绿色网络蓝图

2022年10月 GSMA是一个全球性组织，致力于统一移动生态系统，以发现、开发和交付支撑积极商业环境和社会变革的创新基础。我们的愿景是释放连接的全面力量，使人们、行业和社会蓬勃发展。GSMA代表移动生态系统和相邻行业的运营商和组织，为其成员通过三大核心支柱提供服务：善用连接、行业服务与解决方案，以及拓展业务。这项工作包括推进政策、应对当今最大的社会挑战、支撑使移动设备运行的技术和互操作性，并通过MWC和M360系列活动提供全球最大的平台，汇聚移动生态系统。 gsma intelligence是全球移动运营商数据、分析和预测的权威来源，也是权威行业报告和研究的出版商。我们的数据涵盖了全球每个国家的所有运营商集团、网络和mvno——从阿富汗到津巴布韦。它是目前最准确和最完整的行业指标集合，包含数百万个独立数据点，每日更新。 gsma Intelligence被领先运营商、供应商、监管机构、金融机构和第三方行业参与者所信赖，以支持战略决策和长期投资规划。这些数据被用作行业参考点，并经常被媒体和行业本身引用。 我们邀请您访问gsma.com了解更多信息 GSMA 跟随 GSMA 在推特上的账号：@我们的分析师和专家团队定期就多个行业主题产出具有前瞻性的研究报告。 www.gsmaintelligence.com gsmaintelligence.com @GSMAi 作者 埃曼纽尔·科尔特아资深分析师，网络可持续与创新蒂姆·哈特研究咨询主管 绿色网络蓝图 目录 执行摘要...........................................................................................................4 1. 移动行业趋势与碳中和的潜在冲突.................5 1.1 移动产业蓬勃发展但能耗却前所未有地增加......................51.2 能源效率的重要性 ..............................................................................61.3 解决能源效率与绿色发展方法论.............................7 2. 测量和优化能源效率的目标与指标 ................................................ 9 2.1 计量能源效率至关重要 ..........................................................9 2.2 5G时代的能源效率 ............................................................................9 2.3 合作伙伴关系的价值 ..............................................................................11 3.1 网络层和能效 ..........................................................................15 3.2 无源基础设施 ..................................................................................................17 3.3 场地策略演进..................................................................................................18 3.4 人工智能在优化中的应用 ..............................................................................................21 3.5 网络淘汰、频谱再利用和用户迁移...........................................23 3.6 冷却技术的演进..........................................................................25 3.7 软件层的日益重要性 ................................................................264.未来的网络将是什么样子？ ........................................................27 执行摘要 快速增长的移动通信服务正消耗着前所未有的更多能源。对运营商而言，节能减碳不仅是社会责任，也是节省能源成本的关键要求。批发能源价格的快速上涨进一步迫使运营商优先考虑能效问题。那些延迟必要全面能效转型或未能将能效融入其网络转型的运营商将危及其长期竞争力。 鉴于一些早期采用者运营商对高能效网络部署的迫切需求，网络设备商通过在设计、材料和生产工艺方面推动创新，正推出越来越多的低损耗率和高效率的先进节能产品组合。这些解决方案适用于广泛领域，因为能效是一个综合领域，涵盖天线、无线电、无源基础设施、核心网和数据中心以及网络管理软件。 需要将功耗视为系统工程概念，而不是关注任何特定组件。平均而言，无线接入网（RAN）占移动运营商总能耗的73%；因此，基站是可优先瞄准的低垂果实。设备集成、站点简化、被动冷却和人工智能驱动的网络关闭解决方案可以帮助运营商在短期内快速提升其与能耗相关的指标。从长远来看，复杂的网络转型和用户迁移至5G可以进一步提高能效。 5G是首款旨在节能并更高效利用可用资源无线技术。为达成承诺的效率提升，运营商需要重新思考其移动网络运营方式，并投资于全面的网络转型。面向未来的网络不含大量空调、机柜或站柜；相反，它们使用集成度高、带散热器和V形散热器的射频和天线。这些站点通过人工智能驱动的网络管理软件进行控制，该软件收集网络负载、容量、天气和附近事件等实时信息，并在不影响用户体验的情况下预测最佳性能路径。的确，未来无线网络的蓝图已深度融入绿色理念。 1. 移动行业趋势与碳中和的潜在冲突 1.1 移动行业蓬勃发展，但所使用的能源比以往任何时候都要多 尽管5G的采用进程仍在不同步伐中持续，但到2025年全球电信客户群中有25%的渗透率的长期预测仍然保持。 一项主要（尽管未被充分认识到）的 5G 用户增长影响是，由于数据流量增加而导致电力消耗的级联效应。更高的速度和容量水平——再加上无限数据套餐的复兴——意味着到 2025 年，5G 用户的平均月数据使用量（约为 30 GB）可能会是 LTE 的 3-4 倍。然而，这是一个全球平均水平，这意味着在人口更富裕、有视频流媒体和其他带宽密集型应用倾向的发达国家，现行速率可能会更高——即使光纤/家庭 Wi-Fi 负担了 75-80% 的总体负载。 为了说明前景，我们在图1中展示了在不同场景下移动网络的总功耗。移动网络每年消耗约133,000吉瓦时（GWh）的电力，大约占全球总消耗的0.6–0.8%。在基准场景中，蜂窝数据流量以每年20%的增长轨迹发展，电力成本（每GB）保持不变。低和高场景分别考虑了数据和电力成本在减少和增加功耗方面的方向。 有几个观察结果： • 无干预，移动网络在所有场景下的功耗到2025年都将上升 • 基准情景是到2025年增长3.7倍，相对于2020年的133,000吉瓦时（约占全球总电力消耗的0.6-0.8%） •最好的（低）和最坏的（高）情况将从2倍到7倍增加，到2025年相对于2020年。 这些当然是预测。假设可能需要随着时间的推移而改变，特别是电力成本，鉴于当前批发天然气价格的波动，由于俄罗斯入侵乌克兰所导致的。 然而，这些场景说明了这样一个基本点：5G需要转向更节能的网络和可再生能源，以避免电力需求不可持续地上升。 1.2 能源效率的重要性 一个重要的变化指标来自我们针对移动运营商进行的关于其网络转型优先级的调查（见图2）。我们2022年6月和7月的最新发现表明，能效和可持续性现在已成为网络管理者和采购者的首要优先事项，近85%的人认为它“非常重要”或“极其重要”。考虑到即使在2-3年前，可持续性仍然是一个处于公众视野之外的问题，更多地属于企业社会责任领域，而不是接近核心战略优先事项的范畴，因此这一点的重要性不可低估。这也证实了，随着5G和其他企业网络的推出，网络能效已经且将保持是主要供应商之间的关键竞争优势——正如价格、服务水平协议（SLA）和其他托管服务合同方面在过去20年中一直占据主导地位一样。 绿色网络蓝图 根据国际可再生能源机构（IRENA），CO2可再生能源和能源效率可以预期减少94%的排放。这是运营商应依赖的两大主要工具，以减少与碳相关的排放并实现其脱碳目标。运营商应立即部署节能技术，以保持在脱碳路径上，最终实现2050年（或更早）的净零排放。 到 2050 年预期减少的二氧化碳排放百分比 1.3 解决能源效率和绿色发展方法论 绿色指令首先是气候变化及其减缓需求的结果。巴黎协定限制升温至1.5摄氏度的协议°在工业化水平之上 c这一世纪仍然是最核心的目标。电信运营商深陷其中，既因为他们的直接排放——这仅占全球电力消耗的不到1%——也因为他们提供的连接能力有助于其他行业降低碳足迹。1 运营商也有财务方面的原因。能源仍然占电信运营支出（不包括站点租赁成本的网络支出占80-90%）平均的20-40%。转向可再生能源和提高效率应该会降低这一点。然而，与5G网络升级周期的持续资本支出相结合，对自由现金流的压力仍在持续。 图4使这一点更加明显。以美国两家主要运营商 Verizon 和 T-Mobile 以及英国 Vodafone 的结果为例，可以看出资本强度作为收入的占比仍在持续上升。虽然这一比例在历史上根据移动技术周期的阶段在收入的 15-25%范围内波动，但现在 Verizon 和 Vodafone 已经超过了 30%。 绿色网络蓝图 积极的一面是，这突出了对网络投资的资金投入，这些投入驱动了覆盖范围和容量的扩张。然而，挑战在于，在移动收入增长低的环境下，现金流压力很大，目前大多数高收入国家都处于零增长或低个位数增长。从B2B 5G连接、云服务、托管服务以及私有网络领域的新（或更新）产品和服务中，有望获得增量收入，这将非常有助于缓解这一压力。 升级网络和转向可再生能源面临的挑战是供应限制、成本、惯性和政治因素的混合体。欧洲是全球人均可再生能源消费的领导者，而美国、印度和一些海湾合作委员会国家——尽管是石油经济——正在增加太阳能光伏（PV）和风电装机容量，这是一个积极的指标。在几个发展中地区，接入主电网仍然不均衡，这迫使农村和偏远地区依赖柴油（柴油占所有移动运营商总能耗的10%以上），这是一种成本高昂且排放大量二氧化碳的燃料。上述限制最普遍的地理区域与对净零排放较弱承诺之间存在相当明确的相关性。虽然这一点可以理解，但如果整个电信行业要在2050年实现净零排放，就需要在全球范围内就气候承诺进行再平衡（例如在非洲和大部分亚洲地区）。 国际能源署（IEA）认为能源效率是‘首要燃料’——能源效率的提升可以缓解能源消费增长与绿色发展之间的矛盾。移动和数字技术的能源效率提升将占至到2030年各行业所需总碳减排量的40%以上。为了尽早实现净零排放并履行其承诺，运营商需要既要投资可再生能源也要提升网络能源效率。 2. 测量和优化能源效率的目标和指标 2.1 计量节能至关重要 2021年联合国气候变化大会（COP26）是确定各国政府和企业在过去五年中应对气候变