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2035年中国5G基站数量规模、5G基站能耗及碳排放分析预测[图]

    一、定义及关键技术

    5G基站是5G网络的核心设备,提供无线覆盖,实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输。基站的架构、形态直接影响5G网络如何部署。由于频率越高,信号传播过程中的衰减也越大,5G网络的基站密度将更高。

    5G基站建设组网多采用混合分层网络,这样就可以保证5G网络的易管理、可扩展、高可靠性,能够满足5G基站的高速数据传输业务。

5G基站建设的关键技术

技术名称
具体概述
MR技术
MR是一种无线通信环境评估技术,其可以将采集到的信息发送给网络管理员,由网络管理员评判报告的价值,以便能够优化无线网络通信性能。MR技术应用包括覆盖评估、网络质量分析、越区覆盖分析、网络干扰分析、话务热点区域分析和载频隐性故障分析。
64QAM技术
64QAM能够合理的提升SINR,针对5G网络进行科学规划和设计,降低5G网络部署的复杂度,可以降低重叠覆盖引起的同频干扰及弱覆盖问题,在满足5G网络广覆盖的要求下,增加覆盖的深度,提升5G网络的综合覆盖率,从而实现热点区域连续覆盖、无缝覆盖,不仅能够让更多的用户接入到5G网络,同时还可以享受到高质量的通信服务。
抗干扰技术
5G网络基站建设时需要部署大量的无线设备,这些无线设备的数量非常多,安装部署地点也非常复杂,彼此之间就会产生相互干扰问题,造成干扰的原因主要包括设备本身存在故障,5G网络运行时频道经常发射错误的信号,影响自身信号质量;5G网络设备安装与配置严重不规范,影响5G信号发射的灵敏度。5G网络干扰主要是指无线电干扰,这些干扰包括互调干扰、带外干扰。
大规模MIMO技术
多入多出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)技术,亦称为多天线技术通过在通信链路的收发两端设置多个天线而充分利用空间资源,能提供分集增益以提升系统的可靠性,提供复用增益以增加系统的频谱效率,提供阵列增益以提高系统的功率效率,近20年来一直是无线通信领域的主流技术之一。

资料来源:智研咨询整理

    智研咨询发布的《2021-2027年中国5G基站行业市场全景调查及发展趋势研究报告》显示:目前,中国5G基站的建设正按计划有序进行。截止至2020年底,中国5G基站约71.8万个,新建基站58.8万个,超额完成了2020年底建设55万个基站的目标。

中国各地区5G基站的数量

地区
累计已建成(万个)
统计截止时间
广东
12.4
2020年11月
江苏
7.1
2020年11月
浙江
6.26
2020年10月
山东
5.1
2020年12月
重庆
4.9
2020年10月
河南
4.54
2020年12月
四川
3.9
2021年1月
北京
3.7
2020年12月
江西
3.1
2020年11月
上海
3
计划
湖南
2.9
2020年12月
湖北
2.61
2020年12月
天津
2.4
2020年12月
福建
2.25
2020年12月
安徽
2.14
2020年8月
广西
2.1
2020年12月
河北
2.1
2020年12月
辽宁
2
2020年9月
贵州
2
2020年12月
黑龙江
1.98
2020年12月
云南
1.85
2020年12月
山西
1.8
2020年12月
陕西
1.8
2020年12月
甘肃
0.81
2020年11月
吉林
0.8
2020年12月
新疆
0.53
2020年10月
内蒙古
0.45
2020年10月
宁夏
0.4
计划
西藏
0.36
2020年12月
海南
0.21
2020年9月
青海
0.19
2020年9月
中国
85.7
/

资料来源:各地政府部门公布数据、智研咨询整理

    2013年起,历经七年时间,4G基站建设进度基本完成。截止至2019年底,4G基站建成数量达544万个,2020年中国4G基站建成数量达575万个,较2019年增加31个。

2014-2020年中国4G基站发展情况

资料来源:工信部《通信业统计公报》、智研咨询整理

    2020年,中国5G网络建设稳步推进,按照适度超前原则,新建5G基站超60万个,全部已开通5G基站超过71.8万个,预计5G基站建设数量将在2021-2025年间将稳步上涨,在2025年前后基本布局完成。

2020年中国新建5G基站及已开通5G基站数量

资料来源:工信部《通信业统计公报》、智研咨询整理

    从政策上看,为保障5G基站建设行动有序实施,各地政府相继提出了5G建设的规划方案。如广东省提出了“到2025年底5G基站累计达29万个,预计2022年累计达22万个”,“江苏省提出“到2022年,5G基站达到16.9万个”4、河南省提出“到2022年,5G基站数量达到16.8万个”。

2020年、2022年中国各地区5G基站规划建成情况

地区
2020年计划5G基站累计建成数量(万个)
2022年计划5G基站累计建成数量(万个)
复合增长率(%)
广东
10
22
48.3
江苏
5.2
16.9
80.3
河南
4
16.8
104.9
浙江
6
12
41.4
四川
3
12
100.0
山东
3
11.2
93.2
重庆
4
10
58.1
福建
4
8
41.4
河北
1.5
7
116.0
上海
3
5
11.8
山西
1.5
5
82.6
安徽
2
4.5
50.0
天津
2
4
41.4
江西
2
4
41.4
贵州
2
3.2
26.5

资料来源:各地政府政策、智研咨询整理

    推测5G通讯技术周期为10年,基站建设在2025年基本完成,基站数量在2021-2025年间按63.6%复合增长率的上涨,在2030年开始逐步回落,预计2035年中国5G基站数量约758万架。

2019-2035年中国5G基站数量预测

资料来源:工信部、智研咨询整理

    二、能耗及碳排放现状分析

    1、能耗结构

    目前,各地政府公布的5G基站建设数据也以宏基站为主,微基站、皮基站、飞基站较少提及,就目前情况来看,宏基站数量和单站功率均远大于微基站、皮基站和飞基站。5G基站功耗包含主设备能耗(BBU和AAU)占46%;空调能耗占46%;配电和其他能耗占8%。

5G基站能耗分布

资料来源:绿色和平、赛宝计量检测中心、智研咨询整理

    2、影响因素

    5G基站能耗随着业务负载率的变化5G基站主设备功率也产生变化,一般来说,BBU功耗受负载变化的影响小,基本维持稳定。

5G主用设备实测功耗

-
品牌1
品牌2
业务负荷AAU平均功耗(W)
BBU平均均功耗(W)
AAU
平均均功耗(W)
BBU平均均功耗(W)
100%
1127.8
293.012
1175.4
325.8
50%
892.32
293.012
956.8
325.8
30%
762.43
292.537
856.9
319
20%
733.92
293.233
797.5
319
10%
699.36
293.416
738.6
319
空载
633
293.568
663
330

资料来源:5G基站服务商公布的实测数据、智研咨询整理

    3、能耗测算

    对比典型功耗和不同业务负载下的实测功耗可知,典型功耗标称值落在50%-100%区间内。

    中国三大运营商5G基站设备市场份额达90%以上,华为、中兴、爱立信的BBU典型功耗分别为250W、315W、120W,AAU峰值功耗分别为1200W、1300W、1420W,AAU典型功耗分别为800W、1080W、980W。

5G主用设备典型功耗

厂商
BBU峰值功耗(W)
BBU典型功耗(W)
AAU峰值功耗(W)
AAU典型功耗(W)
华为
/
250
1200
800
中兴
/
315
1300
1080
爱立信
180
120
1420
980

资料来源:厂商技术指标、智研咨询整理

    目前,根据各地政府公布的数据显示,2020年广东5G基站能耗728976万千瓦时,排名中国第一;第二是江苏,5G基站能耗417397万千瓦时;第三是浙江,5G基站能耗368015万千瓦时。

2020年中国各地区5G基站能耗

资料来源:和地政府公布数据、智研咨询整理

    4、碳排放测算

    5G基站碳排放量的测算方法采用碳排放因子法,将能耗值乘.上该地区的碳排放因子,估算出当前碳排放量。

    根据统计数据的可获得性,最新可计算得出2018年不同层级的电网排放因子。基于2015-2018年中国电网因子0.560KgCO2/KWh;河北电网排放因子0.992KgCO2/KWh,排名中国第一;其次是新疆,电网排放因子0.967KgCO2/KWh;第三是山东,电网排放因子0.846KgCO2/KWh。

2020年中国各地区电网排放因子(KgCO2/KWh)

地区
电网排放因子
中国
0.56
河北
0.992
新疆
0.967
山东
0.846
山西
0.81
天津
0.794
安徽
0.735
河南
0.728
内蒙古
0.713
江西
0.689
江苏
0.666
辽宁
0.66
宁夏
0.657
北京
0.649
湖南
0.603
广西
0.55
浙江
0.543
上海
0.537
吉林
0.526
贵州
0.497
福建
0.475
陕西
0.461
甘肃
0.45
广东
0.442
重庆
0.419
海南
0.415
湖北
0.373
黑龙江
0.288
云南
0.124
四川
0.071
青海
0.034

资料来源:绿色和平、赛宝计量检测中心、智研咨询整理

    2020年中国5G基站排放量高达2799万吨,中国31个省市区均有分布,其中广东、江苏、山东、浙江和河南排放量最大,分别为322万吨、278万吨、254万吨、200万吨和194万吨,五个地区占中国排放量的45%。

2020年中国5G基站排放量TOP5省市占中国排放量的比重

资料来源:绿色和平、赛宝计量检测中心、智研咨询整理

2020年中国及各地区5G基站碳排放量(万吨CO2)

地区
碳排放量:万吨
中国
2799
广东
322
江苏
278
山东
254
浙江
200
河南
194
北京
141
江西
126
河北
122
重庆
121
天津
112
湖南
103
上海
95
安徽
92
山西
86
辽宁
78
广西
68
福建
63
贵州
58
湖北
57
陕西
49
黑龙江
34
新疆
30
吉林
25
甘肃
21
内蒙古
19
四川
16
宁夏
15
云南
13
海南
5
西藏
1
青海
0

资料来源:绿色和平、赛宝计量检测中心、智研咨询整理

    三、能耗及碳排放预测

    1、能耗预测

    为了降低基站功耗,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、网络级三个维度提出了节能降耗的解决方案。

为了降低基站功耗的解决方案

资料来源:智研咨询整理

    据中国移动测算,C-RAN将使得包括能耗在内的单站维护成本下降17.1%-23.7%。

    据中国移动估计,2021-2023年间设备级功耗平均每年下降10%,2021-2025年的基站增长数量,预计2025年的新增单站设备级功耗2250W,单站设备级功耗2374W。

2020-2025年5G单站设备功耗走势预测(单位:W)

资料来源:中国移动测算、智研咨询整理

    综合来看2035年中国5G基站能耗为2.446-2965亿千瓦时。在情景一下,随着节能技术高速发展,中国大规模普及,预计2035年中国主设备功耗可在2025年基础上下降2%,空调、配电和其他能耗占比可缩减至50%,单站功耗约3878W,整体能耗在此基础上下降5%。则2035年中国5G基站能耗约2446亿千瓦时。

    在情景二下,节能技术发展放缓,局部地区落地应用,预计2035年主设备功耗在2025年基础上下降1%,空调、配电和其他能耗占比可缩减至40%,单站功耗约4.701W,整体能耗在此基础上下降2%,预计2035年中国5G基站能耗约2965亿千瓦时。

2035年中国5G基站能耗预计

资料来源:智研咨询整理

    2、碳排放预测

    基于未来的经济、社会以及低碳约束条件,对2020-2035年中国电力行业发展进行了预测,得出了不同情景下2035年煤电发电量占比分布在35-42%、气电发电量占比分布在4-5%、非化石电力发电量占比分布在53-61%。

    2020年中国煤电和气电排放因子分别为0.853kgC02/kWh和0.405kgC02/kWh,预计2035年电力中国电力排放因子范围为0.334-0.397kgCO2/kWh,2035年中国5G基站碳排放量约合二氧化碳8170-11771万吨。

2035年中国5G基站碳排放量预测

资料来源:智研咨询整理

    从5G基站建设周期可以看出,2030年基站规模、能耗及碳排放量将达到顶峰。尽管2035年5G基站能耗相比2020年翻了两翻多,但随着中国发电能源结构持续优化,非化石电力比重不断上升,5G基站碳排放量增速将低于能耗增速。

 

 

本文采编:CY315

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标签: 5G基站

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