5G基站和數(shù)據(jù)中心的中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)研究

馬玉草，高鵬飛，張鐵峰,3，梁海峰

（1.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，河北 保定 071003；2.內(nèi)蒙古超高壓供電局 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特 010080；3.河北省電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華北電力大學(xué)），河北 保定 071003）

0 引言

以5G 基站、數(shù)據(jù)中心為代表的新一代通信基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行所帶來(lái)的新增負(fù)荷將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)前通信設(shè)施的配電容量，這給電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)[1]。

為了使電網(wǎng)規(guī)劃能夠適應(yīng)和滿(mǎn)足信息基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行所帶來(lái)的負(fù)荷增長(zhǎng)，需對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)研究[2]。伴隨著國(guó)家新基建不斷推進(jìn)，未來(lái)信息基礎(chǔ)設(shè)施將成為我國(guó)用電需求增長(zhǎng)的新動(dòng)能，進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)研究可為其能耗效率的優(yōu)化提供重要依據(jù)。文獻(xiàn)[3]在建立負(fù)荷預(yù)測(cè)模型時(shí)引入實(shí)時(shí)電價(jià)作為影響因素，并結(jié)合混沌時(shí)間序列相空間重構(gòu)理論和最小二乘支持向量機(jī)建立了負(fù)荷預(yù)測(cè)模型。文獻(xiàn)[4]運(yùn)用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中的長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)，預(yù)測(cè)了數(shù)據(jù)中心能耗的關(guān)鍵性指標(biāo)性能系數(shù)和電源使用效率。文獻(xiàn)[5]提出一種基于混沌精英優(yōu)化的哈里斯鷹算法，并結(jié)合核極限學(xué)習(xí)機(jī)算法進(jìn)行了電力負(fù)荷回歸預(yù)測(cè)。有關(guān)學(xué)者分析了5G 和數(shù)據(jù)中心的發(fā)展前景，其中文獻(xiàn)[6]基于產(chǎn)業(yè)生命周期理論，研究預(yù)測(cè)了高、中、低3 個(gè)場(chǎng)景下的5G 綜合能源服務(wù)的市場(chǎng)規(guī)模；文獻(xiàn)[7]從能源和電力的角度全面分析了數(shù)據(jù)中心的能耗，并結(jié)合數(shù)據(jù)中心未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)?，F(xiàn)有關(guān)于信息基礎(chǔ)設(shè)施負(fù)荷預(yù)測(cè)的相關(guān)研究主要集中于預(yù)測(cè)方法和預(yù)測(cè)模型，缺乏針對(duì)新基建規(guī)劃策略的定量化預(yù)測(cè)分析，且短期預(yù)測(cè)較多，不足以為電網(wǎng)的規(guī)劃提供參考。

由于以5G 基站、數(shù)據(jù)中心為代表的新一代信息通信技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施能耗與技術(shù)進(jìn)步密切相關(guān)，傳統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)方法難以適用，因此研究5G 和數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法并進(jìn)行中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)于未來(lái)電網(wǎng)規(guī)劃具有重要理論和實(shí)際意義。

為此，在對(duì)5G 基站和數(shù)據(jù)中心機(jī)架建成數(shù)量分析的基礎(chǔ)上，考慮到技術(shù)進(jìn)步對(duì)能耗的影響以及未來(lái)發(fā)展的飽和趨勢(shì)和部署規(guī)劃，本文采用可變?cè)鲩L(zhǎng)率的趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法，并結(jié)合線性回歸分析法，完成了5G 基站和數(shù)據(jù)中心未來(lái)5～10 年的電量預(yù)測(cè)。

1 信息基礎(chǔ)設(shè)施的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法

負(fù)荷預(yù)測(cè)包括電力預(yù)測(cè)和電量預(yù)測(cè)。由于信息基礎(chǔ)設(shè)施的電力預(yù)測(cè)受多種因素影響，例如不同用戶(hù)負(fù)荷特性、不同地域類(lèi)型導(dǎo)致的區(qū)域負(fù)荷特性以及氣候環(huán)境造成的季節(jié)負(fù)荷特性等，所以精確預(yù)測(cè)其日負(fù)荷曲線難度較大。由于信息基礎(chǔ)設(shè)施部署范圍廣、數(shù)量多，其日負(fù)荷變化存在一定的互補(bǔ)性，集中后的電力預(yù)測(cè)量不會(huì)在某個(gè)時(shí)段過(guò)低或過(guò)高且對(duì)電網(wǎng)的影響相對(duì)較低，因此本文主要對(duì)信息基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行電量預(yù)測(cè)研究。

本文的電量預(yù)測(cè)主要基于傳統(tǒng)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，在趨勢(shì)外推法和回歸分析法上進(jìn)行了改進(jìn)，具體如下：

1）5G 基站/數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量的預(yù)測(cè)方法：可變?cè)鲩L(zhǎng)率的趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法。

趨勢(shì)外推法是常見(jiàn)的預(yù)測(cè)方法，可分為增長(zhǎng)型、周期波動(dòng)型、生命周期型3 類(lèi)[8]。增長(zhǎng)型趨勢(shì)預(yù)測(cè)法適用于中期預(yù)測(cè)，可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算得到其相鄰時(shí)間間隔的增長(zhǎng)速度，并針對(duì)此速度序列進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而得到計(jì)算期末期的預(yù)測(cè)量，模型如式（1）所示。

式中：yn為計(jì)算期末期的預(yù)測(cè)量；y0為預(yù)測(cè)基準(zhǔn)值；Δj,j+1為第j+1 年數(shù)量相對(duì)于第j年數(shù)量的增長(zhǎng)率。

增長(zhǎng)率Δj,j+1可根據(jù)已知年份數(shù)據(jù)得出。由于事物的發(fā)展要經(jīng)歷起始發(fā)展階段、過(guò)渡階段、飽和發(fā)展階段、飽和階段4 個(gè)階段[8]，因此考慮未來(lái)飽和趨勢(shì)，設(shè)定拐點(diǎn)m以對(duì)增長(zhǎng)率進(jìn)行修正。

當(dāng)前信息基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量發(fā)展處于過(guò)渡階段，建設(shè)數(shù)量近似呈線性增長(zhǎng)，m年后其處于飽和發(fā)展階段，建設(shè)速度減緩，并在n年達(dá)到飽和階段。因此設(shè)從基礎(chǔ)年開(kāi)始到第m年，增長(zhǎng)趨勢(shì)為以α為固定增長(zhǎng)率的增長(zhǎng)；在第m+1 年到第n年則增長(zhǎng)率遞減。建立增長(zhǎng)率遞減模型，如式（2）所示。

式中：α為從基礎(chǔ)年開(kāi)始到第m年的增長(zhǎng)率；β為從第m+1 年到第n年每年遞減的數(shù)值。

當(dāng)j取n時(shí)，可以得到β的取值范圍，即。

2）單站/單機(jī)架功耗值預(yù)測(cè)方法：回歸分析法。

線性回歸分析法主要在自變量少、數(shù)據(jù)量不大的情況下通過(guò)分析影響因素與目標(biāo)對(duì)象之間的關(guān)系來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)，分為一元線性回歸與多元線性回歸[9]。

本文進(jìn)行功耗值預(yù)測(cè)時(shí)著重考慮技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生的影響，因此運(yùn)用一元線性回歸分析法，其模型構(gòu)建具體如式（3）所示。

式中：Y為預(yù)測(cè)值；X為影響因子；a和b為回歸系數(shù)，可用最小二乘法求解。

3）5G 基站/數(shù)據(jù)中心的電量預(yù)測(cè)方法。

利用對(duì)未來(lái)n年5G基站以及數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量的預(yù)測(cè)結(jié)果，并結(jié)合其平均功耗預(yù)測(cè)值，采用線性函數(shù)模型分別計(jì)算其逐年耗電量。電量計(jì)算模型如式（4）所示。

式中：E為預(yù)測(cè)年度該基礎(chǔ)設(shè)施的總耗電量；P為預(yù)測(cè)年度5G 基站/數(shù)據(jù)中心機(jī)架的平均功耗；N為預(yù)測(cè)年度5G 基站/數(shù)據(jù)中心機(jī)架的數(shù)量；T為預(yù)測(cè)年度信息基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，默認(rèn)值為8 760 h。

電力系統(tǒng)負(fù)荷可按時(shí)間劃分為長(zhǎng)、中、短、超短期負(fù)荷。中期負(fù)荷預(yù)測(cè)是指預(yù)測(cè)期限為5～10 年并以年為單位的預(yù)測(cè)，主要用于電網(wǎng)的規(guī)劃、增容和改建。因此，本文在考慮技術(shù)進(jìn)步對(duì)能耗的影響以及未來(lái)發(fā)展的飽和趨勢(shì)和部署規(guī)劃的情況下，采用可變?cè)鲩L(zhǎng)率的趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法與線性回歸分析法相結(jié)合的方式，對(duì)5G 和數(shù)據(jù)中心進(jìn)行5～10 年的中期負(fù)荷預(yù)測(cè)，完成高、中、低3 種預(yù)測(cè)方案。

信息基礎(chǔ)設(shè)施電量預(yù)測(cè)流程如圖1 所示。

圖1 基于改進(jìn)趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法的電量預(yù)測(cè)流程Fig. 1 Flow chart of electricity consumption prediction based on improved trend prediction method

2 5G 基站的負(fù)荷預(yù)測(cè)

2.1 5G 基站的數(shù)量預(yù)測(cè)

近年來(lái)，信息通信技術(shù)快速發(fā)展帶動(dòng)了移動(dòng)通信需求，無(wú)線數(shù)據(jù)流量的比例不斷增加。5G 基站的載波頻率高、覆蓋范圍小，因此若要滿(mǎn)足5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求則需要建設(shè)數(shù)量更多、密度更高基站。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)5G 基站建成數(shù)量在2019 年底已超13 萬(wàn)個(gè)。在2019—2022 年間，我國(guó)信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成效顯著，2022 年底5G 基站已建成231.2 萬(wàn)個(gè)。我國(guó)5G 基站的建成情況如圖2 所示。

圖2 2019—2022 年全國(guó)5G 建成基站累計(jì)Fig. 2 The total number of 5G base stations built in China from 2019 to 2022

由圖2 可知，近3 年5G 基站建設(shè)數(shù)量年增長(zhǎng)率呈下降趨勢(shì)，并且下降速度減緩；預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年，5G 基站數(shù)量仍將繼續(xù)增長(zhǎng)，但年增長(zhǎng)率趨于平穩(wěn)。根據(jù)《5G 應(yīng)用“揚(yáng)帆”行動(dòng)計(jì)劃（2021—2023 年）》和《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，預(yù)計(jì)2025 年我國(guó)5G 基站數(shù)量將達(dá)到360 萬(wàn)站以上，以2022 年基站數(shù)量231 萬(wàn)為基礎(chǔ)，可得基站數(shù)量的中位數(shù)增長(zhǎng)率為16%。從我國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商在5G 業(yè)務(wù)的投資規(guī)劃看，工信部對(duì)上述基站數(shù)量的預(yù)測(cè)相對(duì)保守。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)計(jì)到2025 年5G 基站累計(jì)建成數(shù)量約500 萬(wàn)站，按此可計(jì)算基站數(shù)量的高增長(zhǎng)率為29%。雖然2021 年我國(guó)的5G 建設(shè)進(jìn)度因芯片短缺已經(jīng)被拖慢，但未來(lái)我國(guó)5G 基站建設(shè)數(shù)量將呈現(xiàn)較為平穩(wěn)的節(jié)奏，且其增長(zhǎng)率不會(huì)過(guò)低。對(duì)照中增長(zhǎng)率16%和高增長(zhǎng)率29%的差值，取其差值的二分之一為低增長(zhǎng)率與中增長(zhǎng)率的差值，約7%，因此設(shè)低增長(zhǎng)率為9%，再進(jìn)一步尋找增長(zhǎng)率變化拐點(diǎn)，對(duì)增長(zhǎng)率進(jìn)行修正。

目前我國(guó)已建成全球規(guī)模最大、技術(shù)領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，5G 網(wǎng)絡(luò)已覆蓋所有地級(jí)市城區(qū)、超過(guò)98%的縣城城區(qū)和80%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)。未來(lái)基站建設(shè)將主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)增強(qiáng)。因此將5G 基站建設(shè)數(shù)量作為基站發(fā)展飽和的重要指標(biāo)。當(dāng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)水平發(fā)展到一定階段后，基站建設(shè)數(shù)量增長(zhǎng)趨緩，總體上保持相對(duì)穩(wěn)定（連續(xù)5 年建設(shè)數(shù)量年增速小于1%）時(shí)的數(shù)量，此時(shí)5G 基站建設(shè)呈現(xiàn)飽和狀態(tài)?？紤]到未來(lái)5G 基站飽和以及6G 的興起，新增基站數(shù)量將會(huì)逐年減少，因此5G基站數(shù)量保持線性增長(zhǎng)一段時(shí)間后增速線性遞減，設(shè)定拐點(diǎn)為2025 年。預(yù)估2030 年5G 基站數(shù)量將趨于飽和狀態(tài)，因此設(shè)定年增速為1%。根據(jù)增長(zhǎng)率修正模型獲得5G 基站數(shù)量5～10 年的高、中、低3 種增速預(yù)測(cè)值見(jiàn)表1。利用可變?cè)鲩L(zhǎng)率趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法對(duì)基站的逐年數(shù)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到3種方案下5G基站逐年數(shù)量預(yù)測(cè)結(jié)果，如圖3所示。

表1 5G 基站數(shù)量高、中、低3 種增速預(yù)測(cè)Tab. 1 Predicted values for high, medium, and low growth rates %

圖3 5G 基站數(shù)量逐年預(yù)測(cè)Fig. 3 Annual prediction of the quantity of 5G base stations

2.2 5G 基站的單站功耗值預(yù)測(cè)

“十四五”時(shí)期，我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向高質(zhì)量平穩(wěn)發(fā)展新階段，因此5G 基站的單站功耗隨著技術(shù)及設(shè)備的更新會(huì)有所降低。現(xiàn)有5G 基站主設(shè)備功耗為3～4 kW。

對(duì)“十四五”期間5G 基站功耗發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)計(jì)到2025 年，單個(gè)5G 基站平均功耗將下降至3 kW；到2030 年，單個(gè)5G 基站平均功耗將進(jìn)一步降至2.5 kW[10]。

利用一元線性回歸預(yù)測(cè)方法得到5G 基站近10 年的功耗預(yù)測(cè)結(jié)果如圖4 所示。

圖4 5G 基站近10 年功耗預(yù)測(cè)Fig. 4 Power consumption prediction of 5G base stations in the near 10 years

2.3 5G 基站的電量預(yù)測(cè)

根據(jù)5G 基站數(shù)量的高、中、低3 種方案的預(yù)測(cè)結(jié)果，再結(jié)合其逐年功耗的預(yù)測(cè)值，利用電量計(jì)算模型可得到3 種方案下5G 基站的年耗電量預(yù)測(cè)值，其逐年耗電量預(yù)測(cè)趨勢(shì)如圖5 所示，并得到5G基站中增速方案下的逐年耗電量預(yù)測(cè)表（見(jiàn)表2）。

圖5 5G 基站耗電量逐年預(yù)測(cè)Fig. 5 Annual power consumption prediction of 5G base stations

表2 5G 基站中增速逐年耗電量預(yù)測(cè)Tab. 2 Annual power consumption prediction for growth rate in 5G base stations

以增長(zhǎng)率16%為中位數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，可得2025年5G 基站數(shù)量達(dá)361 萬(wàn)站，到2030 年可達(dá)504萬(wàn)站；同時(shí)根據(jù)式（4）計(jì)算得到2025 年5G 基站耗電量達(dá)1.116×1011kW·h，到2030 年耗電量達(dá)1.463×1011kW·h。

綜上可知，5G 基站建成數(shù)量的不斷增加將產(chǎn)生大量新增負(fù)荷，在“十四五”期間其用電需求發(fā)展呈上升趨勢(shì)。由于5G 基站建設(shè)數(shù)量終將趨于飽和且其單站功耗隨著技術(shù)發(fā)展會(huì)有所降低，未來(lái)5G 基站年耗電量的增長(zhǎng)速度會(huì)逐年減緩。

3 數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷預(yù)測(cè)

3.1 數(shù)據(jù)中心的機(jī)架數(shù)量預(yù)測(cè)

隨著現(xiàn)代社會(huì)的智能化發(fā)展，互聯(lián)設(shè)備急劇增多，這也大大增加了計(jì)算、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理的需求，因此數(shù)據(jù)中心的建設(shè)也在逐步加快[11]。中國(guó)信息通信研究院數(shù)據(jù)顯示，2017—2021 年間我國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量從166 萬(wàn)架增至520 萬(wàn)架。全國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量累計(jì)建設(shè)情況如圖6所示。

在“十四五”、“十五五”期間，全國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模繼續(xù)保持增長(zhǎng)的趨勢(shì)。根據(jù)工業(yè)和信息化部《全國(guó)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用發(fā)展指引》《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021—2023 年）》，預(yù)計(jì)2025 年我國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量將達(dá)759萬(wàn)架。

圖6 2017—2021 年數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量累計(jì)建設(shè)情況Fig. 6 Accumulated construction of data center racks from 2017 to 2021

本文以2021 年數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量520 萬(wàn)為基數(shù)，假設(shè)到2025 年線性增長(zhǎng)到759 萬(wàn)，得中位數(shù)增長(zhǎng)率為10%，以該值上下5%作為高增長(zhǎng)率和低增長(zhǎng)率。同樣考慮數(shù)據(jù)中心發(fā)展飽和的情況，設(shè)定2025 年為增長(zhǎng)率修正拐點(diǎn)，預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量保持線性增長(zhǎng)一段時(shí)間后，增長(zhǎng)率開(kāi)始呈線性遞減。利用增長(zhǎng)率修正模型得到數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量的高、中、低3 種增速預(yù)測(cè)值（見(jiàn)表3）。通過(guò)改進(jìn)的增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法可得到數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量逐年預(yù)測(cè)結(jié)果，如圖7 所示。

表3 數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量高、中、低3 種增速預(yù)測(cè)Tab. 3 Predicted for high, medium, and low growth rates of numbers of data center racks %

圖7 數(shù)據(jù)中心機(jī)架逐年數(shù)量預(yù)測(cè)結(jié)果Fig. 7 Prediction of the yearly quantity of data center racks

3.2 數(shù)據(jù)中心的單機(jī)架功耗值預(yù)測(cè)

目前，全國(guó)數(shù)據(jù)中心單機(jī)架的平均功耗為5～6 kW?；ヂ?lián)網(wǎng)大型企業(yè)新建的數(shù)據(jù)中心趨于大型化、規(guī)模化，其單機(jī)架平均功耗在8 kW 左右。近些年，由于服務(wù)器設(shè)備的更新，以及大型規(guī)模及以上數(shù)據(jù)中心建設(shè)數(shù)量增多，因此單機(jī)架平均功耗將持續(xù)提升。預(yù)計(jì)未來(lái)十年全國(guó)數(shù)據(jù)中心平均單機(jī)架功耗將達(dá)到7 kW 及以上。

利用一元線性回歸預(yù)測(cè)方法得到數(shù)據(jù)中心近10 年的單機(jī)架功耗預(yù)測(cè)值，如圖8 所示。

圖8 數(shù)據(jù)中心近10 年的單機(jī)架功耗預(yù)測(cè)Fig. 8 Prediction of single rack power consumption for data centers in the near 10 years

3.3 數(shù)據(jù)中心的電量預(yù)測(cè)

物聯(lián)設(shè)備的增多將導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心計(jì)算需求量的增大，其能耗也將持續(xù)增加。2020 年我國(guó)數(shù)據(jù)中心用電需求約為2.500×1014W·h[12]。根據(jù)“十四五”新基建的發(fā)展規(guī)劃，預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)中心用電需求年均增速為10%，2025 年時(shí)其用電需求達(dá)4.026×1014W·h。隨著節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，數(shù)據(jù)中心用電需求年均增速或降至8%，2030 年時(shí)數(shù)據(jù)中心用電需求預(yù)計(jì)為5.916×1014W·h。數(shù)據(jù)中心10 年用電需求預(yù)測(cè)如圖9 所示。

圖9 數(shù)據(jù)中心近10 年用電需求發(fā)展趨勢(shì)Fig. 9 Development trend of electricity demand in data centers in the near 10 years

隨著我國(guó)數(shù)據(jù)中心建成數(shù)量的快速增長(zhǎng)，能源需求也在快速攀升[12]。根據(jù)數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量的高、中、低3 種方案的預(yù)測(cè)結(jié)果，再結(jié)合其逐年功耗的預(yù)測(cè)值，利用電量計(jì)算模型可得到3 種方案下數(shù)據(jù)中心的逐年耗電量預(yù)測(cè)結(jié)果，如圖10所示，并得到數(shù)據(jù)中心中增速預(yù)測(cè)逐年耗電量表（見(jiàn)表4）。

圖10 數(shù)據(jù)中心逐年耗電量預(yù)測(cè)Fig. 10 Prediction of annual power consumption of data centers

表4 數(shù)據(jù)中心中增速逐年耗電量預(yù)測(cè)Tab. 4 Annual electricity consumption prediction for growth rate in data centers

由于數(shù)據(jù)中心的新型基礎(chǔ)設(shè)施耗電量大，且需穩(wěn)定運(yùn)行，所以其快速建設(shè)會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)穩(wěn)定的電力基礎(chǔ)負(fù)荷。

將數(shù)據(jù)中心用電需求預(yù)測(cè)結(jié)果與利用改進(jìn)的趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法得到的電量預(yù)測(cè)結(jié)果相互校核。由圖9和圖10 可得數(shù)據(jù)中心用電需求預(yù)測(cè)結(jié)果為：2025年時(shí)用電需求將達(dá)到4.026×1014W·h，2030 年時(shí)用電需求預(yù)計(jì)為5.916×1014W·h。本文改進(jìn)的趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法以增長(zhǎng)率10%為中位數(shù)的預(yù)測(cè)方案結(jié)果為：2025 年年耗電量將達(dá)到4.002×1014W·h，2030 年時(shí)數(shù)據(jù)中心年耗電量預(yù)計(jì)為5.837×1014W·h。兩者預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致。

4 結(jié)論

5G 基站和數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模建設(shè)帶來(lái)了巨大的電能需求。為了在電網(wǎng)規(guī)劃中加以考慮，本文對(duì)5G 和數(shù)據(jù)中心進(jìn)行了負(fù)荷預(yù)測(cè)研究，得到結(jié)論如下：

1）利用提出的可變?cè)鲩L(zhǎng)率的趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法得到5G 基站數(shù)量。利用線性回歸分析計(jì)算5G 基站平均功耗，可進(jìn)一步計(jì)算得到近10 年5G 基站的逐年耗電量。該數(shù)據(jù)可為電網(wǎng)規(guī)劃提供參考。

2）對(duì)數(shù)據(jù)中心的電量預(yù)測(cè)可采取類(lèi)似5G 基站的方式。機(jī)架數(shù)量和機(jī)架功耗可以分別用可變?cè)鲩L(zhǎng)率的趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法和回歸分析法得到，進(jìn)而獲得數(shù)據(jù)中心逐年預(yù)測(cè)電量。另一方面，也可通過(guò)數(shù)據(jù)中心逐年電量進(jìn)行直接預(yù)測(cè)。兩種方法的相互印證可增加預(yù)測(cè)值的可信度。

3）由于5G 基站和數(shù)據(jù)中心在全國(guó)各地區(qū)發(fā)展具有不平衡性，因此在進(jìn)行區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)仍需按照當(dāng)?shù)氐?G 基站和數(shù)據(jù)中心發(fā)展情況，對(duì)當(dāng)?shù)氐?G 和數(shù)據(jù)中心做具體的電量預(yù)測(cè)。本文的方法仍然可用。