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以數字技術為核心的“新基建”將引發我國電力需求劇增，粗略估算，到2025年我國需要新增電力裝機187GW（1.87億千瓦），相當于目前全國裝機容量的9.4%和2019年電力消費總量的21.3%。除了負荷劇增需要規劃建設新的電源之外，大量布置在城區的5G基站、邊緣計算服務器，加上電動汽車充電樁等，將對現有城市配電網帶來巨大沖擊，而大型數據中心在電力資源豐富、氣候涼爽、電價相對較低的西部地區建設將增加本地電力消費，減少外輸電量，改變我國電力“西電東輸”的格局。

基于今(jin)后大(da)(da)數據(ju)的(de)(de)爆發性(xing)指數級(ji)增(zeng)(zeng)長，其(qi)應用或(huo)許超出(chu)我們今(jin)天線性(xing)思維模式(shi)的(de)(de)想象。盡管文(wen)中(zhong)對(dui)5G基站、數據(ju)中(zhong)心和(he)邊緣計算(suan)服務(wu)器等耗能設備增(zeng)(zeng)長數據(ju)的(de)(de)估算(suan)是(shi)基于許多假設，在5G基站的(de)(de)經濟性(xing)能否支撐其(qi)大(da)(da)規(gui)模布局、數據(ju)中(zhong)心的(de)(de)效率提升能夠(gou)在多大(da)(da)程度上(shang)抵消設備增(zeng)(zeng)加帶(dai)來的(de)(de)能耗增(zeng)(zeng)長等方面(mian)存在很(hen)大(da)(da)不確(que)定(ding)(ding)性(xing)，推算(suan)出(chu)來的(de)(de)2025新(xin)增(zeng)(zeng)電力負(fu)荷(he)總量難以精(jing)(jing)確(que)，因為精(jing)(jing)準(zhun)的(de)(de)計算(suan)需要更(geng)多技術數據(ju)支撐和(he)更(geng)加細致(zhi)的(de)(de)調研，但數字新(xin)基建(jian)引(yin)發電力需求劇(ju)增(zeng)(zeng)的(de)(de)趨勢是(shi)肯定(ding)(ding)的(de)(de)。作者建(jian)議國家(jia)在“十四五”規(gui)劃(hua)中(zhong)高度重視這一問題，做好滿足電力增(zeng)(zeng)量需求、優(you)化電源(yuan)布局的(de)(de)規(gui)劃(hua)工(gong)作。

今發表陳新(xin)華(hua)博士的原文，供相關從(cong)業者參考并在此基礎上進一步(bu)開展研究。

一、引言

數(shu)字技(ji)術(shu)是(shi)我們在本(ben)次疫情居家(jia)隔離期(qi)間(jian)最大(da)的幫手，也是(shi)疫情后“新基(ji)(ji)(ji)建”的最大(da)受(shou)益者。按照國家(jia)發改委的表述，“新基(ji)(ji)(ji)建”主(zhu)要涉(she)及數(shu)字技(ji)術(shu)，包括信(xin)息(xi)基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)設(she)(she)(she)施(shi)(shi)(shi)和融(rong)合基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)設(she)(she)(she)施(shi)(shi)(shi)。信(xin)息(xi)基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)設(she)(she)(she)施(shi)(shi)(shi)包括以5G、物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)、工(gong)業互聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)、衛星互聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)為代表的通(tong)信(xin)網(wang)(wang)(wang)絡基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)設(she)(she)(she)施(shi)(shi)(shi)，以人(ren)工(gong)智(zhi)能、云計算、區塊(kuai)鏈等為代表的新技(ji)術(shu)基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)設(she)(she)(she)施(shi)(shi)(shi)，和以數(shu)據中心、智(zhi)能計算中心為代表的算力基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)設(she)(she)(she)施(shi)(shi)(shi)等。融(rong)合基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)設(she)(she)(she)施(shi)(shi)(shi)主(zhu)要是(shi)指深度應用互聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)、大(da)數(shu)據、人(ren)工(gong)智(zhi)能等技(ji)術(shu)，支撐(cheng)傳(chuan)統基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)設(she)(she)(she)施(shi)(shi)(shi)轉型升級(ji)，進而形成的融(rong)合基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)設(she)(she)(she)施(shi)(shi)(shi)，如智(zhi)能交通(tong)基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)設(she)(she)(she)施(shi)(shi)(shi)、智(zhi)慧能源基(ji)(ji)(ji)礎(chu)(chu)設(she)(she)(she)施(shi)(shi)(shi)等。

數(shu)字(zi)技術消耗(hao)能源。當您在(zai)家(jia)里用手(shou)機或電腦發微(wei)信(xin)或參(can)加線(xian)上(shang)會議時，您家(jia)里的(de)路(lu)由器或者身(shen)家(jia)邊上(shang)的(de)移動通信(xin)基站(zhan)會把(ba)您的(de)信(xin)息傳(chuan)輸到服(fu)務(wu)商的(de)數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)，在(zai)那里計算處(chu)理后再回(hui)到您的(de)手(shou)機或電腦上(shang)，完成您的(de)社交或會議功能。在(zai)這(zhe)一場景中(zhong)，除了您手(shou)機或電腦耗(hao)電之(zhi)外，后面的(de)路(lu)由器、移動基站(zhan)、數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)都在(zai)耗(hao)電，并且消耗(hao)的(de)電量要比您手(shou)機或電腦大得多。

由(you)于這些消耗(hao)之前(qian)沒人(ren)做(zuo)過(guo)系統的(de)分析且(qie)在(zai)傳統能(neng)(neng)源工作者關注的(de)范(fan)圍(wei)之外，大(da)家(jia)普遍認為數(shu)字(zi)新基(ji)建(jian)耗(hao)能(neng)(neng)不(bu)高(gao)。本文分析數(shu)字(zi)新基(ji)建(jian)對(dui)電(dian)力(li)(li)需(xu)求的(de)影(ying)響，并(bing)以2025年為時(shi)間節點(dian)，匡算可能(neng)(neng)新增的(de)電(dian)力(li)(li)負荷，建(jian)議國(guo)(guo)家(jia)在(zai)“十四五”規(gui)劃制定過(guo)程中，對(dui)數(shu)字(zi)技術引起的(de)能(neng)(neng)耗(hao)增加以及全國(guo)(guo)電(dian)力(li)(li)供應的(de)結構性(xing)改變給予高(gao)度重視。

二、數字“新基建”能耗匡算

今天所有數字(zi)(zi)技術設備(bei)都由(you)電(dian)力驅動，凸(tu)顯了安(an)全、穩定、不(bu)中(zhong)斷(duan)電(dian)力供應(ying)對(dui)于現代(dai)社會運營的(de)重要性，而新數字(zi)(zi)基礎(chu)設施中(zhong)最大的(de)耗電(dian)量將來自于5G基站、數據中(zhong)心、邊緣計(ji)算(suan)服務(wu)器(qi)和端(duan)設備(bei)。

1. 5G基站能耗：2025年或新增53GW（5300萬千瓦）

無(wu)線(xian)通信的(de)(de)基(ji)站(zhan)是連(lian)接(jie)移(yi)動設備和(he)(he)固定線(xian)路的(de)(de)連(lian)接(jie)點(dian)。根據3GPP（由七(qi)家國際移(yi)動通信標準化組織組成的(de)(de)“第三代伙伴計劃”，The 3rd Generation of PartnershipProject）組織的(de)(de)規則，無(wu)線(xian)基(ji)站(zhan)分為四類，分別是宏基(ji)站(zhan)、微(wei)基(ji)站(zhan)、皮(pi)基(ji)站(zhan)和(he)(he)飛(fei)基(ji)站(zhan)。它(ta)們的(de)(de)具體參(can)數見下表(biao)。

表(biao)1:無線基站的分類（資料來源：《科技(ji)日報》，2020年3月25日，打造高質量5G離(li)不開這對“超強(qiang)組(zu)合”）

我們通(tong)常所說的4G或5G基(ji)(ji)站指的是宏基(ji)(ji)站。通(tong)過宏基(ji)(ji)站和微(wei)、皮、飛基(ji)(ji)站的組(zu)合可(ke)實(shi)現一個城(cheng)區的全域覆(fu)蓋(gai)。

無線通(tong)信(xin)從1G到5G發展，所用(yong)的(de)頻(pin)段(duan)越來越高，導致(zhi)信(xin)號傳輸的(de)距離(li)逐步縮短，基(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)覆蓋(gai)面積變小，因而(er)需要部署(shu)更多的(de)基(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)。4G基(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)在(zai)城區的(de)覆蓋(gai)半徑(jing)是(shi)1000—3000米，而(er)5G基(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)覆蓋(gai)半徑(jing)按照其采用(yong)的(de)頻(pin)段(duan)（電(dian)信(xin)3.4~3.5GHz；聯通(tong)3.5~3.6GHz；移動2.5~2.6GHz和(he)4.8~4.9GHz）不同而(er)不同，一般在(zai)300~450米之間。據中國信(xin)息通(tong)信(xin)研(yan)究院副院長何桂立預測(ce)，5G宏基(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)數(shu)量約為4G基(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)數(shu)量的(de)2倍以上(shang)才能覆蓋(gai)4G的(de)范圍。

根(gen)據(ju)(ju)何家愛、劉(liu)曉(xiao)村《基(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)節能(neng)減排措(cuo)施探(tan)討(tao)》[1]的(de)(de)統計，基(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)（指(zhi)的(de)(de)是宏基(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)，下同）功(gong)(gong)耗(hao)由(you)主(zhu)(zhu)設(she)(she)(she)備(bei)(bei)（45%）和空調系(xi)統（40%）為主(zhu)(zhu)，另外還有(you)的(de)(de)150%用于電源系(xi)統和其(qi)他設(she)(she)(she)備(bei)(bei)的(de)(de)功(gong)(gong)耗(hao)。根(gen)據(ju)(ju)其(qi)他相(xiang)關文獻，對于5G基(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)來說，站(zhan)(zhan)(zhan)點(dian)的(de)(de)通(tong)信設(she)(she)(she)備(bei)(bei)能(neng)耗(hao)和其(qi)他輔助(zhu)能(neng)耗(hao)比(bi)例平均在(zai)50：50左右。5G網絡由(you)于高(gao)帶寬(kuan)、高(gao)流量、高(gao)發射功(gong)(gong)率，其(qi)單(dan)(dan)站(zhan)(zhan)(zhan)能(neng)耗(hao)比(bi)4G要大幅增加。據(ju)(ju)中國(guo)通(tong)信標準化協(xie)會的(de)(de)數(shu)據(ju)(ju)，目前主(zhu)(zhu)要運營商的(de)(de)5G基(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)主(zhu)(zhu)設(she)(she)(she)備(bei)(bei)空載(zai)功(gong)(gong)耗(hao)約(yue)2.2~2.3kW，滿(man)載(zai)功(gong)(gong)耗(hao)約(yue)3.7~3.9kW，是4G單(dan)(dan)站(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)2.5~3.5倍(bei)。按照基(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)主(zhu)(zhu)設(she)(she)(she)備(bei)(bei)能(neng)耗(hao)與空調等(deng)輔助(zhu)能(neng)耗(hao)45：55的(de)(de)比(bi)例來說，5G基(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)單(dan)(dan)站(zhan)(zhan)(zhan)滿(man)載(zai)功(gong)(gong)耗(hao)在(zai)8.2~8.7kW，而4G基(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)總(zong)能(neng)耗(hao)則在(zai)2~2.5kW之間。

華為(wei)在去年(nian)10月的(de)全球電信業能效峰會上發表了(le)一份“5G通訊(xun)電力(li)目標網絡白皮書(shu)”[2]，描述了(le)5G基(ji)站(zhan)(zhan)建設對(dui)電力(li)系統的(de)需求。白皮書(shu)顯(xian)示(shi)，今天(tian)的(de)一座5G基(ji)站(zhan)(zhan)平(ping)均耗(hao)電6kW，滿載(zai)(zai)功耗(hao)8kW。3年(nian)后，隨(sui)著大(da)功率(lv)多發射器多接收器天(tian)線(xian)（MassiveMIMO）的(de)普(pu)及和移動邊緣計(ji)算的(de)嵌入，基(ji)站(zhan)(zhan)的(de)功耗(hao)要提高到(dao)平(ping)均10.4kW，滿載(zai)(zai)功率(lv)達(da)到(dao)13.7kW。5年(nian)后，隨(sui)著毫米(mi)波（mmWave）和其他新技術(shu)的(de)應用，基(ji)站(zhan)(zhan)的(de)能耗(hao)將上升到(dao)平(ping)均13.4kW，滿載(zai)(zai)功率(lv)到(dao)18.9kW。

基(ji)于其高功率需(xu)求，大規模5G基(ji)站(zhan)建(jian)設(she)所引起(qi)的(de)耗電賬單（一座功耗10kW的(de)基(ji)站(zhan)每年電費(fei)就(jiu)要(yao)7萬多元(yuan)）不僅是電信運(yun)營商的(de)不堪承受之重，對于城市配(pei)電網(wang)來說(shuo)也(ye)是非常嚴重的(de)挑戰(zhan)。5G基(ji)站(zhan)建(jian)設(she)前需(xu)要(yao)對現有(you)電網(wang)及(ji)其配(pei)套設(she)施進行擴容(rong)。

作為(wei)“新基建(jian)”的核心(xin)內容之(zhi)一，三大(da)電信運營商和全(quan)國多(duo)個(ge)省市(shi)都出臺了(le)5G專項(xiang)發展規劃(hua)。

按(an)照(zhao)中國信息通信研(yan)(yan)究院的(de)(de)統計，截至今年4月，我國已開通5G基(ji)站(zhan)(zhan)達到25萬(wan)(wan)個，5G套餐用(yong)戶突(tu)破7300萬(wan)(wan)，且(qie)基(ji)站(zhan)(zhan)建設按(an)照(zhao)每周(zhou)新(xin)增(zeng)1萬(wan)(wan)座左右的(de)(de)速度增(zeng)長。賽(sai)迪研(yan)(yan)究院2020年6月發布的(de)(de)研(yan)(yan)究報告[3]估計，到2020年底，全國的(de)(de)5G基(ji)站(zhan)(zhan)將(jiang)到達63萬(wan)(wan)座。隨著“新(xin)基(ji)建”的(de)(de)推(tui)進(jin)，基(ji)站(zhan)(zhan)的(de)(de)數量在未來幾年肯定會大(da)幅(fu)增(zeng)長。

按照國(guo)信(xin)證券(quan)的(de)統(tong)計[4]，目前全(quan)國(guo)有544萬(wan)座4G基(ji)(ji)(ji)(ji)站。因5G基(ji)(ji)(ji)(ji)站覆蓋的(de)距離要(yao)比4G短(duan)，按照保守的(de)一個4G基(ji)(ji)(ji)(ji)站需(xu)要(yao)1.2個5G基(ji)(ji)(ji)(ji)站來(lai)計算，替代全(quan)國(guo)現有的(de)4G基(ji)(ji)(ji)(ji)站需(xu)要(yao)650萬(wan)座5G基(ji)(ji)(ji)(ji)站。

如果(guo)每座5G基(ji)站的(de)平均總功(gong)耗(hao)是7kW（不(bu)是滿(man)載功(gong)率），相(xiang)比(bi)4G新增的(de)電(dian)力需(xu)求按照5kW來算(suan)，假(jia)設5G在全(quan)國范圍5年內通過(guo)改造來代(dai)替(ti)三(san)分(fen)之(zhi)二的(de)4G基(ji)站，相(xiang)當于改造433萬座基(ji)站，這就需(xu)要(yao)新增電(dian)力負荷(he)21.65GW（2165萬千瓦）。

4G移動(dong)通信的(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)主(zhu)要在(zai)(zai)民(min)生(sheng)(sheng)服務（如(ru)手機）領(ling)域，而5G的(de)廣連接、高傳(chuan)速和(he)低延時功能不僅(jin)使(shi)民(min)生(sheng)(sheng)服務領(ling)域的(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)得到大(da)幅度提升，結合(he)4K/8K高保真電視、VR/AR（虛(xu)擬(ni)現實(shi)/增(zeng)強現實(shi)）、全息視頻等(deng)技(ji)術，5G將進(jin)一步加(jia)強互聯(lian)網(wang)在(zai)(zai)文娛新(xin)聞、智(zhi)慧教育、遠程辦公、醫療健康等(deng)領(ling)域的(de)體(ti)驗，同時也給自動(dong)駕駛、工業(ye)物聯(lian)網(wang)等(deng)應(ying)用(yong)(yong)(yong)提供(gong)了(le)可能，而基(ji)于4G改造的(de)5G基(ji)站(zhan)將無法滿(man)足這些特定環境下大(da)數據高速傳(chuan)輸需求(qiu)。如(ru)果商業(ye)模式成熟，更多的(de)5G基(ji)站(zhan)將會布局在(zai)(zai)工業(ye)、交(jiao)通等(deng)應(ying)用(yong)(yong)(yong)場景(jing)，相應(ying)的(de)電力需求(qiu)及配網(wang)設施投資也會增(zeng)加(jia)。如(ru)果按(an)照與民(min)生(sheng)(sheng)領(ling)域1：0.5來算的(de)話，即在(zai)(zai)全國工業(ye)、交(jiao)通等(deng)物聯(lian)、車聯(lian)領(ling)域5年內新(xin)布局218萬座5G基(ji)站(zhan)，每個基(ji)站(zhan)功耗7kW，新(xin)增(zeng)的(de)電力需要15.26GW左(zuo)右(you)（1526萬千(qian)瓦）。

中國(guo)國(guo)際(ji)經(jing)濟交流(liu)中心副理事長黃奇帆[5]2020年6月21日在(zai)《瞭(liao)望》新聞周刊發表的(de)文章稱，到2025年，我國(guo)將會有500～600萬(wan)座5G基(ji)站(zhan)。這(zhe)一數字(zi)與我們(men)上(shang)述假設(she)2025年基(ji)站(zhan)總數（651萬(wan)座）相差無幾(ji)。

以(yi)上(shang)2025年(nian)5G基(ji)(ji)站(zhan)對于電(dian)力負(fu)荷的(de)(de)增加（21.65+15.26=36.91GW）（3691萬(wan)千瓦(wa)(wa)）是基(ji)(ji)于今天(tian)5G基(ji)(ji)站(zhan)的(de)(de)平均7kW來(lai)測算的(de)(de)。如(ru)(ru)果(guo)按(an)照(zhao)華(hua)(hua)為(wei)白皮書(shu)所(suo)說的(de)(de)，3年(nian)后5G基(ji)(ji)站(zhan)的(de)(de)功耗幾乎翻倍，達(da)到平均10.4kW，滿(man)載(zai)功率達(da)到13.7kW，那么2025年(nian)5G基(ji)(ji)站(zhan)的(de)(de)總(zong)功耗會更高(gao)。在(zai)上(shang)述白皮書(shu)中，華(hua)(hua)為(wei)預(yu)測到2026年(nian)，中國的(de)(de)電(dian)信運營商將有(you)475萬(wan)座(zuo)5G宏基(ji)(ji)站(zhan)和950萬(wan)座(zuo)小微基(ji)(ji)站(zhan)在(zai)用(yong)毫米波技術運營。按(an)照(zhao)這個(ge)預(yu)測，如(ru)(ru)果(guo)到2025年(nian)，如(ru)(ru)果(guo)有(you)400萬(wan)座(zuo)宏基(ji)(ji)站(zhan)并且(qie)都(dou)使用(yong)毫米波技術，每座(zuo)耗電(dian)15kW，總(zong)負(fu)荷就會達(da)到60GW（6000萬(wan)千瓦(wa)(wa)），遠高(gao)于以(yi)上(shang)37GW（3700萬(wan)千瓦(wa)(wa)）的(de)(de)保(bao)守估算。

除了以上分(fen)析的(de)(de)宏基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)耗(hao)能(neng)情況外，比(bi)宏基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)數量多(duo)出(chu)幾倍的(de)(de)微(wei)基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)、皮(pi)基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)和(he)飛(fei)基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)能(neng)耗(hao)也值得重視。宏基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)適用于廣域覆蓋(gai)，微(wei)基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)偏向局域覆蓋(gai)，皮(pi)基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)相(xiang)當(dang)于企業(ye)級(ji)WiFi，而飛(fei)基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)則與家庭路由器相(xiang)當(dang)。微(wei)基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)主機功耗(hao)1kW，加(jia)(jia)上空調的(de)(de)輔助設(she)施就(jiu)是2kW每(mei)座(zuo)。皮(pi)基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)一般安裝在室內(nei)不需要獨(du)立(li)空調，每(mei)座(zuo)功耗(hao)在800W左(zuo)右(you)。家庭級(ji)的(de)(de)飛(fei)基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)能(neng)耗(hao)可(ke)以納入端設(she)備(bei)（見下）籠統估算。如(ru)果(guo)(guo)只考慮微(wei)基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)，2025年建(jian)成800萬(wan)座(zuo)微(wei)基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)，每(mei)座(zuo)功耗(hao)2kW，相(xiang)比(bi)現有(you)的(de)(de)4G微(wei)基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)增加(jia)(jia)1kW負荷(he)的(de)(de)話，就(jiu)需要增加(jia)(jia)負荷(he)8GW（800萬(wan)千瓦）。企業(ye)級(ji)皮(pi)基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)數量要比(bi)微(wei)基(ji)(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)更多(duo)，如(ru)果(guo)(guo)在2025年前新建(jian)1000萬(wan)座(zuo)，每(mei)座(zuo)耗(hao)電800W，那么(me)又要增加(jia)(jia)8GW（800萬(wan)千瓦）。

綜合(he)以上(shang)(shang)分析，粗略(lve)估計(ji)2025年5G基站（包括宏、微、皮基站）的(de)電力負荷增加53GW（5300萬千瓦）以上(shang)(shang)。

準(zhun)確估算(suan)(suan)5G對(dui)電(dian)力(li)需求(qiu)影響涉及(ji)到兩個核心參數(shu)：5G基(ji)站(zhan)(zhan)的(de)(de)單站(zhan)(zhan)功(gong)耗和5G在全(quan)國推廣的(de)(de)速度。單站(zhan)(zhan)功(gong)耗在短(duan)時間(jian)內很難大幅度下降(jiang)反(fan)而隨著性能(neng)的(de)(de)提升(sheng)而大幅度提高，關鍵就要(yao)看基(ji)站(zhan)(zhan)的(de)(de)推廣速度：5年內能(neng)否(fou)完成(cheng)對(dui)4G三分之二的(de)(de)替代？5G的(de)(de)應用(yong)能(neng)否(fou)創造足(zu)夠大的(de)(de)價(jia)值使得它在工業物聯、交通與(yu)車聯等領(ling)域大規模(mo)推廣？這是決定5G基(ji)站(zhan)(zhan)新增電(dian)力(li)需求(qiu)估算(suan)(suan)的(de)(de)主要(yao)不確定因素。反(fan)過(guo)來(lai)看，5G基(ji)站(zhan)(zhan)的(de)(de)高能(neng)耗帶來(lai)的(de)(de)高成(cheng)本(ben)也(ye)許成(cheng)為其(qi)大規模(mo)推廣的(de)(de)主要(yao)制(zhi)約因素。

2. 數據中心能耗：2025年或新增78GW（7800萬千瓦）

相比于5G基(ji)站(zhan)，數(shu)據(ju)中心的(de)能耗更(geng)大(da)，對(dui)電力系統的(de)影響也更(geng)大(da)。

數(shu)(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)心是集中(zhong)(zhong)儲存和處理(li)數(shu)(shu)(shu)據的(de)(de)(de)(de)(de)地方(fang)，小的(de)(de)(de)(de)(de)是一個(ge)房(fang)間(jian)，大的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)以(yi)(yi)(yi)是一棟大樓或(huo)幾棟大樓。數(shu)(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)心由成(cheng)排的(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)架（或(huo)機(ji)(ji)柜）組(zu)成(cheng)，機(ji)(ji)架大小不一，大的(de)(de)(de)(de)(de)與(yu)集裝(zhuang)箱一樣，以(yi)(yi)(yi)方(fang)便運(yun)輸與(yu)安裝(zhuang)。一個(ge)數(shu)(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)心可(ke)以(yi)(yi)(yi)有幾千個(ge)甚至幾萬(wan)(wan)個(ge)機(ji)(ji)架，通(tong)過(guo)管理(li)軟(ruan)件進(jin)行組(zu)合。機(ji)(ji)架里面裝(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)是由無數(shu)(shu)(shu)芯片組(zu)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)服(fu)務(wu)器(qi)(qi)（server），這些服(fu)務(wu)器(qi)(qi)就如(ru)我們平常(chang)用的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)腦，由電(dian)力驅動，消耗電(dian)力后產生的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)量通(tong)過(guo)附帶的(de)(de)(de)(de)(de)金屬片散(san)發。為(wei)了(le)使服(fu)務(wu)器(qi)(qi)在穩定的(de)(de)(de)(de)(de)溫度(du)和濕度(du)（18~27°C，濕度(du)在60％以(yi)(yi)(yi)下）環境(jing)下運(yun)營，需(xu)要將服(fu)務(wu)器(qi)(qi)產生的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)量排到室外，這就需(xu)要額(e)外的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)力來給數(shu)(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)心制冷(leng)。此外，數(shu)(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)心需(xu)要非(fei)常(chang)可(ke)靠(kao)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)力供應，都帶有自己的(de)(de)(de)(de)(de)備用電(dian)源。數(shu)(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)心的(de)(de)(de)(de)(de)能耗很高，目(mu)前(qian)全球的(de)(de)(de)(de)(de)大型數(shu)(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)心需(xu)要的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)力供應都在100MW（10萬(wan)(wan)千瓦）以(yi)(yi)(yi)上(shang)。

因為數(shu)據(ju)(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)在驅(qu)動(dong)(dong)服務(wu)器等硬盤設施(shi)所(suo)需(xu)的(de)(de)電(dian)力之外還需(xu)要輔助設施(shi)來降溫并提供不間斷電(dian)源(yuan)保障，衡量數(shu)據(ju)(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)能(neng)(neng)源(yuan)效(xiao)(xiao)率(lv)的(de)(de)一個重要指(zhi)標就是其總能(neng)(neng)耗與真正用于(yu)驅(qu)動(dong)(dong)IT設施(shi)的(de)(de)能(neng)(neng)耗之間的(de)(de)比(bi)例，即電(dian)能(neng)(neng)使(shi)用效(xiao)(xiao)率(lv)值（PowerUsageEffectiveness，PUE），PUE越低，證明它需(xu)要的(de)(de)輔助能(neng)(neng)耗越少。按(an)照中(zhong)(zhong)國信(xin)(xin)(xin)息通(tong)信(xin)(xin)(xin)研(yan)究院的(de)(de)數(shu)據(ju)(ju)(ju)，2013年以前(qian)，全(quan)國對外服務(wu)型數(shu)據(ju)(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)平(ping)均PUE在2.5左右(you)，而到(dao)2019年底，這(zhe)些數(shu)據(ju)(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)的(de)(de)平(ping)均PUE已經接(jie)近1.6。工(gong)業和信(xin)(xin)(xin)息化部聯合國家機關事務(wu)管理局(ju)、國家能(neng)(neng)源(yuan)局(ju)印(yin)發的(de)(de)《關于(yu)加強綠(lv)色數(shu)據(ju)(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)建設的(de)(de)指(zhi)導意見（工(gong)信(xin)(xin)(xin)部聯節〔2019〕24號）要求到(dao)2022年，全(quan)國新建大型、超大型數(shu)據(ju)(ju)(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)的(de)(de)電(dian)能(neng)(neng)使(shi)用效(xiao)(xiao)率(lv)值達到(dao)1.4以下。

數據(ju)中(zhong)心(xin)的(de)電力(li)消費(fei)主要發(fa)生(sheng)在(zai)機架上，而機架又可以按照其(qi)安裝的(de)服務(wu)(wu)(wu)器性能來劃分，高密(mi)度(du)(du)機架安裝更多計算能力(li)更強的(de)服務(wu)(wu)(wu)器，所需要的(de)電力(li)供應也更大。根(gen)據(ju)全球數據(ju)中(zhong)心(xin)經理人協會(hui)（Association For Computer Operations Management，AFCOM）對機架密(mi)度(du)(du)的(de)分類，低密(mi)度(du)(du)機架每(mei)臺耗(hao)電在(zai)4kW以下，中(zhong)密(mi)度(du)(du)為(wei)(wei)5~8kW，高密(mi)度(du)(du)為(wei)(wei)9~15kW，超高密(mi)度(du)(du)為(wei)(wei)16kW以上。隨著(zhu)新興技(ji)術(shu)的(de)快速(su)發(fa)展(zhan)，特別(bie)是高性能計算設備(bei)和GPU（Graphic Processing Unit）服務(wu)(wu)(wu)器的(de)使(shi)用，單機機架的(de)功耗(hao)將朝著(zhu)20~30kW甚(shen)至(zhi)更高規模發(fa)展(zhan)。

數(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)(xin)(xin)已經成為數(shu)(shu)字(zi)經濟(ji)發(fa)展的(de)基(ji)石。截止2018年(nian)(nian)底，我國(guo)(guo)大小(xiao)規模的(de)數(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)(xin)(xin)總(zong)(zong)量(liang)(liang)(liang)(liang)已超(chao)過40萬(wan)(wan)個。據國(guo)(guo)網能(neng)源研究院[6]的(de)統計(ji)，2018年(nian)(nian)，全(quan)(quan)(quan)國(guo)(guo)大型及以上數(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)(xin)(xin)的(de)總(zong)(zong)機架數(shu)(shu)已達(da)(da)204萬(wan)(wan)個，預(yu)計(ji)到(dao)(dao)2020年(nian)(nian)、2025年(nian)(nian)這(zhe)些(xie)數(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)(xin)(xin)機架數(shu)(shu)量(liang)(liang)(liang)(liang)分別達(da)(da)到(dao)(dao)498萬(wan)(wan)、802萬(wan)(wan)個。國(guo)(guo)網能(neng)源研究院估計(ji)，2018年(nian)(nian)，全(quan)(quan)(quan)國(guo)(guo)數(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)(xin)(xin)的(de)耗(hao)電(dian)(dian)總(zong)(zong)量(liang)(liang)(liang)(liang)達(da)(da)到(dao)(dao)1609億(yi)kWh，超(chao)過上海(hai)市當年(nian)(nian)全(quan)(quan)(quan)社會用(yong)電(dian)(dian)量(liang)(liang)(liang)(liang)（1567億(yi)kWh），占全(quan)(quan)(quan)國(guo)(guo)用(yong)電(dian)(dian)量(liang)(liang)(liang)(liang)比重的(de)2.35%。中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)電(dian)(dian)子節能(neng)技(ji)術協會數(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)(xin)(xin)節能(neng)技(ji)術委員會秘書長呂天文在2019年(nian)(nian)的(de)一(yi)次會議上透露，目(mu)前中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)數(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)(xin)(xin)的(de)耗(hao)電(dian)(dian)量(liang)(liang)(liang)(liang)已連續八(ba)年(nian)(nian)以12%以上的(de)速度增長，預(yu)計(ji)2020年(nian)(nian)總(zong)(zong)耗(hao)電(dian)(dian)量(liang)(liang)(liang)(liang)將達(da)(da)到(dao)(dao)2962億(yi)kWh。

結合這兩(liang)組數(shu)據，如果我們取(qu)2500億kWh作為比較保守的(de)2020年(nian)全(quan)國(guo)(guo)數(shu)據中心(xin)(xin)總耗電(dian)量(liang)，并取(qu)8kW為數(shu)據中心(xin)(xin)的(de)機(ji)架平均密(mi)度（標(biao)準機(ji)架），那就得(de)出全(quan)國(guo)(guo)數(shu)據中心(xin)(xin)在2020年(nian)有357萬(wan)個標(biao)準機(ji)架在運行，需(xu)要(yao)的(de)電(dian)力容(rong)量(liang)（包(bao)括制冷等(deng)非IT部分）支撐是28.5GW（2850萬(wan)千(qian)瓦）。

我國自2015年(nian)(nian)(nian)以來，數據(ju)(ju)處理量(liang)每(mei)年(nian)(nian)(nian)以95%的速度增長，與全球數據(ju)(ju)量(liang)每(mei)隔11個(ge)月翻番的速度可以相比。有專家(jia)預(yu)計，2025年(nian)(nian)(nian)全球數據(ju)(ju)量(liang)將會(hui)從(cong)2016年(nian)(nian)(nian)的16ZB（1ZB=10的18次方(fang)比特）上升至(zhi)163ZB，2021年(nian)(nian)(nian)中國人均移動數據(ju)(ju)流量(liang)要(yao)比2015年(nian)(nian)(nian)增長18倍。

隨著5G、大數(shu)(shu)據、人工(gong)智能、工(gong)業(ye)物聯網(wang)、區塊鏈等技術的發(fa)展，越(yue)來越(yue)多的設備如移動設備、可(ke)穿戴設備、家用電(dian)器(qi)、醫(yi)療設備、工(gong)業(ye)探測器(qi)、監(jian)控攝像頭、汽(qi)車以(yi)及服(fu)裝等都會連接到互聯網(wang)上，各種類型的數(shu)(shu)據正在(zai)以(yi)更快的速(su)度(du)指數(shu)(shu)級地增長，而這些海量數(shu)(shu)據也將會推動數(shu)(shu)據中心(xin)向(xiang)超大規模發(fa)展。中國(guo)(guo)的數(shu)(shu)據中心(xin)除(chu)了滿足本國(guo)(guo)需求之(zhi)外，還(huan)可(ke)以(yi)為(wei)其他國(guo)(guo)家提供服(fu)務。

估算(suan)未(wei)來數據中(zhong)心能耗總(zong)量也面臨著5G基站(zhan)同(tong)樣(yang)的(de)問題：機架數量的(de)增加與單架能效(xiao)提高之間(jian)如何(he)平衡(heng)？

一方面，按照(zhao)保(bao)守估計(ji)，中(zhong)(zhong)國數(shu)據中(zhong)(zhong)心的(de)機架數(shu)量將會以(yi)每年30%的(de)速(su)度(du)增長。按照(zhao)這個速(su)度(du)，2025年的(de)標準(zhun)機架總數(shu)將達到1325萬(wan)(wan)個，比(bi)目(mu)前(qian)的(de)357萬(wan)(wan)個機架要增加968萬(wan)(wan)個。假設單架功(gong)率保(bao)持在(zai)8kW不變，1325萬(wan)(wan)個機架需(xu)要的(de)電(dian)力支撐就是(shi)106GW（1.06億千(qian)(qian)瓦），比(bi)目(mu)前(qian)的(de)28.5GW（2850萬(wan)(wan)千(qian)(qian)瓦）凈增加77.5GW（7750萬(wan)(wan)千(qian)(qian)瓦）的(de)電(dian)力負荷需(xu)求。

另一(yi)方面，隨(sui)著技術進(jin)步和數(shu)據中心的(de)結構調整，單機能耗會降(jiang)低，PUE數(shu)值也會進(jin)一(yi)步下降(jiang)。

國際能源署在(zai)(zai)2017年出版(ban)的(de)(de)《數(shu)(shu)(shu)(shu)字化與能源》報(bao)(bao)告(gao)(gao)[7]中(zhong)估(gu)計，2014年全(quan)球數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)電力消費總量(liang)為194TWh，占全(quan)球電力消費的(de)(de)1%。美國作為全(quan)球最大(da)的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)心(xin)(xin)市(shi)場，2014年數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)耗電量(liang)占全(quan)國總量(liang)的(de)(de)1.8%。IEA預(yu)計，得益于服務器、存儲器和網(wang)絡開關等設施(shi)的(de)(de)能效提高和數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)心(xin)(xin)向超大(da)型和云中(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)結構性(xing)轉(zhuan)變(bian)，盡管數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)心(xin)(xin)工作負(fu)荷到2020年會(hui)在(zai)(zai)2014年基(ji)礎上增(zeng)加(jia)3倍，數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)耗電總量(liang)只會(hui)增(zeng)長3%，到200TWh。在(zai)(zai)其2年后發布的(de)(de)《能源效率2019》報(bao)(bao)告(gao)(gao)[8]中(zhong)，國際能源署更新了這一數(shu)(shu)(shu)(shu)字，估(gu)計全(quan)球數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)心(xin)(xin)和傳輸網(wang)絡在(zai)(zai)2018年一共消費了460TWh電力，其中(zhong)網(wang)絡傳輸250TWh，數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)心(xin)(xin)210TWh。

2020年2月，《Science》雜志(zhi)刊登了(le)美(mei)國5位學(xue)者的一篇論(lun)文《重新(xin)校(xiao)準(zhun)全(quan)(quan)球數(shu)據(ju)中心能耗估算》[9]。作者指(zhi)出，得(de)益于數(shu)據(ju)中心從(cong)較小分散的傳(chuan)統數(shu)據(ju)中心向(xiang)超大規模數(shu)據(ju)中心集約化轉變、全(quan)(quan)球服(fu)務(wu)器效率以及虛(xu)擬(ni)化程度的提高、制冷和供配電等基礎設施技(ji)術的不斷(duan)改進，與2010年相(xiang)比(bi)，2018年全(quan)(quan)球數(shu)據(ju)中心計(ji)算實(shi)例（ComputeInstances）增加了(le)550%，而同期全(quan)(quan)球數(shu)據(ju)中心的耗電量僅增加了(le)6%。

毫無疑問，技術還(huan)會進步，數(shu)據(ju)中心(xin)單位(wei)數(shu)據(ju)處(chu)理的能源效率還(huan)會提高(gao)，但(dan)在數(shu)據(ju)處(chu)理量(liang)快速上升(sheng)時如(ru)何把(ba)新增電力需求(qiu)控制在合(he)理水(shui)平？這(zhe)是一個重大問題，需要繼續(xu)深入(ru)研(yan)究。

按照工信(xin)部(bu)賽迪研(yan)究(jiu)院的(de)數(shu)據，全國(guo)目前(qian)有(you)(you)48%的(de)數(shu)據中心PUE值(zhi)在(zai)1.8以上，即為了(le)(le)提供1單元的(de)計(ji)算電(dian)(dian)力，需要同時消耗(hao)提供0.8個單元來提供制冷等的(de)輔助服務(wu)。值(zhi)得注意的(de)是，為了(le)(le)降低(di)數(shu)據中心的(de)PUE值(zhi)，擁有(you)(you)龐大服務(wu)器群的(de)云計(ji)算、互聯網企(qi)業紛(fen)紛(fen)在(zai)電(dian)(dian)力資(zi)源豐富(fu)、氣候涼爽、電(dian)(dian)價較低(di)的(de)偏遠地(di)區（如廣西(xi)、內蒙）建立數(shu)據中心，此舉雖(sui)然降低(di)了(le)(le)PUE，但(dan)減少了(le)(le)原來規劃準備輸出到東部(bu)沿海省份的(de)電(dian)(dian)量(liang)，因此改(gai)變全國(guo)的(de)電(dian)(dian)力布(bu)局。

數(shu)(shu)據中(zhong)心(xin)不(bu)是數(shu)(shu)字技(ji)術(shu)唯一消耗(hao)電力的(de)(de)(de)環節。比(bi)特(te)幣(bi)的(de)(de)(de)挖(wa)礦(kuang)(kuang)機(ji)，比(bi)如說，就是通過(guo)建立(li)(li)自己的(de)(de)(de)數(shu)(shu)據中(zhong)心(xin)，消耗(hao)大量(liang)的(de)(de)(de)電力來運營特(te)制(zhi)的(de)(de)(de)芯(xin)片，以此(ci)獲(huo)取(qu)比(bi)特(te)幣(bi)。這些(xie)(xie)“挖(wa)礦(kuang)(kuang)”者也選(xuan)擇電費較低，且氣候(hou)涼(liang)爽的(de)(de)(de)地區(qu)建立(li)(li)計算中(zhong)心(xin)，進一步減少這些(xie)(xie)地區(qu)的(de)(de)(de)電力出(chu)口能力。按照國際(ji)能源署的(de)(de)(de)統計，2019年(nian)，全(quan)球的(de)(de)(de)比(bi)特(te)幣(bi)挖(wa)礦(kuang)(kuang)機(ji)消耗(hao)了50~70TWh的(de)(de)(de)電力，占全(quan)球電力總(zong)量(liang)的(de)(de)(de)0.2~0.3%。

3. 邊緣計算服務器：或增加39GW（3900萬千瓦）

邊緣計算(suan)是指(zhi)將計算(suan)與存儲資(zi)源從傳統的云(yun)數據中(zhong)心(xin)向(xiang)用戶(hu)側遷移，拉近用戶(hu)和計算(suan)中(zhong)心(xin)的物理距(ju)離，在用戶(hu)端即時對數據進行處理，實現(xian)更(geng)低(di)的數據交互時延、節省網絡(luo)流(liu)量，從而為用戶(hu)提供低(di)延時、高穩定性的IT解決方(fang)案。

隨著5G、AI和(he)(he)工業(ye)互聯網的發展，很多業(ye)務(wu)場(chang)景需(xu)要海量(liang)數據(ju)(ju)接入和(he)(he)超低的網絡時(shi)延，集中式(shi)的計(ji)(ji)算(suan)處理模式(shi)將(jiang)面臨難解的瓶(ping)頸和(he)(he)壓力(li)，需(xu)要更多的邊(bian)緣計(ji)(ji)算(suan)能力(li)來完成，形成新的“云計(ji)(ji)算(suan)+邊(bian)緣計(ji)(ji)算(suan)”數據(ju)(ju)處理模式(shi)，在邊(bian)緣計(ji)(ji)算(suan)、云計(ji)(ji)算(suan)以及網絡之(zhi)間協同，實(shi)現計(ji)(ji)算(suan)與(yu)存儲資源(yuan)的最優化(hua)利(li)用。

邊緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)要么將(jiang)存儲與計(ji)算(suan)(suan)能(neng)(neng)力(li)(li)放(fang)到端(duan)設備（如手機），要么將(jiang)服(fu)務(wu)器安裝在(zai)(zai)應用場景中(zhong)。我在(zai)(zai)挪(nuo)威(wei)國家石油公(gong)司(si)中(zhong)國區工(gong)作期間(jian)，有(you)一(yi)個(ge)親身的(de)(de)(de)(de)經歷。當時我們在(zai)(zai)北(bei)京(jing)有(you)一(yi)個(ge)十幾人的(de)(de)(de)(de)研發中(zhong)心，需要較為強大(da)的(de)(de)(de)(de)數(shu)據處理能(neng)(neng)力(li)(li)。北(bei)京(jing)中(zhong)心雖然與公(gong)司(si)在(zai)(zai)挪(nuo)威(wei)和美(mei)國的(de)(de)(de)(de)其(qi)他數(shu)據中(zhong)心有(you)高速(su)網(wang)絡相連，但速(su)度和可(ke)靠性不足以支撐(cheng)本(ben)地的(de)(de)(de)(de)需求，因(yin)此在(zai)(zai)我們辦公(gong)室同一(yi)樓層(ceng)的(de)(de)(de)(de)租(zu)用空間(jian)里專(zhuan)門(men)留出一(yi)個(ge)房間(jian)來安裝一(yi)個(ge)服(fu)務(wu)器，這(zhe)(zhe)就(jiu)是邊緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)案例。這(zhe)(zhe)個(ge)邊緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)服(fu)務(wu)器是一(yi)個(ge)耗能(neng)(neng)大(da)戶，每年的(de)(de)(de)(de)電費(fei)在(zai)(zai)25萬元左(zuo)右。類似(si)這(zhe)(zhe)樣的(de)(de)(de)(de)邊緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)服(fu)務(wu)器數(shu)量無法統計(ji)，但總(zong)的(de)(de)(de)(de)趨勢是，隨(sui)著5G、車聯網(wang)和工(gong)業物(wu)聯網(wang)布(bu)局的(de)(de)(de)(de)展(zhan)開(kai)，大(da)量的(de)(de)(de)(de)邊緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)中(zhong)心將(jiang)布(bu)局在(zai)(zai)應用場景端(duan)。

5G應用、車聯、工業物聯和其他城市設施(shi)物聯的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)將越來(lai)越多地(di)(di)由數(shu)(shu)據(ju)(ju)邊(bian)緣(yuan)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)服務(wu)器(qi)處理(li)，而不是(shi)傳輸(shu)到大(da)型的(de)(de)中央數(shu)(shu)據(ju)(ju)中心(xin)。長期看，邊(bian)緣(yuan)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)比例(li)要(yao)高(gao)于集中式計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)中心(xin)的(de)(de)處理(li)量(liang)(liang)。邊(bian)緣(yuan)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)所(suo)用的(de)(de)處理(li)器(qi)和機(ji)架(jia)與(yu)大(da)型數(shu)(shu)據(ju)(ju)中心(xin)的(de)(de)基本相同，因(yin)此可以設定邊(bian)緣(yuan)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)與(yu)集中計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)比例(li)來(lai)推算(suan)(suan)(suan)(suan)邊(bian)緣(yuan)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)(de)機(ji)架(jia)數(shu)(shu)量(liang)(liang)。2025年，如果邊(bian)緣(yuan)計(ji)(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)(suan)量(liang)(liang)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)(de)標準機(ji)架(jia)數(shu)(shu)是(shi)2020~2025期間(jian)新建大(da)型數(shu)(shu)據(ju)(ju)中心(xin)機(ji)架(jia)數(shu)(shu)的(de)(de)一半的(de)(de)話，那(nei)就需(xu)要(yao)在全國(guo)各(ge)地(di)(di)的(de)(de)應用場景建設484萬(wan)個標準機(ji)架(jia)，每個機(ji)架(jia)8kW，就是(shi)38.7GW（3870萬(wan)千瓦(wa)）。

4. 端設備：或增加17GW（1700萬千瓦）

除了邊緣計算服務器之外，越來越多(duo)的計算與數據存儲功能會被(bei)整合到終端設(she)備上，這些(xie)帶有智能與互聯功能的設(she)備叫端設(she)備。

國際能源署估計，2015年，全球有155億(yi)臺終端(duan)數字設備在運營，包(bao)括智能表計、視頻監控、電視機(ji)、機(ji)頂盒(he)、路由器、音(yin)響，手(shou)機(ji)、電腦、平(ping)板電腦，等等。它們一共消耗了(le)340TWh的電力，平(ping)均(jun)每臺22kWh。這些端(duan)設備的數量已經增加到2018年的180億(yi)臺，年均(jun)增長(chang)8%。

根據思科(ke)今年(nian)(nian)3月發布的(de)《2018—2023年(nian)(nian)度互聯網(wang)報告(gao)》[10]分析(xi)和預測(ce)，到2023年(nian)(nian)，互聯網(wang)總用戶將達到53億(yi)（占全球(qiu)人口的(de)66％），高于(yu)2018年(nian)(nian)的(de)39億(yi)（占全球(qiu)人口的(de)51％）。但這(zhe)一(yi)數(shu)(shu)(shu)字與整體連網(wang)設備(bei)的(de)數(shu)(shu)(shu)量相(xiang)比相(xiang)形(xing)見絀：到2023年(nian)(nian)，連網(wang)設備(bei)數(shu)(shu)(shu)量為293億(yi)臺(tai)，而2018年(nian)(nian)為184億(yi)臺(tai)。思科(ke)的(de)這(zhe)一(yi)數(shu)(shu)(shu)據可能還(huan)低估了一(yi)些物(wu)聯設施。按照(zhao)咨(zi)詢公司(si)StrategyAnalytics的(de)估計，在(zai)2016年(nian)(nian)，全球(qiu)已經有近(jin)200億(yi)個聯網(wang)設備(bei)，這(zhe)個數(shu)(shu)(shu)量在(zai)2020年(nian)(nian)會(hui)達到500億(yi)。

結合兩者的預測，在2025年(nian)，全球聯(lian)網的智能設(she)備應該(gai)在500億(yi)左(zuo)右。鑒于(yu)中國經濟(ji)規模(mo)和在數(shu)字化(hua)領(ling)域的領(ling)先(xian)地位(wei)，在全球智能設(she)備份額中占10%不成問題，也就是50億(yi)。假設(she)這50億(yi)中，有一半是今后5年(nian)新增的，就是25億(yi)個新的互聯(lian)終端設(she)備要在5年(nian)內接到電網上。

這些(xie)設(she)備(bei)(bei)量大面廣，種(zhong)類(lei)繁多，從家里的(de)(de)(de)電視、音(yin)響、手機(ji)、電腦、無線路由器、監(jian)控設(she)備(bei)(bei)，到工廠、道(dao)路、機(ji)場、車站、城市街(jie)道(dao)里的(de)(de)(de)各種(zhong)聯(lian)網的(de)(de)(de)傳感設(she)備(bei)(bei)、布置在(zai)室(shi)內(nei)的(de)(de)(de)5G飛(fei)基(ji)站等，它們無法統(tong)計，所需(xu)要的(de)(de)(de)功(gong)耗也不(bu)一(yi)樣。假設(she)每個設(she)備(bei)(bei)按(an)照全球平均每年耗電20kWh來(lai)算(suan)，25億個設(she)備(bei)(bei)就(jiu)是(shi)500億kWh（50TWh），如果每天8小時(shi)(shi)時(shi)(shi)間運營就(jiu)需(xu)要17GW（1700萬(wan)(wan)千瓦(wa)）電力來(lai)支撐。這些(xie)互(hu)聯(lian)的(de)(de)(de)設(she)備(bei)(bei)很大一(yi)部分都接到電源上，平時(shi)(shi)處于待(dai)機(ji)模式。每個設(she)備(bei)(bei)待(dai)機(ji)耗電1瓦(wa)來(lai)算(suan)，就(jiu)是(shi)2.5GW（250萬(wan)(wan)千瓦(wa)），全年就(jiu)是(shi)22TWh（220億千瓦(wa)時(shi)(shi)）的(de)(de)(de)耗電量。國(guo)際(ji)能(neng)源署(shu)在(zai)2017年的(de)(de)(de)報告【3】中預測，到2025年，包括(kuo)電視和電腦在(zai)內(nei)的(de)(de)(de)全球互(hu)聯(lian)設(she)備(bei)(bei)的(de)(de)(de)待(dai)機(ji)狀(zhuang)態將無端浪(lang)費(fei)740TWh（7400億千瓦(wa)時(shi)(shi)）的(de)(de)(de)電力，這一(yi)總量相當于法國(guo)和英國(guo)兩國(guo)的(de)(de)(de)全年電力消(xiao)費(fei)總量。萬(wan)(wan)物互(hu)聯(lian)帶來(lai)的(de)(de)(de)量大面廣的(de)(de)(de)待(dai)機(ji)能(neng)耗問題很值得關注并尋找解決方案。

三、結論與國家“十四五”規劃建議

5G的(de)大(da)規模普及存(cun)在商業可行性(xing)方面的(de)挑戰，基站的(de)高能耗(hao)也可能成(cheng)為其(qi)推(tui)(tui)廣的(de)制(zhi)約因素之一。即使(shi)如此，數(shu)(shu)字(zi)(zi)經濟的(de)發(fa)展必將進(jin)一步推(tui)(tui)動(dong)數(shu)(shu)據的(de)爆發(fa)性(xing)增長，帶動(dong)數(shu)(shu)據傳(chuan)輸(shu)、存(cun)儲、計算、應用(yong)環節和互聯設備的(de)能耗(hao)大(da)幅度(du)上(shang)升。數(shu)(shu)字(zi)(zi)基礎設施的(de)能耗(hao)強度(du)如果(guo)沒(mei)能得(de)到有效(xiao)控(kong)制(zhi)，數(shu)(shu)字(zi)(zi)經濟的(de)低碳效(xiao)果(guo)就會大(da)打折扣。

按照(zhao)以(yi)上分析和(he)粗略匡(kuang)算，在不(bu)考(kao)慮能效(xiao)大幅提升以(yi)及數據中心的(de)(de)結構性(xing)大調(diao)整的(de)(de)情況(kuang)下，到2025年，數字基(ji)(ji)礎設(she)施的(de)(de)“新(xin)(xin)基(ji)(ji)建”起(qi)碼需要187GW（1.87億千(qian)瓦(wa)(wa)）新(xin)(xin)增電力(li)裝機容量來支(zhi)持(chi)，5G基(ji)(ji)站(zhan)（53GW，5300萬(wan)千(qian)瓦(wa)(wa)）、數據中心（78GW，7800萬(wan)千(qian)瓦(wa)(wa)）和(he)分布式邊緣(yuan)計(ji)算服務器(qi)（39GW，3900萬(wan)千(qian)瓦(wa)(wa)）和(he)端設(she)備（17GW，1700萬(wan)千(qian)瓦(wa)(wa)）是主(zhu)要耗能大戶。

表2:新基(ji)建(jian)增加的2025年電力負荷（數(shu)據(ju)來(lai)源：作者(zhe)匡算）

這一數(shu)字基于許多假設，比如(ru)5G的(de)推(tui)廣速(su)度、數(shu)據中心(xin)(xin)機(ji)(ji)架的(de)增長速(su)度、機(ji)(ji)架的(de)能(neng)耗及輔助(zhu)電力需求，還有邊緣(yuan)計算服務器的(de)布局數(shu)量，端(duan)設備的(de)功耗水平等(deng)。核心(xin)(xin)不肯(ken)定因素(su)主(zhu)要(yao)體現在兩個方面：

一方面是數(shu)字基礎(chu)設(she)施(shi)建設(she)的(de)(de)(de)(de)力(li)(li)度。5G的(de)(de)(de)(de)推廣速度取決于它所帶(dai)來(lai)的(de)(de)(de)(de)價值(zhi)，是否具備足夠的(de)(de)(de)(de)經濟推動(dong)力(li)(li)來(lai)達到(dao)文中(zhong)假(jia)設(she)的(de)(de)(de)(de)基站數(shu)量(liang)還存在不(bu)確定(ding)(ding)性(xing)。基于今后幾年(nian)數(shu)據(ju)的(de)(de)(de)(de)爆發性(xing)指數(shu)級(ji)增長(chang)，其應(ying)用或許超出我們今天線性(xing)思維的(de)(de)(de)(de)想象，對數(shu)據(ju)存儲和處理的(de)(de)(de)(de)需求肯定(ding)(ding)會大幅度增加，數(shu)據(ju)中(zhong)心規模每年(nian)30%的(de)(de)(de)(de)增長(chang)率應(ying)該還是一個比(bi)較保守的(de)(de)(de)(de)假(jia)設(she)。

另(ling)一方面，IT設施包括服(fu)務器的(de)(de)(de)能(neng)效提高(gao)能(neng)在多大(da)(da)程度(du)上減緩數據中(zhong)心(xin)的(de)(de)(de)電(dian)力(li)需求。數據中(zhong)心(xin)的(de)(de)(de)PUE已經從2013年的(de)(de)(de)2.5降到了目前的(de)(de)(de)1.6，今后還有下降的(de)(de)(de)空間，但(dan)幅(fu)度(du)不會像前幾年這么大(da)(da)。服(fu)務器的(de)(de)(de)能(neng)耗取決于芯片技術，未(wei)來幾年短時間內下降的(de)(de)(de)幅(fu)度(du)不會太大(da)(da)。

精(jing)準估(gu)算數字基礎設施的電力需求(qiu)需要更加細致嚴謹的調研。

您可(ke)能(neng)會說，5年之內增加187GW（1.87億千(qian)(qian)瓦），對(dui)于中國目前2000GW（20億千(qian)(qian)瓦）裝機規(gui)模來說不到10%，沒什么值得大驚小怪的，但有(you)三(san)點值得我們重視(shi)：

一是(shi)這(zhe)些數字(zi)基(ji)礎設施(shi)的(de)(de)(de)不間斷(duan)運(yun)營(ying)所消耗電(dian)(dian)力的(de)(de)(de)占比(bi)(bi)(bi)要(yao)高于其在(zai)裝(zhuang)機容(rong)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)占比(bi)(bi)(bi)。5G基(ji)站和數據中心的(de)(de)(de)170GW（1.7億(yi)(yi)千瓦(wa)）需要(yao)全(quan)(quan)年(nian)(nian)8760小(xiao)時連續運(yun)營(ying)，消耗的(de)(de)(de)電(dian)(dian)量(liang)(liang)就是(shi)1489TWh（1.489萬億(yi)(yi)千瓦(wa)時），加上17GW（1700萬千瓦(wa)）端設備(bei)消耗的(de)(de)(de)50TWh（500億(yi)(yi)千瓦(wa)時），就是(shi)1539TWh（1.539萬億(yi)(yi)千瓦(wa)時），是(shi)2019年(nian)(nian)全(quan)(quan)國(guo)耗電(dian)(dian)量(liang)(liang)（7225TWh，7.225萬億(yi)(yi)千瓦(wa)時）的(de)(de)(de)21.3%。如果2019~2025期間，電(dian)(dian)力消費(fei)按照年(nian)(nian)3%的(de)(de)(de)速(su)度增(zeng)長(chang)，2025年(nian)(nian)數字(zi)基(ji)礎設施(shi)占在(zai)全(quan)(quan)國(guo)的(de)(de)(de)耗電(dian)(dian)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)比(bi)(bi)(bi)例將是(shi)17.8%。隨著數字(zi)經(jing)濟的(de)(de)(de)持續發展，這(zhe)一比(bi)(bi)(bi)例還會快速(su)上升(sheng)。

二是(shi)這(zhe)些(xie)數字(zi)(zi)基(ji)(ji)礎設施的(de)(de)布(bu)局(ju)問題。大量數字(zi)(zi)技(ji)術應用(yong)場(chang)景將在城市發生(sheng)，需要安全、穩定、高質量且不(bu)間斷的(de)(de)電力(li)供應。加上充電基(ji)(ji)礎設施作為新基(ji)(ji)建(jian)組成部(bu)分的(de)(de)加速(su)布(bu)局(ju)，城市電力(li)系統面臨著擴容改(gai)造的(de)(de)巨(ju)大壓力(li)。

三是(shi)數據中心布局(ju)西移對(dui)目(mu)前中國西電(dian)東(dong)送格局(ju)的(de)影響(xiang)。需要評估(gu)數據中心在廣西、云(yun)南、內蒙等地(di)的(de)布局(ju)對(dui)現有或計劃的(de)西電(dian)東(dong)送項(xiang)目(mu)的(de)影響(xiang)。

為此(ci)，建議國家(jia)在(zai)“十(shi)四(si)五”規劃(hua)中高(gao)度重視數字新基建引發的電力(li)需求(qiu)劇增(zeng)以(yi)及電力(li)布局改變的問(wen)題(ti)，做好(hao)滿足電力(li)增(zeng)量需求(qiu)、優化電源布局的規劃(hua)工作。具體來(lai)說，有以(yi)下幾點：

一是充分考慮到數字技(ji)術(shu)基礎設(she)施對電力(li)(li)增量(liang)的需(xu)求(qiu)，結(jie)合(he)疫(yi)情后(hou)其他領域(yu)的電力(li)(li)需(xu)求(qiu)趨勢分析，科(ke)學合(he)理地規劃(hua)建設(she)新的電源，特別是清(qing)潔電源，以保證全國范圍內的電力(li)(li)供應保障。

二是將(jiang)數(shu)據(ju)中(zhong)心建(jian)設(she)(she)與分布式能源生產（風(feng)、光、水、各類熱泵）同步考(kao)慮，盡(jin)可能減少對電(dian)(dian)網電(dian)(dian)量的需求。在(zai)(zai)數(shu)字基礎(chu)設(she)(she)施建(jian)設(she)(she)密度高的東(dong)部沿海地區布局(ju)更多的電(dian)(dian)源，一方面(mian)滿足新(xin)增電(dian)(dian)力需求，另(ling)一方面(mian)以彌補(bu)數(shu)據(ju)中(zhong)心在(zai)(zai)西部建(jian)設(she)(she)帶來(lai)的西電(dian)(dian)東(dong)送(song)電(dian)(dian)量的減少。

三是做好5G基(ji)站、邊緣(yuan)計算中(zhong)心和電(dian)(dian)動汽車充(chong)電(dian)(dian)樁在城市布局所需要(yao)的(de)配電(dian)(dian)網改造與建(jian)設規劃。5G基(ji)站的(de)建(jian)設要(yao)與推廣應(ying)用(yong)同步，鼓(gu)勵；電(dian)(dian)信(xin)運行商(shang)共建(jian)共享5G基(ji)站，減少重(zhong)復布局。

四是(shi)繼續加(jia)大5G基站(zhan)和數(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)心的(de)(de)節能力度(du)，鼓勵(li)分布(bu)式光伏(fu)與無線基站(zhan)綜合開發，挖掘(jue)利用(yong)數(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)心余(yu)熱為(wei)社會供熱的(de)(de)潛(qian)力，并把余(yu)熱利用(yong)納入數(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)心的(de)(de)PUE能效考核指(zhi)標。挖掘(jue)數(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)心余(yu)熱利用(yong)的(de)(de)潛(qian)力，并采取(qu)措施(shi)大幅減(jian)少互(hu)聯設備的(de)(de)待機能耗(hao)。數(shu)(shu)字基礎設施(shi)的(de)(de)能耗(hao)強(qiang)度(du)如果沒能得到(dao)有效控制，數(shu)(shu)字經濟的(de)(de)低碳(tan)效果就會大打(da)折扣。

此外，數字基礎設施在(zai)全社會用電量比例的(de)(de)不斷上升也可能改變電力(li)消費(fei)與經(jing)濟增(zeng)長之間的(de)(de)線性關(guan)系。電力(li)消費(fei)能否繼續成為經(jing)濟增(zeng)長的(de)(de)風向標(biao)這一問題值得研究。