5G與算力高能耗分析及運(yùn)營商的應(yīng)對策略

5G

與算力高能耗分析及運(yùn)營商的應(yīng)對策略中國移動研究院戰(zhàn)略與產(chǎn)業(yè)研究所2023年7月摘要根據(jù)測算，未來三年國內(nèi)運(yùn)營商

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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嫉狡鋬衾麧櫟娜梢陨?。如何有效降低用電成本，?shí)現(xiàn)降本增效，成為當(dāng)前運(yùn)營商亟需關(guān)注與解決的問題。建議電信運(yùn)營商，一是復(fù)用儲能系統(tǒng)，考慮推進(jìn)虛擬電廠建設(shè)；二是持續(xù)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；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；四是通過技術(shù)創(chuàng)新持續(xù)降低能耗。2

/11一、

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基站和算力相關(guān)產(chǎn)品及服務(wù)是橫在運(yùn)營商高質(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

5G

基站能耗來看，根據(jù)中國鐵塔統(tǒng)計(jì)，5G

基站建設(shè)初期，一個

5G

基站平均每天耗電

65

千瓦時，全年耗電超過

2.3

萬千瓦時（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)測算

，到

2025

年一個

5G

基站年均耗電量仍將接近

1.21萬千瓦時，相當(dāng)于一個家庭

5

年用電量總和。從全國

5G

基站總電費(fèi)支出來看，截至

2022

年底，運(yùn)營商共累計(jì)建成

5G

基站231

萬個2，按照全國

5G

基站平均電價

0.9

元/度計(jì)算3，2022年運(yùn)營商

5G

基站電費(fèi)約為

395

億元

?；谶\(yùn)營商

2022

業(yè)績4說明會與合作伙伴大會中對

2023

年

5G

基站建設(shè)的展望，預(yù)計(jì)1測算依據(jù)為：根據(jù)工信部預(yù)估，2022

年

5G

基站單站址能耗已比

2022

年商用初期降低超過

20%；中國工程院院士鄔賀銓預(yù)測2025

年

5G

基站能耗將會比建設(shè)初期下降一半。23數(shù)據(jù)來源：三大運(yùn)營商財(cái)報(bào)。按電價平均值估算5G基站平均電價0.9元/度，根據(jù)全國地理位置不同，電費(fèi)差異過大，如廣東地區(qū)峰時位1.2元/度，平時為

0.8/度，谷時為

0.4/度，而內(nèi)蒙古

5G

基站電費(fèi)單價為

0.26/度。2022

年運(yùn)營商

5G

基站電費(fèi)估算過程為:2022

年總累計(jì)建成

5G

基站數(shù)*單個基站年耗電量*電價,即

231

萬*18980千瓦時*0.9

元/千瓦時≈395

億元。43

/112023

年運(yùn)營商

5G

基站電費(fèi)將持續(xù)增加至約

458

億元5，并達(dá)到未來三年中的電費(fèi)支出峰值（圖

2）。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)估算，預(yù)計(jì)

2025

年運(yùn)營商

5G

基站累計(jì)建設(shè)數(shù)量為

367

萬座

，由于單6個基站年度耗電的減少，屆時

5G

基站電費(fèi)支出將有所回落，和2022

年電費(fèi)基本持平，約為

392

億元7。2372525000200001500010000500000%21352.5-2%-4%-6%-8%-10%-12%-14%1898016607.5-1423511862.5--0.10.111111111111111

-0.1250.142857142857143--16%0.1666666666666-6178%2020

年2021

年2022

年2023E2024E2025E單個5G

基站每年耗電（千瓦時）增速圖

1：2020-2025

年運(yùn)營商單個

5G

基站年耗電量及增速預(yù)測562023

年總累計(jì)建成

5G

基站數(shù)*單個基站年耗電量*電價,即

306.5

萬*16607.5

千瓦時*0.9

元/千瓦時≈458

億元。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，按照中國社科院預(yù)測，中國人口將在2025

年達(dá)到

14.1

億，2025

年

5G

基站總數(shù)為

26*14.1

億≈367

萬座。2025

年總累計(jì)建成

5G

基站數(shù)*單個基站年耗電量*電價,即

367

萬*11862.5

千瓦時*0.9

元/千瓦時≈392

億元74

/115004504003503002502001501005080%70%60%50%40%30%20%10%4584300.6655844155843953924160.440935672514622740.160984848484848164-0%-0.0620687561740.088122401836-10%37251955-20%02020

年2021

年2022

年2023E2024E2025E5G

基站總費(fèi)用（億元）5G

基站總費(fèi)用增速圖

2：2020-2025

年運(yùn)營商

5G

基站耗電總費(fèi)用及增速預(yù)測表1

2020-2025

年運(yùn)營商

5G

基站耗電量及預(yù)測2020

年

2021

年

2022年2023E2024E2025E5G

基站累計(jì)數(shù)量（萬）77142.585%23162%52306.533%3359%3679%5G

基站增速單個

5G

基站每天用電量（千瓦時）單個

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基站全年用電量（千瓦時）5G

基站電費(fèi)支出（億元）652372516458.545.53932.521352.518980

16607.5

14235

11862.527467%39544%45816%430-6%392-9%5G

基站電費(fèi)支出增速算力相關(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)時代，算力成為基礎(chǔ)設(shè)施和核心生產(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%

。88中國工程院院士劉韻潔在2023年博鰲亞洲論壇中表示。5

/11據(jù)估算，1PFLOPS

算力每天要耗電大約

2400

度，每年僅電費(fèi)成本就要

76.2

萬元

。根據(jù)國家發(fā)改委統(tǒng)計(jì)，如果從數(shù)據(jù)中心9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)度等五個方面探索數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗空間，到

2025

年中國數(shù)據(jù)中心年用

電量

可由

4000

億

度降

低到

3000

億

度左

右，

由此

測算1PFLOPS

每年電費(fèi)成本約為

55.6

萬元10。截至

2022

年底，三大運(yùn)營商對外提供的公共基礎(chǔ)算力規(guī)模超

18EFLOPS

，202211年運(yùn)營商算力方面電費(fèi)開支約為

137

億元

。中國信息通信研12究院測算，我國近三年算力規(guī)模年均增速約為

50%

，如按此13增速計(jì)算，2025

年運(yùn)營商算力規(guī)模應(yīng)為

60.7EFLOPS，電費(fèi)支出為

337

億元左右

；實(shí)際上，運(yùn)營商算力規(guī)模增速很有可能14高于全國平均增速，若按年均

70%計(jì)算，2025

年運(yùn)營商算力9據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)，目前全國大數(shù)據(jù)中心平均用電價格為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。10

2025

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。11

2022年通信業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)。12

2022

運(yùn)營商算力電費(fèi)開支為年

18*1000*76.2

萬=137

億。13

中國算力發(fā)展指數(shù)白皮書。14

保守估計(jì)，運(yùn)營商算力規(guī)模增速按全國平均增速計(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。6

/11規(guī)模為

88.4EFLOPS，電費(fèi)支出預(yù)計(jì)高達(dá)

490

億元

。15表2

2022-2025

年運(yùn)營商算力產(chǎn)品及服務(wù)電費(fèi)成本測算2022

年

2023E2024E2025E1PFLOPS

算力每天耗電（度）1PFLOPS

算力每年電費(fèi)（萬元）保守情況（50%增速）：運(yùn)營商算力規(guī)模（EFLOPS）240076.2216068.6194461.7175055.618182730.618521040.55260.788.4337實(shí)際情況（70%增速）：運(yùn)營商算力規(guī)模（EFLOPS）保守情況（50%增速）：運(yùn)營商算力方面電費(fèi)開支（億元）實(shí)際情況（70%增速）：運(yùn)營商算力方面電費(fèi)開支（億元）137137250320490由此可見，未來三年運(yùn)營商

5G

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)營商凈利潤的三成以上（見表

3）。高昂的電費(fèi)成本，將給運(yùn)營商造成較大負(fù)擔(dān)。如何降低

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)營商亟需關(guān)注與解決的問題。表3

2022-2025

年運(yùn)營商

5G

基站與算力占凈利潤比重2022

年16982023E18622024E20422025E2239運(yùn)營商凈利潤(億元)1615

實(shí)際上，運(yùn)營商算力規(guī)模增速高于全國平均增速，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。16

運(yùn)營商

2022-2025

年凈利潤增長按

2020-2022

年凈利潤年均復(fù)合增長率（9.67%）估算。如

2023

年凈利潤為：2022年凈利潤*（1+年均復(fù)合增長率），即1698*1.0967≈1862億元。7

/115G

基站電費(fèi)支出（億元）39513731%13731%45818535%21036%43025033%32037%39233733%49039%保守情況（50%增速）：運(yùn)營商算力方面電費(fèi)開支（億元）保守情況（50%增速）：5G

基站與算力電費(fèi)開支占凈利潤比重實(shí)際情況（70%增速）：運(yùn)營商算力方面電費(fèi)開支（億元）實(shí)際情況（70%增速）：5G

基站與算力電費(fèi)開支占凈利潤比重二、策略建議面對用電挑戰(zhàn)，建議運(yùn)營商繼續(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)、加快推動數(shù)據(jù)中心降低能耗、鼓勵科學(xué)錯峰與彈性用電、推廣綠色辦公等，同時可以重點(diǎn)關(guān)注以下四個方面：一是復(fù)用儲能系統(tǒng)，考慮推進(jìn)虛擬電廠建設(shè)。隨著能源危機(jī)的爆發(fā)，峰谷價差逐漸拉大，推進(jìn)

5G

基站、數(shù)據(jù)中心中閑置的儲能系統(tǒng)建立虛擬電廠可利用峰谷電價差進(jìn)行套利，降低設(shè)備用電成本。電價高時，利用儲能系統(tǒng)放電為基站和關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)供電；電價低時，為儲能系統(tǒng)充電。目前，法國運(yùn)營商

Orange8

/11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，并通過長期電力能源購買協(xié)議（PPA）采購綠電，以可預(yù)測的價格鎖定電價以對沖煤炭價格持續(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、合建綠電相關(guān)項(xiàng)目。在自建方面，通過在

5G

基站“站點(diǎn)疊光”，在基站加裝光伏板，生產(chǎn)綠電降碳的同時，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)目以獲取低價購電權(quán)益，降低購電成本。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，在云南、貴州等