5G与算力高能耗分析及运营商的应对策略

5G与算力高能耗分析及运营商的应对策略 中国移动研究院战略与产业研究所2023年7月 摘要 根据测算，未来三年国内运营商5G基站与算力相关产品及服务的电费支出总和或将占到其净利润的三成以上。如何有效降低用电成本，实现降本增效，成为当前运营商亟需关注与解决的问题。建议电信运营商，一是复用储能系统，考虑推进虚拟电厂建设；二是持续完善企业绿色资产的获取渠道，通过使用绿电降低用电成本；三是综合考虑环境、政策、交易等影响因素，选建数据中心降低用电成本；四是通过技术创新持续降低能耗。 一、5G基站和算力相关产品及服务是横在运营商高质量发展之路上的两只“电老虎” 5G基站方面，基站高耗电问题不容小觑。从单个5G基站能耗来看，根据中国铁塔统计，5G基站建设初期，一个5G基站平均每天耗电65千瓦时，全年耗电超过2.3万千瓦时（图1）。虽然随着技术的进步，5G基站年均耗能耗持续下降，但根据测算1，到2025年一个5G基站年均耗电量仍将接近1.2万千瓦时，相当于一个家庭5年用电量总和。从全国5G基站总电费支出来看，截至2022年底，运营商共累计建成5G基站231万个2，按照全国5G基站平均电价0.9元/度计算3，2022年运营商5G基站电费约为395亿元4。基于运营商2022业绩说明会与合作伙伴大会中对2023年5G基站建设的展望，预计 2023年运营商5G基站电费将持续增加至约458亿元5，并达到未来三年中的电费支出峰值（图2）。结合相关数据估算，预计2025年运营商5G基站累计建设数量为367万座6，由于单个基站年度耗电的减少，届时5G基站电费支出将有所回落，和2022年电费基本持平，约为392亿元7。 算力相关产品及服务方面，电费支出持续高速攀升的问题值得高度关注。数字经济时代，算力成为基础设施和核心生产力，但数据中心耗电量巨大，电力成本占总成本的60-70%8。 据估算，1PFLOPS算力每天要耗电大约2400度，每年仅电费成本就要76.2万元9。根据国家发改委统计，如果从数据中心的建设标准、建设模式、建设布局、技术创新和资源调度等五个方面探索数据中心节能降耗空间，到2025年中国数据中心年用 电 量 可 由4000亿 度 降 低 到3000亿 度 左 右 ， 由 此 测 算1PFLOPS每年电费成本约为55.6万元10。截至2022年底，三大运营商对外提供的公共基础算力规模超18EFLOPS11，2022年运营商算力方面电费开支约为137亿元12。中国信息通信研究院测算，我国近三年算力规模年均增速约为50%13，如按此增速计算，2025年运营商算力规模应为60.7EFLOPS，电费支出为337亿元左右14；实际上，运营商算力规模增速很有可能高于全国平均增速，若按年均70%计算，2025年运营商算力 规模为88.4EFLOPS，电费支出预计高达490亿元15。 由此可见，未来三年运营商5G基站与算力相关产品及服务的电费支出总和或将占到运营商净利润的三成以上（见表3）。高昂的电费成本，将给运营商造成较大负担。如何降低5G基站与算力产品及服务的电费成本，实现降本增效，成为当前运营商亟需关注与解决的问题。 二、策略建议 面对用电挑战，建议运营商继续做好现有节能降碳措施，包括打造零碳无线网络、加快推动数据中心降低能耗、鼓励科学错峰与弹性用电、推广绿色办公等，同时可以重点关注以下四个方面： 一是复用储能系统，考虑推进虚拟电厂建设。随着能源危机的爆发，峰谷价差逐渐拉大，推进5G基站、数据中心中闲置的储能系统建立虚拟电厂可利用峰谷电价差进行套利，降低设备用电成本。电价高时，利用储能系统放电为基站和关键网络供电；电价低时，为储能系统充电。目前，法国运营商Orange 正在大力研究虚拟电厂模式。通过探索虚拟电厂的商业模式和产业化应用模式，为运营商5G基站、数据中心“沉睡”资源的再利用提供可复制、可推广的经验。 二是不断完善企业绿色资产的获取渠道，通过使用绿电降低用电成本。一方面，用好国家和地方关于绿电补贴政策，加强与能源电力企业、绿电交易所、绿电认证机构的多方合作，积极参与绿电交易，并通过长期电力能源购买协议（PPA）采购绿电，以可预测的价格锁定电价以对冲煤炭价格持续上涨所带来的电费上浮可能性。另一方面，可积极探索自建、合建绿电相关项目。在自建方面，通过在5G基站“站点叠光”，在基站加装光伏板，生产绿电降碳的同时，降低电费支出；在合建方面，通过投资数据中心、5G基站周边投资合建“绿电”项目，通过投资项目以获取低价购电权益，降低购电成本。 三是综合考虑环境、政策、交易等影响因素，选建数据中心降低用电成本。第一，考虑自然环境优势，在云南、贵州等 气候适宜、水电资源丰富的地区兴建区域数据中心。第二，综合用好各省市的电力政策，从供给端为用电降本。例如，宁夏鼓励通过电力直接交易、财政补贴等方式降低数据中心用电成本；安徽对数据中心、云计算中心可获电价补贴，支持企业参与直接交易。第三，关注出现“负电价”省份，用好电价红利。在现货市场中，负电价渐成常态，是以传统能源为主的电力系统向新型电力系统过渡不可避免的阶段性特点，当大量的发电特别是可再生能源发力充足与电力需求低迷同时出现，就会出现电力交易的负电价，如山东电力市场近期出现连续21小时的负电价，值得重点关注。 四是通过技术创新持续降低能耗。一方面，开展节能动态调压、BBU休眠和池化探索及验证，实现亚帧静默、通道静默、浅层休眠、深度休眠等节能功能的规模部署和性能优化。另一方面，建设统一的智能算力调度平台，基于资源使用率、算力供应量、任务繁忙度、网络时延等多要素实时分析匹配最 优路径，降低算力能耗。 （作者：黄实、陈永灿、董超、亓明真）