省域范围5G基站碳排放情景分析_苏晓堂.pdf
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1、LOW CARBON WORLD 2022/11省域范围 5G 基站碳排放情景分析苏晓堂1,2,周力1,2,曾思慧1,郭敏2,骆卓文2(1.广东省循环经济和资源综合利用协会,广东 广州 510000;2.广东广信安全应急与节能环保促进中心,广东 广州 510000)【摘要】在摸清某省5G基站能耗、碳排放现状的基础上,预测到2030年5G基站建设规模;通过情景设置,分析各情景下能源消费和二氧化碳(CO2)排放发展趋势,对比不同情景下5G基站的能源消费和CO2排放特征,并提出提升设备能效水平、转变能源结构等低碳发展路径,为后续低碳发展提供参考。【关键词】5G基站;能耗预测;低碳;路径【中图分类号】
2、TN929.5【文献标识码】A【文章编号】2095-2066(2022)11-0034-030引言5G 是我国新型基础设施建设的重要部分,随着5G 基站大规模推广应用,其能耗高的问题逐步显现。中国通信标准化协会数据显示,运营商 5G 基站主设备空载功耗是 2.22.3 kW,满载功耗 3.73.9 kW,是4G 基站的 34 倍,这说明虽然当前随着技术进步其功耗有所降低,但高能耗问题仍较为棘手。1 5G基站发展现状1.1基站建设规模根据 2020 年通信业统计公报,截至 2020 年底全国 5G 基站数约 71.8 万个,其中某省累计建成 5G基站约 12.4 万个。根据该省 2020 年已公
3、布的 5G 发展目标,该省 2025 年底将实现 5G 全域覆盖,5G 基站累计建成 29 万个。以此测算,该省 5G 基站复合增长率可达到 22%。1.2基站能耗及碳排放现状当前 5G 基站建设以宏基站为主,微基站等提及较少。一般来说,5G 宏基站由一套基带处理单元(base band unit,BBU)和 3 个有源天线处理单元(active antenna unit,AAU)构成。基站功耗主要包含主设备能耗(BBU 和 AAU)、空调能耗、配电及其他能耗1,前两者占比 92%,是基站主要耗能部分2。某运营商分析两个品牌 5G 基站主设备(BBU 和 AAU)在不同负载下的功耗表现,显示
4、BBU 功耗在不同负载下基本维持稳定,而 AUU 则随负载变化有较大差异3。BBU 功耗均值为 228 W,AAU 功耗均值为953 W,根据典型 5G 宏基站配置可测算出单基站主设备功耗约为 3 087 W,结合基站设备能耗结构占比,单基站功耗约为 6 711 W。根据 2020 年底基站统计数量,可得出该省 5G 基站年用电 72.9 亿 kW h,约占该省 2020 年全社会用电量的 1.05%。5G 基站碳排放量测算采用碳排放因子法,可估算该省 5G 基站当前碳排放量4,得到 2020 年底该省5G 基站碳排放量约 282.54 万 t。2 5G基站发展趋势预测2.1基站数量预测按照
5、5G 通信技术 10 年后更新换代,本文预测到 2030 年 5G 基站发展趋势。根据 2020 年底已有基站数据和 2025 年基站建设目标,基站数量在 20212025 年间按 22%的复合增长率上涨,20262030 年基站数量按 1%的增长率缓慢上涨,至 2030 年之后开始回落,拟合后预计至 2030 年该省 5G 基站数量为 34.87 万个。2.2基站能耗预测为降低基站功耗,设备厂商和运营商不断探索基站绿色技术,从设备级、站点级、网络级 3 个维度提出了节能降耗解决方案5。设备级方面,通过 7 nm制程芯片、氮化镓(GaN)技术等应用,可更好匹配绿色高效要求,预计设备级功耗平均每
6、年可降低 10%左右6。按 20212023 年设备功耗年均下降 10%,此后设备级功耗保持稳定,结合 20212025 年基站增长数量,预测 2025 年单基站主要设备功率平均值为2 372.65 W。3 5G基站低碳情景分析3.1基站低碳发展情景设置5G 基站碳排放发展趋势影响因素包括基站建设数量、设备节能水平、绿电使用率以及其他因素等7。针对上述因素构建基站低碳发展 4 种情景:基节能环保34DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.11.033LOW CARBON WORLD 2022/11准情景、节能控制情景、低碳控制情景和高效低碳情景。(1)基准情景。依据目前 5G
7、 基站能耗控制要求,以及技术发展趋势,主设备功率功耗占 5G 基站总能耗 46%的水平保持不变,且不增加额外清洁能源的使用。(2)低碳控制情景。逐年提高 5G 基站设备节能水平并改善能源供给结构,增加清洁能源使用。设置如下:在现有基础上提高基站能耗低碳控制要求,主要设备节能水平相比基准情景整体提升 2%,空调、配电和其他能耗占比逐年降低 0.5%,每年增加 2%的清洁能源使用比例。(3)节能控制情景。在不改变 5G 基站能源结构基础上,提高基站设备节能水平。设置如下:在现有基础上提高对基站能耗低碳控制要求,主要设备节能水平相比基准情景整体提升 2%,空调、配电和其他能耗占比逐年降低 1%。(4
8、)高效低碳情景。显著提高 5G 基站设备节能水平并改善能源供给结构,增加清洁能源使用。设置如下:在现有基础上提高对基站能耗低碳控制要求,主设备节能水平相比基准情景整体提升 2%,空调、配电和其他能耗占比逐年降低 1%,并每年增加 2%的清洁能源使用比例。3.2基站能源消费和碳排放核算方法5G 基站能耗源于主要用能设备功率、使用时间和节能水平8。基站碳排放量与该省电力平均 CO2排放因子及用能结构是否有清洁相关。根据不同情景下设置用能水平和能源结构,通过以下模型预测2030 年基站能源消费和碳排放情况。Qm=NmPm 1+()8 760/10 000;(1)Cm=Qmm 1-m-202()0。(
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