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1、5G 與算力高能耗分析及與算力高能耗分析及運營商運營商的應對策略的應對策略中國移動研究院 戰略與產業研究所2023 年 7 月 摘要摘要根據測算，未來三年國內運營商 5G 基站與算力相關產品及服務的電費支出總和或將占到其凈利潤的三成以上。如何有效降低用電成本，實現降本增效，成為當前運營商亟需關注與解決的問題。建議電信運營商，一是一是復用儲能系統，考慮推進虛擬電廠建設；二是二是持續完善企業綠色資產的獲取渠道，通過使用綠電降低用電成本；三是三是綜合考慮環境、政策、交易等影響因素，選建數據中心降低用電成本；四是四是通過技術創新持續降低能耗。2/11 一、一、5G5G基站和算力相關產品及服務是橫在運營

2、商高基站和算力相關產品及服務是橫在運營商高質量發展之路上的兩只“電老虎”質量發展之路上的兩只“電老虎”5G 基站方面，基站高耗電問題不容小覷。從單個基站方面，基站高耗電問題不容小覷。從單個 5G 基站基站能耗來看，能耗來看，根據中國鐵塔統計，5G 基站建設初期，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）。雖然隨著技術的進步，5G 基站年均耗能耗持續下降，但根據測算1，到 2025 年一個 5G 基站年均耗電量仍將接近 1.2萬千瓦時，相當于一個家庭 5 年用電量總和。從全國從全國 5G 基站總基站總電費支出來看電費支出來看，截至 2022 年底，運營商共

3、累計建成 5G 基站231 萬個2，按照全國 5G 基站平均電價 0.9 元/度計算3，2022年運營商 5G 基站電費約為 395 億元4?；谶\營商 2022 業績說明會與合作伙伴大會中對 2023 年 5G 基站建設的展望，預計1 測算依據為：根據工信部預估，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測2025年 5G 基站能耗將會比建設初期下降一半。2 數據來源：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，根據全國地理位置不同，電費差異過大，如廣東地區峰時位1.2元/度，平時為0.8/度，谷時為 0.4/度

4、，而內蒙古5G基站電費單價為 0.26/度。4 2022 年運營商 5G 基站電費估算過程為:2022 年總累計建成 5G基站數*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。3/11 2023 年運營商 5G 基站電費將持續增加至約 458 億元5，并達到未來三年中的電費支出峰值（圖 2）。結合相關數據估算，預計 2025 年運營商 5G 基站累計建設數量為 367 萬座6，由于單個基站年度耗電的減少，屆時 5G 基站電費支出將有所回落，和2022 年電費基本持平，約為 392 億元7。2020 年2021 年2022 年2023E2024E2025E0

5、500010000150002000025000-18%-16%-14%-12%-10%-8%-6%-4%-2%0%2372521352.51898016607.51423511862.5-0.1-0.111111111111111-0.125-0.142857142857143-0.166666666666667單個 5G 基站每年耗電（千瓦時）增速圖圖 1 1：2020-20252020-2025 年運營商單個年運營商單個 5G5G基站年耗電量及增速預測基站年耗電量及增速預測5 2023 年總累計建成 5G 基站數*單個基站年耗電量*電價,即306.5 萬*16607.5千瓦時*0.9 元

6、/千瓦時458億元。6 工信部發“十四五”信息通信行業發展規劃目標2025 年每萬人5G基站數達 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基站總數為 26*14.1億367萬座。7 2025 年總累計建成 5G 基站數*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 4/11 2020 年2021 年2022 年2023E2024E2025E0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-20%-10%0%10%20%30%40%50%60%70%80%164 274

7、395 458 430 392 0.6655844155844160.440935672514620.160984848484848-0.0620687561743725-0.08812240183619555G 基站總費用（億元）5G 基站總費用增速圖圖 2 2：2020-20252020-2025 年運營商年運營商 5G5G基站耗電總費用及增速預測基站耗電總費用及增速預測表表 1 2020-20251 2020-2025 年運營商年運營商 5G5G基站耗電量及預測基站耗電量及預測20202020 年年20212021年年20222022年年2023E2023E2024E2024E2025E

8、2025E5G5G 基站累計數量基站累計數量（萬）（萬）77142.5231306.53353675G5G 基站增速基站增速85%62%33%9%9%單個單個 5G5G 基站每天用基站每天用電量（千瓦時）電量（千瓦時）6558.55245.53932.5單個單個 5G5G 基站全年用基站全年用電量（千瓦時）電量（千瓦時）2372521352.51898016607.51423511862.55G5G 基站電費支出（億基站電費支出（億元）元）1642743954584303925G5G 基站電費支出增速基站電費支出增速67%44%16%-6%-9%算力相關產品及服務方面，電費支出持續高速攀升的問

9、題算力相關產品及服務方面，電費支出持續高速攀升的問題值得高度關注值得高度關注。數字經濟時代，算力成為基礎設施和核心生產力，但數據中心耗電量巨大，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。5/11中移智庫 據估算，1PFLOPS 算力每天要耗電大約 2400 度，每年僅電費成本就要 76.2 萬元9。根據國家發改委統計，如果從數據中心的建設標準、建設模式、建設布局、技術創新和資源調度等五個方面探索數據中心節能降耗空間，到 2025 年中國數據中心年用電量可由 4000 億度降低到 3000 億度左右，由此測算1PFLOPS 每年電費成本約為 5

10、5.6 萬元10。截至 2022 年底，三大運營商對外提供的公共基礎算力規模超 18EFLOPS11，2022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，我國近三年算力規模年均增速約為 50%13，如按此按此增速計算增速計算，2025 年運營商算力規模應為 60.7EFLOPS，電費支出為 337 億元左右14；實際上實際上，運營商算力規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 據工信部統計，目前全國大數據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。10 2

11、025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。11 2022年通信業統計公報。12 2022運營商算力電費開支為年18*1000*76.2 萬=137億。13 中國算力發展指數白皮書。14 保守估計，運營商算力規模增速按全國平均增速計算，2025 年算力規模為18*1.5*1.5*1.5=60.7EFLOPS，電費支出為60.7*1000*55.6萬=337 億。6/11中移智庫 規模為88.4EFLOPS，電費支出預計高達490 億元15。表表 2 2022-20252 20

12、22-2025 年運營商算力產品及服務電費成本測算年運營商算力產品及服務電費成本測算20222022年年2023E2023E2024E2024E2025E2025E1PFLOPS1PFLOPS 算力每天耗電（度）算力每天耗電（度）24002160194417501PFLOPS1PFLOPS 算力每年電費（萬元）算力每年電費（萬元）76.268.661.755.6保守情況（保守情況（50%50%增速）：運營商增速）：運營商算力規模（算力規模（EFLOPSEFLOPS）182740.560.7實際情況（實際情況（70%70%增速）：運營商增速）：運營商算力規模（算力規模（EFLOPSEFLOPS）

13、1830.65288.4保守情況（保守情況（50%50%增速）：運營商增速）：運營商算力方面電費開支（億元）算力方面電費開支（億元）137185250337實際情況（實際情況（70%70%增速）：運營商增速）：運營商算力方面電費開支（億元）算力方面電費開支（億元）137210320490由此可見，未來三年運營商由此可見，未來三年運營商 5G 基站與算力相關產品及服務基站與算力相關產品及服務的電費支出總和或將占到運營商凈利潤的三成以上（見表的電費支出總和或將占到運營商凈利潤的三成以上（見表 3）。）。高昂的電費成本，將給運營商造成較大負擔。如何降低 5G 基站與算力產品及服務的電費成本，實現降本

14、增效，成為當前運營商亟需關注與解決的問題。表表 3 2022-20253 2022-2025 年運營商年運營商 5G5G基站與算力占凈利潤比重基站與算力占凈利潤比重20222022 年年2023E2023E2024E2024E2025E2025E運營商凈利潤運營商凈利潤(億元億元)1616169818622042223915 實際上，運營商算力規模增速高于全國平均增速，按年均 70%算，2025年算力規模為18*1.7*1.7*1.7=88.4EFLOPS，電費支出為 88.4*1000*55.6萬=490 億。16 運營商 2022-2025 年凈利潤增長按 2020-2022年凈利潤年均復

15、合增長率（9.67%）估算。如 2023年凈利潤為：2022年凈利潤*（1+年均復合增長率），即1698*1.09671862 億元。7/11中移智庫 5G5G基站電費支出（億元）基站電費支出（億元）395458430392保守情況（保守情況（50%50%增速）：運營商增速）：運營商算力方面電費開支（億元）算力方面電費開支（億元）137185250337保守情況（保守情況（50%50%增速）：增速）：5G5G基站基站與算力電費開支占凈利潤比重與算力電費開支占凈利潤比重31%35%33%33%實際情況（實際情況（70%70%增速）：運營商增速）：運營商算力方面電費開支（億元）算力方面電費開支（億

16、元）137210320490實際情況實際情況（70%70%增速）：增速）：5G5G基站基站與算力電費開支占凈利潤比重與算力電費開支占凈利潤比重31%36%37%39%二、二、策略建議策略建議面對用電挑戰，建議運營商繼續做好現有節能降碳措施，包括打造零碳無線網絡、加快推動數據中心降低能耗、鼓勵科學錯峰與彈性用電、推廣綠色辦公等，同時可以重點關注以下四個方面：一是復用儲能系統，考慮推進虛擬電廠建設。一是復用儲能系統，考慮推進虛擬電廠建設。隨著能源危機的爆發，峰谷價差逐漸拉大，推進 5G 基站、數據中心中閑置的儲能系統建立虛擬電廠可利用峰谷電價差進行套利，降低設備用電成本。電價高時，利用儲能系統放電

17、為基站和關鍵網絡供電；電價低時，為儲能系統充電。目前，法國運營商 Orange 8/11中移智庫 正在大力研究虛擬電廠模式。通過探索虛擬電廠的商業模式和產業化應用模式，為運營商 5G 基站、數據中心“沉睡”資源的再利用提供可復制、可推廣的經驗。二是不斷完善企業綠色資產的獲取渠道，通過使用綠電降二是不斷完善企業綠色資產的獲取渠道，通過使用綠電降低用電成本低用電成本。一方面，用好國家和地方關于綠電補貼政策，加強與能源電力企業、綠電交易所、綠電認證機構的多方合作，積極參與綠電交易，并通過長期電力能源購買協議（PPA）采購綠電，以可預測的價格鎖定電價以對沖煤炭價格持續上漲所帶來的電費上浮可能性。另一方

18、面，可積極探索自建、合建綠電相關項目。在自建方面，通過在 5G 基站“站點疊光”，在基站加裝光伏板，生產綠電降碳的同時，降低電費支出；在合建方面，通過投資數據中心、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益，降低購電成本。三是綜合考慮環境、政策、交易等影響因素，選建數據中三是綜合考慮環境、政策、交易等影響因素，選建數據中心降低用電成本心降低用電成本。第一，考慮自然環境優勢，在云南、貴州等 9/11中移智庫 氣候適宜、水電資源豐富的地區興建區域數據中心。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據中心用電成本；

19、安徽對數據中心、云計算中心可獲電價補貼，支持企業參與直接交易。第三，關注出現“負電價”省份，用好電價紅利。在現貨市場中，負電價漸成常態，是以傳統能源為主的電力系統向新型電力系統過渡不可避免的階段性特點，當大量的發電特別是可再生能源發力充足與電力需求低迷同時出現，就會出現電力交易的負電價，如山東電力市場近期出現連續 21 小時的負電價，值得重點關注。四是通過技術創新持續降低能耗。四是通過技術創新持續降低能耗。一方面，開展節能動態調壓、BBU 休眠和池化探索及驗證，實現亞幀靜默、通道靜默、淺層休眠、深度休眠等節能功能的規模部署和性能優化。另一方面，建設統一的智能算力調度平臺，基于資源使用率、算力供應量、任務繁忙度、網絡時延等多要素實時分析匹配最 10/11中移智庫 優路徑，降低算力能耗。（作者：黃實、陳永燦、董超、亓明真）11/11中移智庫