融業的能源消耗估計只有約40% 來自永續能源。
雖然最近算力顯著上升，但與此形成鮮明對比的是，網路效率持續下降（即提高）。
CoinMetrics 隨機數字資料的詳細程度達到了新的水平，這意味著我們可以估算年度電力成本，這與劍橋大學的估算非常接近。
數據強調，儘管效率有了顯著提高，但按年計算，網路電力需求已達到115太瓦時（TWh）的歷史新高，今年成長了44%。然而，由於效率不斷提高，與算力的成長相比，這種成長相對溫和。
丹尼爾·巴頓（Daniel Batten）對採礦業排放強度的研究表明，排放量顯著下降，儘管所使用的一些數據源很難追蹤。自2021 年以來，排放量已從每千瓦時近600 克二氧化碳降至每千瓦時僅299 克二氧化碳。這一減少可能歸因於永續能源使用量的大幅增加，從2021 年的33% 成長到如今的52%。根據IEEFA 的數據，ERCOT（德克薩斯州）電網燃料組合在一定程度上反映了這一點，其中很大一部分比特幣挖礦發生，可再生能源佔能源生產總量的比例從2017 年的20 % 成長到2023 年的31 %。
比特幣有助於減少碳排放
正如BBC 最近的一份報告所強調的那樣，天然氣燃燒正在成為一個日益嚴重的問題。這份報告引起了人們的注意，海灣地區的石油鑽探活動以及相關的燃燒過量天然氣的做法給數百萬人帶來了比以前理解的更嚴重的威脅。雖然燃燒比排放更環保，因為根據Mesa Solutions 的說法，燃燒可以減少92% 的二氧化碳當量排放，但其廣泛使用仍然令人擔憂。來自SkyTruth 的圖像引人注目地展示了這個全球問題的嚴重程度，黃點生動地標記了耀斑活動的區域。
世界銀行估計，到2022 年，全球約有1,390 億立方公尺天然氣被燃燒。這一數量相當於中美洲和南美洲天然氣消費總量的總和。根據Mesa Solutions 的數據，目前，燃燒甲烷的傳統做法會導致每1000 英熱單位(BTU) 排放59 克二氧化碳當量(CO2e) 。相較之下，使用現代渦輪發電機每1000 BTU 僅排放22 克二氧化碳當量。這意味著排放量減少了63%，污染程度是汽油動力車的三倍。
火炬燃燒的主要挑戰在於它所涉及的能源無法經濟地儲存或運輸，因此經常被燒掉。這種情況通常發生在無法連接電網或管道的偏遠地區。我們相信，比特幣挖礦可以大大減少燃燒引起的排放。這是因為採礦硬體以及必要的發電機可以裝在貨櫃中，並在這些遠離已建電網的偏遠地區運行。
此外，火炬燃燒通常會導致甲烷洩漏的發生率更高。當一小部分天然氣未能完全燃燒，從而逃逸到大氣中時，就會發生這種現象，這種情況在強風條件下尤其普遍。相較之下，眾所周知，渦輪機是甲烷洩漏率最低的渦輪機之一，可大幅降低此類事件發生的風險。
目前，天然氣燃燒每年排放約4.06 億噸二氧化碳。然而，如果目前燃燒的所有天然氣都用於比特幣挖礦，這些排放量可能會減少至約1.52 億噸二氧化碳。由於目前全球火炬燃燒佔全球二氧化碳排放量的1.1%，比特幣挖礦可將全球火炬燃燒排放量減少至僅佔全球排放量的0.41%。
截至目前，已知只有約120 兆瓦(MW) 的比特幣挖礦能力正在利用擱淺天然氣的能源。因此，如果比特幣挖礦擴大對這種被浪費的火炬氣的使用，那麼它具有顯著減少全球排放的巨大潛力。
減半對比特幣礦工的影響
在這篇研究文章中，我們估計了2023 年第三季生產成本和現金成本的加權平均值，每個比特幣分別約為16,800 美元和25,000 美元。在預計2024 年4 月發生的減半事件之後，這些成本很可能會下降分別升至29,300美元和38,100美元。由於其高效的成本結構和較長的跑道，Riot 看起來最有能力應對這些變化。我們對上市和私人礦商財務報表的分析假設比特幣價格為40,000 美元，礦商即將面臨的大部分痛苦可能源於臃腫的銷售、一般和管理費用(SG&A) 成本。
方法
我們對2023 年第三季的財務分析方法包括制定調整後的合併損益表。此標準化適用於14 家礦工的挖礦業務，其中13 家為公開上市實體，截至2023 年12 月，佔所有比特幣算力挖礦的21%，減半後約佔28%，網路算力為450 EH /s。我們2023 年第三季的數據主要來自SEC 文件、網站生產報告或必要時的估計中的公開資訊。
我們的方法包括：
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收入成本代表自挖礦收入成本，主要是電力成本。
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SG&A 消除了非現金支出，例如基於股票的薪酬、一次性付款。
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利息費用僅考慮債務利息，不包括租賃費用或其他財務費用。
減半事件發生後，生產和營運損益平衡的直接成本急劇變化，分別為29,300 美元和38,100 美元。這項變化是區塊補貼減半的結果。我們預測收入和支出的方法如下：
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算力市場佔有率由每家公司揭露的預計算力決定，以我們估計的減半時450 個網路EH/s 的百分比表示，與500EH/s 相比下降了約10%。
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生產成本採用由下而上的方法計算，包括車隊效率、電力成本、使用的千瓦時（採用2023 年第三季的利用率持平）和開採的比特幣數量。
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假定SG&A 費用與2023 年第三季保持一致，因為預計公司費用不會因減半而發生重大變化。
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利息費用確定為未償還本金金額（如有可能，攤銷）乘以定期利率之和。
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我們全面的方法論確保對減半前後的情況進行標準化和可比較的財務分析，從而有效地指導我們的營運決策。
礦工算力
平均每十分鐘，比特幣網路就會由礦工正確計算（「猜測」）哈希值（偽隨機64 位元字母數字）產生一個區塊，而網路的其餘部分則驗證其正確性。擁有更多算力（更多鑽機，導致更多運算能力）的礦工控制著更大比例的網路算力，因此有更大的機會創建區塊並獲得區塊補貼（目前為6.25 比特幣，但將在2019 年減半） 2024 年4 月左右，由於“減半”，價格為3.125 比特幣）加上交易費用。礦工們本質上是在進行軍備競賽，以購買和插入盡可能多的機器。
礦工用於自挖礦的鑽機越多，所需的資料中心就兆瓦越大。這筆巨額資本支出要么由現金、股權或債務提供資金，其中後者可能會因更高的利息支出而損害礦工的總生產成本，並在比特幣低迷時期使他們面臨風險。例如，根據2023 年第三季的文件，Core Scientific 於2022 年底進入第11 章，或Mawson 未能支付馬歇爾貸款（這些例子並不詳盡），這一點很明顯。
生產的比特幣數量
生產的比特幣數量對於每個礦工的單位經濟和成本結構是不可或缺的。對於礦工來說，要實現與減半前相同的比特幣產量，他們需要將市場份額增加一倍，考慮到過去三年網路算力複合年增長率約53%，或者每次收取的費用金額增長，這是非常具有挑戰性的。區塊需要充分彌補減半造成的區塊補貼減少。
電費
比特幣礦工的成本結構是兩個投入的函數：能源和設備。我們追蹤的公共礦工平均每千瓦時消耗4.7 美分的能源。這種能源是在批發市場購買的，最有可能是在現貨或期貨市場，或透過電力購買協議（PPA）合約與能源供應商協商，該合約通常提供固定的能源價格，但通常也涉及照付不議條款。然而，礦工對其機器群有更多的控制權，並且他們能夠透過投資更有效率的機器來減少能源費用，這些機器每個哈希消耗的電力更少。
在我們追蹤的公共礦工中，整個礦機群的效率預計也會在減半時從29W/T 降至26W/T。 CleanSpark 和Iris Energy 的最新機器交易中可以看到礦工如何升級其機隊以提高效率（即降低W/T）的範例，其中每個交易分別購買了4.4EH/s 和1.4EH/s比特大陸Antminer S21 礦機的效率比為17.5W/T，價格約為14 美元/TH（每太拉哈希美元）。
下面的矩陣表明，儘管T21 是較新的型號，但S21 在每種電力和算力價格場景中都優於所有其他鑽機類型，因為具有更高的算力（影響收入）和更低的功耗（影響費用）。
下圖展示了減半前後機隊效率的變化。請注意，雖然大多數礦商正在提高整個車隊的效率（W/T），但他們的直接成本結構並沒有改善。這是因為，如前所述，礦工需要增加電力消耗和能源消耗才能開採相同數量的比特幣。減半前後，每個比特幣的電力成本在現金成本結構中的加權平均值分別約佔68% 和71%，其中小幅成長主要歸因於規模和能源價格的略微上漲。
礦工跑道
我們將跑道定義為礦工可以使用現金和比特幣儲備來償還現金營運支出的天數。整個產業沒有標準的資金管理策略。有些人盡可能地累積其產出，也稱為“HODL”，而另一些人則不這樣做，而是選擇在生產比特幣時出售比特幣。資本充足、比特幣餘額較大的礦商在牛市中可能會獲得更高的股權溢價，例如Riot。然而，低跑道與高現金成本相結合，使得Stronghold 等礦商面臨比特幣價格低迷的風險。
現金生產成本
我們認為Riot、Marathon、Bitfarms 和Cleanspark 在減半中處於最佳位置。礦商面臨的主要問題之一是巨額的SG&A成本。對於礦商來說，要實現收支平衡，減半可能會迫使他們削減SG&A成本，否則他們可能會繼續虧損，並不得不清算其HODL餘額和其他流動資產。
注意：Iris Energy 和Cormint 的數據是根據2023 年第二季的文件、管理會議和每月生產報告
結論
我們的分析表明，Riot 似乎最有能力應對減半事件的複雜性，這主要是因為其較長的跑道、較低的債務和電力成本以及銷售管理費用(SG&A)。礦商將經歷的大部分痛苦可能源自於龐大的銷售、管理及行政費用，這些費用可能需要削減才能維持獲利。
整體而言，除非比特幣價格維持在40,000 美元以上，否則我們認為只有Bitfarms、Iris、CleanSpark、TeraWulf 和Cormint 能夠繼續獲利。所有其他礦商都可能會蠶食他們的跑道，最終迫使股價進一步稀釋，因為他們很可能會提高股本或轉換債務。
注意：Iris Energy 基於第二季的文件，Cormint 基於第二季的數據
勘誤：Marathon 的算力增長估計和每比特幣的相關現金成本被低估- 已修正以反映33 EH，將每比特幣的現金成本降至43,370 美元。