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中国移动研究院：5G与算力高能耗分析及运营商的应对策略（2023）（11页）.pdf

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中国移动研究院：5G与算力高能耗分析及运营商的应对策略（2023）（11页）.pdf

1、5G 与算力高能耗分析及与算力高能耗分析及运营商运营商的应对策略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，一是一是复用储能系统，考虑推进虚拟电厂建设；二是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；四是四是通过技术创新持续降低能耗。2/11 一、一、5G5G基站和算力相关产品及服务是横在运营

2、商高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”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。从单个基站方面，基站高耗电问题不容小觑。从单个 5G 基站基站能耗来看，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。从全国从全国 5G 基站总基站总电费支出来看电费支出来看，截至 2022 年底，运营商共

3、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1 测算依据为：根据工信部预估，2022年 5G 基站单站址能耗已比2022 年商用初期降低超过20%；中国工程院院士邬贺铨预测2025年 5G 基站能耗将会比建设初期下降一半。2 数据来源：三大运营商财报。3 按电价平均值估算5G 基站平均电价 0.9 元/度，根据全国地理位置不同，电费差异过大，如广东地区峰时位1.2元/度，平时为0.8/度，谷时为 0.4/度

4、，而内蒙古5G基站电费单价为 0.26/度。4 2022 年运营商 5G 基站电费估算过程为:2022 年总累计建成 5G基站数*单个基站年耗电量*电价,即 231万*18980千瓦时*0.9元/千瓦时395亿元。3/11 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。2020 年2021 年2022 年2023E2024E2025E0

5、5000000025000-18%-16%-14%-12%-10%-8%-6%-4%-2%0%2372521352.51898016607.51423511862.5-0.1-0.1111-0.125-0.7143-0.6667单个 5G 基站每年耗电（千瓦时）增速图图 1 1：-2025 年运营商单个年运营商单个 5G5G基站年耗电量及增速预测基站年耗电量及增速预测5 2023 年总累计建成 5G 基站数*单个基站年耗电量*电价,即306.5 万*16607.5千瓦时*0.9 元

6、/千瓦时458亿元。6 工信部发“十四五”信息通信行业发展规划目标2025 年每万人5G基站数达 26个，按照中国社科院预测，中国人口将在 2025年达到 14.1 亿，2025 年 5G基站总数为 26*14.1亿367万座。7 2025 年总累计建成 5G 基站数*单个基站年耗电量*电价,即367 万*11862.5千瓦时*0.9 元/千瓦时392亿元 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 0.6655844155844160.440935672514620.4848-0.0620687561743725-0.088555G 基站总费用（亿元）5G 基站总费用增速图图 2 2：-2025 年运营商年运营商 5G5G基站耗电总费用及增速预测基站耗电总费用及增速预测表表 1 2020-20251 2020-2025 年运营商年运营商 5G5G基站耗电量及预测基站耗电量及预测20202020 年年20212021年年20222022年年2023E2023E2024E2024E2025E

8、2025E5G5G 基站累计数量基站累计数量（万）（万）77142.5231306.53353675G5G 基站增速基站增速85%62%33%9%9%单个单个 5G5G 基站每天用基站每天用电量（千瓦时）电量（千瓦时）6558.55245.53932.5单个单个 5G5G 基站全年用基站全年用电量（千瓦时）电量（千瓦时）2372521352.51898016607.51423511862.55G5G 基站电费支出（亿基站电费支出（亿元）元）84303925G5G 基站电费支出增速基站电费支出增速67%44%16%-6%-9%算力相关产品及服务方面，电费支出持续高速攀升的问

9、题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。8 中国工程院院士刘韵洁在2023 年博鳌亚洲论坛中表示。5/11中移智库据估算，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 5

10、5.6 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，如按此按此增速计算增速计算，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9 据工信部统计，目前全国大数据中心平均用电价格为0.87 元/度，1PFLOPS普通算力每年仅电费成本为2400*0.87*365=76.2 万。10 2

11、025年 1PFLOPS 算力每天大约耗电为 2400*0.9*0.9*0.9=1750度，1PFLOPS 每年电费成本为1750*0.87*365=55.6 万。11 2022年通信业统计公报。12 2022运营商算力电费开支为年18*1000*76.2 万=137亿。13 中国算力发展指数白皮书。14 保守估计，运营商算力规模增速按全国平均增速计算，2025 年算力规模为18*1.5*1.5*1.5=60.7EFLOPS，电费支出为60.7*1000*55.6万=337 亿。6/11中移智库规模为88.4EFLOPS，电费支出预计高达490 亿元15。表表 2 2022-20252 20

12、22-2025 年运营商算力产品及服务电费成本测算年运营商算力产品及服务电费成本测算20222022年年2023E2023E2024E2024E2025E2025E1PFLOPS1PFLOPS 算力每天耗电（度）算力每天耗电（度）240021PFLOPS1PFLOPS 算力每年电费（万元）算力每年电费（万元）76.268.661.755.6保守情况（保守情况（50%50%增速）：运营商增速）：运营商算力规模（算力规模（EFLOPSEFLOPS）182740.560.7实际情况（实际情况（70%70%增速）：运营商增速）：运营商算力规模（算力规模（EFLOPSEFLOPS）

13、1830.65288.4保守情况（保守情况（50%50%增速）：运营商增速）：运营商算力方面电费开支（亿元）算力方面电费开支（亿元）7实际情况（实际情况（70%70%增速）：运营商增速）：运营商算力方面电费开支（亿元）算力方面电费开支（亿元）0由此可见，未来三年运营商由此可见，未来三年运营商 5G 基站与算力相关产品及服务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

14、增效，成为当前运营商亟需关注与解决的问题。表表 3 2022-20253 2022-2025 年运营商年运营商 5G5G基站与算力占净利润比重基站与算力占净利润比重20222022 年年2023E2023E2024E2024E2025E2025E运营商净利润运营商净利润(亿元亿元)22042223915 实际上，运营商算力规模增速高于全国平均增速，按年均 70%算，2025年算力规模为18*1.7*1.7*1.7=88.4EFLOPS，电费支出为 88.4*1000*55.6万=490 亿。16 运营商 2022-2025 年净利润增长按 2020-2022年净利润年均复

15、合增长率（9.67%）估算。如 2023年净利润为：2022年净利润*（1+年均复合增长率），即1698*1.09671862 亿元。7/11中移智库 5G5G基站电费支出（亿元）基站电费支出（亿元）395458430392保守情况（保守情况（50%50%增速）：运营商增速）：运营商算力方面电费开支（亿元）算力方面电费开支（亿元）7保守情况（保守情况（50%50%增速）：增速）：5G5G基站基站与算力电费开支占净利润比重与算力电费开支占净利润比重31%35%33%33%实际情况（实际情况（70%70%增速）：运营商增速）：运营商算力方面电费开支（亿元）算力方面电费开支（亿

16、元）0实际情况实际情况（70%70%增速）：增速）：5G5G基站基站与算力电费开支占净利润比重与算力电费开支占净利润比重31%36%37%39%二、二、策略建议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。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

17、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 8/11中移智库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

18、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心降低用电成本。第一，考虑自然环境优势，在云南、贵州等 9/11中移智库气候适宜、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；

19、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。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 10/11中移智库优路径，降低算力能耗。（作者：黄实、陈永灿、董超、亓明真）11/11中移智库

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