面向“双碳”战略的通信网络实践

魏进武 中国联通研究院副院长

刘郑海 中国联通研究院高级工程师

为应对全球气候变化，在《巴黎协定》向低碳经济转型大方向的引导下，我国提出了“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的目标承诺。2022年政府工作报告将“做好碳达峰、碳中和工作”列为2022年重点任务之一，要求继续深入贯彻落实中共中央、国务院发布的《关于完整准确全面贯彻发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，并对主要行业提出具体要求。同时，“十四五”规划也将推动绿色低碳发展列入其中，进一步推进“双碳”国家战略。随着“双碳”战略的落地，碳排放指标将成为各行各业发展的重要参考标准，国内重点排放行业如电力、钢铁、石化等有望率先在2025年前后实现碳达峰并进入下降趋势。随着全社会数字化转型的加速和算力需求的增长，5G网络与数据中心作为重要的数字基础设施，在未来十年处于大规模建设及高速发展期，通信运营商能耗与碳排放的持续快速增长将成为影响国家实现碳达峰以及进一步碳中和的关键变量之一。

1 通信行业“双碳”工作难题

1.1 能耗与碳排放增长迅猛

依据三家通信运营商发布的2021年企业社会责任报告和可持续发展报告[1-3]，2021年运营商的碳排放量和用电量如图1所示。与电力、钢铁等传统碳排放重点行业相比，通信行业碳排放量和用电量绝对数值较小，现阶段“双碳”工作的压力较小。但随着5G建设的大力发展，全社会数字化转型的加速和算力需求的增长，通信行业自身的能耗会持续增加，所以通信运营商在2030年前实现碳达峰目标具有相当大的挑战。如何协调行业发展和节能减碳的关系，在满足日益增长的信息通信需求同时降低网络综合能耗和碳排放量，是通信行业亟待解决的重要课题。通信运营商需要以绿色架构、节能技术为驱动，通过极简建设和低碳运营，打造绿色低碳网络，多措并举、合理布局促进节能减排，推动通信行业顺利实现碳达峰。

图1 通信运营商近两年能耗与碳排放数据

1.2 通信网络减排工作迫在眉睫

5G和数据中心被强大的发展动力和紧迫的减碳压力所包围。2022年以来，国家陆续出台文件，对通信行业明确提出“适度超前部署新型基础设施建设，夯实数字经济发展基础”，“要完善信息基础设施建设，推进光纤网络扩容提速、5G商用部署和规模应用，构建一体化大数据中心体系，抓紧在全国建设10个左右数据中心集群”等行业发展具体要求。

随着产业数字化的迅猛发展，数据中心未来10年仍将保持30%左右的增速，5G基站的建设将在2025～2030年间达到高峰。预计到2030年，数据中心行业的总能耗较目前将增长2～3倍，占全社会总用电量的比重将从2020年的1%上升到3.1%左右[4]；5G基站的总电耗将增大7～10倍，我国三大通信运营商的电力消耗占全社会总用电量的比重将从2020年的1%上升到2%以上，通信运营商面临日渐严峻的减碳任务。

2 “双碳”战略下通信行业发展方向

2.1 围绕能耗、能效、碳效三指标打造“双碳”工作核心

随着三大通信运营商发布碳达峰碳中和绿色行动计划，通信行业全面启动节能降碳行动。通信网络的减碳工作，不仅要关注“能耗”，更要看重“能效”。能效兼顾性能与节能，是度量绿色网络的“标尺”，致力于使用更少的能量来传递、处理和存储更多的信息。以5G为例，每比特能耗大约只有4G的1/10，但可以提供30倍的4G流量。因此，通信运营商需要将重点从减少绝对能源消耗转向提高能源利用效率、优化能源使用，使每一部分能源都能精确地用于服务全社会的数字化需求，从而减少二氧化碳排放，同时降低运营费用。

传统的移动网络能效评价只有“移动网络能源效率”一个指标，用比特/焦耳表示，为评估时间段内交付的数据量与一定时间段的能耗之间的比值。评价维度单一，在网络性能、能效和碳排放指标之间缺乏关联性，无法核量和评价网络实际碳排放数据及降碳效果。因此要科学的评价网络能效，引导网络向绿色低碳发展，应引入全面完善的评价指标，构建全生命期网络碳排放评估理论，基于国家“双碳”战略建立通信网络的碳排放评价标准体系，发掘网络关键指标(网络覆盖、负载情况、业务服务质量等)与碳排放强度的关联关系，引入碳效等相关指标，从而引导通信网络实现绿色低碳高质量发展。同时，完善通信网络碳排放闭环评估体系，提高碳排放数据核算精度，指导通信网络优化，在不降低服务质量的前提下，有效降低网络碳排放。

在“双碳”背景新形势下，数据中心评价指标不仅要能够推动数据中心减少碳排放，还要促进数据中心降低PUE和优化柴油发电机等以化石燃料为主的能源结构，增加可再生能源供应，例如光伏、风电等。因此，数据中心相关的评价指标也需要从单一的PUE能效评价指标逐步演进至包含PUE、CUE、WUE等多指标的绿色低碳等级综合评定，未来可能会纳入更多新的能效、碳效相关指标，推动我国数据中心产业向绿色低碳方向发展。

2.2 全面推进网络共建共享，发挥资源最大效能

“共享社会”是“双碳”背景下的新发展理念，是面向全社会的基础设施共建共享、高质量发展的重要理论基础。从全球来看，多国政府正在加大政策引导，通过多家运营商开放共享方式，推进5G网络部署，尤其是基于1GHz以下频率建设基础连接网。日本第二大运营商KDDI和第三大运营商SoftBank通过成立合资公司“5G JAPAN”[5]，在农村区域共建共享5G网络。韩国三大运营商也在韩国科学与信息通信技术部的统一协调下在广大农村地区共建共享5G基站。在国内，截止到2021年底，电联共建共享累计开通5G基站69万个，双方累计节省投资超1400亿元，节约运营成本超150亿元/年、降低碳排放600万吨[1]，已积累了成熟的共建共享建设、运营等方面的经验与技术方案。下一步，需要继续深化、探索全行业共建共享新模式，攻克“空/时/频/功率”虚拟资源池、端到端异网漫游、共建共享可信机制等技术难题。只有聚合全社会各方力量，统一行业认知，从网络建设、运营、监管和结算等多层面进行5G网络共建共享方案研究，才能减少重复投资，提高5G网络的资源利用率，充分发挥频率资源的最大效能，通过共建共享推动5G网络与节能减碳工作同步发展。

2.3 开展存量网络优化，提升全网能效

以5G为牵引，开展网络架构及关键技术研究，淘汰高耗能、低效能的老旧设备和旧制式网络(2G/3G)，优化整合存量网络，提升存量网络服务效能，推动BBU集中、无线网元之间全光承载，攻克多模多频设备、多频天线、云核心网融合架构等技术难题。

实现网络精简、能力增强、能效提升，打造覆盖完备、体验领先、能力领先、效能领先的5/4G精品网。从网络架构上做减法，从设备类型上做合并，加速老旧网络清退，形成一套行之有效的方法论指导存量网络的持续迭代，整合资源，强化网络：以低频共享与重耕研究为主要推动力，合理整合频率、设备、站址等资源，分场景制定整合方案，以实现资源向网络能力与用户体验转化效能的最大化。

2.4 加快建设绿色数据中心，助力国家“东数西算”战略

数据中心上下游相关产业/企业非常多、单个项目投资金额高，具有很强的投资拉动效果，直接辐射IT设备、基础设施、清洁能源、软件信息等多个行业。京津冀、长三角、粤港澳地区数字科技和经济发展最快，数据交易量极其庞大，集中了国内最大量的数据中心，但受限于土地资源和能源供给，总体数据中心供应量迟滞于经济发展速度。而西部地区电力能源与可再生能源非常丰富，全年气温较低，可以提供大量适宜土地，且部分地区已经有大型数据中心建维经验，非常适合承接东部及发达地区的数据相关服务。“东数西算”是继“东电西送”“南水北调”“西气东输”工程后的又一项国家工程项目，主要目的是通过合理布局数据中心来统筹协调全国的数字化发展，同时实现资源有效配置和行业转型升级[6]。

2021年12月，国家发改委等四部门印发《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求 推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》，提出“到 2025年，数据中心运行电能利用效率和可再生能源利用率明显提升，全国新建大型、超大型数据中心平均电能利用效率降到1.3以下，国家枢纽节点进一步降到1.25以下，绿色低碳等级达到4A级以上”。因此在“东数西算”工程中，数据中心建设应依据绿色、低碳、集约和高效的原则，从四个方面深度推进，积极打造绿色数据中心。一是布局清洁能源领域，鼓励数据中心企业开展绿电、绿证相关交易，推动发电企业向数据中心直接提供可再生能源，支持数据中心自建分布式光伏电网。二是加大绿色低碳技术创新投入，鼓励数据中心企业开展节能降碳、可再生能源供电等技术研究，推动在云网融合、多云调度等方面进行技术创新和模式创新。三是提高能源的综合梯级利用效率，挖掘数据中心节能潜力，引导数据中心在设计、运营时充分考虑节能要求，将余热利用等能源综合利用技术作为数据中心节能降碳的突破方向之一。四是改进数据中心评价指标，将碳效指标CUE纳入到数据中心的综合评定体系内，强化数据中心减碳目标与考核体系。

3 强化赋能数字经济，促全社会和谐发展

全球移动通信系统协会(GSMA)发布的报告指出，在欧洲和北美，移动通信技术对社会节能减排的贡献在2019年达到10[7]，这意味着移动通信每消耗1度电，社会用电降低10度，这一比例到2025年将达到120。

2021年12月，国家发展改革委、工业和信息化部等四部门联合印发《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》，方案提出“在数据中心、5G实现绿色高质量发展基础上，全面支撑各行业特别是传统高耗能行业的数字化转型升级，助力实现碳达峰总体目标，为实现碳中和奠定坚实基础”。

新基建是支撑经济社会发展的战略资源和底座，在数字化转型加速的大方向下，数字技术与重点行业不断渗透融合，通信网络和数据中心自身的能耗和碳排放虽然持续增长，但在更大范围和程度上可以促进全社会经济增长和碳排放减少，促进全社会数字经济低碳和谐发展。赋能数字经济的作用主要体现在三个方面：一是带动产业链结构的优化，人工智能、工业互联网等技术对工业、能源、建筑、交通基础设施和上下游体系的改造将大大强化产业链的协同增效，使各行业垂直领域的连接更加紧密、反应更加智能、整体更加高效，从而大幅减少物耗和能耗。二是替代原有生产和消费方式，如高清视频会议可以替代国际差旅以及出行需求，从而减少交通排放。三是推动消费观念从“拥有”转变为“使用”[8]，进一步深化对现有存量资源的深度挖掘和再利用，减低生产要素的机会成本。同时，消费者所需支付的费用比传统模式的“买”要低，消费者福利增加，形成了一种双赢的绿色消费模式。因此新基建不仅要核算自身的能耗和碳排放“小账”，还要以更宏观的视野计算为经济社会发展带来的能耗节省和碳减排“大账”。

在中国迈向碳中和的道路上，要以技术和模式创新为驱动，坚持以智能化、电气化、低碳化为导向的数字基础设施建设方向，支持绿色制造产业发展和可持续消费升级，进而通过赋能数字经济实现全社会各行业的碳减排效应最大化，更好地协同推进经济高质量发展和生态环境高水平保护，实现经济发展和环境保护的共赢。

4 总结与展望

实现“双碳”国家战略和高质量发展是国家统筹国际国内两个大局的重大战略决策。打造绿色低碳网络是通信运营企业的使命和内在要求，需要坚持“两手抓”，在保证通信网络高速发展的同时，努力推动全网和全社会的节能降碳。

推进网络节能降碳，需要制定网络低碳发展路线，攻克节能降碳核心关键技术。为实现绿色网络发展，应该从以下几个方面持续攻关：一是推进全行业共建共享及技术研究攻关；二是推动极简网络架构发展；三是开展存量网络资源整合优化；四是提升设备能效，打造设备绿色供应链；五是研发标准化、预制化、模块化的数字基础设施和配套的智能化管理手段；六是建立清洁低碳能源体系，推动基于清洁能源的分布式微电网在数据中心及5G中的应用。最后，构建“碳排放”数字化、“碳足迹”云端化、“碳减排”智能化的“双碳”三化体系，实现全面、透明、精确的碳排放监测和能耗管理。只有多措并举，才能推动网络朝着绿色低碳方向高质量发展。

5 结语

通信运营商应以“双碳”目标为契机，加快数字化转型，不断进行技术革新和产业结构优化，推动通信基础设施向低碳化、数字化、智能化方向发展，推动通信行业数字技术和“双碳”战略协同发展；利用自身网络优势，加大产业间的合作和融合，推动全社会降低能耗和减缓碳排放增长速度，实现发展领先和“双碳”目标的协同共赢。