5G與算力高能耗分析及運(yùn)營(yíng)商的應(yīng)對(duì)策略

一、5G質(zhì)量發(fā)展之路上的兩只“電老虎”5G基站方面，基站高耗電問題不容小覷。從單個(gè)5G基站能耗來看，根據(jù)中國(guó)鐵塔統(tǒng)計(jì)，5G5G基站平均每天耗電65千瓦時(shí)，全年耗電超過2.3萬千瓦時(shí)（圖1）。雖然隨著技術(shù)的進(jìn)步，5G基站年均耗能耗持續(xù)下降，但根據(jù)測(cè)算120255G5年用電量總和。5G電費(fèi)支出來看2022年底，運(yùn)營(yíng)商共累計(jì)建成5G基站231萬個(gè)25G0.9元/度計(jì)算5G395億元4202220235G基站建設(shè)的展望，預(yù)計(jì)1測(cè)算依據(jù)為：根據(jù)工信部預(yù)估，20225G202220%；中國(guó)工程院院士鄔賀銓預(yù)測(cè)2025年5G基站能耗將會(huì)比建設(shè)初期下降一半。2數(shù)據(jù)來源：三大運(yùn)營(yíng)商財(cái)報(bào)。3按電價(jià)平均值估算5G基站平均電價(jià)0.9元/度，根據(jù)全國(guó)地理位置不同，電費(fèi)差異過大，如廣東地區(qū)峰時(shí)位1.2元/度，平時(shí)為0.8/度，谷時(shí)為0.4/度，而內(nèi)蒙古5G基站電費(fèi)單價(jià)為0.26/度。420225G:20225G*單個(gè)基站年耗電量*231*18980千瓦時(shí)*0.9元/千瓦時(shí)≈395億元。250002372521352.50%-2%200001898016607.5150001423511862.510000.1-111111111111111-0.1255000-142851457-4%-6%-8%-10%-12%-14%16666250002372521352.50%-2%200001898016607.5150001423511862.510000.1-111111111111111-0.1255000-142851457-4%-6%-8%-10%-12%-14%1666666-02020年 2021年 2022年 2023E 2024E2025E%單個(gè)5G基站每年耗電（千瓦時(shí)）增速7142830.0.-0圖1：2020-2025年運(yùn)營(yíng)商單個(gè)5G基站年耗電量及增速預(yù)測(cè)520235G*單個(gè)基站年耗電量*306.5*16607.5*0.9/千瓦時(shí)≈4586工信部發(fā)《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》目標(biāo)2025年每萬人5G基站數(shù)達(dá)26個(gè)，按照中國(guó)社科院預(yù)測(cè)，中國(guó)人口將在2025年達(dá)到14.1億，2025年5G基站總數(shù)為26*14.1億≈367萬座。72025年總累計(jì)建成5G基站數(shù)*單個(gè)基站年耗電量*電價(jià),即367萬*11862.5千瓦時(shí)*0.9元/千瓦時(shí)≈392億元5004580.6655844155844163954303922740.440935672514621640.16098484848484880%70%60%50%40%30%20%10%-0.0620687588118362020年 2021年 2022年2023E 2024E37252025E1955-20%5G基站總費(fèi)用（億元）5G基站總費(fèi)用增速2020年2021年2022年2023E2024E2025E5G基站累計(jì)數(shù)量（萬）77142.52020年2021年2022年2023E2024E2025E5G基站累計(jì)數(shù)量（萬）77142.5231306.53353675G基站增速85%62%33%9%9%5G電量（千瓦時(shí)）6558.55245.53932.55G電量（千瓦時(shí)）2372521352.51898016607.51423511862.55G（元）1642743954584303925G基站電費(fèi)支出增速67%44%16%-6%-9%算力相關(guān)產(chǎn)品及服務(wù)方面，電費(fèi)支出持續(xù)高速攀升的問題值得高度關(guān)注。數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，算力成為基礎(chǔ)設(shè)施和核心Th產(chǎn)力，但數(shù)據(jù)中心耗電量巨大，電力成本占總成本的60-70%8。8中國(guó)工程院院士劉韻潔在2023年博鰲亞洲論壇中表示。據(jù)估算，1PFLOPS2400度，每年僅電費(fèi)成本就要76.2萬元9。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委統(tǒng)計(jì)，如果從數(shù)據(jù)中心的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)模式、建設(shè)布局、技術(shù)創(chuàng)新和資源調(diào)度等五個(gè)方面探索數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗空間，到2025用電量可由4000億度降低到3000億度左右，由此測(cè)算55.6萬元102022大運(yùn)營(yíng)商對(duì)外提供的公共基礎(chǔ)算力規(guī)模超年運(yùn)營(yíng)商算力方面電費(fèi)開支約為137億元12。中國(guó)信息通信研究院測(cè)算，我國(guó)近三年算力規(guī)模年均增速約為50%13，如按此增速計(jì)算，202560.7EFLOPS，電費(fèi)支337億元左右14；實(shí)際上，運(yùn)營(yíng)商算力規(guī)模增速很有可能高于全國(guó)平均增速，若按年均70%計(jì)算，2025年運(yùn)營(yíng)商算力9據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)大數(shù)據(jù)中心平均用電價(jià)格為0.87元/度，1PFLOPS普通算力每年僅電費(fèi)成本為2400*0.87*365=76.2萬。102025年1PFLOPS算力每天大約耗電為2400*0.9*0.9*0.9=1750度，1PFLOPS每年電費(fèi)成本為1750*0.87*365=55.6萬。112022年通信業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)。122022運(yùn)營(yíng)商算力電費(fèi)開支為年18*1000*76.2萬=137億。13中國(guó)算力發(fā)展指數(shù)白皮書。14保守估計(jì)，運(yùn)營(yíng)商算力規(guī)模增速按全國(guó)平均增速計(jì)算，2025年算力規(guī)模為18*1.5*1.5*1.5=60.7EFLOPS，電費(fèi)支出為60.7*1000*55.6萬=337億。88.4EFLOPS490億元15。2022年2023E2024E2025E1PFLOPS算力每天耗電（度）24002022年2023E2024E2025E1PFLOPS算力每天耗電（度）24002160194417501PFLOPS算力每年電費(fèi)（萬元）76.268.661.755.6保守情況（50%增速）：運(yùn)營(yíng)商算力規(guī)模（EFLOPS）182740.560.7實(shí)際情況（70%增速）：運(yùn)營(yíng)商算力規(guī)模（EFLOPS）1830.65288.4保守情況（50%增速）：運(yùn)營(yíng)商算力方面電費(fèi)開支（億元）137185250337實(shí)際情況（70%增速）：運(yùn)營(yíng)商算力方面電費(fèi)開支（億元）1372103204905G基站與算力相關(guān)產(chǎn)品及服務(wù)的電費(fèi)支出總和或?qū)⒄嫉竭\(yùn)營(yíng)商凈利潤(rùn)的三成以上（3）。5G基站與算力產(chǎn)品及服務(wù)的電費(fèi)成本，實(shí)現(xiàn)降本增效，成為當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商亟需關(guān)注與解決的問題。表32022-2025年運(yùn)營(yíng)商5G基站與算力占凈利潤(rùn)比重2022年2023E2024E2025E運(yùn)營(yíng)商凈利潤(rùn)(億元)16169818622042223915實(shí)際上，運(yùn)營(yíng)商算力規(guī)模增速高于全國(guó)平均增速，按年均70%算，2025年算力規(guī)模為18*1.7*1.7*1.7=88.4EFLOPS，電費(fèi)支出為88.4*1000*55.6萬=490億。162022-20252020-2022（9.67%）20232022年凈利潤(rùn)*（1+年均復(fù)合增長(zhǎng)率），即1698*1.0967≈1862億元。5G基站電費(fèi)支出（億元）395458430392保守情況（50%增速）：運(yùn)營(yíng)商算力方面電費(fèi)開支（億元）137185250337保守情況（50%增速）：5G與算力電費(fèi)開支占凈利潤(rùn)比重31%35%33%33%實(shí)際情況（70%增速）：運(yùn)營(yíng)商算力方面電費(fèi)開支（億元）137210320490實(shí)際情況（70%增速）：5G與算力電費(fèi)開支占凈利潤(rùn)比重31%36%37%39%二、策略建議面對(duì)用電挑戰(zhàn)，建議運(yùn)營(yíng)商繼續(xù)做好現(xiàn)有節(jié)能降碳措施，包括打造零碳無線網(wǎng)絡(luò)、加快推動(dòng)數(shù)據(jù)中心降低能耗、鼓勵(lì)科學(xué)錯(cuò)峰與彈性用電、推廣綠色辦公等，同時(shí)可以重點(diǎn)關(guān)注以下四個(gè)方面：一是復(fù)用儲(chǔ)能系統(tǒng)，考慮推進(jìn)虛擬電廠建設(shè)。隨著能源危機(jī)的爆發(fā)，峰谷價(jià)差逐漸拉大，推進(jìn)5G基站、數(shù)據(jù)中心中閑置的儲(chǔ)能系統(tǒng)建立虛擬電廠可利用峰谷電價(jià)差進(jìn)行套利，降低設(shè)備用電成本。電價(jià)高時(shí)，利用儲(chǔ)能系統(tǒng)放電為基站和關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)供電；電價(jià)低時(shí)，為儲(chǔ)能系統(tǒng)充電。目前，法國(guó)運(yùn)營(yíng)商Orange正在大力研究虛擬電廠模式。通過探索虛擬電廠的商業(yè)模式和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用模式，為運(yùn)營(yíng)商5G基站、數(shù)據(jù)中心“沉睡”資源的再利用提供可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗(yàn)。二是不斷完善企業(yè)綠色資產(chǎn)的獲取渠道，通過使用綠電降低用電成本。一方面，用好國(guó)家和地方關(guān)于綠電補(bǔ)貼政策，加強(qiáng)與能源電力企業(yè)、綠電交易所、綠電認(rèn)證機(jī)構(gòu)的多方合作，積極參與綠電交易，并通過長(zhǎng)期電力能源購(gòu)買協(xié)議采購(gòu)綠電，以可預(yù)測(cè)的價(jià)格鎖定電價(jià)以對(duì)沖煤炭?jī)r(jià)格持續(xù)上漲所帶來的電費(fèi)上浮可能性。另一方面，可積極探索自建、合建綠電5G基站“站點(diǎn)疊光”，在基站加裝光伏板，Th產(chǎn)綠電降碳的同時(shí)，降低電費(fèi)支出；在合建方面，通過投資數(shù)據(jù)中心、5G基站周邊投資合建“綠電”項(xiàng)目，通過投資項(xiàng)目以獲取低價(jià)購(gòu)電權(quán)益，降低購(gòu)電成本。三是綜合考慮環(huán)境、政策、交易等影響因素，選建數(shù)據(jù)中心降低用電成本。第一，考慮自然環(huán)境優(yōu)勢(shì)，在云南、貴州等氣候適宜、水電資源豐富的地區(qū)興建區(qū)域數(shù)據(jù)中心。第二，綜合用好各省市的電力政策，從供給端為用電降本。例如，寧夏鼓勵(lì)通過電力直接交易、財(cái)政補(bǔ)貼等方式降低數(shù)據(jù)中心用電成本；安徽對(duì)數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算中心可獲電價(jià)補(bǔ)貼，支持企業(yè)參與直接交易。第三，關(guān)注出現(xiàn)“負(fù)電價(jià)”省份，用好電價(jià)紅利。在現(xiàn)貨市場(chǎng)中，負(fù)電價(jià)漸成常態(tài)，是以傳統(tǒng)能源為主的電力系統(tǒng)向新型電力系統(tǒng)過渡不可避免的階段性特點(diǎn)，當(dāng)大量的發(fā)電特別是可再Th能源發(fā)力充足與電力需求低迷同時(shí)出現(xiàn)，就會(huì)