5G與算力高能耗分析及運營商的應(yīng)對策略

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5G基站能耗來看，根據(jù)中國鐵塔統(tǒng)計，5G5G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)的進步，5G基站年均耗能耗持續(xù)下降，但根據(jù)測算120255G5年用電量總和。5G電費支出來看2022年底，運營商共累計建成5G基站231萬個25G0.9元/度計算5G395億元4202220235G基站建設(shè)的展望，預計1測算依據(jù)為：根據(jù)工信部預估，20225G202220%；中國工程院院士鄔賀銓預測2025年5G基站能耗將會比建設(shè)初期下降一半。2數(shù)據(jù)來源：三大運營商財報。3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基站電費單價為0.26/度。420225G:20225G*單個基站年耗電量*231*18980千瓦時*0.9元/千瓦時≈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5G基站每年耗電（千瓦時）增速7142830.0.-0圖1：2020-2025年運營商單個5G基站年耗電量及增速預測520235G*單個基站年耗電量*306.5*16607.5*0.9/千瓦時≈4586工信部發(fā)《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》目標2025年每萬人5G基站數(shù)達26個，按照中國社科院預測，中國人口將在2025年達到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基站總費用（億元）5G基站總費用增速2020年2021年2022年2023E2024E2025E5G基站累計數(shù)量（萬）77142.52020年2021年2022年2023E2024E2025E5G基站累計數(shù)量（萬）77142.5231306.53353675G基站增速85%62%33%9%9%5G電量（千瓦時）6558.55245.53932.55G電量（千瓦時）2372521352.51898016607.51423511862.55G（元）1642743954584303925G基站電費支出增速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)濟時代，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，每年僅電費成本就要76.2萬元9。根據(jù)國家發(fā)改委統(tǒng)計，如果從數(shù)據(jù)中心的建設(shè)標準、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用電量可由4000億度降低到3000億度左右，由此測算55.6萬元102022大運營商對外提供的公共基礎(chǔ)算力規(guī)模超年運營商算力方面電費開支約為137億元12。中國信息通信研究院測算，我國近三年算力規(guī)模年均增速約為50%13，如按此增速計算，202560.7EFLOPS，電費支337億元左右14；實際上，運營商算力規(guī)模增速很有可能高于全國平均增速，若按年均70%計算，2025年運營商算力9據(jù)工信部統(tǒng)計，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每年電費成本為1750*0.87*365=55.6萬。112022年通信業(yè)統(tǒng)計公報。122022運營商算力電費開支為年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，運營商算力規(guī)模增速按全國平均增速計算，2025年算力規(guī)模為18*1.5*1.5*1.5=60.7EFLOPS，電費支出為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（萬元）76.268.661.755.6保守情況（50%增速）：運營商算力規(guī)模（EFLOPS）182740.560.7實際情況（70%增速）：運營商算力規(guī)模（EFLOPS）1830.65288.4保守情況（50%增速）：運營商算力方面電費開支（億元）137185250337實際情況（70%增速）：運營商算力方面電費開支（億元）1372103204905G基站與算力相關(guān)產(chǎn)品及服務(wù)的電費支出總和或?qū)⒄嫉竭\營商凈利潤的三成以上（3）。5G基站與算力產(chǎn)品及服務(wù)的電費成本，實現(xiàn)降本增效，成為當前運營商亟需關(guān)注與解決的問題。表32022-2025年運營商5G基站與算力占凈利潤比重2022年2023E2024E2025E運營商凈利潤(億元)16169818622042223915實際上，運營商算力規(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，電費支出為88.4*1000*55.6萬=490億。162022-20252020-2022（9.67%）20232022年凈利潤*（1+年均復合增長率），即1698*1.0967≈1862億元。5G基站電費支出（億元）395458430392保守情況（50%增速）：運營商算力方面電費開支（億元）137185250337保守情況（50%增速）：5G與算力電費開支占凈利潤比重31%35%33%33%實際情況（70%增速）：運營商算力方面電費開支（億元）137210320490實際情況（70%增速）：5G與算力電費開支占凈利潤比重31%36%37%39%二、策略建議面對用電挑戰(zhàn)，建議運營商繼續(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、鼓勵科學錯峰與彈性用電、推廣綠色辦公等，同時可以重點關(guān)注以下四個方面：一是復用儲能系統(tǒng)，考慮推進虛擬電廠建設(shè)。隨著能源危機的爆發(fā)，峰谷價差逐漸拉大，推進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，法國運營商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，為運營商5G基站、數(shù)據(jù)中心“沉睡”資源的再利用提供可復制、可推廣的經(jīng)驗。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)于綠電補貼政策，加強與能源電力企業(yè)、綠電交易所、綠電認證機構(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)議采購綠電，以可預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“站點疊光”，在基站加裝光伏板，Th產(chǎn)綠電降碳的同時，降低電費支出；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”項目，通過投資項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，寧夏鼓勵通過電力直接交易、財政補貼等方式降低數(shù)據(jù)中心用電成本；安徽對數(shù)據(jù)中心、云計算中心可獲電價補貼，支持企業(yè)參與直接交易。第三，關(guān)注出現(xiàn)“負電價”省份，用好電價紅利。在現(xiàn)貨市場中，負電價漸成常態(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，當大量的發(fā)電特別是可再Th能源發(fā)力充足與電力需求低迷同時出現(xiàn)，就會