国产精品视频一区二区三区无码,国产午夜精品无码,午夜天堂一区人妻,无遮挡色视频免费观看,中文字幕久热精品视频在线

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(yu)(yu)今(jin)后大(da)數(shu)據的(de)(de)爆(bao)發性(xing)指數(shu)級(ji)增(zeng)(zeng)長，其(qi)應用(yong)或(huo)許超(chao)出(chu)我們今(jin)天線性(xing)思(si)維模式的(de)(de)想象。盡管(guan)文中對5G基站(zhan)、數(shu)據中心(xin)和邊緣計算(suan)服(fu)務器等(deng)(deng)耗能(neng)(neng)(neng)設備增(zeng)(zeng)長數(shu)據的(de)(de)估算(suan)是(shi)基于(yu)(yu)許多(duo)假設，在5G基站(zhan)的(de)(de)經濟(ji)性(xing)能(neng)(neng)(neng)否支(zhi)撐其(qi)大(da)規(gui)模布(bu)局(ju)、數(shu)據中心(xin)的(de)(de)效率提升能(neng)(neng)(neng)夠在多(duo)大(da)程(cheng)度(du)上抵消設備增(zeng)(zeng)加(jia)帶來(lai)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)耗增(zeng)(zeng)長等(deng)(deng)方面存在很大(da)不(bu)確(que)定性(xing)，推(tui)算(suan)出(chu)來(lai)的(de)(de)2025新增(zeng)(zeng)電(dian)(dian)力(li)負荷總(zong)量難以精(jing)確(que)，因為精(jing)準的(de)(de)計算(suan)需要更多(duo)技術(shu)數(shu)據支(zhi)撐和更加(jia)細致的(de)(de)調研，但數(shu)字(zi)新基建(jian)引(yin)發電(dian)(dian)力(li)需求(qiu)劇增(zeng)(zeng)的(de)(de)趨勢是(shi)肯定的(de)(de)。作(zuo)者建(jian)議(yi)國(guo)家在“十四(si)五”規(gui)劃(hua)中高度(du)重視這一問題(ti)，做好滿足電(dian)(dian)力(li)增(zeng)(zeng)量需求(qiu)、優化電(dian)(dian)源布(bu)局(ju)的(de)(de)規(gui)劃(hua)工作(zuo)。

今(jin)發表陳新華博士(shi)的原文，供相關從業者參考并(bing)在(zai)此基礎上進(jin)一步(bu)開展研(yan)究。

一、引言

數(shu)字技(ji)術(shu)(shu)是我們在本次疫情(qing)居家隔離期間最(zui)大(da)的(de)(de)幫手，也是疫情(qing)后“新(xin)基(ji)(ji)建”的(de)(de)最(zui)大(da)受益(yi)者。按照國家發改(gai)委(wei)的(de)(de)表述，“新(xin)基(ji)(ji)建”主要涉(she)及數(shu)字技(ji)術(shu)(shu)，包(bao)括信(xin)息基(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)設(she)施(shi)和融合基(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)設(she)施(shi)。信(xin)息基(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)設(she)施(shi)包(bao)括以(yi)5G、物聯(lian)(lian)網(wang)、工業互聯(lian)(lian)網(wang)、衛(wei)星互聯(lian)(lian)網(wang)為代表的(de)(de)通(tong)信(xin)網(wang)絡基(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)設(she)施(shi)，以(yi)人(ren)工智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)、云計算、區(qu)塊(kuai)鏈(lian)等為代表的(de)(de)新(xin)技(ji)術(shu)(shu)基(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)設(she)施(shi)，和以(yi)數(shu)據中(zhong)心、智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)計算中(zhong)心為代表的(de)(de)算力基(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)設(she)施(shi)等。融合基(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)設(she)施(shi)主要是指深度應(ying)用互聯(lian)(lian)網(wang)、大(da)數(shu)據、人(ren)工智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)等技(ji)術(shu)(shu)，支撐傳統基(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)設(she)施(shi)轉型(xing)升級，進而形成的(de)(de)融合基(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)設(she)施(shi)，如(ru)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)交通(tong)基(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)設(she)施(shi)、智(zhi)(zhi)慧能(neng)(neng)(neng)(neng)源基(ji)(ji)礎(chu)(chu)(chu)設(she)施(shi)等。

數字技術消(xiao)耗能(neng)源。當(dang)您(nin)(nin)在(zai)家里用(yong)手(shou)機(ji)或(huo)電腦(nao)發(fa)微信或(huo)參加線上會(hui)(hui)議時，您(nin)(nin)家里的(de)路由器或(huo)者身家邊上的(de)移(yi)動(dong)通信基站會(hui)(hui)把(ba)您(nin)(nin)的(de)信息傳輸到(dao)服(fu)務商的(de)數據中心，在(zai)那里計算處理(li)后(hou)再回到(dao)您(nin)(nin)的(de)手(shou)機(ji)或(huo)電腦(nao)上，完成(cheng)您(nin)(nin)的(de)社(she)交(jiao)或(huo)會(hui)(hui)議功能(neng)。在(zai)這一場景中，除(chu)了(le)您(nin)(nin)手(shou)機(ji)或(huo)電腦(nao)耗電之外，后(hou)面(mian)的(de)路由器、移(yi)動(dong)基站、數據中心都在(zai)耗電，并且消(xiao)耗的(de)電量要比您(nin)(nin)手(shou)機(ji)或(huo)電腦(nao)大得多。

由(you)于這(zhe)些(xie)消耗之前沒人做過系統的(de)(de)(de)分析且在傳統能源工作者(zhe)關注的(de)(de)(de)范圍之外，大家普遍認為數(shu)字新(xin)基建耗能不高。本文分析數(shu)字新(xin)基建對(dui)電(dian)(dian)(dian)力需(xu)求的(de)(de)(de)影(ying)響，并(bing)以2025年為時間(jian)節點，匡(kuang)算可能新(xin)增的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力負荷，建議國家在“十四五”規劃(hua)制定過程中(zhong)，對(dui)數(shu)字技術引起的(de)(de)(de)能耗增加以及(ji)全(quan)國電(dian)(dian)(dian)力供應的(de)(de)(de)結構性改變給予(yu)高度(du)重(zhong)視。

二、數字“新基建”能耗匡算

今天所有數字技術設(she)備(bei)都由電(dian)力驅動(dong)，凸顯了安全(quan)、穩定、不中斷電(dian)力供應對于現代(dai)社會運營的(de)重(zhong)要性，而(er)新(xin)數字基(ji)礎設(she)施中最大的(de)耗電(dian)量將來自于5G基(ji)站(zhan)、數據中心(xin)、邊緣(yuan)計算服務器和(he)端設(she)備(bei)。

1. 5G基站能耗：2025年或新增53GW（5300萬千瓦）

無線通(tong)信的基站(zhan)(zhan)是(shi)連接移動設備和固定線路的連接點(dian)。根據(ju)3GPP（由七家(jia)國際移動通(tong)信標(biao)準化組(zu)織(zhi)組(zu)成的“第三代伙伴(ban)計劃(hua)”，The 3rd Generation of PartnershipProject）組(zu)織(zhi)的規則，無線基站(zhan)(zhan)分(fen)為四(si)類，分(fen)別是(shi)宏基站(zhan)(zhan)、微基站(zhan)(zhan)、皮基站(zhan)(zhan)和飛(fei)基站(zhan)(zhan)。它們的具體(ti)參數見下(xia)表。

表1:無(wu)線基站的(de)分(fen)類(lei)（資料來源：《科技日報(bao)》，2020年3月25日，打造高質量5G離(li)不(bu)開這對“超強組合(he)”）

我們(men)通常所說的4G或(huo)5G基站(zhan)指(zhi)的是宏(hong)基站(zhan)。通過(guo)宏(hong)基站(zhan)和微、皮、飛基站(zhan)的組合(he)可實現一個城區的全域(yu)覆蓋。

無線通信(xin)(xin)從1G到5G發展，所用的(de)(de)頻(pin)段(duan)越(yue)來越(yue)高(gao)，導致信(xin)(xin)號傳(chuan)輸的(de)(de)距離(li)逐步縮(suo)短，基(ji)(ji)(ji)站覆蓋面積(ji)變小，因而(er)需要(yao)部署更(geng)多的(de)(de)基(ji)(ji)(ji)站。4G基(ji)(ji)(ji)站在城區的(de)(de)覆蓋半(ban)徑是1000—3000米(mi)，而(er)5G基(ji)(ji)(ji)站覆蓋半(ban)徑按(an)照(zhao)其采用的(de)(de)頻(pin)段(duan)（電信(xin)(xin)3.4~3.5GHz；聯通3.5~3.6GHz；移動2.5~2.6GHz和4.8~4.9GHz）不同而(er)不同，一般在300~450米(mi)之間。據中國信(xin)(xin)息通信(xin)(xin)研究院(yuan)副院(yuan)長何桂立預(yu)測，5G宏基(ji)(ji)(ji)站數量約為4G基(ji)(ji)(ji)站數量的(de)(de)2倍以上才能(neng)覆蓋4G的(de)(de)范(fan)圍。

根(gen)據何(he)家(jia)愛、劉曉村《基(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)節(jie)能(neng)(neng)減排措施探討》[1]的(de)統(tong)(tong)計，基(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)（指的(de)是宏(hong)基(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)，下同(tong)）功(gong)(gong)耗由(you)主(zhu)設(she)備(bei)（45%）和空(kong)調(diao)系(xi)統(tong)(tong)（40%）為主(zhu)，另外(wai)還有的(de)150%用(yong)于(yu)電源系(xi)統(tong)(tong)和其(qi)(qi)他(ta)設(she)備(bei)的(de)功(gong)(gong)耗。根(gen)據其(qi)(qi)他(ta)相(xiang)關文獻，對于(yu)5G基(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)來說，站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)點(dian)的(de)通信設(she)備(bei)能(neng)(neng)耗和其(qi)(qi)他(ta)輔(fu)(fu)助能(neng)(neng)耗比例平(ping)均在50：50左右。5G網絡由(you)于(yu)高(gao)帶寬、高(gao)流(liu)量、高(gao)發射功(gong)(gong)率，其(qi)(qi)單(dan)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)能(neng)(neng)耗比4G要大幅增加。據中國通信標準化(hua)協(xie)會的(de)數據，目前(qian)主(zhu)要運營商(shang)的(de)5G基(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)主(zhu)設(she)備(bei)空(kong)載功(gong)(gong)耗約(yue)2.2~2.3kW，滿載功(gong)(gong)耗約(yue)3.7~3.9kW，是4G單(dan)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)的(de)2.5~3.5倍。按(an)照基(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)主(zhu)設(she)備(bei)能(neng)(neng)耗與空(kong)調(diao)等輔(fu)(fu)助能(neng)(neng)耗45：55的(de)比例來說，5G基(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)單(dan)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)滿載功(gong)(gong)耗在8.2~8.7kW，而(er)4G基(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)總能(neng)(neng)耗則在2~2.5kW之間。

華為在(zai)去年(nian)10月的(de)全球電(dian)(dian)信業能效峰會上(shang)(shang)發(fa)(fa)表了一份(fen)“5G通訊(xun)電(dian)(dian)力目標(biao)網(wang)絡白皮(pi)書(shu)”[2]，描述了5G基(ji)站(zhan)建設(she)對(dui)電(dian)(dian)力系統的(de)需求。白皮(pi)書(shu)顯示，今天的(de)一座5G基(ji)站(zhan)平均(jun)耗(hao)電(dian)(dian)6kW，滿載功(gong)(gong)(gong)耗(hao)8kW。3年(nian)后，隨著(zhu)(zhu)大功(gong)(gong)(gong)率(lv)多(duo)發(fa)(fa)射器多(duo)接(jie)收器天線（MassiveMIMO）的(de)普及和(he)移動邊緣(yuan)計(ji)算(suan)的(de)嵌入，基(ji)站(zhan)的(de)功(gong)(gong)(gong)耗(hao)要提高到平均(jun)10.4kW，滿載功(gong)(gong)(gong)率(lv)達到13.7kW。5年(nian)后，隨著(zhu)(zhu)毫(hao)米波（mmWave）和(he)其(qi)他新技術(shu)的(de)應用，基(ji)站(zhan)的(de)能耗(hao)將上(shang)(shang)升到平均(jun)13.4kW，滿載功(gong)(gong)(gong)率(lv)到18.9kW。

基(ji)于其高功率需求，大(da)規模5G基(ji)站建(jian)設(she)所引起(qi)的耗電(dian)(dian)賬單（一(yi)座(zuo)功耗10kW的基(ji)站每年電(dian)(dian)費就要(yao)7萬多元）不僅是電(dian)(dian)信(xin)運營商(shang)的不堪承受之重(zhong)，對于城市配(pei)電(dian)(dian)網(wang)來(lai)說(shuo)也是非(fei)常嚴重(zhong)的挑戰。5G基(ji)站建(jian)設(she)前(qian)需要(yao)對現有電(dian)(dian)網(wang)及其配(pei)套設(she)施進(jin)行擴容。

作為(wei)“新(xin)基建”的核心內容之一，三大電信運營商(shang)和全國多個省市都出臺了5G專項發展規劃(hua)。

按照(zhao)中國(guo)(guo)信(xin)息(xi)通(tong)信(xin)研(yan)究(jiu)院(yuan)的(de)(de)(de)統計(ji)，截至今(jin)年(nian)(nian)4月，我國(guo)(guo)已開通(tong)5G基(ji)站達到25萬個，5G套(tao)餐用戶突(tu)破7300萬，且基(ji)站建(jian)設按照(zhao)每周新增1萬座左右的(de)(de)(de)速度增長(chang)。賽迪(di)研(yan)究(jiu)院(yuan)2020年(nian)(nian)6月發布的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)報告[3]估(gu)計(ji)，到2020年(nian)(nian)底，全國(guo)(guo)的(de)(de)(de)5G基(ji)站將到達63萬座。隨著“新基(ji)建(jian)”的(de)(de)(de)推進，基(ji)站的(de)(de)(de)數量在(zai)未(wei)來(lai)幾年(nian)(nian)肯定(ding)會大幅增長(chang)。

按照(zhao)國(guo)信(xin)證券的統計[4]，目前全(quan)國(guo)有(you)(you)544萬座4G基(ji)站。因5G基(ji)站覆蓋(gai)的距離要比(bi)4G短，按照(zhao)保守的一個4G基(ji)站需(xu)要1.2個5G基(ji)站來計算，替代全(quan)國(guo)現有(you)(you)的4G基(ji)站需(xu)要650萬座5G基(ji)站。

如果(guo)每(mei)座5G基站的(de)平均總功耗是(shi)7kW（不是(shi)滿載功率），相(xiang)比4G新增的(de)電力(li)需求按照5kW來算，假(jia)設5G在全國范圍(wei)5年內通過(guo)改造來代替(ti)三(san)分之二的(de)4G基站，相(xiang)當于改造433萬(wan)座基站，這就需要新增電力(li)負荷21.65GW（2165萬(wan)千瓦）。

4G移(yi)動通信的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)主要(yao)在(zai)(zai)民(min)生(sheng)服務(wu)（如(ru)手機）領(ling)(ling)域，而(er)5G的(de)(de)(de)廣連接、高傳速(su)和低延時(shi)功能不僅(jin)使民(min)生(sheng)服務(wu)領(ling)(ling)域的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)得到大幅度(du)提升，結(jie)合4K/8K高保真(zhen)電視、VR/AR（虛擬(ni)現(xian)(xian)實/增強(qiang)現(xian)(xian)實）、全息視頻等技術，5G將進(jin)一(yi)步(bu)加強(qiang)互聯(lian)網(wang)在(zai)(zai)文娛新聞、智慧教育、遠程(cheng)辦公、醫療健康等領(ling)(ling)域的(de)(de)(de)體驗，同時(shi)也給(gei)自(zi)動駕駛(shi)、工業物(wu)聯(lian)網(wang)等應(ying)用(yong)提供了可能，而(er)基于4G改造的(de)(de)(de)5G基站(zhan)將無法滿(man)足這些特定(ding)環境下大數據(ju)高速(su)傳輸需(xu)求。如(ru)果(guo)商業模(mo)式成熟(shu)，更(geng)多的(de)(de)(de)5G基站(zhan)將會布(bu)局在(zai)(zai)工業、交(jiao)通等應(ying)用(yong)場景，相應(ying)的(de)(de)(de)電力需(xu)求及配網(wang)設(she)施投資(zi)也會增加。如(ru)果(guo)按照與民(min)生(sheng)領(ling)(ling)域1：0.5來(lai)算的(de)(de)(de)話，即(ji)在(zai)(zai)全國工業、交(jiao)通等物(wu)聯(lian)、車聯(lian)領(ling)(ling)域5年內新布(bu)局218萬座5G基站(zhan)，每個基站(zhan)功耗7kW，新增的(de)(de)(de)電力需(xu)要(yao)15.26GW左右（1526萬千瓦）。

中國國際經濟交(jiao)流中心副理事(shi)長黃奇帆[5]2020年6月21日在《瞭望》新聞周刊發表(biao)的(de)文(wen)章稱，到2025年，我國將會有500～600萬座(zuo)5G基站。這一數(shu)字與我們上述假(jia)設(she)2025年基站總數(shu)（651萬座(zuo)）相差無幾。

以上(shang)2025年5G基(ji)站(zhan)對(dui)于(yu)電力負(fu)荷(he)的(de)增(zeng)加（21.65+15.26=36.91GW）（3691萬千瓦(wa)）是基(ji)于(yu)今天5G基(ji)站(zhan)的(de)平(ping)均7kW來測算的(de)。如(ru)果(guo)(guo)按照華為白皮(pi)書所說(shuo)的(de)，3年后5G基(ji)站(zhan)的(de)功(gong)(gong)耗(hao)(hao)幾乎翻倍，達(da)到平(ping)均10.4kW，滿(man)載功(gong)(gong)率達(da)到13.7kW，那(nei)么2025年5G基(ji)站(zhan)的(de)總(zong)功(gong)(gong)耗(hao)(hao)會更高(gao)。在上(shang)述白皮(pi)書中，華為預(yu)測到2026年，中國的(de)電信運營商將有475萬座5G宏基(ji)站(zhan)和(he)950萬座小微基(ji)站(zhan)在用(yong)毫米(mi)波(bo)技術(shu)運營。按照這個預(yu)測，如(ru)果(guo)(guo)到2025年，如(ru)果(guo)(guo)有400萬座宏基(ji)站(zhan)并且都使用(yong)毫米(mi)波(bo)技術(shu)，每座耗(hao)(hao)電15kW，總(zong)負(fu)荷(he)就會達(da)到60GW（6000萬千瓦(wa)），遠高(gao)于(yu)以上(shang)37GW（3700萬千瓦(wa)）的(de)保守估(gu)算。

除了以上分析的(de)(de)宏基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)耗(hao)(hao)能情況外，比(bi)宏基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)數量多(duo)(duo)出幾倍的(de)(de)微基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)、皮(pi)基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)和飛基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)能耗(hao)(hao)也(ye)值得重視。宏基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)適用于廣(guang)域(yu)覆(fu)蓋(gai)(gai)，微基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)偏向局域(yu)覆(fu)蓋(gai)(gai)，皮(pi)基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)相(xiang)(xiang)當于企業(ye)級(ji)(ji)WiFi，而飛基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)則與家庭(ting)路由器相(xiang)(xiang)當。微基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)主機功耗(hao)(hao)1kW，加上空調的(de)(de)輔助設(she)施就是2kW每座(zuo)。皮(pi)基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)一般安裝(zhuang)在室(shi)內不需要獨立空調，每座(zuo)功耗(hao)(hao)在800W左(zuo)右。家庭(ting)級(ji)(ji)的(de)(de)飛基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)能耗(hao)(hao)可(ke)以納(na)入(ru)端設(she)備（見下）籠(long)統估算。如(ru)果只考慮微基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)，2025年建成800萬座(zuo)微基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)，每座(zuo)功耗(hao)(hao)2kW，相(xiang)(xiang)比(bi)現有的(de)(de)4G微基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)增加1kW負荷(he)的(de)(de)話(hua)，就需要增加負荷(he)8GW（800萬千瓦）。企業(ye)級(ji)(ji)皮(pi)基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)數量要比(bi)微基(ji)(ji)(ji)站(zhan)(zhan)(zhan)更多(duo)(duo)，如(ru)果在2025年前(qian)新建1000萬座(zuo)，每座(zuo)耗(hao)(hao)電800W，那(nei)么又要增加8GW（800萬千瓦）。

綜合以上(shang)(shang)分析，粗(cu)略估計2025年5G基(ji)站(zhan)（包括宏、微、皮基(ji)站(zhan)）的電力負(fu)荷(he)增加53GW（5300萬千瓦(wa)）以上(shang)(shang)。

準(zhun)確估算(suan)5G對(dui)電力(li)需求(qiu)影響(xiang)涉(she)及(ji)到(dao)兩個核心參數：5G基站(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)(de)單站(zhan)(zhan)(zhan)功(gong)耗和5G在(zai)(zai)全國推廣(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)速度(du)。單站(zhan)(zhan)(zhan)功(gong)耗在(zai)(zai)短時間(jian)內很(hen)難大(da)幅度(du)下降反(fan)而(er)(er)隨著性能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)提(ti)升而(er)(er)大(da)幅度(du)提(ti)高(gao)，關鍵就要(yao)看基站(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)(de)推廣(guang)(guang)速度(du)：5年內能(neng)(neng)(neng)否(fou)(fou)完成(cheng)對(dui)4G三分之二(er)的(de)(de)(de)(de)替代？5G的(de)(de)(de)(de)應用(yong)能(neng)(neng)(neng)否(fou)(fou)創造足夠大(da)的(de)(de)(de)(de)價值(zhi)使得它在(zai)(zai)工業物聯、交通(tong)與(yu)車聯等領域(yu)大(da)規模(mo)推廣(guang)(guang)？這是決定5G基站(zhan)(zhan)(zhan)新(xin)增電力(li)需求(qiu)估算(suan)的(de)(de)(de)(de)主要(yao)不確定因素。反(fan)過來(lai)看，5G基站(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)(de)高(gao)能(neng)(neng)(neng)耗帶來(lai)的(de)(de)(de)(de)高(gao)成(cheng)本(ben)也許成(cheng)為其大(da)規模(mo)推廣(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)主要(yao)制(zhi)約(yue)因素。

2. 數據中心能耗：2025年或新增78GW（7800萬千瓦）

相(xiang)比于5G基(ji)站，數據中心的能耗更大，對電力系統的影響也(ye)更大。

數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)(xin)(xin)(xin)是(shi)集中(zhong)儲存和處理數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)的(de)(de)(de)地方，小(xiao)的(de)(de)(de)是(shi)一個(ge)房間，大的(de)(de)(de)可(ke)(ke)以是(shi)一棟(dong)大樓或幾棟(dong)大樓。數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)(xin)(xin)(xin)由(you)(you)成排的(de)(de)(de)機架（或機柜）組(zu)(zu)成，機架大小(xiao)不一，大的(de)(de)(de)與(yu)集裝箱一樣(yang)，以方便運輸與(yu)安裝。一個(ge)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)(xin)(xin)(xin)可(ke)(ke)以有幾千個(ge)甚至幾萬個(ge)機架，通過管理軟件進行(xing)組(zu)(zu)合。機架里面(mian)裝的(de)(de)(de)是(shi)由(you)(you)無數(shu)(shu)(shu)(shu)芯片組(zu)(zu)成的(de)(de)(de)服務器(qi)（server），這(zhe)些服務器(qi)就(jiu)如我們(men)平常用(yong)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)腦，由(you)(you)電(dian)(dian)(dian)力(li)驅(qu)動，消耗(hao)電(dian)(dian)(dian)力(li)后產生(sheng)的(de)(de)(de)熱量(liang)(liang)通過附帶的(de)(de)(de)金屬片散發(fa)。為了使服務器(qi)在穩定的(de)(de)(de)溫(wen)度和濕度（18~27°C，濕度在60％以下）環境下運營，需(xu)要將服務器(qi)產生(sheng)的(de)(de)(de)熱量(liang)(liang)排到室外，這(zhe)就(jiu)需(xu)要額外的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力(li)來給數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)(xin)(xin)(xin)制(zhi)冷。此外，數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)(xin)(xin)(xin)需(xu)要非常可(ke)(ke)靠的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力(li)供應，都(dou)(dou)帶有自(zi)己的(de)(de)(de)備用(yong)電(dian)(dian)(dian)源。數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)(xin)(xin)(xin)的(de)(de)(de)能耗(hao)很(hen)高(gao)，目前全(quan)球的(de)(de)(de)大型數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)(xin)(xin)(xin)需(xu)要的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力(li)供應都(dou)(dou)在100MW（10萬千瓦(wa)）以上。

因為數(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心在驅(qu)動服務(wu)器等硬盤設(she)施(shi)所(suo)需的電(dian)力之外還需要(yao)輔助設(she)施(shi)來降(jiang)溫并提供不間斷電(dian)源保障，衡(heng)量數(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心能(neng)(neng)源效(xiao)率的一個重要(yao)指(zhi)標(biao)就是其總能(neng)(neng)耗(hao)與真正用(yong)于(yu)驅(qu)動IT設(she)施(shi)的能(neng)(neng)耗(hao)之間的比(bi)例，即(ji)電(dian)能(neng)(neng)使(shi)用(yong)效(xiao)率值（PowerUsageEffectiveness，PUE），PUE越低，證明它需要(yao)的輔助能(neng)(neng)耗(hao)越少。按(an)照中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)信息(xi)通信研究院的數(shu)據，2013年以前，全國(guo)(guo)對外服務(wu)型數(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心平(ping)均PUE在2.5左右，而到2019年底，這些數(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心的平(ping)均PUE已經接近1.6。工(gong)業和信息(xi)化部聯合國(guo)(guo)家機關事(shi)務(wu)管理局(ju)、國(guo)(guo)家能(neng)(neng)源局(ju)印(yin)發的《關于(yu)加強綠色數(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心建設(she)的指(zhi)導意見(jian)（工(gong)信部聯節(jie)〔2019〕24號）要(yao)求到2022年，全國(guo)(guo)新建大(da)型、超大(da)型數(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心的電(dian)能(neng)(neng)使(shi)用(yong)效(xiao)率值達到1.4以下。

數據中(zhong)(zhong)心的(de)(de)電力消費主要發生在機(ji)架(jia)(jia)上(shang)(shang)，而(er)機(ji)架(jia)(jia)又可(ke)以按照(zhao)其安(an)裝的(de)(de)服(fu)(fu)務器(qi)性能來劃分，高(gao)(gao)密(mi)(mi)度機(ji)架(jia)(jia)安(an)裝更多計算能力更強(qiang)的(de)(de)服(fu)(fu)務器(qi)，所(suo)需要的(de)(de)電力供應也更大。根(gen)據全球數據中(zhong)(zhong)心經理人協(xie)會（Association For Computer Operations Management，AFCOM）對機(ji)架(jia)(jia)密(mi)(mi)度的(de)(de)分類，低密(mi)(mi)度機(ji)架(jia)(jia)每(mei)臺耗電在4kW以下，中(zhong)(zhong)密(mi)(mi)度為(wei)5~8kW，高(gao)(gao)密(mi)(mi)度為(wei)9~15kW，超(chao)高(gao)(gao)密(mi)(mi)度為(wei)16kW以上(shang)(shang)。隨著新興技術的(de)(de)快速發展，特別是高(gao)(gao)性能計算設備(bei)和GPU（Graphic Processing Unit）服(fu)(fu)務器(qi)的(de)(de)使用(yong)，單(dan)機(ji)機(ji)架(jia)(jia)的(de)(de)功耗將朝著20~30kW甚至更高(gao)(gao)規模發展。

數據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)(zhong)心已經(jing)成為(wei)數字經(jing)濟發展的(de)(de)(de)(de)基(ji)石。截止2018年(nian)(nian)(nian)底(di)，我國(guo)(guo)大小規模(mo)的(de)(de)(de)(de)數據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)(zhong)心總(zong)(zong)(zong)量(liang)已超(chao)過40萬(wan)(wan)個(ge)。據(ju)(ju)國(guo)(guo)網能(neng)源研究(jiu)院[6]的(de)(de)(de)(de)統計，2018年(nian)(nian)(nian)，全(quan)國(guo)(guo)大型及以(yi)上(shang)數據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)(zhong)心的(de)(de)(de)(de)總(zong)(zong)(zong)機架數已達(da)204萬(wan)(wan)個(ge)，預計到(dao)2020年(nian)(nian)(nian)、2025年(nian)(nian)(nian)這(zhe)些數據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)(zhong)心機架數量(liang)分別達(da)到(dao)498萬(wan)(wan)、802萬(wan)(wan)個(ge)。國(guo)(guo)網能(neng)源研究(jiu)院估計，2018年(nian)(nian)(nian)，全(quan)國(guo)(guo)數據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)(zhong)心的(de)(de)(de)(de)耗電(dian)總(zong)(zong)(zong)量(liang)達(da)到(dao)1609億kWh，超(chao)過上(shang)海市當年(nian)(nian)(nian)全(quan)社會(hui)用(yong)電(dian)量(liang)（1567億kWh），占(zhan)全(quan)國(guo)(guo)用(yong)電(dian)量(liang)比(bi)重的(de)(de)(de)(de)2.35%。中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)電(dian)子(zi)節能(neng)技(ji)術(shu)(shu)協會(hui)數據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)(zhong)心節能(neng)技(ji)術(shu)(shu)委員(yuan)會(hui)秘書長呂天(tian)文在(zai)2019年(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)一次會(hui)議上(shang)透(tou)露，目前中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)數據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)(zhong)心的(de)(de)(de)(de)耗電(dian)量(liang)已連續八年(nian)(nian)(nian)以(yi)12%以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)速度增長，預計2020年(nian)(nian)(nian)總(zong)(zong)(zong)耗電(dian)量(liang)將(jiang)達(da)到(dao)2962億kWh。

結合這兩組數(shu)據，如(ru)果我們取(qu)2500億kWh作(zuo)為比(bi)較保守(shou)的(de)2020年全(quan)國數(shu)據中(zhong)心總耗(hao)電量(liang)，并(bing)取(qu)8kW為數(shu)據中(zhong)心的(de)機架平均(jun)密度（標準機架），那就得出全(quan)國數(shu)據中(zhong)心在(zai)2020年有357萬(wan)(wan)個標準機架在(zai)運(yun)行(xing)，需要的(de)電力容(rong)量(liang)（包括制冷等非(fei)IT部分(fen)）支撐(cheng)是28.5GW（2850萬(wan)(wan)千瓦）。

我國(guo)自2015年(nian)(nian)以(yi)來(lai)，數(shu)據(ju)處理量(liang)每年(nian)(nian)以(yi)95%的(de)速度(du)增長(chang)，與全球數(shu)據(ju)量(liang)每隔11個月翻番的(de)速度(du)可以(yi)相比(bi)。有專家(jia)預(yu)計，2025年(nian)(nian)全球數(shu)據(ju)量(liang)將會從(cong)2016年(nian)(nian)的(de)16ZB（1ZB=10的(de)18次方比(bi)特）上升至163ZB，2021年(nian)(nian)中國(guo)人(ren)均移動數(shu)據(ju)流(liu)量(liang)要比(bi)2015年(nian)(nian)增長(chang)18倍。

隨(sui)著5G、大數(shu)(shu)據(ju)、人工(gong)智能、工(gong)業物聯網、區塊(kuai)鏈等技術的(de)(de)(de)發展(zhan)，越來越多(duo)的(de)(de)(de)設備如移動設備、可穿戴設備、家用(yong)電器(qi)、醫療設備、工(gong)業探測(ce)器(qi)、監控攝像頭、汽車以及服裝等都會(hui)連接(jie)到互聯網上，各種類型的(de)(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)正在以更快的(de)(de)(de)速度(du)指數(shu)(shu)級地增長，而這些海量(liang)數(shu)(shu)據(ju)也將會(hui)推動數(shu)(shu)據(ju)中心(xin)向超大規模發展(zhan)。中國的(de)(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)中心(xin)除了滿足(zu)本(ben)國需求之外，還可以為(wei)其他國家提供服務(wu)。

估算未來數(shu)據中心(xin)能(neng)耗總量(liang)也面臨著5G基站同樣(yang)的(de)(de)問題：機架數(shu)量(liang)的(de)(de)增加與單架能(neng)效提高之間如何平衡？

一方(fang)面，按(an)照保守(shou)估計，中國數(shu)據中心(xin)的(de)機架數(shu)量(liang)將(jiang)(jiang)會以每年30%的(de)速度增長。按(an)照這個(ge)速度，2025年的(de)標準機架總(zong)數(shu)將(jiang)(jiang)達到(dao)1325萬(wan)(wan)(wan)個(ge)，比(bi)目(mu)前的(de)357萬(wan)(wan)(wan)個(ge)機架要增加968萬(wan)(wan)(wan)個(ge)。假設單架功率保持在8kW不變，1325萬(wan)(wan)(wan)個(ge)機架需要的(de)電力支撐就是106GW（1.06億千瓦(wa)(wa)），比(bi)目(mu)前的(de)28.5GW（2850萬(wan)(wan)(wan)千瓦(wa)(wa)）凈增加77.5GW（7750萬(wan)(wan)(wan)千瓦(wa)(wa)）的(de)電力負荷需求(qiu)。

另一方面，隨(sui)著技術進步(bu)和數(shu)據中心(xin)的結構調整，單機能(neng)耗會(hui)降低，PUE數(shu)值也會(hui)進一步(bu)下降。

國際能源署在2017年出版的(de)(de)(de)《數字(zi)(zi)化(hua)與能源》報(bao)告(gao)[7]中(zhong)(zhong)估計，2014年全(quan)(quan)球數據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)力(li)消費(fei)總量為(wei)194TWh，占(zhan)全(quan)(quan)球電(dian)(dian)力(li)消費(fei)的(de)(de)(de)1%。美國作(zuo)為(wei)全(quan)(quan)球最大的(de)(de)(de)數據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)市場，2014年數據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)(de)耗(hao)電(dian)(dian)量占(zhan)全(quan)(quan)國總量的(de)(de)(de)1.8%。IEA預(yu)計，得益于服務器、存儲(chu)器和(he)(he)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)(luo)開關等設施的(de)(de)(de)能效(xiao)提高和(he)(he)數據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)向超大型和(he)(he)云中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)(de)結構性轉變，盡(jin)管數據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)工(gong)作(zuo)負(fu)荷(he)到2020年會在2014年基礎上增加3倍(bei)，數據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)(de)耗(hao)電(dian)(dian)總量只會增長3%，到200TWh。在其2年后發布的(de)(de)(de)《能源效(xiao)率(lv)2019》報(bao)告(gao)[8]中(zhong)(zhong)，國際能源署更新了這一(yi)數字(zi)(zi)，估計全(quan)(quan)球數據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)和(he)(he)傳輸網(wang)(wang)(wang)絡(luo)(luo)在2018年一(yi)共消費(fei)了460TWh電(dian)(dian)力(li)，其中(zhong)(zhong)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)(luo)傳輸250TWh，數據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)210TWh。

2020年(nian)2月，《Science》雜(za)志刊登了(le)美國5位學(xue)者的一篇論文《重(zhong)新校準全球數據(ju)(ju)(ju)中(zhong)心(xin)能耗估算(suan)》[9]。作者指出，得(de)益于數據(ju)(ju)(ju)中(zhong)心(xin)從較小(xiao)分散的傳統(tong)數據(ju)(ju)(ju)中(zhong)心(xin)向超(chao)大規模數據(ju)(ju)(ju)中(zhong)心(xin)集約化轉變、全球服務器效率以(yi)及虛擬化程度的提(ti)高(gao)、制冷和供配電(dian)等(deng)基礎設(she)施(shi)技術的不斷改進，與2010年(nian)相比(bi)，2018年(nian)全球數據(ju)(ju)(ju)中(zhong)心(xin)計算(suan)實例（ComputeInstances）增加了(le)550%，而同期全球數據(ju)(ju)(ju)中(zhong)心(xin)的耗電(dian)量(liang)僅增加了(le)6%。

毫(hao)無(wu)疑(yi)問，技術還(huan)會(hui)進步，數(shu)據(ju)中心單位數(shu)據(ju)處理(li)的(de)能(neng)源(yuan)效(xiao)率還(huan)會(hui)提高(gao)，但在(zai)數(shu)據(ju)處理(li)量快速上升時如何(he)把新增(zeng)電力需求控制在(zai)合(he)理(li)水平？這(zhe)是一個重大問題，需要繼續深入研究。

按照工信部(bu)賽迪研究(jiu)院(yuan)的數據(ju)，全國(guo)目前有48%的數據(ju)中(zhong)心(xin)PUE值(zhi)在1.8以上，即(ji)為了(le)提供(gong)1單元的計(ji)算電(dian)力，需(xu)要同時消耗提供(gong)0.8個(ge)單元來(lai)提供(gong)制冷等(deng)的輔助服務(wu)(wu)。值(zhi)得注意的是，為了(le)降低數據(ju)中(zhong)心(xin)的PUE值(zhi)，擁有龐大服務(wu)(wu)器(qi)群的云計(ji)算、互(hu)聯網企業紛紛在電(dian)力資源豐(feng)富(fu)、氣候涼爽、電(dian)價較低的偏遠地區（如廣西、內蒙(meng)）建立數據(ju)中(zhong)心(xin)，此舉(ju)雖然降低了(le)PUE，但(dan)減少了(le)原來(lai)規劃準備輸出(chu)到(dao)東(dong)部(bu)沿海(hai)省(sheng)份的電(dian)量(liang)，因(yin)此改變全國(guo)的電(dian)力布局。

數(shu)據中(zhong)心(xin)(xin)不是(shi)數(shu)字技術(shu)唯(wei)一消耗電力(li)的(de)環節。比特幣(bi)(bi)(bi)的(de)挖(wa)(wa)礦(kuang)機，比如說，就是(shi)通過建立(li)自己的(de)數(shu)據中(zhong)心(xin)(xin)，消耗大量的(de)電力(li)來運營特制的(de)芯(xin)片，以(yi)此獲取比特幣(bi)(bi)(bi)。這些“挖(wa)(wa)礦(kuang)”者也選(xuan)擇電費較低，且氣(qi)候涼爽的(de)地(di)區建立(li)計(ji)(ji)算中(zhong)心(xin)(xin)，進(jin)一步減少這些地(di)區的(de)電力(li)出口能力(li)。按照國際(ji)能源署(shu)的(de)統計(ji)(ji)，2019年，全(quan)(quan)球(qiu)的(de)比特幣(bi)(bi)(bi)挖(wa)(wa)礦(kuang)機消耗了50~70TWh的(de)電力(li)，占(zhan)全(quan)(quan)球(qiu)電力(li)總量的(de)0.2~0.3%。

3. 邊緣計算服務器：或增加39GW（3900萬千瓦）

邊(bian)緣計算是指將計算與存(cun)儲資源從傳(chuan)統的云數(shu)據中(zhong)心向用戶(hu)側遷移，拉(la)近用戶(hu)和計算中(zhong)心的物理距(ju)離，在用戶(hu)端即時對數(shu)據進行處理，實現更低的數(shu)據交互時延(yan)、節省(sheng)網絡流量(liang)，從而為(wei)用戶(hu)提供低延(yan)時、高穩定性的IT解(jie)決方案。

隨著5G、AI和(he)工業互聯網的(de)發展，很多業務場景需(xu)(xu)要海(hai)量數據(ju)接入和(he)超(chao)低的(de)網絡(luo)時(shi)延，集中式(shi)的(de)計(ji)(ji)算(suan)處理模(mo)式(shi)將面臨難解的(de)瓶(ping)頸(jing)和(he)壓力，需(xu)(xu)要更多的(de)邊緣計(ji)(ji)算(suan)能力來完(wan)成，形成新的(de)“云(yun)計(ji)(ji)算(suan)+邊緣計(ji)(ji)算(suan)”數據(ju)處理模(mo)式(shi)，在邊緣計(ji)(ji)算(suan)、云(yun)計(ji)(ji)算(suan)以及網絡(luo)之(zhi)間(jian)協(xie)同，實現計(ji)(ji)算(suan)與存儲資源的(de)最優化利(li)用。

邊緣計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)要(yao)(yao)么將存(cun)儲與(yu)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)能力放到端設備（如手機），要(yao)(yao)么將服(fu)務(wu)器安(an)裝在(zai)(zai)(zai)應用(yong)場景中(zhong)。我在(zai)(zai)(zai)挪(nuo)威國(guo)家(jia)石油公司(si)中(zhong)國(guo)區工(gong)作期(qi)間，有一(yi)(yi)個(ge)親身的(de)經歷。當時我們(men)(men)在(zai)(zai)(zai)北京有一(yi)(yi)個(ge)十幾人的(de)研(yan)發中(zhong)心，需(xu)要(yao)(yao)較(jiao)為強(qiang)大(da)的(de)數據處(chu)理(li)能力。北京中(zhong)心雖然與(yu)公司(si)在(zai)(zai)(zai)挪(nuo)威和(he)美(mei)國(guo)的(de)其他數據中(zhong)心有高速網絡相連，但(dan)速度(du)和(he)可靠(kao)性不足以(yi)支撐本地的(de)需(xu)求(qiu)，因(yin)此(ci)在(zai)(zai)(zai)我們(men)(men)辦公室同一(yi)(yi)樓層的(de)租用(yong)空(kong)間里專門(men)留出(chu)一(yi)(yi)個(ge)房間來安(an)裝一(yi)(yi)個(ge)服(fu)務(wu)器，這(zhe)(zhe)就是邊緣計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)一(yi)(yi)個(ge)案(an)例。這(zhe)(zhe)個(ge)邊緣計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)服(fu)務(wu)器是一(yi)(yi)個(ge)耗能大(da)戶，每年(nian)的(de)電費在(zai)(zai)(zai)25萬元左右。類似(si)這(zhe)(zhe)樣的(de)邊緣計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)服(fu)務(wu)器數量(liang)無法統計(ji)(ji)(ji)，但(dan)總的(de)趨勢是，隨著5G、車(che)聯網和(he)工(gong)業(ye)物聯網布局(ju)的(de)展開，大(da)量(liang)的(de)邊緣計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)中(zhong)心將布局(ju)在(zai)(zai)(zai)應用(yong)場景端。

5G應用(yong)、車(che)聯(lian)(lian)(lian)、工業物(wu)聯(lian)(lian)(lian)和(he)其他城市設(she)施物(wu)聯(lian)(lian)(lian)的(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)將越來越多(duo)地由數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)邊(bian)(bian)緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)服(fu)務器處理(li)，而不是(shi)(shi)傳輸到大型的(de)中(zhong)央(yang)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)中(zhong)心。長期看，邊(bian)(bian)緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)的(de)比例要高于(yu)集中(zhong)式計(ji)算(suan)(suan)中(zhong)心的(de)處理(li)量。邊(bian)(bian)緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)所用(yong)的(de)處理(li)器和(he)機架(jia)與大型數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)中(zhong)心的(de)基(ji)本相同，因(yin)此可以設(she)定邊(bian)(bian)緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)與集中(zhong)計(ji)算(suan)(suan)的(de)比例來推算(suan)(suan)邊(bian)(bian)緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)所需要的(de)機架(jia)數(shu)(shu)(shu)(shu)量。2025年，如果邊(bian)(bian)緣(yuan)計(ji)算(suan)(suan)量所需要的(de)標準機架(jia)數(shu)(shu)(shu)(shu)是(shi)(shi)2020~2025期間(jian)新建(jian)大型數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)中(zhong)心機架(jia)數(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)一半(ban)的(de)話，那就需要在全國各地的(de)應用(yong)場景建(jian)設(she)484萬(wan)個(ge)標準機架(jia)，每個(ge)機架(jia)8kW，就是(shi)(shi)38.7GW（3870萬(wan)千(qian)瓦）。

4. 端設備：或增加17GW（1700萬千瓦）

除了邊(bian)緣計算(suan)服務器之外，越來越多的計算(suan)與數(shu)據(ju)存儲功(gong)能會被整合到(dao)終端設備(bei)上，這些帶有智能與互聯功(gong)能的設備(bei)叫端設備(bei)。

國(guo)際能(neng)(neng)源(yuan)署估計(ji)，2015年(nian)，全球(qiu)有155億(yi)(yi)臺終端(duan)數字(zi)設備在運營(ying)，包(bao)括智能(neng)(neng)表計(ji)、視頻監控、電(dian)(dian)視機(ji)、機(ji)頂盒、路由器、音(yin)響，手機(ji)、電(dian)(dian)腦(nao)、平板電(dian)(dian)腦(nao)，等等。它們一共消耗了340TWh的(de)電(dian)(dian)力，平均每臺22kWh。這些端(duan)設備的(de)數量已(yi)經增加(jia)到2018年(nian)的(de)180億(yi)(yi)臺，年(nian)均增長8%。

根據思科今年3月(yue)發布的《2018—2023年度互聯網報告》[10]分析和預測，到(dao)(dao)2023年，互聯網總(zong)用戶將達(da)到(dao)(dao)53億(yi)（占全球(qiu)(qiu)人口(kou)的66％），高(gao)于2018年的39億(yi)（占全球(qiu)(qiu)人口(kou)的51％）。但(dan)這一數字與整體(ti)連網設(she)(she)備(bei)的數量相比相形見絀：到(dao)(dao)2023年，連網設(she)(she)備(bei)數量為293億(yi)臺，而(er)2018年為184億(yi)臺。思科的這一數據可能還低估了一些物聯設(she)(she)施。按照咨詢公(gong)司StrategyAnalytics的估計，在(zai)2016年，全球(qiu)(qiu)已經有(you)近(jin)200億(yi)個(ge)(ge)聯網設(she)(she)備(bei)，這個(ge)(ge)數量在(zai)2020年會達(da)到(dao)(dao)500億(yi)。

結(jie)合兩者的預測，在(zai)2025年(nian)，全(quan)球(qiu)聯網(wang)的智能(neng)設備(bei)(bei)應該在(zai)500億(yi)左右。鑒于(yu)中(zhong)國經濟(ji)規模和在(zai)數字(zi)化(hua)領域的領先地位，在(zai)全(quan)球(qiu)智能(neng)設備(bei)(bei)份額中(zhong)占10%不(bu)成問(wen)題，也就(jiu)是(shi)50億(yi)。假設這50億(yi)中(zhong)，有一半是(shi)今后5年(nian)新(xin)增的，就(jiu)是(shi)25億(yi)個新(xin)的互聯終端設備(bei)(bei)要(yao)在(zai)5年(nian)內接到電網(wang)上。

這(zhe)(zhe)(zhe)些設(she)(she)備(bei)量(liang)(liang)大(da)面(mian)廣，種類繁(fan)多，從家里的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)視、音響、手(shou)機(ji)(ji)、電(dian)腦、無線路(lu)由(you)器、監控設(she)(she)備(bei)，到工廠、道路(lu)、機(ji)(ji)場、車站、城市街道里的(de)(de)(de)(de)(de)各種聯(lian)網(wang)的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)感設(she)(she)備(bei)、布置在室內的(de)(de)(de)(de)(de)5G飛基(ji)站等，它們無法統計，所需要的(de)(de)(de)(de)(de)功耗(hao)也不(bu)一(yi)(yi)樣。假(jia)設(she)(she)每(mei)個設(she)(she)備(bei)按(an)照全(quan)球平均每(mei)年(nian)(nian)耗(hao)電(dian)20kWh來算，25億(yi)(yi)個設(she)(she)備(bei)就是(shi)500億(yi)(yi)kWh（50TWh），如果每(mei)天8小時時間運(yun)營就需要17GW（1700萬千瓦(wa)(wa)）電(dian)力來支撐。這(zhe)(zhe)(zhe)些互(hu)聯(lian)的(de)(de)(de)(de)(de)設(she)(she)備(bei)很大(da)一(yi)(yi)部分(fen)都接到電(dian)源(yuan)上，平時處于待機(ji)(ji)模式。每(mei)個設(she)(she)備(bei)待機(ji)(ji)耗(hao)電(dian)1瓦(wa)(wa)來算，就是(shi)2.5GW（250萬千瓦(wa)(wa)），全(quan)年(nian)(nian)就是(shi)22TWh（220億(yi)(yi)千瓦(wa)(wa)時）的(de)(de)(de)(de)(de)耗(hao)電(dian)量(liang)(liang)。國際能源(yuan)署在2017年(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)報告【3】中預測(ce)，到2025年(nian)(nian)，包括電(dian)視和電(dian)腦在內的(de)(de)(de)(de)(de)全(quan)球互(hu)聯(lian)設(she)(she)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)待機(ji)(ji)狀態將無端浪費740TWh（7400億(yi)(yi)千瓦(wa)(wa)時）的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)力，這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)(yi)總量(liang)(liang)相當于法國和英國兩國的(de)(de)(de)(de)(de)全(quan)年(nian)(nian)電(dian)力消費總量(liang)(liang)。萬物互(hu)聯(lian)帶來的(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)大(da)面(mian)廣的(de)(de)(de)(de)(de)待機(ji)(ji)能耗(hao)問題很值得(de)關注(zhu)并(bing)尋找解決方(fang)案(an)。

三、結論與國家“十四五”規劃建議

5G的(de)(de)(de)大規模(mo)普及存(cun)在商業(ye)可(ke)行(xing)性方面(mian)的(de)(de)(de)挑戰，基站的(de)(de)(de)高(gao)能耗(hao)也(ye)可(ke)能成為其推廣的(de)(de)(de)制約(yue)因(yin)素之一。即使如此(ci)，數字經濟的(de)(de)(de)發展必將進一步推動數據的(de)(de)(de)爆發性增長，帶(dai)動數據傳輸、存(cun)儲、計算、應用環節(jie)和互聯設(she)備(bei)的(de)(de)(de)能耗(hao)大幅度(du)上升。數字基礎設(she)施的(de)(de)(de)能耗(hao)強(qiang)度(du)如果(guo)沒能得到有效控制，數字經濟的(de)(de)(de)低碳(tan)效果(guo)就(jiu)會大打折扣。

按照以上分析和(he)粗略匡(kuang)算(suan)，在不考慮能(neng)效大幅提升以及數(shu)據中(zhong)(zhong)心的結構性大調(diao)整的情況(kuang)下，到2025年，數(shu)字基礎設(she)施(shi)的“新(xin)基建”起碼需要(yao)187GW（1.87億千瓦(wa)(wa)(wa)）新(xin)增電力裝機容量來支持，5G基站（53GW，5300萬千瓦(wa)(wa)(wa)）、數(shu)據中(zhong)(zhong)心（78GW，7800萬千瓦(wa)(wa)(wa)）和(he)分布式邊(bian)緣(yuan)計算(suan)服務器（39GW，3900萬千瓦(wa)(wa)(wa)）和(he)端設(she)備（17GW，1700萬千瓦(wa)(wa)(wa)）是主要(yao)耗能(neng)大戶。

表2:新基(ji)建增加的2025年電(dian)力(li)負荷（數(shu)據來源：作(zuo)者匡算）

這一數字基于許多假設，比如5G的推廣速(su)(su)度(du)、數據中心(xin)機(ji)架(jia)的增(zeng)長速(su)(su)度(du)、機(ji)架(jia)的能耗(hao)及(ji)輔助電力需求，還有邊(bian)緣計算服務器的布局數量，端設備的功耗(hao)水平等。核(he)心(xin)不肯定因素主要體(ti)現(xian)在兩個方(fang)面：

一(yi)方面是(shi)數(shu)字(zi)基(ji)礎設施建設的(de)力度。5G的(de)推廣速度取(qu)決于它所帶來(lai)的(de)價值，是(shi)否具備足夠的(de)經濟推動力來(lai)達(da)到文中假設的(de)基(ji)站數(shu)量還(huan)(huan)存(cun)在不確定(ding)性。基(ji)于今后幾年(nian)(nian)數(shu)據(ju)(ju)的(de)爆發性指數(shu)級增長，其應用或許超出我們今天線性思(si)維的(de)想象(xiang)，對數(shu)據(ju)(ju)存(cun)儲和處理的(de)需求肯(ken)定(ding)會大(da)幅(fu)度增加，數(shu)據(ju)(ju)中心規模每年(nian)(nian)30%的(de)增長率應該還(huan)(huan)是(shi)一(yi)個(ge)比較保(bao)守的(de)假設。

另一方面，IT設施包括服(fu)務器的(de)(de)能(neng)效提高能(neng)在多大程度上減緩數據(ju)(ju)中(zhong)心的(de)(de)電(dian)力需求。數據(ju)(ju)中(zhong)心的(de)(de)PUE已(yi)經(jing)從(cong)2013年的(de)(de)2.5降(jiang)到了目(mu)前的(de)(de)1.6，今(jin)后還有(you)下降(jiang)的(de)(de)空間(jian)，但幅度不會(hui)像前幾(ji)(ji)年這么(me)大。服(fu)務器的(de)(de)能(neng)耗(hao)取(qu)決于芯片(pian)技(ji)術，未來幾(ji)(ji)年短(duan)時間(jian)內下降(jiang)的(de)(de)幅度不會(hui)太(tai)大。

精準估算數字基礎設施的電力(li)需(xu)求需(xu)要更加細致(zhi)嚴謹的調研。

您可能會說(shuo)(shuo)，5年之(zhi)內增加(jia)187GW（1.87億千(qian)瓦），對于中國目前2000GW（20億千(qian)瓦）裝機規模(mo)來說(shuo)(shuo)不到(dao)10%，沒什(shen)么(me)值得(de)大(da)驚小怪的，但有三(san)點值得(de)我們重視：

一(yi)是(shi)這些數(shu)(shu)字(zi)基礎設施(shi)的(de)(de)(de)不間斷運(yun)(yun)營所消(xiao)耗(hao)(hao)電(dian)力(li)的(de)(de)(de)占(zhan)比(bi)要(yao)高于其在裝機(ji)容量的(de)(de)(de)占(zhan)比(bi)。5G基站(zhan)和(he)數(shu)(shu)據中心的(de)(de)(de)170GW（1.7億(yi)(yi)千(qian)瓦(wa)(wa)(wa)）需(xu)要(yao)全(quan)年(nian)8760小時(shi)(shi)連續運(yun)(yun)營，消(xiao)耗(hao)(hao)的(de)(de)(de)電(dian)量就是(shi)1489TWh（1.489萬(wan)億(yi)(yi)千(qian)瓦(wa)(wa)(wa)時(shi)(shi)），加上17GW（1700萬(wan)千(qian)瓦(wa)(wa)(wa)）端設備消(xiao)耗(hao)(hao)的(de)(de)(de)50TWh（500億(yi)(yi)千(qian)瓦(wa)(wa)(wa)時(shi)(shi)），就是(shi)1539TWh（1.539萬(wan)億(yi)(yi)千(qian)瓦(wa)(wa)(wa)時(shi)(shi)），是(shi)2019年(nian)全(quan)國耗(hao)(hao)電(dian)量（7225TWh，7.225萬(wan)億(yi)(yi)千(qian)瓦(wa)(wa)(wa)時(shi)(shi)）的(de)(de)(de)21.3%。如(ru)果2019~2025期(qi)間，電(dian)力(li)消(xiao)費按照年(nian)3%的(de)(de)(de)速度增(zeng)長，2025年(nian)數(shu)(shu)字(zi)基礎設施(shi)占(zhan)在全(quan)國的(de)(de)(de)耗(hao)(hao)電(dian)量的(de)(de)(de)比(bi)例將是(shi)17.8%。隨著數(shu)(shu)字(zi)經濟的(de)(de)(de)持續發展，這一(yi)比(bi)例還(huan)會(hui)快速上升(sheng)。

二是(shi)這些數(shu)(shu)字(zi)基礎設施(shi)的布局(ju)問題(ti)。大量數(shu)(shu)字(zi)技術(shu)應用場景將在城市發(fa)生，需要安全、穩定、高(gao)質量且(qie)不間斷(duan)的電(dian)力(li)供應。加(jia)上充電(dian)基礎設施(shi)作為新基建(jian)組(zu)成部分的加(jia)速布局(ju)，城市電(dian)力(li)系統面臨著擴容改(gai)造的巨大壓(ya)力(li)。

三是(shi)數(shu)據(ju)中心(xin)布局西移對(dui)目前中國(guo)西電東(dong)送(song)格局的影(ying)響。需(xu)要評估數(shu)據(ju)中心(xin)在廣西、云南、內蒙等地的布局對(dui)現有或計劃的西電東(dong)送(song)項目的影(ying)響。

為此(ci)，建議(yi)國家在“十四五”規劃中高度重視數字新基建引(yin)發的電(dian)力(li)(li)需求劇增以及電(dian)力(li)(li)布局改變的問題，做(zuo)好滿足(zu)電(dian)力(li)(li)增量需求、優化電(dian)源布局的規劃工作。具體來(lai)說，有以下(xia)幾點：

一是充分考(kao)慮到數(shu)字(zi)技術基礎設施對電(dian)力(li)增量的(de)需求(qiu)，結合疫情后其(qi)他領域的(de)電(dian)力(li)需求(qiu)趨勢(shi)分析，科學合理地規劃建設新的(de)電(dian)源(yuan)(yuan)，特別是清潔電(dian)源(yuan)(yuan)，以(yi)保證全(quan)國范(fan)圍內的(de)電(dian)力(li)供(gong)應保障(zhang)。

二是將數(shu)據(ju)中心建(jian)(jian)設與(yu)分布式能(neng)(neng)源生產（風(feng)、光、水、各類熱泵(beng)）同步(bu)考(kao)慮，盡可能(neng)(neng)減少對電(dian)(dian)網電(dian)(dian)量(liang)的(de)(de)需求(qiu)(qiu)。在數(shu)字基礎(chu)設施建(jian)(jian)設密度高的(de)(de)東部沿海(hai)地區布局更多的(de)(de)電(dian)(dian)源，一(yi)方(fang)(fang)面(mian)滿(man)足(zu)新(xin)增電(dian)(dian)力需求(qiu)(qiu)，另一(yi)方(fang)(fang)面(mian)以彌補數(shu)據(ju)中心在西(xi)部建(jian)(jian)設帶來的(de)(de)西(xi)電(dian)(dian)東送(song)電(dian)(dian)量(liang)的(de)(de)減少。

三(san)是做(zuo)好5G基(ji)站、邊緣計(ji)算中心和電動(dong)汽車充電樁在(zai)城市布局(ju)所需要的(de)配電網改造與建設(she)規劃。5G基(ji)站的(de)建設(she)要與推廣應用同(tong)步，鼓勵(li)；電信運(yun)行商(shang)共建共享5G基(ji)站，減(jian)少重復布局(ju)。

四是繼續加大5G基站和數(shu)據(ju)中(zhong)心的節能力度，鼓勵分布式光伏與無線基站綜合(he)開發，挖掘利(li)用(yong)數(shu)據(ju)中(zhong)心余熱為社會供熱的潛(qian)力，并把余熱利(li)用(yong)納入(ru)數(shu)據(ju)中(zhong)心的PUE能效考核指標。挖掘數(shu)據(ju)中(zhong)心余熱利(li)用(yong)的潛(qian)力，并采取措施大幅減少(shao)互聯設(she)備的待機能耗(hao)。數(shu)字(zi)基礎設(she)施的能耗(hao)強度如果沒能得到有效控制，數(shu)字(zi)經濟的低碳效果就會大打(da)折扣。

此(ci)外，數字基礎設施在全社(she)會用電(dian)(dian)量比例的(de)不(bu)斷上升也可能(neng)(neng)改變電(dian)(dian)力消費與經濟增長之間的(de)線性關(guan)系。電(dian)(dian)力消費能(neng)(neng)否(fou)繼(ji)續成(cheng)為經濟增長的(de)風(feng)向標這(zhe)一(yi)問(wen)題值(zhi)得研究。