CC BY
64УДК 621. 316.06
Савина Наталья Викторовна
Амурский государственный университет г. Благовещенск, Россия E-mail: nataly-savina@mail. ru Воронин Алексей Владимирович Амурский государственный университет г. Благовещенск, Россия E-mail: [email protected] Тыхидинов Олег Геннадьевич Амурский государственный университет г. Благовещенск, Россия E-mail: nic [email protected] N.V. Savina Amur State University Blagoveschensk, Russia E-mail: nataly-savina@mail. ru A.V. Voronin Amur State University Blagoveschensk, Russia E-mail: [email protected] O.G. Tykhidinov Amur State University Blagoveschensk, Russia E-mail: [email protected]
ВЛИЯНИЕ МАЙНИНГА КРИПТОВАЛЮТЫ НА ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕ И НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
THE IMPACT OF CRYPTOCURRENCY MINING ON POWER CONSUMPTION AND RELIABILITY OF ELECTRIC POWER SYSTEMS
Аннотация. Появление биткоина и рост его курса привели к существенным проблемам в системах электроснабжения. С каждым годом происходит наращивание вычислительных мощностей для его добычи, а вместе с этим и рост электропотребления в местах расположения майнинговых ферм, ухудшается качество электроэнергии, снижается надежность электроснабжения потребителей, возрастают потери электроэнергии, доля неучтенной электроэнергии, хищения.
Abstract. The emergence of bitcoin and the growth of its rate has led to significant problems in power supply systems. Every year there is an increase in computing power for its extraction, and with it an increase in electricity con-sumption in the locations of mining farms, the quality of electricity deteriorates, the reliability of electricity supply to consumers decreases, electricity losses increase, the share of unaccounted electricity, theft.
Ключевые слова: электрические сети, электропотребление, надежность, майнинг, крип-товалюта, тарифы, биткоин.
Key words: electrical grid, power consumption, reliability, mining, crypto currency, tariffs, bitcoin..
Первая криптовалюта появилась в 2009 г., был получен первый блок биткоина с вознаграждением в 50 монет. Сложность сети была низка и позволяла при достижении хешрейта в несколько КН/с регулярно получать вознаграждение. Электропотребление было незначительным.
Майнинг криптовалюты — это генерация цифровых денег с помощью оборудования, которое производит математические вычисления для поддержания блокчейн-сети. В настоящий момент на рынке доминируют ASIC и фермы графических процессоров, способные производить несколько те-рахэшей мощности.
Для майнинга криптовалют применяют майнинг-фермы (крупные центры обработки данных) либо платформы, к которым в зависимости от добываемой валюты, подключено несколько процессоров или видеокарт.
Майнеры используют в основном два типа устройств (рис. 1): первый тип - это устройства на чипах ASIC для майнинга биткоинов, второй - высокопроизводительные видеокарты для майнинга прочих валют. Устройство на чипах ASIC потребляет 2-3,2 кВт-ч, их примерная стоимость - 5-15 тыс. долл. Ферма на видеокартах стоит около 1 млн. руб., ее потребление составляет до 2 кВт-ч [3].
В настоящее время в мире резко возросло количество майнинговых ферм, что привело к росту электропотребления, так как майнинг криптовалют является энергоемким процессом. Помимо затрат на питание самого устройства, значительная часть электроэнергии расходуется на охлаждение упомянутых устройств, при этом собственная система охлаждения не всегда может достаточно хорошо отводить тепло и приходится устанавливать систему охлаждения помещения, мощность которой может превышать 1 кВт. Сейчас количество добытых биткоинов в мире составило 18,8 млн. [5]. Расчеты показали, что на их генерацию затрачено 105 млн. кВт-ч.
На данный момент майнинг разрешен в России. Доля России в мировом объеме вычислительных мощностей превысила 11% (рис. 2). По информации Кембриджского университета, Россия занимает третье место в мире по майнингу криптовалюты [4], что обусловлено наличием избыточных мощностей и низкими тарифами на электроэнергию. В Китае, который был лидером по добыче биткойна в мире, в настоящее время майнинг запрещен из-за дефицита электроэнергии.
Значительный рост майнинговых ферм приводит к резкому увеличению потребления электроэнергии, что хорошо видно на рис. 3 [8].
DOI: 10.22250/20730268 2022 97 129
Рис. 1. Устройства для майнинга криптовалюты.
Рис. 2. Карта стран с разрешенными операциями по криптовалюте.
Рис. 3. Индекс потребления энергии биткойна за 2020 г.
Рассмотрим влияние майнинга на электропотребление. В качестве примера возьмем Иркутскую область, так как в России наибольшее количество майнинговых ферм приходится на эту область. Здесь в первом полугодии 2021 г. электропотребление жилым сектором выросло в полтора раза и составило 4,7 млрд кВт-ч [3] , при этом ни роста населения, ни улучшения благосостояния населения не наблюдалось. Причина - резкий рост майнинговых ферм после запрета их в Китае. Проанализируем стоимость электроэнергии в данном регионе в сравнении с другими регионами страны. В Иркутской области тариф на электроэнергию для городского населения в 2022 г. составляет 1,23 руб. за 1 кВт-ч [7]. Это один из самых низких тарифов. Анализ количества майнинговых ферм и тарифов на электроэнергию в регионах позволил выявить следующую зависимость добычи криптовалюты и тарифа на электроэнергию: чем ниже тариф на электроэнергию, тем выше рост добычи криптовалюты.
В настоящее время рост электропотребления из-за добычи криптовалюты характерен для всей страны. Второй год подряд наблюдается прирост электропотребления населением в среднем на 4-6% при ежегодном снижении его численности. В 2020 г. электропотребление населением, электроснабжение которого осуществляется компанией ПАО «Россети», составило 111 млрд кВт-ч, в 2021 - 117 млрд кВт-ч, т.е. прирост электропотребления составил 5%. При этом доля категории потребителей с потреблением свыше 600 кВт-ч в месяц - около 40% [3].
Несмотря на то, что в России активно разрабатываются высокоспециализированные майнинговые центры, которые работают в правовом поле, суммарная потребляемая мощность нелегального (серого) майнинга в подтвержденных центрах составляет 600-700 МВт и продолжает увеличиваться. Объем нелегального майнинга в квартирах, гаражах и жилых домах оценивается примерно в 300-400 МВт, что относится к неучтенному электропотреблению или хищению электроэнергии. По даннам ПАО «Россети», ущерб от хищения электроэнергии майнинговыми фермами составил 123 млн. руб. [3].
Можно спрогнозировать рост электропотребления, связанный с добычей биткоинов. В день появляется около 800 биткоинов, но это не значит, что получить биткоин можно за один день. С каждым годом добыть биткоин все сложнее, и это значит, что затраты на его добычу будут возрастать. В первые четыре года, когда награда за каждый блок составляла 50 биткоинов, было добыто 10,5 млн. монет. В следующие четыре года эта цифра сократилась вдвое и составила 5,25 млн. С 2016 г. по 2020 г. объем добычи сократился еще больше и общее число монет составило 2 625 000. Исходя из этой тенденции, можно предположить, что в 2022 г. будет добыто около 600-700 тыс. биткоинов. По данным сайтов о криптовалюте [6], теоретически для добычи одного биткоина требуется месяц непрерывной работы 35 ASIC-устройств, каждая из которых потребляет 3,25 кВт-ч. Это значит, что в среднем на добычу одного биткоина уходит около 81900 кВт в месяц (982,8 МВт-ч в год). Ожидаемый прирост электропотребления в мире в 2022 г. на добычу биткоинов составит 687960 тыс. МВт-ч, для этого потребуется 78,534 ГВт мощности. Пока цены на криптовалюты растут, объемы их добычи тоже будут расти.
В результате такого роста электропотребления возможно нарушение баланса активной мощности, перегрузка элементов электрических сетей, особенно низкого напряжения. Все это может привести к аварийным ситуациям [2], росту потерь электроэнергии при ее транспорте и потреблении, снижению пропускной способности сети, к росту неучтенного электропотребления. Кроме того, резкое увеличение потребляемой мощности (а следовательнои тока), приводит к недопустимым отклонениям напряжения, т.е. нарушению требований ГОСТ 32144-2013, что в свою очередь также снижает надежность электроснабжения [1, 2]. Остро встал вопрос с регулированием электропотребления, поскольку процесс добычи биткоинов является стохастическим. А майнинг в жилой зоне, приводя за счет неучтенного электропотребления (хищения) к перегрузкам электрической сети и аварийным отключениям, может стать причиной пожара.
Известно, что майнеры используют дешевые тарифы на электроэнергию, рассчитанные для населения. А так как крупный бизнес компенсирует сниженные тарифы на электроэнергию для населения, то получается, что он субсидирует не только население, но и довольно прибыльный бизнес, связанный с добычей криптовалют. Необходимо решать эту проблему на государственном уровне. Опыт других стран, где наблюдается увеличение доли добычи криптовалюты, показал эффективность дифференциации тарифов населения по объему электропотребления.
Узаконив майнинг как предпринимательскую деятельность, необходимо будет ввести для него соответствующий тариф на электроэнергию как для нового вида потребителя, он должен быть соизмерим с тарифом для промышленности. Но и в этом случае проблема роста электропотребления не будет решена в полном объеме, так как существующие электрические сети, предназначенные для электроснабжения населения, не рассчитаны на такие объемы в пересчете на удельное электропотребление. Следовательно, необходимо вводить новые удельные нормы электропотребления для расчета параметров электрической сети при ее проектировании. Для существующих сетей данная проблема стоит еще более остро, особенно там, где загрузка сетей близка к длительно допустимым токам по нагреву, а загрузка трансформаторов - к номинальной мощности. В этом случае увеличение электропотребления, особенно из-за нелегальной добычи
биткоинов, станет аварийной ситуацией, приведет к перегреву проводов и кабелей, отключению силовых трансформаторов, т.е. к снижению надежности электроснабжения. Кроме того, за неучтенное электропотребление кто-то должен платить: либо сетевые компании, либо население. Учитывая, что это электропотребление переходит в разряд сверхнормативных потерь электроэнергии, оно частично включается в тариф на следующий год для населения, часть его оплачивают электросетевые организации. Таким образом, и население, и электрические сети оплачивают чей-то выгодный бизнес.
1. Савина, Н. В. Качество электроэнергии [Электронный ресурс] : учеб. пособие - Благовещенск: Изд-во АмГУ, 2014. - 182 с. - Режим доступа: http://irbis.amursu.ru/DigitalLibrary/AmurSU_Edition/7136.pdf
2. Савина, Н.В. Надежность электроэнергетических систем [Электронный ресурс] : учебное пособие - Благовещенск: АмГУ, 2014. - 194 с. - Режим доступа: http://irbis.amursu.ru/DigitalLibrary/AmurSU_Edition/7031.pdf
3. Как домашний майнинг стал проблемой для энергетики [Электронный ресурс]. URL: https: //www.kommersant.ru//doc/5131319 (дата обращения 14.03.2022).
4. Майнеры «обескровили» российское электричество [Электронный ресурс]. URL: https: //www.mk.ru /economics/2021/12/09/maynery-obeskrovili-rossiyskoe-elektrichestvo.html (дата обращения 14.03.2022).
5. Сколько всего биткоинов в мире на сегодняшний день [Электронный ресурс]. URL: https //crypto.ru/skolko-vsego-bitcoin-v-mire/ (дата обращения 14.03.2022).
6. Сколько расходуется электричества на добычу 1 биткоина? [Электронный ресурс]. URL: https: //zen.yandex.ru/media/id/5c47276e03922200ad73482d/skolko-rashoduetsia-elektrichestva-na-dobychu-1-bitkoina 5f53186a019fb065e7ccef53 (дата обращения 14.03.2022).
7. Тарифы на электрическую энергию на 2022 год [Электронный ресурс]. URL: https: //sbyt. irkutskenergo.ru /qa/6914.html? (дата обращения 14.03.2022).
8. Электросети работают на пределе из-за биткоин-психоза [Электронный ресурс]. URL: https ://www. elec.ru /news//2017/12/22/elektroseti-rabotayut-na-predele-iz-za-bitkojn-psi.html (дата обращения 14.03.2022).
