CoinShares 研报：减半对算力和矿工成本结构的影响

作者：James Butterfill 、Max Shannon 、Alex Schmidt 、Satish Patel
来源：CoinShares
翻译：善欧巴，金色财经

摘要

• 增长和可持续性问题：比特币挖矿网络在 2023 年增长了 90%，引发了人们对其环境可持续性和盈利能力的质疑，特别是网络的效率和能源成本。

• 挖矿动态和算力趋势：比特币挖矿的“难度”调整机制确保了供应的无弹性。减半后，成本较高的矿工可能会因直接收入减少而陷入困境。本文件评估了减半后每个比特币的平均生产成本，结果显示平均成本为 37,856 美元。

• 挖矿网络的效率提升：尽管网络的电力需求不断增加，但效率却有了显着的提升。使用随机数数据有助于分析不同挖掘模型的效率。目前，该网络的平均效率为 34W/T，预计到 2026 年中期可能降至 10W/T。

• 比特币挖矿和环境影响：比特币挖矿通常利用滞留能源，通常位于偏远地区。Daniel Batten 表示，现在大约 53% 的比特币采矿能源都是可持续来源的。比特币开采可以显着减少天然气燃烧造成的排放，这是一个主要的环境问题。

• 减半后矿工的财务分析： 2024 年减半后，矿工的生产成本和盈利结构将发生变化。我们的分析重点是上市矿商不同的成本结构及其对减半的脆弱性。

• 结论和矿商定位：大多数矿商将面临高SG&A成本的挑战，需要降低成本以保持盈利。如果比特币价格保持在 40,000 美元以上，预计只有少数矿商能够盈利。

比特币挖矿网络的增长

比特币挖矿网络经历了飞速增长，到 2023 年，算力增长了 104%。这种快速扩张引发了人们对其可持续性的担忧，无论是从环境角度还是从挖矿网络的盈利能力来看。在本文件中，我们旨在解决这两个问题。下面列出了每个比特币减半后每个矿工的平均生产成本的最终结果，其中突出显示平均生产成本为 37,856 美元。

虽然比特币挖矿与传统挖矿有一些相似之处，但都消耗能源来产生有价值的资产，但相似之处基本上仅限于此。比特币挖矿中被称为“难度”调整的独特自我调节机制可确保供应保持严格的无弹性。在比特币挖矿周期的某个时刻，处于成本曲线高端的矿工将开始遭受损失，并且哈希率将开始下降，因为价格上涨不足以抵消挖矿难度的上升。

无论矿工数量是 200 万还是 200 万，新创建的比特币数量都保持不变，直到下一次预定的减半事件。如果网络的集体算力显着增加，挖矿难度将向上调整以保持目标生产率，从而将成本较高的矿工挤出市场。我们的分析重点是上市矿商的不同成本结构，以及最容易受到 2024 年 4 月减半影响的矿商。

为了预测算力的未来方向，我们最好的方法是分析历史模式。定性推理表明，增长将部分由比特币的价格驱动：积极的增长前景可能会鼓励矿工提高算力，认为其有利可图。然而，这取决于对未来价格的假设。

对历史数据的回顾表明，挖矿活动在减半事件之间有所增加。然而，由于其呈指数级增长，确定一个清晰的周期具有挑战性——我们已经在这方面做了一些工作。由于算力往往是一个不稳定的数字，使用历史数据趋势的偏差比纯粹的定性方法会产生更准确的结果。然而，一个关键问题是，大多数趋势线都包含未来信息，这意味着我们今天看到的趋势线在过去会有所不同。因此，最可靠的方法是根据样本外数据计算一条趋势线，该趋势线不受未来发展的影响。

数据揭示了减半周期之间发生的一种有趣的规律模式，表明从周期中这一点的历史角度来看，当前的算力峰值并不罕见。下图更清楚地说明了这一趋势，该图表清楚地展示了这些变化的周期性。

自 2012 年第一次比特币减半，以及随后的 2016 年和 2020 年减半以来，出现了一种模式，即减半后算力通常会比趋势线下降约 9％，这种情况通常会持续六个月左右。2020 年有些特殊，由于中国的采矿禁令，这一时期大大延长，导致价格跌破趋势线 42%。尽管如此，这种模式通常涉及算力最初下降，随后在周期中途恢复，然后在下一次减半前大约一年出现活动激增。

这个周期是合乎逻辑的：为了在减半的预期中保持竞争力，矿工增加了资本支出，使算力显着高于趋势。减半后，矿工的直接收入减少，影响了他们的资本支出周期。当前的周期也不例外。值得注意的是，算力增长的峰值通常出现在减半前四个月左右，这可能是由于“比特币热潮”导致挖矿难度飙升，进而迫使生产成本更高的矿工和矿机退出。当前的挖矿难度处于历史高位，并且与之前周期中观察到的“相对”峰值一致。

比特币算力的未来会怎样？以历史趋势为指导，我们可能预计到 2024 年 4 月减半时，算力将恢复到 450EH/s（每秒 exahash）左右的趋势线。六个月后，它可能会进一步下降至 410EH/s。此后，趋势线预测到 2024 年底，算力将急剧增加至约 550EH/s。

这次减半可能会淘汰那些处于成本曲线高端的人，让那些拥有充足流动性的人有机会以折扣价购买硬件。这种情况在很大程度上取决于价格是否上涨到每个矿工的平均生产成本之上，并且可能需要价格大幅下降，或者交易费用大幅下降，例如序数使用量的下降。

提高挖矿网络效率

目前用于比特币的采矿设备多种多样，涵盖一系列功耗水平、算力和由此产生的效率。从历史上看，这种多样性使得确定采矿队的整体效率变得具有挑战性。CoinMetrics 的 Karim Helmy使用随机数数据进行硬件指纹识别，进行了一些值得注意的研究。为了避免过于深入地研究技术细节，我们发现每个矿工模型都会在比特币区块链上留下明显的“蒸汽痕迹”。然后可以分析这个独特的签名，以确定网络内不同挖掘模型的分布。

由于每个挖矿模型的效率以 W/T（瓦特/太拉哈希）为单位，因此可以计算整个比特币挖矿队列的整体效率。鉴于这条路径相当线性的进展，未来的趋势也可以预测。目前，该网络的加权平均效率为34W/T。仅今年一年，效率就提高了 8%，过去三年，效率提高了 28%。根据这些趋势，预计到 2026 年中期，随着芯片设计的不断改进以及更高效的挖矿硬件的上线，效率水平可能会低至 10W/T。

比特币挖矿始终追求最便宜的能源，这经常导致搁浅能源的利用，即无法轻易出售给现有电网的能源。通常，这涉及位于偏远地区的可再生能源项目。因此，使用可持续来源的电力进行比特币挖矿作业的趋势日益明显。根据丹尼尔·巴顿 (Daniel Batten) 的估计，用于开采比特币的能源中约有 53% 现在是可持续来源的。这一比例已经超过了金融业，正如 Daniel Batten指出的那样，金融业的能源消耗估计只有约 40% 来自可持续能源。

虽然最近算力显着上升，但与此形成鲜明对比的是，网络效率持续下降（即提高）。

CoinMetrics 随机数数据的详细程度达到了新的水平，这意味着我们可以估算年度电力成本，这与剑桥大学的估算非常接近。

数据强调，尽管效率有了显着提高，但按年计算，网络电力需求已达到115太瓦时（TWh）的历史新高，今年增长了44%。然而，由于效率不断提高，与算力的增长相比，这种增长相对温和。

丹尼尔·巴顿（Daniel Batten）对采矿业排放强度的研究表明，排放量显着下降，尽管所使用的一些数据源很难跟踪。自 2021 年以来，排放量已从每千瓦时近 600 克二氧化碳降至每千瓦时仅 299 克二氧化碳。这一减少可能归因于可持续能源使用量的大幅增加，从 2021 年的 33% 增长到如今的 52%。根据 IEEFA 的数据，ERCOT（德克萨斯州）电网燃料组合在一定程度上反映了这一点，其中很大一部分比特币挖矿发生，可再生能源占能源生产总量的比例从 2017 年的 20% 增长到 2023 年的 31 %。

比特币有助于减少碳排放

正如 BBC 最近的一份报告所强调的那样，天然气燃烧正在成为一个日益严重的问题。这份报告引起了人们的注意，海湾地区的石油钻探活动以及相关的燃烧过量天然气的做法给数百万人带来了比以前理解的更严重的威胁。虽然燃烧比排放更环保，因为根据Mesa Solutions 的说法，燃烧可以减少 92% 的二氧化碳当量排放，但其广泛使用仍然令人担忧。来自 SkyTruth 的图像引人注目地展示了这一全球问题的严重程度，黄点生动地标记了耀斑活动的区域。

世界银行估计，到 2022 年，全球约有 1390 亿立方米天然气被燃烧。这一数量相当于中美洲和南美洲天然气消费总量的总和。根据Mesa Solutions 的数据，目前，燃烧甲烷的传统做法会导致每 1000 英热单位 (BTU) 排放 59 克二氧化碳当量 (CO2e) 。相比之下，使用现代涡轮发电机每 1000 BTU 仅排放 22 克二氧化碳当量。这意味着排放量减少了 63%，污染程度是汽油动力汽车的三倍。

火炬燃烧的主要挑战在于它所涉及的能源无法经济地储存或运输，因此经常被烧掉。这种情况通常发生在无法连接电网或管道的偏远地区。我们相信，比特币挖矿可以极大地减少燃烧引起的排放。这是因为采矿硬件以及必要的发电机可以装在集装箱中，并在这些远离已建电网的偏远地区运行。

此外，火炬燃烧通常会导致甲烷泄漏的发生率更高。当一小部分天然气未能完全燃烧，从而逃逸到大气中时，就会发生这种现象，这种情况在大风条件下尤其普遍。相比之下，众所周知，涡轮机是甲烷泄漏率最低的涡轮机之一，可大大降低此类事件发生的风险。

目前，天然气燃烧每年排放约 4.06 亿吨二氧化碳。然而，如果目前燃烧的所有天然气都用于比特币挖矿，这些排放量可能会减少至约 1.52 亿吨二氧化碳。由于目前全球火炬燃烧占全球二氧化碳排放量的 1.1%，比特币挖矿可以将全球火炬燃烧排放量减少至仅占全球排放量的 0.41%。

截至目前，已知只有约 120 兆瓦 (MW) 的比特币挖矿能力正在利用搁浅天然气的能源。因此，如果比特币挖矿扩大对这种被浪费的火炬气的使用，那么它具有显着减少全球排放的巨大潜力。

减半对比特币矿工的影响

在这篇研究文章中，我们估计了 2023 年第三季度生产成本和现金成本的加权平均值，每个比特币分别约为 16,800 美元和 25,000 美元。在预计将于 2024 年 4 月发生的减半事件之后，这些成本很可能会下降分别升至29,300美元和38,100美元。由于其高效的成本结构和较长的跑道，Riot 看起来最有能力应对这些变化。我们对上市和私人矿商财务报表的分析假设比特币价格为 40,000 美元，矿商即将面临的大部分痛苦可能源于臃肿的销售、一般和管理费用 (SG&A) 成本。

方法

我们对 2023 年第三季度的财务分析方法包括制定调整后的合并损益表。该标准化适用于 14 家矿工的挖矿业务，其中 13 家为公开上市实体，截至 2023 年 12 月，占所有比特币算力挖矿的 21%，减半后约占 28%，网络算力为 450 EH /s。我们 2023 年第三季度的数据主要来自 SEC 文件、网站生产报告或必要时的估计中的公开信息。

我们的方法包括：

• 收入成本代表自挖矿收入成本，主要是电力成本。

• SG&A 消除了非现金支出，例如基于股票的薪酬、一次性付款。

• 利息费用仅考虑债务利息，不包括租赁费用或其他财务费用。

减半事件发生后，生产和运营盈亏平衡的直接成本急剧变化，分别为 29,300 美元和 38,100 美元。这一变化是区块补贴减半的结果。我们预测收入和支出的方法如下：

• 算力市场份额由每家公司披露的预计算力决定，以我们估计的减半时 450 个网络 EH/s 的百分比表示，与 500EH/s 相比下降了约 10%。

• 生产成本采用自下而上的方法计算，包括车队效率、电力成本、使用的千瓦时（采用 2023 年第三季度的利用率持平）和开采的比特币数量。

• 假定 SG&A 费用与 2023 年第三季度保持一致，因为预计公司费用不会因减半而发生重大变化。

• 利息费用确定为未偿还本金金额（如有可能，摊销）乘以定期利率之和。

• 我们全面的方法论确保对减半前后的情况进行标准化和可比的财务分析，从而有效指导我们的运营决策。

矿工算力

平均每十分钟，比特币网络就会由矿工正确计算（“猜测”）哈希值（伪随机 64 位字母数字）生成一个区块，而网络的其余部分则验证其正确性。拥有更多算力（更多钻机，导致更多计算能力）的矿工控制着更大比例的网络算力，因此有更大的机会创建一个区块并获得区块补贴（目前为 6.25 比特币，但将在 2019 年减半） 2024 年 4 月左右，由于“减半”，价格为 3.125 比特币）加上交易费用。矿工们本质上是在进行军备竞赛，以购买和插入尽可能多的机器。

矿工用于自挖矿的钻机越多，所需的数据中心就兆瓦越大。这笔巨额资本支出要么由现金、股权或债务提供资金，其中后者可能会因更高的利息支出而损害矿工的总生产成本，并在比特币低迷时期使他们面临风险。例如，根据 2023 年第三季度的文件，Core Scientific 于 2022 年底进入第 11 章，或者 Mawson 未能支付马歇尔贷款（这些例子并不详尽），这一点很明显。

生产的比特币数量

生产的比特币数量对于每个矿工的单位经济和成本结构来说是不可或缺的。对于矿工来说，要实现与减半前相同的比特币产量，他们需要将市场份额增加一倍，考虑到过去三年网络算力复合年增长率约 53%，或者每次收取的费用金额增长，这是非常具有挑战性的。区块需要充分弥补减半造成的区块补贴减少。

电费

比特币矿工的成本结构是两个投入的函数：能源和设备。我们追踪的公共矿工平均每千瓦时消耗 4.7 美分的能源。这种能源是在批发市场购买的，最有可能是在现货或期货市场，或者通过电力购买协议（PPA）合同与能源供应商协商，该合同通常提供固定的能源价格，但通常也涉及照付不议条款。然而，矿工对其机器群有更多的控制权，并且他们能够通过投资更高效的机器来减少能源费用，这些机器每个哈希消耗的电力更少。

在我们跟踪的公共矿工中，整个矿机群的效率预计也会在减半时从 29W/T 降至 26W/T。CleanSpark 和 Iris Energy 的最新机器交易中可以看到矿工如何升级其机队以提高效率（即降低 W/T）的示例，其中每个交易分别购买了 4.4EH/s 和 1.4EH/s比特大陆 Antminer S21 矿机的效率比为 17.5W/T，价格约为 14 美元/TH（每太拉哈希美元）。

下面的矩阵表明，尽管 T21 是较新的型号，但 S21 在每种电力和算力价格场景中都优于所有其他钻机类型，因为具有更高的算力（影响收入）和更低的功耗（影响费用）。

下图展示了减半前后机队效率的变化。请注意，虽然大多数矿商正在提高其整个车队的效率（W/T），但他们的直接成本结构并没有改善。这是因为，如前所述，矿工需要增加电力消耗和能源消耗才能开采相同数量的比特币。减半前后，每个比特币的电力成本在现金成本结构中的加权平均值分别约占 68% 和 71%，其中小幅增长主要归因于规模和能源价格的略微上涨。

矿工跑道

我们将跑道定义为矿工可以使用现金和比特币储备偿还现金运营支出的天数。整个行业没有标准的资金管理策略。有些人尽可能多地积累其产出，也称为“HODL”，而另一些人则不这样做，而是选择在生产比特币时出售比特币。资本充足、比特币余额较大的矿商在牛市中可能会获得更高的股权溢价，例如 Riot。然而，低跑道与高现金成本相结合，使得 Stronghold 等矿商面临比特币价格低迷的风险。

现金生产成本

我们认为 Riot、Marathon、Bitfarms 和 Cleanspark 在减半中处于最佳位置。矿商面临的主要问题之一是巨额的SG&A成本。对于矿商来说，要实现收支平衡，减半可能会迫使他们削减SG&A成本，否则他们可能会继续亏损，并不得不清算其HODL余额和其他流动资产。

注意：Iris Energy 和 Cormint 的数据基于 2023 年第二季度的文件、管理会议和月度生产报告

结论

我们的分析表明，Riot 似乎最有能力应对减半事件的复杂性，这主要是因为其较长的跑道、较低的债务和电力成本以及销售管理费用 (SG&A)。矿商将经历的大部分痛苦可能源于巨额的销售、管理及行政费用，这些费用可能需要削减才能保持盈利。

总体而言，除非比特币价格保持在 40,000 美元以上，否则我们认为只有 Bitfarms、Iris、CleanSpark、TeraWulf 和 Cormint 能够继续盈利。所有其他矿商都可能会蚕食他们的跑道，最终迫使股价进一步稀释，因为他们很可能提高股本或转换债务。

注意：Iris Energy 基于第二季度的文件，Cormint 基于第二季度的数据

勘误：Marathon 的算力增长估计和每比特币的相关现金成本被低估 - 已修正以反映 33 EH，将每比特币的现金成本降至 43,370 美元。