通信行业深度研究报告.docx

1、通信行业深度研究报告通信行业深度研究报告一、通信设备和IDC机房是通信行业碳排放主要来源1.1 2020年通信行业占全球碳排放总量的4%左右根据国际能源署与法国 Great IT 联合发布的The environmental footpoint of the digital world，2019 年全球碳排放总量约 330 亿吨，2020 年全球碳排放总量约为 310 亿吨，同 比减少 5.8%。各行业的碳排放占碳排放总量的比重基本稳定，我们选取 2019 年通信行业 碳排放数据作为分析对象。2019 年信息通信行业（ICT）碳排放量约为 14 亿吨，占全球 碳排放总量的 4.2%。在 ICT

2、 行业碳排放总量中，通信网络环节（CT 网络环节）/数据中 心/用户终端碳排放量分别占比 22%/15%/63%。通信网络环节（CT 网络环节）的二氧化碳主要在通信设备运行/制造/运输/安装过程中产 生。其中通信设备运行过程中产生的碳排放量最高，占整个通信网络环节碳排放总量的 75%。随着 5G 基站加快部署，通信设备运行过程中产生的碳排放量将迅速增加，根据中 国移动设计院数据，通信设备运行过程中产生的碳排放量预计将由 2019 年的 2.3 亿吨， 增长至 2025 年的 4.1 亿吨，增幅达到 78%。在数据中心方面，伴随着数据流量的爆发式增长以及算力成本的普遍下降，全球算力资源 有望实现

3、大幅增长，全球数据中心耗电量也将随之急剧增加。根据中国电信数据，2020 年中国电信数据中心能耗占公司总能耗的 20%，通信基站能耗占比为 39%，通信机楼及 其他的占比为 41%。增量方面，2021 年 1-7 月，中国电信 5G 基站带来的能耗增量占总 能耗增量的比重最大，超过 50%；IDC 带来的能耗增量占比为 32%，网络及其他带来的 能耗增量占比为 17%。数据中心和通信设备运行产生的碳排放主要来自二者的电力能耗。1.2 5G基站数量的增长以及单站耗电量的增加造成5G基站碳排放大幅增长根据中国移动研究院数据，2019 年全国通信网络运行环节中，机房/通信站点/站点维护各 环节碳排放

4、量分别为 7391 万吨/15201 万吨/734 万吨，分别占通信网络运行环节碳排放总 量的 31%/65%/4%。在所有通信设备中，通信站点（包括无线、固定接入）碳排放量最高， 其中单个无线接入设备年碳排放量达 22 吨，总数量为 650 万个，相较固定接入设备碳排 放总量更高。无线接入设备中，4G 基站电能消耗量占无线接入设备电能消耗总量的比例最高，为 56%， 5G 基站次高，目前占电能消耗总量的 9%，但是 5G 基站未来总量更多，单基站能耗更高， 5G 基站将是未来通信设备能耗的最大增长点。5G 基站数量较 4G 基站更多。5G 信号频率比 4G 高 2-3 倍，信号衰退速度更快，

5、同一区 域 5G 基站数量更多。同时在盲点区域会覆盖一定数量的微基站，保证信息传输的稳定性， 因此 5G 基站总数将较 4G 基站更多。根据三大运营商公告，中国移动将在 2021 年建设 2.6GHz 的 5G 基站共 12 万座，在 2021 年以及 2022 年建 700MHz 基站约 48 万座（与广电合建，分两年建完）；电信以 及联通将在 2021 年建 3.5GHz 以及 2.1GHz 基站一共 32 万座。2022 年 5G 建设仍 然投入较大，预计总建设数量约为 80 万座。根据赛迪顾问预测，到 2026 年我国 5G 宏 基站数量将达到 475 万个，小基站数是宏基站数的 2

6、倍，即 950 万个，宏基站和小基站数总计超过 1400 万个。5G 基站集成度更高、数据传输量更大，能耗是 4G 基站的 3 倍。根据 5G 基站节能技术 白皮书（2020）统计，中移动使用的 5G NR 主流基站带宽由 4G 的几十兆变为 160/200 兆， 收发通道数从原来的 8 通道变为 64/32 通道，发射功率从 100 多瓦变为 240/320 瓦。AAU 功耗增加是 5G 基站能耗增加的主因。根据中国能源报数据，基站能耗构成中，基 站主设备占 45%、空调系统占 40%、电源系统占 12%，其他能耗占 3%。其中基站主设 备可以分为 AAU (有源天线处理单元)和 BBU（室

7、内基带处理单元）两大部分，AAU 的 功耗约占基站主设备能耗的 90%，是基站能耗的主要组成部分。AAU功耗按照功能模块 可分为功放、小信号、数字中频和电源功耗。随着业务负载情况的变化，AAU 中各功能 模块的能耗比例也随之发生变化。在满载条件下，功放的能耗占比最高，占 AAU 总能耗 的 58%；在 30%负载的条件下，功放的能耗占 AAU 总能耗的比例与数字中频模块能耗 占比相接近，分别为 36%/34%，小信号部分能耗占比由满载条件下的 16%提升至 25%；在空载条件下，数字中频部分的功耗占 AAU 总能耗的比例最高，平均约为 46%。因此， 在研究 5G 通信设备的节能技术时，不仅要

8、提升功放效率，降低功放能耗，在 5G 建设初期负载较低的情况下，更需要降低小信号和数字中频模块的基础能耗。据中国能源报预测，5G 基站的用电量将由 2020 年的不足 200 亿千瓦时迅速攀升至 2025 年的 3500 亿千瓦时左右，5G 基站高能耗已经引起广泛关注。使用基站降耗新技术以及 新材料等的运用将有效降低 5G 基站的碳排放量。1.3 数据中心耗电量巨大，存在巨大优化空间国内数据中心机柜数量快速增长，未来 5 年 CAGR 可达 16.7%。随着云计算的兴起， 在全球范围内出现了数据中心的建设浪潮，2020 年全球公有云计算市场规模为 2253 亿 美元，同年全球数据中心数量为 4

9、2.2 万座，超大型数据中心数量为 597 座。目前国内 的数据中心机柜数量约为 285 万架，根据科智咨询预测，到 2025 年机柜数量可以达到 616 万架，CAGR 为 16.7%。数据中心耗电量巨大，存在较大优化空间。根据中国 IDC 圈数据，随着数据中心数量的 增多， 2020 年数据中心的耗电量占国内总用电量的比例超过 2.3%，且数据中心耗电量 占全社会用电量比重逐年攀升。早在 2015 年全国的大数据中心的耗电量已达 1000 亿 Kwh，相当于三峡电站全年的发电量，2018 年这个数值达到 1609 亿 Kwh，超过上海全 年的社会用电量，预计到 2030 年，全球的大数据中

10、心就能消耗掉世界 30%左右电力。数据中心的能耗分 IT 设备能耗、空调能耗、供电能耗和照明能耗四部分，由服务器、存 储和网络通信设备等所构成的 IT 设备系统所产生的能耗约占数据中心总能耗的 46%（其 中服务器系统约占 50% 左右，存储系统约占 35%，网络通信设备约占 15%），空调系统 占比为 41%，电源/照明系统能耗占比分别为 10%/3%。PUE （ Power Usage Effectiveness ） 是 衡 量 数 据 中 心 运 行 效率的指标 ， = （ cooling+power+lighting+）/ ，其越接近于 1，代表数据中心对于电能的利用越有 效率。根据中

11、国信通院数据，目前国内数据中心平均 PUE 为 1.6，较 2012 年已有明显 改善，但依然有 85%的受访企业数据中心的 PUE 值在 1.5-2.0 间，PUE 值仍存在较大提升空间。政策引导，出台多项措施和指导意见，推动我国 IDC 企业节能减排。为实现我国 2060 年 碳中和目标，国家出台多项政策引导支持新型数据中心建设和节能减排的推进。大力支持 采用可再生能源与节能减排技术建设绿色云计算数据中心。提出淘汰高能耗老旧设备，提 升水资源利用效率和清洁能源应用比例以及回收利用废旧电器电子产品等具体要求。根据 新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023 年），到 2030 年底，新

12、建大型及以上数 据中心 PUE 需降低到 1.3 以下，严寒和寒冷地区力争降低到 1.25 以下。对于 PUE 较高的数据中心，改造机房制冷设备、提升能源利用效率，是当前降低数据中 心 PUE，达到减排要求的关键。二、国内企业降碳提升空间大，海外企业“零碳”成效显著国内外通信运营商、互联网巨头积极部署节能减排方案，制定减排规划。其中，国外通信 运营商、互联网巨头基本完成基站、数据中心设备改造，现阶段多使用可再生能源达成碳 减排目标；国内厂商在碳减排方面进展稍慢，目前节能重点仍在空调降温技术、基站节能 技术研发、老旧设备改造等方面。我们认为当前国内通信行业碳减排领域的投资机会主要集中于基站节能新

13、技术研究、机房 更新改造、精密温控设备制造、新能源发电设备制造等板块，未来我国碳减排路径将向国 外路径看齐，大量使用新能源、绿色能源。2.1 使用新能源以及提升基站机房能效是运营商碳减排的主要方式2.1.1 中国移动建设绿色新基站，节能减排成果显著创新 5G 基站节能技术，建设绿色新基站。移动通过应用天线与射频滤波器一体化、3DMIMO、高效散热外壳等新设计，使用 GaN 氮化镓等新材料，关注滤波器件插损、等效设 备功耗等新指标，引领产业不断降低设备功耗、提升设备能效。“十三五”期间基站设备 满载功耗下降 20%。公司还全网广泛开启 4G 网络符号关断、通道关断、载波关断和 5G 网络亚帧静默

14、、通道静默、深度休眠等节能功能。通过应用站点级节能技术，公司 2020 年 4G 网络节电约 10.6 亿度。自 2017 年开始，公司针对老旧通信机房启动专项节能改造，组织全集团因地制宜采用冷 源优化、冷量分配优化、末端设备优化、湿膜加湿等措施，降低机房 PUE，提升能效， 节约用电。截至 2020 年底，移动已完成超过 2200 个通信机房的改造，每年节电约 2 亿 度。推动 ICT 技术与产业融合，降本提效促节能。中国移动自 2007 年以来连续十四年开展“绿 色行动计划”，加强管理和技术创新，控制企业能源消耗，推动社会绿色低碳发展。“十三 五”期间，中国移动集团实施了多项节能措施，累计

15、节电近 100 亿度，减少二氧化碳排放 约630万吨。同时公司深化信息技术与千行百业的融合创新，助力社会减排量超过8亿吨。移动 2020 年单位电信业务总量综合能耗水平较 2015 年累计下降 86.5%；单位信息流量 综合能耗水平较 2015 年累计下降 92.6%。未来，中国移动将在推进数字化转型、加快高质量发展过程中，扎实履行央企责任，严控 自身能源消耗和碳排放增幅，持续降低能耗强度和碳排放强度，助力国家尽早实现碳达峰、碳中和计划。节能减排既为中国移动自身降低运营成本，也为新材料、新技术、新设备的 供货商带来发展机遇。2.1.2 电信积极布局5G低碳技术与空调节能技术根据中国电信数据，2

16、020 年电信综合能耗为 335.8 万吨标煤，二氧化碳排放量约 837 万 吨。其中电力能耗占 91%以上，消耗约 306 万吨标煤，二氧化碳排放量约 763 万吨。为 实现能耗双控、节能减排的目标，中国电信开始大力推动 5G 低碳技术与空调节能技术应 用。充分利用 AI 节能技术，实现主设备自主节能与建、维、优全过程管控。为降低主设备能 耗，中国电信引入 AI 算法以业务反向影响电源和空调设施供电控制。公司联合 5G 设备供 应链伙伴，在采购环节以工作模式与功耗指标参数作为采购标准，在建设过程中推进 5G 基站无机房、无空调建设。采用一体化机柜、分布式供电技术压缩建设周期与成本，降低 基站

17、整体 PUE，并在购后引入主设备的购后能效评估，对主设备及节能设备实行全生命 周期的能效闭环管理。研究空调节能新技术，应用清洁能源降低石化能源消耗。中国电信在基站与机房空调中大 量应用空调节能成熟技术。基站空调应用自清洁、新风等节能技术，机房空调应用气流组 织优化、新风、氟泵、热管等节能技术，在气候条件适宜的地区应用蒸发冷却技术。同时 电信也提出了自研的空调节能技术液冷技术。液冷技术的冷却效率远高于传统风冷技术， 是未来 ICT 设备冷却的发展方向。目前液冷技术已经通过技术可行性验证，小规模应用于 数据中心服务器领域，节能效果显著。电信对节能考核机制的引入无疑使基站机房优质温控设备厂商和基站节

18、能降耗新技术的 设备供应商在采购中更占优势。2.1.3 联通研发智能机房空调系统，提升基站能效2021 年中国联通发布“碳达峰、碳中和”十四五行动计划，明确实施“3511” 行动计划。其中“3”是指围绕低碳循环发展建立 3 大碳管理体系碳数据管理体系、 碳足迹管理体系、能源交易管理体系，完善能源指标体系，绘制重点用能设备碳足迹，并 有序参与碳排放权交易市场。“5”是指聚焦 5 大绿色发展方向：一是推动移动基站低碳运 营，推广极简建站、潮汐节能等技术，有序提高清洁能源占比；二是建设绿色低碳数据中 心，通过供电降损简配、空调利用自然冷源等，提高系统能效；三是深入推进各类通信机 房绿色低碳化重构；四

19、是加快推进网络精简优化、老旧设备退网；五是提高智慧能源管理 水平。“1”是指深化拓展共建共享，深入推进行业基础设施资源共建共享。最后一个“1” 是指数字赋能行业应用，助力千行百业节能降碳。早在“十三五”期间，中国联通就已在节能降碳工作上取得积极成效。在提升基站能效方 面，中国联通自主研发的智能双循环（氟泵）多联模块化机房空调系统、5G BBU 竖装机 框获国家实用新型专利。公司广泛采用符号、通道、载波等不同层级节能策略，并对 5G 网络节能方案进行试点。同时联通围绕早期投产的高能耗通信机房及 IDC 机房分批改造， 并积极推进建设绿色低碳数据中心，推广蒸发冷却、新风等技术。截至 2020 年底

20、，中国 联通共有 17 个数据中心入选国家绿色数据中心，占联通总数据中心数量的 16%。对通信机房老旧设备的改造以及对数据机房运营效率的提升是联通当前双碳达标的主要 途径。2.1.4海外先进运营商主要通过使用新能源降低碳排放北美通信巨头积极使用绿色能源。2018 年 12 月，美国通信巨头 Verizon 宣布，到 2025 年将使用超 50% 的可再生能源。2019 年 2 月，公司设立 10 亿美元绿能债券计划，用 于提升能源效率、购买可再生能源和其他永续能源。2019 年 4 月底，公司宣布 2035 年 要达到范畴 1（Scope 1）与范畴 2（Scope 2）零碳排放目标（范畴 1

21、 指企业营运的直接 碳排放，包括原料、产品、废弃物、员工交通运输等，范畴 2 指企业使用能源的间接碳 排放）。另外两家运营商 AT&T 和 T-Mobile 冲刺能源绿化的脚步更快，2018 年 T-Mobile 就 已宣布要在 2021 年达到 100% 可再生能源目标。AT&T 也积极购买绿色能源，2018 年 购入 820 百万瓦风能发电容量。据可再生能源买家联盟（Renewable Energy Buyers Alliance）统计，AT&T 2018 年在企业购买可再生能源榜上名列第二。欧洲行业协会发挥牵头作用，由专业机构完成排放数据监测与减排规划。2019 年在 GSMA 倡导下超

22、过 50 家移动运营商开始通过 CDP 全球披露系统披露各自的气候影响、能源及温 室气体 (GHG) 排放情况。英国电信运营商巨头 Vodafone 选择碳信托制定每年的碳足迹 测算报告，对范畴 1、2 及范畴 3（企业价值链中过程中的间接排放）碳排放做全面测算， 并辅助制定减排战略规划。日韩运营商通过与设备商合作研发节能技术，采用自发电减少温室气体排放。2021 年 6 月，日本前三大移动运营商 KDDI 与诺基亚宣布在日本实验首个 Airscale 液冷基站，这项 技术可将基带冷却系统能耗低 70%以上。同时，通过热能的重复利用，还能进一步提高效 率，最终可使二氧化碳排放量减少至 80%。

23、韩国通信运营商 SK C&C 提出将通过扩充环 保自发电设备和扩大再生能源的使用，于 2040 年实现温室气体净零排放。公司计划利用 板桥和大德数据中心建筑物的屋顶和停车场进行发电设备的铺设，在 2021 年内追加增设 500 千瓦太阳能设备。国外电信运营商对新能源、绿色能源使用比例的加大对我国运营商未来发展有着积极借鉴 意义，相关光伏、风电、储能企业的配套设备供应商有望在运营商完成设备改造、提升运 营效率等第一阶段目标达成后向新能源、绿色能源使用的第二阶段迈进过程中受益。2.1.5 国内运营商主要通过节流降低碳排放，海外运营商主要通过开源达到“零碳”海外运营商和国内运营商在碳减排的路径选择上

24、虽然存在进度上的差异，但二者殊途同归。国内运营商现阶段以降低现有设备能耗以期达到碳减排目的为主；而海外运营商已充分利 用好现有资源，即已完成了降碳的目标，正在使用绿色能源达到“零碳”的路径上突飞猛 进。2.2 降低数据机房能耗是国内外互联网巨头的主要减排路径国际互联网科技巨头大多承诺在 2030 年以前实现碳中和，并将 100%使用可再生能源作 为更高远的目标。国际和国内互联网通信巨头企业都在数据中心降碳技术的研究和探索上 寻求突破。2.2.1 微软、Facebook、苹果、亚马逊以使用新能源为主，运用新技术为辅降低碳排放2017 年微软与 McKinstry 和 Cummins 合作建立世界

25、上第一个天然气数据中心。在这个试 点中，机架直接连接到天然气管道，并完全由集成燃料电池供电。这一设计可以显著减少 发电、传输和功率转换过程中的能量损失。此前的数据中心均由电网供电，电网从发电厂 流经多个变电站和输电线路，再转换为数据中心所需的正确电压才能使用，过程中会消耗 部分电能。而燃料电池直接由天然气管线供电，可以消除传输过程中发生的能量损失。同 时由于供应链中的零件减少，潜在的故障点会相应减少，有助于提高公司数据中心的质量 并降低配电、电源调节和基础设施备份时产生的成本。此外，微软自 2020 年 7 月起开 始征收内部碳税，费用由公司各业务部门根据其碳排放量支付，收集的资金用于支付公司

26、 可持续改造的费用。公司预计 2030 年将其绝对碳排放量减少 75%，预计 2050 年清除 公司自 1975 年成立以来直接或通过电力消耗排放的所有碳。Facebook 致力于建设高性能数据中心，通过建设消除能源浪费、减少耗能、使用更环保 产品的数据中心来实现节能减排目标。公司数据中心使用 100% 可再生能源并通过高效 设计节约能源和水。公司所有数据中心项目均获得 LEED 金牌认证。Facebook 数据中心 使用了来黄麻纤维的天然衍生物纤维填充聚丙烯 (NFFPP)作为服务器硬件中具有高碳影 响的特定组件的潜在替代品。公司针对机架内外的许多不同部件，包括适配器、母线盖和 服务器内部的

27、其他机械部件分别对这一材料进行开发和测试。公司节减排措施取得积极成效。其数据中心电力使用效率一直领先全行业，2016-2020 年 PUE 维持在 1.0 左右，低于行业平均值 1.5。用水效率（WUE）维持在 0.3 以下，显著低 于行业平均值 1.8。互联网公司巨头苹果和亚马逊也对其数据中心实施了严格的减排、提高效率的措施。苹果 在其数据中心运营中保持使用 100% 可再生能源供电。亚马逊 AWS 网络服务同样使用 100%可再生能源进行供电，AWS 能源效率比本地数据中心高 88%，基础设施能效比行 业平均高 3.6 倍。2.2.2 谷歌、Equinix通过使用新技术降低能耗，减少碳排放

28、谷歌的数据中心采用先进的冷却技术，使用高效蒸发冷却和外部空气代替机械冷却器。通 过安装智能温度和照明控制并重新设计电力分配的方式最大限度减少能源损失，从而实现 节能减排。同时谷歌还通过机器学习提升能源使用效率，其机器学习系统能够减少数据中 心 40%的能源消耗，相当于在考虑电气损耗和其他非冷却低效问题后，总体 PUE 减少 了 15%。在提升电力效率与采购可再生能源的同时，谷歌数据中心也进行了循环经济实践。公司不再使用的服务器会被分解成单独的组件（主板、CPU、硬盘驱动器等），检查并储备 为翻新库存，从而延长硬盘的使用寿命。2009-2020 年，谷歌公司数据中心 PUE 持续下降，2020

29、年达新低 1.10，2020 年行业平 均水平为 1.67。谷歌数据中心消耗的能源减少了约 6 倍，其能源效率是典型企业数据中 心的两倍。数据中心龙头企业 Equinix 承诺到 2030 年将碳排放量减少 50%，并 100%使用可再生能 源。Equinix 数据中心 2018 年至 2020 年期间供电能源中 90% 为可再生能源，到 2030 年这一比例有望达到 100%。公司通过寻找创新方法来部署节能技术和发电解决方案。Equinix 的自适应控制系统可以通过使用智能分布式传感器和气流主动管理来降低功耗并 提高空调冷却能力。封闭的冷热通道通过使用物理屏障来减少数据中心供应通道中的冷空

30、气与排气通道中的热空气的混合，从而降低能耗并实现更高效的冷却。高温冷冻水设定点 通过提高冷冻水温度以节约能源来降低数据中心 PUE。间接蒸发冷却装置 (IDEC) 使用 水蒸发的热量，并在室外温度允许的情况下利用空气对空气的冷却来减少用水量。公司在 纽约 (NY6) 的数据中心通过这一技术实现了 1.21 的年平均 PUE。海外高科技互联网企业无疑在碳达标中走在最前列。除使用新能源等零碳技术，微软等企 业已着眼于征收碳税等碳中和手段，完全实现了“碳减排”、“零碳”、“碳中和”三大目标。2.2.3 国内互联网企业通过节能降耗降低数据中心PUE值腾讯公司巧妙利用余热回收技术，大幅减少数据中心的能源

31、消耗。腾讯数据中心目前采用 的是第四代 T-block 技术，拥有更高效率的制冷和供配电架构。一个拥有 30 万台服务器 的园区一年可节省 2.5 亿度电。腾讯天津滨海数据中心采用了余热回收的节能技术，将服 务器产生的热量回收，通过热泵加热市政管网里的水至 55，直接用于办公楼供暖，实 现了降低碳排放和服务于人的双赢。若回收天津数据中心冬季产生的全部余热，热量用于采暖可覆盖 46 万平方米，用于家庭采暖可满足 5100 多户居民的用热需求。每年可以减 少 5.24 万吨碳排放，相当于种植 286.4 万棵大树。此外，2018 年建成的腾讯贵安七星 数据中心，经工信部实测，其极限 PUE 值小于

32、 1.1，相比之下，同期国内数据中心的平均 PUE 约为 1.73。而即将交付的腾讯清远数据中心液冷实验室，使用了冷板式液冷技术规 模化应用，有望将数据中心的极限 PUE 降低至 1.06。阿里通过使用清洁能源与自研浸没式液冷技术显著降低 PUE。2020 年 3 月至 2021 年 3 月，阿里巴巴国内自营数据中心平均 PUE 约为 1.3，低于全球平均水 平。阿里云数据中心购买超 2.8 亿度可再生能源，减少碳排放 30 万吨。阿里在张家口市 张北县部署了华北规模最大的张北数据中心。得益于张北地区充沛的风能和太阳能，张北 数据中心大量采用了绿色能源，促进可再生能源发展，加速公司能源消费向清洁低碳化转 型。除了充分利用清洁能源，阿里云还使用了浸没式液冷技术进行数据中心的降温。通过 将服务器浸泡在绝缘冷却液里，产生的热量可直接被冷却液吸收进入外循环冷却，全程用 于散热的能耗几乎为零，节能效果超过 70%，实现了数据中心 100%无机械制冷。再辅以 模块化设计、AI 调温等技术，张北数据中心的年 PUE 低于 1.2，最低时可以达到 1.09， 达国际领先水平，每年可节约标煤 8 万吨，相当于种植了 400 万棵树木。华为通过 BestDC 数字化服务平台降低数据中心各阶段 PUE。目前，大部分数据中心基 础设施系统都较为复杂，各能效