陳欣欣 郭洪濤

摘 ?要：本文對(duì)比特幣的能源消耗指數(shù)、挖礦耗費(fèi)電量、主要國(guó)家比特幣挖礦成本排名、全球各國(guó)挖礦環(huán)境以及各能源類型開(kāi)發(fā)、礦機(jī)成本、典型礦場(chǎng)、比特幣的價(jià)格與成交量、比特幣日產(chǎn)量、各礦池算力對(duì)比、比特幣挖礦計(jì)算難度等數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集、整理和分析。從貨幣經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度預(yù)測(cè)：比特幣將打破以中央機(jī)構(gòu)為中心的信用貨幣機(jī)制，開(kāi)啟一個(gè)超越國(guó)家主權(quán)的以數(shù)字挖掘成本為價(jià)值均衡中心的新型貨幣經(jīng)濟(jì)新時(shí)代。同時(shí)，應(yīng)重新審視比未來(lái)演進(jìn)路徑與應(yīng)用趨勢(shì)，及時(shí)關(guān)注數(shù)字加密貨幣和區(qū)塊鏈技術(shù)的最新發(fā)展。

關(guān)鍵詞：比特幣 ?數(shù)字貨幣 ?信用貨幣 ?挖礦活動(dòng)

過(guò)去的一年里，比特幣價(jià)格波瀾起伏變化很大，吸引了社會(huì)各界的關(guān)注，本文擬從社會(huì)價(jià)值、運(yùn)行機(jī)理、環(huán)保影響、挖幣機(jī)制、產(chǎn)生成本和交易價(jià)格等方面，對(duì)比特幣的技術(shù)演進(jìn)趨勢(shì)與應(yīng)用趨勢(shì)進(jìn)行說(shuō)明，并結(jié)合貨幣經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，推斷了比特幣的未來(lái)趨勢(shì);預(yù)計(jì)它將打破以中央銀行為中心的信用貨幣的機(jī)制，開(kāi)啟一個(gè)超越國(guó)家主權(quán)的數(shù)字貨幣的新時(shí)代。甚至可以進(jìn)一步推測(cè)，未來(lái)會(huì)形成多種優(yōu)良的數(shù)字貨幣板塊相互競(jìng)爭(zhēng)，在競(jìng)爭(zhēng)中形成動(dòng)態(tài)價(jià)值均衡的局面，主要的數(shù)字貨幣板塊將取代各國(guó)中央銀行供給的信用貨幣板塊，貨幣經(jīng)濟(jì)學(xué)理論也將由中央銀行信用貨幣理論階段進(jìn)入以數(shù)字挖掘價(jià)值為中心的貨幣經(jīng)濟(jì)理論新階段。

一、挖礦耗能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

（一） 比特幣能源消耗指數(shù)

2019年9月20日據(jù)交易平臺(tái)Bitstamp報(bào)價(jià)顯示，比特幣再次跌破10000美元關(guān)口，報(bào)9980.67美元/枚。較去年上漲約54%，暴漲暴跌過(guò)江龍一樣的比特幣價(jià)格其背后反映的是其對(duì)電力能源消耗與算力進(jìn)步速度之間競(jìng)相角逐關(guān)系的波動(dòng)，比特幣的價(jià)值取決于挖掘成本，主要是所耗費(fèi)的電力的成本與設(shè)備折舊成本，消耗能源越高，挖礦成本越高，比特幣價(jià)值越高;設(shè)備算力越高，比特幣越容易產(chǎn)生，比特幣價(jià)格越低。按照比特幣產(chǎn)生的規(guī)則，比特幣總供應(yīng)量最大能達(dá)到2100萬(wàn)，現(xiàn)在流通的比特幣總數(shù)已經(jīng)有1780萬(wàn)，電力的消耗一直在以指數(shù)模式迅速增加，同時(shí)比特幣數(shù)量也在持續(xù)地增加。圖1為全球比特幣挖礦活動(dòng)的能源消耗指數(shù)。

2018年2月10日，來(lái)自加密貨幣消息機(jī)構(gòu)DigiConomist發(fā)布的最新加密貨幣能源消耗指數(shù)顯示：該時(shí)點(diǎn)全球挖礦年耗電量高達(dá)48.5萬(wàn)億瓦時(shí)（即485億度），約為全球耗電總量的0.2%;而2018年5月25日該時(shí)點(diǎn)為68.81萬(wàn)億瓦時(shí)（即688.1億度），約占全球電力消耗總量的0.27%。;在2018年底，全球比特幣挖礦耗年電量達(dá)到125萬(wàn)億瓦時(shí)（即1250億度），約占全球電力消耗總量的0.55%。圖1可見(jiàn)，從2018年2月至2019年1月，比特幣能源消耗指數(shù)的趨勢(shì)線穩(wěn)定上行，說(shuō)明比特幣挖礦活動(dòng)的能源消耗一直在快速增加。

（二）全球挖礦耗電量、算力和環(huán)境影響

截至2018年底，比特幣的年耗電量為125萬(wàn)億瓦時(shí)，約占全球總用電量的一半。全球每年挖礦收入為74.6億美元，全球年挖礦成本為43.5億美元，比特幣的成本占收入比為58.31%，說(shuō)明比特幣的實(shí)際價(jià)值中超過(guò)一半以上屬于成本部分。目前預(yù)計(jì)全網(wǎng)算力為39，661PH/s，每筆交易的平均電力消耗達(dá)900千瓦時(shí)。在挖礦的過(guò)程中會(huì)極大地耗費(fèi)電量，二氧化碳大量排放容易導(dǎo)致環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年的碳足跡達(dá)到33500千噸，其中每筆交易碳足跡為450公斤，如表1所示。

（三）2018年全球比特幣能源消耗量在主要國(guó)家耗電量中的占比

比特幣目前的年耗電量十分巨大，其能源消耗量占主要國(guó)家耗電量的占比如下：2018年比特幣能源消耗量占捷克全國(guó)耗電量的72.2%，占美國(guó)全國(guó)耗電量的1.2%，占荷蘭、澳大利亞、意大利、英國(guó)、法國(guó)和俄羅斯比例分別為36.4%、20.4%、15.7%、17.7%、10.4%和5.1%。近期最新報(bào)道，能源專家在接受BBC采訪時(shí)稱，目前挖掘比特幣所消耗的電能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了居民私人的耗電量。根據(jù)比特幣能源消耗指數(shù)報(bào)告顯示，全球比特幣的挖掘活動(dòng)所消耗的電能相當(dāng)于擁有570萬(wàn)人口的丹麥整個(gè)國(guó)家一年的用電總量，預(yù)計(jì)不久后比特幣挖掘活動(dòng)的耗電量將超過(guò)擁有人口總量為1.63億的孟加拉國(guó)的耗電量。

二、比特幣挖礦耗能成本考察

（一）主要國(guó)家比特幣挖礦成本排名

為了節(jié)省挖掘比特幣的成本，比特幣挖掘者在全球范圍內(nèi)尋找價(jià)格較低的電能。表2搜集了全球各國(guó)挖掘比特幣的成本國(guó)家。據(jù)調(diào)查，中國(guó)挖取比特幣的成本處于相對(duì)中等的位置，我國(guó)政府允許礦工使用國(guó)內(nèi)的過(guò)剩電力，雖然目前對(duì)國(guó)內(nèi)各種虛擬貨幣的交易持有取締的態(tài)度，但對(duì)比特幣挖礦是允許的。由于韓國(guó)對(duì)比特幣行業(yè)的資本監(jiān)管非常嚴(yán)格，所以在韓國(guó)挖掘一枚比特幣的成本高達(dá)26170美元，而委內(nèi)瑞拉是全球比特幣挖掘成本最低的國(guó)家，僅為531美元。實(shí)際上，比特幣的挖掘應(yīng)該根據(jù)世界分工，誰(shuí)成本低，誰(shuí)就應(yīng)該發(fā)揮比較優(yōu)勢(shì)去生產(chǎn)比特幣，所以比特幣挖礦者一直在尋找最便宜的電力項(xiàng)目，一直在為低成本電力而不斷遷徙，比特幣挖礦有助于充分利用落后地區(qū)的可再生水利、風(fēng)力等產(chǎn)生的電力，有利于提高落后地區(qū)人們的收入水平，減少貧富差距，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)公平。

（二）全球各國(guó)挖礦用電環(huán)境以及各國(guó)綠色能源消耗情況

對(duì)于挖礦而言，電力是首要支出項(xiàng)目，電價(jià)低的國(guó)家和地區(qū)自然成為了礦工們的首選。不過(guò)，伴隨比特幣挖礦活動(dòng)愈演愈烈，各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的監(jiān)管者對(duì)比特幣給予更多的重視。于是各國(guó)礦場(chǎng)與礦池優(yōu)先會(huì)選擇設(shè)立在能源更加清潔和綠色的低電價(jià)地區(qū)，例如使用太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力發(fā)電的地區(qū)，在提高挖礦收益之余，能夠促使大家更多地使用可再生綠色能源。從表3可以看到，全球綠色能源使用占比特幣總能耗的比例是大致介于1/3-1/2之間。

根據(jù)Blockchain.info的數(shù)據(jù)，大約70%的比特幣礦藏在中國(guó)或由中國(guó)公司擁有。在中國(guó)這個(gè)世界上最大的數(shù)字貨幣生產(chǎn)國(guó)，許多服務(wù)器集群都依賴于燃煤電廠廉價(jià)、多余的電力，這造成了一定的環(huán)境污染問(wèn)題。為了對(duì)付環(huán)境污染問(wèn)題，包括我國(guó)在內(nèi)的各國(guó)政府都在考慮對(duì)比特幣挖礦活動(dòng)征收新的稅種，來(lái)加強(qiáng)對(duì)電力市場(chǎng)和數(shù)字貨幣業(yè)務(wù)的控制，促使挖礦者加大對(duì)可再生綠色電力能源的投資力度。

隨著技術(shù)的改進(jìn)和成本的下降，比特幣挖礦行業(yè)對(duì)于尋求清潔能源的熱情越來(lái)越高，美國(guó)政府?dāng)?shù)據(jù)顯示，去年風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源占電力供應(yīng)的17%，是10年前的2倍，全世界減少了對(duì)煤炭發(fā)電的需求與依賴，可再生能源的發(fā)展對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生極大的積極作用。如果比特幣挖礦所使用的電網(wǎng)是零排放的話，那么理論上比特幣挖礦活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響也許是微乎其微。圖3為2020-2040年各能源類型科技投資預(yù)測(cè)。

三、挖礦設(shè)備成本考察

（一）礦機(jī)成本

在比特幣挖礦成本中，除耗費(fèi)電能成本以外，設(shè)備成本的折舊費(fèi)是主要開(kāi)支。礦工要想贏得較高的收益，就必須從一開(kāi)始投資時(shí)就考慮選擇使用性價(jià)比高的礦機(jī)，目前市場(chǎng)各種類型的礦機(jī)，其價(jià)格、算力、耗電情況可參考表4。

在實(shí)際購(gòu)買(mǎi)礦機(jī)過(guò)程中，除了要關(guān)注礦機(jī)的參數(shù)，同時(shí)也要注重品牌。一般來(lái)說(shuō)，大廠生產(chǎn)的礦機(jī)產(chǎn)品實(shí)際性能更容易達(dá)到標(biāo)稱，往往在維修售后方面也會(huì)更有保障。部分礦機(jī)除購(gòu)買(mǎi)裸機(jī)以外，還需要另購(gòu)特種電源、水排等裝置，采用這類礦機(jī)的實(shí)際投資成本可能要比表4列示的高。

（二）世界典型礦場(chǎng)成本考察

1.美國(guó)西雅圖礦場(chǎng)

西雅圖礦場(chǎng)擁有數(shù)萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器和電力負(fù)載高達(dá)30兆瓦，這些電力相當(dāng)于為鄰近的1.3萬(wàn)個(gè)家庭提供的電力。

2.四川比特幣礦場(chǎng)

據(jù)外媒消息，四川省已經(jīng)成為全球比特幣挖礦資本最聚集的地方。四川康定的挖礦活動(dòng)主要集中于大渡河及其分支流的山區(qū)、小型及私人水電站附近。以擁有兩千臺(tái)礦機(jī)的礦場(chǎng)為例，比特幣礦場(chǎng)建設(shè)成本約為70萬(wàn)元，每日產(chǎn)值約62930元，扣除電費(fèi)12000元，網(wǎng)絡(luò)費(fèi)400元，管理費(fèi)1888元等成本，預(yù)計(jì)礦場(chǎng)每天利潤(rùn)可達(dá)48642元，大約16個(gè)月可以回本。

3.內(nèi)蒙古比特幣礦場(chǎng)

內(nèi)蒙古鄂爾多斯比特幣礦場(chǎng)是全球最大比特幣礦場(chǎng)之一，年上繳電費(fèi)達(dá)1億人民幣，礦場(chǎng)的電力消耗量相當(dāng)驚人，用來(lái)運(yùn)行整個(gè)礦場(chǎng)的電纜至少必須使用了15根以上粗電纜才能承受負(fù)荷。這里有幾個(gè)巨型礦場(chǎng)建筑物，里面都安置了龐大的變壓器，以滿足比特幣挖礦電壓的需要，鄂爾多斯礦場(chǎng)的算力可能占世界比特幣全網(wǎng)算力的5%，占比很大。

四、比特幣價(jià)格與挖礦成本之間動(dòng)態(tài)中形成平衡關(guān)系

（一）比特幣的價(jià)格與成交量

2018至2019年，比特幣經(jīng)歷了極其動(dòng)蕩的一年，其價(jià)格從2018年1月份的1.5萬(wàn)美元左右最低暴跌至4000美元附近，后有回升至目前的8000美元左右。雖然比特幣中間出現(xiàn)過(guò)“崩盤(pán)”態(tài)勢(shì)，但并不意味著它缺乏長(zhǎng)期投資價(jià)值，整個(gè)加密貨幣市場(chǎng)仍有巨大的實(shí)際價(jià)值和潛力。從長(zhǎng)期來(lái)看，比特幣價(jià)格與挖礦成本之間會(huì)形成價(jià)值規(guī)律上的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。

由圖4可知，比特幣在2018年全年價(jià)格下跌，由10284美元下降到3830美元，但是后來(lái)價(jià)格下降速度越來(lái)越緩慢，基本形成以成本為下界限的均衡狀態(tài)。從5月到12月，成交量形成弧形狀態(tài)，先下降后上升，最低成交為10月的412億元美元。到11月與12月，抄底資金認(rèn)識(shí)到該價(jià)位的投資價(jià)值，迅速涌入購(gòu)買(mǎi)，成交量大幅上升，使價(jià)格穩(wěn)定在4000美元左右，在該價(jià)位形成了價(jià)值均衡，說(shuō)明比特幣的價(jià)格以開(kāi)采成本為下限，呈現(xiàn)棘輪效應(yīng)現(xiàn)象，以成本線為4000美元底限，只能上不能下了。

（二）比特幣每日產(chǎn)量

比特幣有固定的上限，為2100萬(wàn)個(gè)，具有極強(qiáng)的稀缺性，每4年減半一次，決定了比特幣的稀缺性，具有一定的虛擬貨幣投資價(jià)值。

由圖5可見(jiàn)，當(dāng)前比特幣日產(chǎn)量大約在2000左右，波動(dòng)幅度不大，但從2018年初到年底，比特幣日產(chǎn)量有下降趨勢(shì)。比特幣跌價(jià)會(huì)導(dǎo)致挖礦收益下降，挖礦參與者減少，反過(guò)來(lái)導(dǎo)致產(chǎn)量減少，物以稀為貴，形成一種阻止價(jià)格持續(xù)下跌的力量，對(duì)其價(jià)格起到支撐作用。

（三）各礦池算力情況

由于比特幣全網(wǎng)的運(yùn)算水準(zhǔn)在不斷地呈指數(shù)級(jí)別上漲，單個(gè)設(shè)備或少量的算力都無(wú)法在比特幣網(wǎng)絡(luò)上獲取到比特幣網(wǎng)絡(luò)提供的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。在全網(wǎng)算力提升到了一定程度后，過(guò)低地獲取獎(jiǎng)勵(lì)的概率促使一些 “bitcointalk”上的極客開(kāi)發(fā)出一種可以將少量算力合并聯(lián)合運(yùn)作的方法，使用這種方式建立的網(wǎng)站便被稱作“礦池”。

從圖6可知，BTC.com礦池的總算力最大，能達(dá)到6566PH/s，依次到螞蟻礦池、魚(yú)池、ViaBTC礦池、萊比礦池特、幣印礦池和火幣礦池，分別為4789.15PH/s、3969.05PH/s、3841PH/s、3823.96PH/s、3488和1985.78PH/s，而幣信礦池、BW礦池的算力最弱，分別為186.9PH/s和122.51PH/s。

（四）比特幣挖礦計(jì)算難度

挖礦難度是對(duì)產(chǎn)出一個(gè)比特幣的困難程度的度量，它與全網(wǎng)算力成反比關(guān)系。全網(wǎng)算力提高則挖礦難度降低，比特幣價(jià)值降低;挖礦難度越高，越難挖出比特幣，成本越高，比特幣產(chǎn)量越少，價(jià)值越高。

如圖7所示，比特幣2018年1-12月的計(jì)算難度逐步上升，從2018年10月開(kāi)始下滑。比特幣的數(shù)量有限，它的產(chǎn)生成本很高，比特幣耗費(fèi)的電力構(gòu)成它的制造成本。當(dāng)比特幣的制造成本大于市場(chǎng)價(jià)格時(shí)，那么比特幣的挖礦活動(dòng)就不值得，這將導(dǎo)致沒(méi)有人繼續(xù)挖掘比特幣，這一點(diǎn)可以稱為微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)中的廠商停止?fàn)I業(yè)點(diǎn)。部分挖礦機(jī)器退出競(jìng)爭(zhēng)會(huì)導(dǎo)致比特幣的挖掘計(jì)算難度下降，所以比特幣的制造成本又會(huì)隨之下降，如此周而復(fù)始的因果相互作用，比特幣價(jià)格與挖礦成本之間最終形成一種動(dòng)態(tài)均衡關(guān)系。

五、結(jié)論與預(yù)測(cè)

比特幣是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的新生物，其數(shù)學(xué)算法和依據(jù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值理論非常成熟，雖然在實(shí)際操作中它還會(huì)存在細(xì)節(jié)問(wèn)題，但無(wú)傷大體，不會(huì)影響其價(jià)值來(lái)源明確的特點(diǎn);它的價(jià)值是真實(shí)存在的數(shù)字挖掘價(jià)值——挖礦成本，而信用貨幣沒(méi)有價(jià)值，這是其優(yōu)于信用貨幣的基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)。其原理是，比特幣價(jià)格的波動(dòng)具有成本上升和成本下降的因素，最后會(huì)形成動(dòng)態(tài)的成本均衡、價(jià)格平衡以及供求均衡，在一定時(shí)期內(nèi)形成較穩(wěn)定的價(jià)格區(qū)間，這使得它能夠成為價(jià)值的載體，具有價(jià)值貨幣與商品資產(chǎn)的屬性。如果只從一種比特幣本身來(lái)看，似乎比特幣的供給數(shù)量很有限，人們會(huì)趨于對(duì)比特幣的儲(chǔ)藏，其貨幣的貯存價(jià)值特性會(huì)片面強(qiáng)化，會(huì)導(dǎo)致其價(jià)值越來(lái)越高，退出流通，被長(zhǎng)期儲(chǔ)藏，而無(wú)法成為貨幣;如果某種數(shù)字貨幣數(shù)量是有限的，那么確實(shí)如此，單一品種且總量有限的數(shù)字貨幣不能作為貨幣流通工具而存在，只能作為一種商品本位的儲(chǔ)存資產(chǎn)而存在;但是未來(lái)類似于比特幣的數(shù)字貨幣品種很多，不僅僅只比特幣一種，且這些很多種的數(shù)字貨幣都可以是價(jià)值挖掘定值類型的數(shù)字貨幣，這些形態(tài)各異的數(shù)字貨幣互相競(jìng)爭(zhēng)會(huì)形成一種穩(wěn)定數(shù)字貨幣供給機(jī)制，各種數(shù)字貨幣就像面值不等的各國(guó)貨幣一樣，但各種數(shù)字貨幣是有內(nèi)在價(jià)值的，而不像信用貨幣價(jià)值來(lái)源不明，所以數(shù)字貨幣體系并不會(huì)產(chǎn)生人民所想象的供給不足而限制其成為貨幣的缺點(diǎn)。回顧歷史，人類的貨幣經(jīng)歷了金本位制、銀本位制等貴金屬商品本位制，由于貴金屬的有限性使得金屬商品本位制會(huì)導(dǎo)致通貨緊縮、物價(jià)下跌與經(jīng)濟(jì)危機(jī)，因此其有限性會(huì)導(dǎo)致貨幣供給不足以滿足社會(huì)貨幣需求，因此金屬本位制不適合作為貨幣，從而退出了擔(dān)當(dāng)貨幣的角色，貴金屬只是成為一般的有價(jià)值的商品被進(jìn)行買(mǎi)賣(mài)。隨之出現(xiàn)了紙幣本位制，按照紙幣本位制理論，紙幣的一般原則應(yīng)該是發(fā)行量隨商品經(jīng)濟(jì)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)民生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，紙幣的發(fā)行數(shù)量大致要適應(yīng)GDP的增長(zhǎng)，才作為一個(gè)價(jià)值穩(wěn)定的交換媒介而成為貨幣;但是目前各國(guó)政府貨幣超發(fā)似乎控制不住，國(guó)際貿(mào)易經(jīng)濟(jì)交往中以貨幣競(jìng)爭(zhēng)性貶值作為貿(mào)易戰(zhàn)傾銷商品的一種手段也成為趨勢(shì)。所以，未來(lái)包括比特幣在內(nèi)的加密貨幣勢(shì)必將會(huì)取代信用貨幣成為主流貨幣，預(yù)計(jì)經(jīng)過(guò)各類數(shù)字貨幣激烈而殘酷的競(jìng)爭(zhēng)，在優(yōu)勝劣汰機(jī)制作用下，最終只有一些質(zhì)量?jī)?yōu)良的價(jià)值挖掘興數(shù)字貨幣能存活下來(lái)，而整個(gè)數(shù)字加密貨幣家族體系的挖掘速度會(huì)自然地大致等于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)率。數(shù)字貨幣將打破中央銀行的信用貨幣機(jī)制，開(kāi)啟一個(gè)超越各國(guó)政府主權(quán)的貨幣經(jīng)濟(jì)新時(shí)代，甚至未來(lái)多種優(yōu)良的數(shù)字貨幣板塊相互競(jìng)爭(zhēng)會(huì)形成一種板塊均衡格局;數(shù)字貨幣板塊將取代各國(guó)信用貨幣板塊，而成為主流貨幣，貨幣理論也將由國(guó)家信用貨幣理論階段進(jìn)入以數(shù)字挖掘價(jià)值為定值中心的新的貨幣理論階段。

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（作者單位：仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院）

責(zé)任編輯：康偉