Pemulihan Haba daripada Perlombongan Mata Wang Kripto melalui Teknologi Penyejukan Cecair: Analisis & Pandangan

1. Pengenalan

Perlombongan Bitcoin adalah proses yang memerlukan tenaga yang tinggi, dengan rangkaian global dianggarkan menggunakan 150 TWh setahun—melebihi penggunaan elektrik keseluruhan negara seperti Argentina. Secara tradisinya, tenaga haba yang besar yang dihasilkan oleh Litar Bersepadu Khusus Aplikasi (ASIC) perlombongan dibazirkan ke persekitaran melalui penyejukan udara. Kertas kerja ini membentangkan anjakan paradigma: sistem pemulihan haba termaju yang menggunakan penyejukan semburan cecair langsung. Sistem ini menangkap haba buangan pada gred yang boleh digunakan (sehingga 70°C), mengubah operasi perlombongan daripada pengguna tenaga tulen kepada pembekal tenaga haba berpotensi untuk pemanasan bangunan, rangkaian daerah, atau proses industri.

2. Reka Bentuk Sistem & Metodologi

Inovasi teras adalah sistem penyejukan cecair gelung tertutup yang direka untuk rig perlombongan mata wang kripto.

2.1 Mekanisme Penyejukan Semburan Cecair

Pelombong diletakkan dalam kandang tertutup dan disejukkan dengan menyembur penyejuk dielektrik terus ke atas cip yang panas. Kaedah ini menawarkan pekali pemindahan haba yang lebih baik berbanding penyejukan udara mahupun rendaman, membolehkan penyejuk menyerap haba dengan cekap sambil mengekalkan suhu cip dalam had operasi selamat (<85°C). Ujian lapangan mencapai suhu penyejuk maksimum 70°C.

2.2 Penukar Haba & Tangki Air Panas

Penyejuk dielektrik yang dipanaskan dikitar melalui penukar haba gegelung lingkaran yang direndam dalam tangki air panas bertebat 190 liter. Tenaga haba dipindahkan ke air, yang kemudiannya boleh digunakan secara langsung atau sebagai sumber untuk pam haba. Reka bentuk ini memenuhi keperluan minimum 60°C untuk pengurusan risiko legionella mengikut Piawaian ANSI/ASHRAE 188-2018.

3. Analisis Teknikal & Metrik

3.1 Tenaga vs. Eksergi: Mentakrifkan Semula PUE

Sumbangan teori paling signifikan kertas kerja ini adalah mentakrifkan semula metrik Keberkesanan Penggunaan Kuasa (PUE). PUE tradisional (berasaskan tenaga) hanya mengambil kira kuantiti tenaga. Penulis mencadangkan PUE berasaskan eksergi, yang menilai kualiti atau potensi kerja berguna aliran tenaga.

• PUE berasaskan Tenaga: 1.03 (Tenaga Fasiliti Keseluruhan / Tenaga Peralatan IT). Nilai sedikit melebihi 1 menunjukkan kos overhed kecil.
• PUE berasaskan Eksergi: 0.95 (Eksergi Output Haba Berguna / Eksergi Input kepada Peralatan IT). Nilai di bawah 1 menunjukkan bahawa output eksergi berguna (haba gred tinggi) adalah sedikit kurang daripada input eksergi elektrik, tetapi ia mengira dengan kredibiliti nilai haba yang dipulihkan.

Anjakan ini adalah penting. Ia mengalihkan penilaian daripada "berapa banyak haba buangan dihasilkan" kepada "berapa banyak haba berharga yang dipulihkan," menyelaraskan penilaian ekonomi dan alam sekitar.

3.2 Formulasi Matematik

Eksergi aliran haba pada suhu $T$ (dalam Kelvin) dengan rujukan kepada suhu ambien $T_0$ diberikan oleh faktor Carnot: $$\text{Eksergi}_{\text{haba}} = Q \cdot \left(1 - \frac{T_0}{T}\right)$$ di mana $Q$ ialah kadar pemindahan haba. PUE berasaskan eksergi ($PUE_{ex}$) kemudiannya ialah: $$PUE_{ex} = \frac{\text{Eksergi}_{\text{input, elektrik}} + \text{Eksergi}_{\text{input, lain}}}{\text{Eksergi}_{\text{peralatan IT}} + \text{Eksergi}_{\text{output haba berguna}}}$$ Bagi kuasa elektrik, eksergi adalah lebih kurang sama dengan tenaga. $PUE_{ex}$ yang dilaporkan sebanyak 0.95 membuktikan secara kuantitatif keberkesanan sistem dalam meningkatkan gred haba buangan.

4. Keputusan Eksperimen & Prestasi

Sistem prototaip berjaya menunjukkan operasi yang stabil. Penyejukan semburan cecair mengekalkan suhu simpang ASIC dalam had selamat sambil mencapai suhu keluar penyejuk sasaran 70°C. Suhu ini adalah signifikan kerana:

1. Ia melebihi ambang 60°C untuk keselamatan air panas domestik.
2. Ia menyediakan suhu yang cukup tinggi untuk menjadi sumber yang boleh dilaksanakan untuk rangkaian pemanasan daerah atau untuk memacu pam haba penggalak dengan cekap, meningkatkan Pekali Prestasi (COP).

Penerangan Carta (Tersirat): Satu carta garis akan menunjukkan peningkatan stabil dalam suhu penyejuk daripada ambien (~20°C) ke dataran tinggi pada 70°C apabila beban perlombongan mencapai 100%. Satu garis kedua akan menunjukkan suhu ASIC stabil dengan baik di bawah 85°C, menunjukkan penyejukan yang berkesan. Carta ini menyerlahkan keupayaan sistem untuk mengekstrak haba gred tinggi tanpa pengehadan haba.

5. Analisis Perbandingan & Kajian Kes

Kertas kerja ini membandingkan penyejukan cecair dengan kaedah lazim:

• Penyejukan Udara: Kajian yang dirujuk [3] menunjukkan hanya 5.5–30.5% haba boleh dipulihkan daripada ladang 1 MW disebabkan jisim haba udara yang rendah dan suhu. Sehingga 94.5% tenaga haba dibazirkan.
• Penyejukan Rendaman Cecair: Menawarkan pemindahan haba yang lebih baik daripada udara tetapi mungkin tidak mencapai suhu penyejuk setinggi semburan langsung untuk had suhu cip yang diberikan.
• Kajian Kes - Kubah Rantaian Blok [5,6]: Setiap kubah 1.5 MW menghasilkan 5,000,000 BTU/j udara panas untuk rumah hijau, mempamerkan aplikasi langsung, walaupun gred lebih rendah, haba perlombongan.

Sistem semburan cecair yang dibentangkan ini memposisikan dirinya sebagai penyelesaian unggul untuk memaksimumkan kedua-dua kuantiti dan kualiti (eksergi) haba yang dipulihkan.

6. Kerangka Analisis: Pandangan Teras & Kritikan

Pandangan Teras: Penyelidikan ini bukan sekadar tentang menyejukkan pelombong dengan lebih baik; ia adalah penjenamaan semula asas peranan perlombongan mata wang kripto dalam ekosistem tenaga. Dengan memanfaatkan penyejukan semburan cecair kecekapan tinggi dan memperjuangkan analisis eksergi, penulis berjaya membingkai semula rig perlombongan daripada "pemakan tenaga" kepada "loji kuasa haba teragih yang boleh dihantar." Output 70°C yang dicapai adalah pengubah permainan—ia mengalihkan haba buangan daripada liabiliti yang memerlukan penyebaran mahal kepada komoditi yang boleh dipasarkan yang serasi dengan infrastruktur pemanasan bangunan dan daerah sedia ada.

Aliran Logik: Hujah berkembang secara logik daripada masalah (pembaziran tenaga besar-besaran) kepada penyelesaian teknikal kecekapan tinggi (penyejukan semburan), disahkan oleh metrik unggul (PUE berasaskan eksergi). Rujukan kepada Piawaian ASHRAE 188 adalah langkah bijak, kerana ia secara langsung menangani halangan pengawalseliaan utama untuk menggunakan haba yang dipulihkan dalam sistem air.

Kekuatan & Kelemahan: Kekuatan: PUE berasaskan eksergi adalah metrik yang cemerlang dan ketat secara akademik yang sepatutnya menjadi piawaian industri. Data operasi 70°C adalah meyakinkan dan praktikal. Kesederhanaan reka bentuk—sembur, kumpul, tukar—adalah elegan. Kelemahan: Analisis ini ketara senyap tentang Perbelanjaan Modal (CapEx) dan Perbelanjaan Operasi (OpEx). Penyejuk dielektrik adalah mahal, dan penyelenggaraan sistem (pam, muncung, penapisan) bukan perkara remeh. Kertas kerja ini juga mengabaikan kebolehskalaan sistem dan cabaran logistik untuk mengintegrasikan output haba dengan profil permintaan yang sangat berubah-ubah, satu perkara yang dibincangkan secara teliti dalam literatur pemanasan daerah daripada Agensi Tenaga Antarabangsa (IEA).

Pandangan Boleh Tindak: 1. Untuk Pengendali Perlombongan: Uji teknologi ini bukan hanya untuk penambahbaikan PUE, tetapi untuk mencipta aliran hasil baharu melalui jualan haba. Bekerjasama dengan pengendali rumah hijau atau utiliti pemanasan daerah dari hari pertama. 2. Untuk Pembuat Dasar: Galakkan pemulihan eksergi, bukan hanya kecekapan tenaga. Kredit cukai atau ofset karbon harus dikaitkan dengan metrik seperti $PUE_{ex}$ < 1. 3. Untuk Penyelidik: Langkah seterusnya ialah analisis tekno-ekonomi (TEA) penuh dan Penilaian Kitaran Hayat (LCA). Bandingkan pulangan alam sekitar pengurangan karbon daripada penggantian haba terhadap kesan pengeluaran penyejuk dan pembuatan sistem.

7. Aplikasi Masa Depan & Hala Tuju

Potensi melangkaui air panas domestik.

1. Sistem Tenaga Bersepadu: Kemudahan perlombongan boleh bertindak sebagai aset haba fleksibel dalam grid pintar, menyediakan haba semasa permintaan puncak atau menyimpannya secara terma.
2. Simbiosis Perindustrian: Letakkan perlombongan bersama industri yang memerlukan haba gred rendah (contohnya, penyahhidratan makanan, pengeringan kayu, proses kimia).
3. Penggalak untuk Pam Haba: Menggunakan output 70°C sebagai sumber boleh meningkatkan COP pam haba sumber-udara atau sumber-tanah secara mendadak dalam iklim sejuk, satu konsep yang disokong oleh penyelidikan daripada Makmal Tenaga Boleh Diperbaharui Kebangsaan (NREL).
4. Kemajuan Bahan & Kawalan: Kerja masa depan harus meneroka nanobendalir untuk meningkatkan pemindahan haba dan sistem kawalan berasaskan AI untuk mengoptimumkan secara dinamik pertukaran antara prestasi cip, suhu penyejuk, dan permintaan haba pengguna akhir.

8. Rujukan

1. Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index. (2023). Cambridge Centre for Alternative Finance.
2. ASHRAE. (2021). Thermal Guidelines for Data Processing Environments.
3. Hampus, A. (2021). Waste Heat Recovery from Bitcoin Mining. Chalmers University of Technology.
4. Enachescu, M. (2022). Carbon Abatement via Data Centre Waste Heat Reuse. Journal of Cleaner Production.
5. Agrodome. (2020). Blockchain Dome Whitepaper.
6. United American Corp. Press Release. (July, 2018).
7. International Energy Agency (IEA). (2022). District Heating Systems.
8. National Renewable Energy Laboratory (NREL). (2023). Advanced Heat Pump Systems.
9. Zhu, J., et al. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks (CycleGAN). IEEE ICCV. (Contoh kerangka metodologi ketat daripada sains komputer, analog dengan kerangka eksergi di sini.)