面向“雙碳”戰(zhàn)略的通信網(wǎng)絡(luò)實踐

魏進武 中國聯(lián)通研究院副院長

劉鄭海 中國聯(lián)通研究院高級工程師

為應(yīng)對全球氣候變化，在《巴黎協(xié)定》向低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型大方向的引導(dǎo)下，我國提出了“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)承諾。2022年政府工作報告將“做好碳達峰、碳中和工作”列為2022年重點任務(wù)之一，要求繼續(xù)深入貫徹落實中共中央、國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，并對主要行業(yè)提出具體要求。同時，“十四五”規(guī)劃也將推動綠色低碳發(fā)展列入其中，進一步推進“雙碳”國家戰(zhàn)略。隨著“雙碳”戰(zhàn)略的落地，碳排放指標(biāo)將成為各行各業(yè)發(fā)展的重要參考標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)重點排放行業(yè)如電力、鋼鐵、石化等有望率先在2025年前后實現(xiàn)碳達峰并進入下降趨勢。隨著全社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速和算力需求的增長，5G網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心作為重要的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，在未來十年處于大規(guī)模建設(shè)及高速發(fā)展期，通信運營商能耗與碳排放的持續(xù)快速增長將成為影響國家實現(xiàn)碳達峰以及進一步碳中和的關(guān)鍵變量之一。

1 通信行業(yè)“雙碳”工作難題

1.1 能耗與碳排放增長迅猛

依據(jù)三家通信運營商發(fā)布的2021年企業(yè)社會責(zé)任報告和可持續(xù)發(fā)展報告[1-3]，2021年運營商的碳排放量和用電量如圖1所示。與電力、鋼鐵等傳統(tǒng)碳排放重點行業(yè)相比，通信行業(yè)碳排放量和用電量絕對數(shù)值較小，現(xiàn)階段“雙碳”工作的壓力較小。但隨著5G建設(shè)的大力發(fā)展，全社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速和算力需求的增長，通信行業(yè)自身的能耗會持續(xù)增加，所以通信運營商在2030年前實現(xiàn)碳達峰目標(biāo)具有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。如何協(xié)調(diào)行業(yè)發(fā)展和節(jié)能減碳的關(guān)系，在滿足日益增長的信息通信需求同時降低網(wǎng)絡(luò)綜合能耗和碳排放量，是通信行業(yè)亟待解決的重要課題。通信運營商需要以綠色架構(gòu)、節(jié)能技術(shù)為驅(qū)動，通過極簡建設(shè)和低碳運營，打造綠色低碳網(wǎng)絡(luò)，多措并舉、合理布局促進節(jié)能減排，推動通信行業(yè)順利實現(xiàn)碳達峰。

圖1 通信運營商近兩年能耗與碳排放數(shù)據(jù)

1.2 通信網(wǎng)絡(luò)減排工作迫在眉睫

5G和數(shù)據(jù)中心被強大的發(fā)展動力和緊迫的減碳壓力所包圍。2022年以來，國家陸續(xù)出臺文件，對通信行業(yè)明確提出“適度超前部署新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，夯實數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展基礎(chǔ)”，“要完善信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進光纖網(wǎng)絡(luò)擴容提速、5G商用部署和規(guī)模應(yīng)用，構(gòu)建一體化大數(shù)據(jù)中心體系，抓緊在全國建設(shè)10個左右數(shù)據(jù)中心集群”等行業(yè)發(fā)展具體要求。

隨著產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心未來10年仍將保持30%左右的增速，5G基站的建設(shè)將在2025～2030年間達到高峰。預(yù)計到2030年，數(shù)據(jù)中心行業(yè)的總能耗較目前將增長2～3倍，占全社會總用電量的比重將從2020年的1%上升到3.1%左右[4]；5G基站的總電耗將增大7～10倍，我國三大通信運營商的電力消耗占全社會總用電量的比重將從2020年的1%上升到2%以上，通信運營商面臨日漸嚴(yán)峻的減碳任務(wù)。

2 “雙碳”戰(zhàn)略下通信行業(yè)發(fā)展方向

2.1 圍繞能耗、能效、碳效三指標(biāo)打造“雙碳”工作核心

隨著三大通信運營商發(fā)布碳達峰碳中和綠色行動計劃，通信行業(yè)全面啟動節(jié)能降碳行動。通信網(wǎng)絡(luò)的減碳工作，不僅要關(guān)注“能耗”，更要看重“能效”。能效兼顧性能與節(jié)能，是度量綠色網(wǎng)絡(luò)的“標(biāo)尺”，致力于使用更少的能量來傳遞、處理和存儲更多的信息。以5G為例，每比特能耗大約只有4G的1/10，但可以提供30倍的4G流量。因此，通信運營商需要將重點從減少絕對能源消耗轉(zhuǎn)向提高能源利用效率、優(yōu)化能源使用，使每一部分能源都能精確地用于服務(wù)全社會的數(shù)字化需求，從而減少二氧化碳排放，同時降低運營費用。

傳統(tǒng)的移動網(wǎng)絡(luò)能效評價只有“移動網(wǎng)絡(luò)能源效率”一個指標(biāo)，用比特/焦耳表示，為評估時間段內(nèi)交付的數(shù)據(jù)量與一定時間段的能耗之間的比值。評價維度單一，在網(wǎng)絡(luò)性能、能效和碳排放指標(biāo)之間缺乏關(guān)聯(lián)性，無法核量和評價網(wǎng)絡(luò)實際碳排放數(shù)據(jù)及降碳效果。因此要科學(xué)的評價網(wǎng)絡(luò)能效，引導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)向綠色低碳發(fā)展，應(yīng)引入全面完善的評價指標(biāo)，構(gòu)建全生命期網(wǎng)絡(luò)碳排放評估理論，基于國家“雙碳”戰(zhàn)略建立通信網(wǎng)絡(luò)的碳排放評價標(biāo)準(zhǔn)體系，發(fā)掘網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵指標(biāo)(網(wǎng)絡(luò)覆蓋、負載情況、業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量等)與碳排放強度的關(guān)聯(lián)關(guān)系，引入碳效等相關(guān)指標(biāo)，從而引導(dǎo)通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。同時，完善通信網(wǎng)絡(luò)碳排放閉環(huán)評估體系，提高碳排放數(shù)據(jù)核算精度，指導(dǎo)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，在不降低服務(wù)質(zhì)量的前提下，有效降低網(wǎng)絡(luò)碳排放。

在“雙碳”背景新形勢下，數(shù)據(jù)中心評價指標(biāo)不僅要能夠推動數(shù)據(jù)中心減少碳排放，還要促進數(shù)據(jù)中心降低PUE和優(yōu)化柴油發(fā)電機等以化石燃料為主的能源結(jié)構(gòu)，增加可再生能源供應(yīng)，例如光伏、風(fēng)電等。因此，數(shù)據(jù)中心相關(guān)的評價指標(biāo)也需要從單一的PUE能效評價指標(biāo)逐步演進至包含PUE、CUE、WUE等多指標(biāo)的綠色低碳等級綜合評定，未來可能會納入更多新的能效、碳效相關(guān)指標(biāo)，推動我國數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)向綠色低碳方向發(fā)展。

2.2 全面推進網(wǎng)絡(luò)共建共享，發(fā)揮資源最大效能

“共享社會”是“雙碳”背景下的新發(fā)展理念，是面向全社會的基礎(chǔ)設(shè)施共建共享、高質(zhì)量發(fā)展的重要理論基礎(chǔ)。從全球來看，多國政府正在加大政策引導(dǎo)，通過多家運營商開放共享方式，推進5G網(wǎng)絡(luò)部署，尤其是基于1GHz以下頻率建設(shè)基礎(chǔ)連接網(wǎng)。日本第二大運營商KDDI和第三大運營商SoftBank通過成立合資公司“5G JAPAN”[5]，在農(nóng)村區(qū)域共建共享5G網(wǎng)絡(luò)。韓國三大運營商也在韓國科學(xué)與信息通信技術(shù)部的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下在廣大農(nóng)村地區(qū)共建共享5G基站。在國內(nèi)，截止到2021年底，電聯(lián)共建共享累計開通5G基站69萬個，雙方累計節(jié)省投資超1400億元，節(jié)約運營成本超150億元/年、降低碳排放600萬噸[1]，已積累了成熟的共建共享建設(shè)、運營等方面的經(jīng)驗與技術(shù)方案。下一步，需要繼續(xù)深化、探索全行業(yè)共建共享新模式，攻克“空/時/頻/功率”虛擬資源池、端到端異網(wǎng)漫游、共建共享可信機制等技術(shù)難題。只有聚合全社會各方力量，統(tǒng)一行業(yè)認(rèn)知，從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運營、監(jiān)管和結(jié)算等多層面進行5G網(wǎng)絡(luò)共建共享方案研究，才能減少重復(fù)投資，提高5G網(wǎng)絡(luò)的資源利用率，充分發(fā)揮頻率資源的最大效能，通過共建共享推動5G網(wǎng)絡(luò)與節(jié)能減碳工作同步發(fā)展。

2.3 開展存量網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，提升全網(wǎng)能效

以5G為牽引，開展網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究，淘汰高耗能、低效能的老舊設(shè)備和舊制式網(wǎng)絡(luò)(2G/3G)，優(yōu)化整合存量網(wǎng)絡(luò)，提升存量網(wǎng)絡(luò)服務(wù)效能，推動BBU集中、無線網(wǎng)元之間全光承載，攻克多模多頻設(shè)備、多頻天線、云核心網(wǎng)融合架構(gòu)等技術(shù)難題。

實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)精簡、能力增強、能效提升，打造覆蓋完備、體驗領(lǐng)先、能力領(lǐng)先、效能領(lǐng)先的5/4G精品網(wǎng)。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上做減法，從設(shè)備類型上做合并，加速老舊網(wǎng)絡(luò)清退，形成一套行之有效的方法論指導(dǎo)存量網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)迭代，整合資源，強化網(wǎng)絡(luò)：以低頻共享與重耕研究為主要推動力，合理整合頻率、設(shè)備、站址等資源，分場景制定整合方案，以實現(xiàn)資源向網(wǎng)絡(luò)能力與用戶體驗轉(zhuǎn)化效能的最大化。

2.4 加快建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心，助力國家“東數(shù)西算”戰(zhàn)略

數(shù)據(jù)中心上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)/企業(yè)非常多、單個項目投資金額高，具有很強的投資拉動效果，直接輻射IT設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施、清潔能源、軟件信息等多個行業(yè)。京津冀、長三角、粵港澳地區(qū)數(shù)字科技和經(jīng)濟發(fā)展最快，數(shù)據(jù)交易量極其龐大，集中了國內(nèi)最大量的數(shù)據(jù)中心，但受限于土地資源和能源供給，總體數(shù)據(jù)中心供應(yīng)量遲滯于經(jīng)濟發(fā)展速度。而西部地區(qū)電力能源與可再生能源非常豐富，全年氣溫較低，可以提供大量適宜土地，且部分地區(qū)已經(jīng)有大型數(shù)據(jù)中心建維經(jīng)驗，非常適合承接?xùn)|部及發(fā)達地區(qū)的數(shù)據(jù)相關(guān)服務(wù)。“東數(shù)西算”是繼“東電西送”“南水北調(diào)”“西氣東輸”工程后的又一項國家工程項目，主要目的是通過合理布局?jǐn)?shù)據(jù)中心來統(tǒng)籌協(xié)調(diào)全國的數(shù)字化發(fā)展，同時實現(xiàn)資源有效配置和行業(yè)轉(zhuǎn)型升級[6]。

2021年12月，國家發(fā)改委等四部門印發(fā)《貫徹落實碳達峰碳中和目標(biāo)要求 推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實施方案》，提出“到 2025年，數(shù)據(jù)中心運行電能利用效率和可再生能源利用率明顯提升，全國新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均電能利用效率降到1.3以下，國家樞紐節(jié)點進一步降到1.25以下，綠色低碳等級達到4A級以上”。因此在“東數(shù)西算”工程中，數(shù)據(jù)中心建設(shè)應(yīng)依據(jù)綠色、低碳、集約和高效的原則，從四個方面深度推進，積極打造綠色數(shù)據(jù)中心。一是布局清潔能源領(lǐng)域，鼓勵數(shù)據(jù)中心企業(yè)開展綠電、綠證相關(guān)交易，推動發(fā)電企業(yè)向數(shù)據(jù)中心直接提供可再生能源，支持?jǐn)?shù)據(jù)中心自建分布式光伏電網(wǎng)。二是加大綠色低碳技術(shù)創(chuàng)新投入，鼓勵數(shù)據(jù)中心企業(yè)開展節(jié)能降碳、可再生能源供電等技術(shù)研究，推動在云網(wǎng)融合、多云調(diào)度等方面進行技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新。三是提高能源的綜合梯級利用效率，挖掘數(shù)據(jù)中心節(jié)能潛力，引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心在設(shè)計、運營時充分考慮節(jié)能要求，將余熱利用等能源綜合利用技術(shù)作為數(shù)據(jù)中心節(jié)能降碳的突破方向之一。四是改進數(shù)據(jù)中心評價指標(biāo)，將碳效指標(biāo)CUE納入到數(shù)據(jù)中心的綜合評定體系內(nèi)，強化數(shù)據(jù)中心減碳目標(biāo)與考核體系。

3 強化賦能數(shù)字經(jīng)濟，促全社會和諧發(fā)展

全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會(GSMA)發(fā)布的報告指出，在歐洲和北美，移動通信技術(shù)對社會節(jié)能減排的貢獻在2019年達到10[7]，這意味著移動通信每消耗1度電，社會用電降低10度，這一比例到2025年將達到120。

2021年12月，國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部等四部門聯(lián)合印發(fā)《貫徹落實碳達峰碳中和目標(biāo)要求推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實施方案》，方案提出“在數(shù)據(jù)中心、5G實現(xiàn)綠色高質(zhì)量發(fā)展基礎(chǔ)上，全面支撐各行業(yè)特別是傳統(tǒng)高耗能行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，助力實現(xiàn)碳達峰總體目標(biāo)，為實現(xiàn)碳中和奠定堅實基礎(chǔ)”。

新基建是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略資源和底座，在數(shù)字化轉(zhuǎn)型加速的大方向下，數(shù)字技術(shù)與重點行業(yè)不斷滲透融合，通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心自身的能耗和碳排放雖然持續(xù)增長，但在更大范圍和程度上可以促進全社會經(jīng)濟增長和碳排放減少，促進全社會數(shù)字經(jīng)濟低碳和諧發(fā)展。賦能數(shù)字經(jīng)濟的作用主要體現(xiàn)在三個方面：一是帶動產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)對工業(yè)、能源、建筑、交通基礎(chǔ)設(shè)施和上下游體系的改造將大大強化產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同增效，使各行業(yè)垂直領(lǐng)域的連接更加緊密、反應(yīng)更加智能、整體更加高效，從而大幅減少物耗和能耗。二是替代原有生產(chǎn)和消費方式，如高清視頻會議可以替代國際差旅以及出行需求，從而減少交通排放。三是推動消費觀念從“擁有”轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆褂谩盵8]，進一步深化對現(xiàn)有存量資源的深度挖掘和再利用，減低生產(chǎn)要素的機會成本。同時，消費者所需支付的費用比傳統(tǒng)模式的“買”要低，消費者福利增加，形成了一種雙贏的綠色消費模式。因此新基建不僅要核算自身的能耗和碳排放“小賬”，還要以更宏觀的視野計算為經(jīng)濟社會發(fā)展帶來的能耗節(jié)省和碳減排“大賬”。

在中國邁向碳中和的道路上，要以技術(shù)和模式創(chuàng)新為驅(qū)動，堅持以智能化、電氣化、低碳化為導(dǎo)向的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方向，支持綠色制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展和可持續(xù)消費升級，進而通過賦能數(shù)字經(jīng)濟實現(xiàn)全社會各行業(yè)的碳減排效應(yīng)最大化，更好地協(xié)同推進經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)環(huán)境高水平保護，實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護的共贏。

4 總結(jié)與展望

實現(xiàn)“雙碳”國家戰(zhàn)略和高質(zhì)量發(fā)展是國家統(tǒng)籌國際國內(nèi)兩個大局的重大戰(zhàn)略決策。打造綠色低碳網(wǎng)絡(luò)是通信運營企業(yè)的使命和內(nèi)在要求，需要堅持“兩手抓”，在保證通信網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展的同時，努力推動全網(wǎng)和全社會的節(jié)能降碳。

推進網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降碳，需要制定網(wǎng)絡(luò)低碳發(fā)展路線，攻克節(jié)能降碳核心關(guān)鍵技術(shù)。為實現(xiàn)綠色網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，應(yīng)該從以下幾個方面持續(xù)攻關(guān)：一是推進全行業(yè)共建共享及技術(shù)研究攻關(guān)；二是推動極簡網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展；三是開展存量網(wǎng)絡(luò)資源整合優(yōu)化；四是提升設(shè)備能效，打造設(shè)備綠色供應(yīng)鏈；五是研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制化、模塊化的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施和配套的智能化管理手段；六是建立清潔低碳能源體系，推動基于清潔能源的分布式微電網(wǎng)在數(shù)據(jù)中心及5G中的應(yīng)用。最后，構(gòu)建“碳排放”數(shù)字化、“碳足跡”云端化、“碳減排”智能化的“雙碳”三化體系，實現(xiàn)全面、透明、精確的碳排放監(jiān)測和能耗管理。只有多措并舉，才能推動網(wǎng)絡(luò)朝著綠色低碳方向高質(zhì)量發(fā)展。

5 結(jié)語

通信運營商應(yīng)以“雙碳”目標(biāo)為契機，加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型，不斷進行技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，推動通信基礎(chǔ)設(shè)施向低碳化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，推動通信行業(yè)數(shù)字技術(shù)和“雙碳”戰(zhàn)略協(xié)同發(fā)展；利用自身網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，加大產(chǎn)業(yè)間的合作和融合，推動全社會降低能耗和減緩碳排放增長速度，實現(xiàn)發(fā)展領(lǐng)先和“雙碳”目標(biāo)的協(xié)同共贏。