未來用電量增長空間在哪？

結合新質生產力政策支持加碼，我們認為數據中心、5G 基站、新能源汽車相關產業、光伏、電子設備制造業等新興產業將成為未來用電量增長的主力軍。

1.數據中心：2030 年用電能耗或將達到11351 億千瓦時

需求疊加政策推進，算力規模快速發展。數據中心是承載算力資源、提供算力服務的重要物理載體。根據算力的應用場景以及運算性能差異，可以分為基礎算力、智能算力和超算算力；云計算、邊緣計算等為基礎算力主要應用場景；智能算力相關應用包括 AI 大模型的訓練、推理及應用。根據信通院數據，2023 年全球計算設備算力規模為 1369EFlops（EFlops 指每秒百億億次浮點運算次數），我國達450EFlops，全球占比三分之一，增速近 50%。其中算力結構方面，我國智能算力占比由18 年10%增長至23年65%，年均增速達 117%，超過全球增速。算力規模快速增長原因包括國家和地方層面政策持續推動、產業快速數字化轉型以及生成式 AI 的迅速發展。隨著生成式 AI 技術不斷迭代以及AI 大模型應用的推廣，算力規模預計未來有相當大增長空間；根據華為 GIV，到 2030 年全球基礎（通用）算力規模將增至3.3ZFLOPs，較 2020 年增長 10 倍；AI 計算算力規模將增至 105ZFLOPs，較 2020 年增長500 倍。

算力規模的迅速擴張使得機架規模以及單機柜功率密度快速提升。算力規模增長支撐服務器出貨量，尤其推動了 AI 服務器規模的增長，進而提高了對于數據中心機架的需求。根據中投產業研究，2023年我國在用數據中心機架規模約為 842 萬架，預計 2024 年在用數據中心機架規模將達到1050 萬架，2028年將達到 2000 萬架，未來五年復合增長率約為 17.48%；按照該復合增長率推算2030 年數據中心機架規模將達到 2760 萬架。為提高運算效率，服務器功率密度不斷增加，AI 發展推動了GPU 的需求增長，其功耗密度遠高于 CPU；同時需要更高能量密度的備電電池，也需要更高效的散熱方式，因此機架功率密度持續提升為未來主要趨勢。根據 CDCC 數據，數據中心單機柜平均功率密度在 8kw 以上的比例明顯增加。政策端，為保障數據中心利用效率，2021 年以來上海等地在數據中心規劃指引相關政策通知中已明確要求新建數據中心平均機柜設計功率不低于 6kw。

目前數據中心實際 PUE 與政策要求仍有差距，未來下降空間有限。雙碳背景下對于數據中心能耗水平提出更高要求，工信部在《新型數據中心發展三年行動計劃（2021-2023）》中提出到23 年底，新建大型及以上數據中心 PUE（數據中心總能耗/IT 設備能耗）降到 1.3 以下，北上廣深一線城市要求更為嚴格。然而目前數據中心實際 PUE 與政策要求仍有較大差距，我們預計在政策要求下未來PUE 會進一步降低，但下降空間較為有限。 預計到 2030 年我國數據中心用電量將超過 11351 億千瓦時。根據北極星儲能網，2022 年全國數據中心的耗電量已經達到了 2700 億千瓦時，占全社會用電量約 3%，同比增長 25%。2023 年經我們測算數據中心用電量達到 3240 億千瓦時，占比約為 3.5%。用電量的主要影響因素是機柜數量、機柜功率、上架率，PUE、以及全年利用小時數。目前我國數據中心上架率仍有待提升，2022 年平均上架率為58%。綜合上述分析，數據中心機柜規模、上架率、功率有望持續提升，我們預測到 2028 年我國數據中心用電量將增至8000 億千瓦時以上，2030 年將增至 11351 億千瓦時。

2.5G 基站：2030 年用電能耗或將達到4313 億千瓦時

我國 5G 基站數量快速上升，截至 2023 年底已達 337.7 萬個。5G 基站是支撐經濟社會數字化、網絡化、智能化轉型的關鍵新型基礎設施，我國 5G 基站建設目前正處于深入推進階段。根據工信部數據，截至2023 年底，全國移動通信基站總數達 1162 萬個，其中 5G 基站為 337.7 萬個，同比增加46.1%，占移動基站總數的 29.1%。 5G 基站能耗遠高于 4G，2025 年平均能耗預計降至 2.5KW。5G 基站有密度大、能耗高的特點；基站組件包括 BBU、AAU、傳輸設備、電源系統、冷卻系統等，其中 BBU、AAU 為主設備，占整體能耗比重約為 40%，且 AAU 隨著負荷增加，功率也會大幅增加。中國鐵搭 2020 年數據顯示，單個5G室外基站主設備平均功耗在 3.8KW 左右，為 4G 基站的 3 倍以上。根據《信息基礎設施能耗分析及現狀與趨勢》，單個 5G 基站主設備能耗到 2025 年平均能耗將降至 2.5KW，但仍遠高于 4G 基站。

我們預測 2030 年 5G 基站用電量將達到 4313 億千瓦時。2022 年來 5G 投資趨緩，但未來幾年5G基站數量仍有增長空間，根據前瞻經濟學人，2025 年我國 5G 基站數量有望建成500 萬座；至2030 年或將達到1000 萬座。雖然單個 5G 基站的能耗未來技術改進下會有所降低，但是 5G 基站建設密度大、數量多，且基站的擴容仍將持續，總體能耗不容忽視。綜合上述分析測算可得 2023 年 5G 基站整體用電量為1570.3億千瓦時，占全社會用電量比重為 1.9%；預計 2030 年時 5G 基站整體用電量或將達到4313 億千瓦時，占全社會用電量比重為 3.1%。

3.充換電服務業：2030 年用電量或將達到2636 億千瓦時

我國新能源車保有量持續上升，充換電用電量快速增長。依托于多項政策支持以及產業鏈的快速發展，我國新能源車銷量持續提升。2023 年我國新登記新能源汽車為 743 萬輛，同比+39.0%；保有量達2041萬輛，同比+55.8%。我國充換電服務業用電量由 2018 年 30 億千瓦時增長至2023 年538 億千瓦時，期間年復合增長率為 78.5%。我們認為充換電量的高速增長背后的主要因素為新能源車保有量的持續提升、集中式充換電站以及個人充電樁數量的快速增加以及電車電池的提質擴容。 預計 2025 年新能源車充換電用電量或將達到 1136 億千瓦時，2030 年有望增至2700 千瓦時。2023年我國充換電服務業用電量為 538 億千瓦時，占全社會用電量比重約為 0.6%。參考24 年1-5 月新能源車企銷量情況，初步假設 24、25 年我國新能源車新增量同比增長約 35%、30%，則預計24、25 年我國新能源車保有量分別為 3028、4311 萬輛。遠期來看，中科院院士歐陽明高預測到2030 年我國新能源汽車保有量將突破 1 億輛。根據過往年份我國充換電服務業用電量以及新能源汽車保有量，可計算出平均每輛車的年度用電量，雖受疫情影響有所波動但整體維持在 2300-2800kwh 的相對穩定區間。23 年每輛車的平均年度用電量為 2636kwh，相當于每百公里耗電量 15kwh 的車一年行駛 1.6 萬公里的用電量。綜上分析，按照2024 年及以后平均每輛車年度用電量 2700kwh 計算，預測 2024、2025 年我國充換電服務業用電量為818、1164 億千瓦時，遠期至 2030 年或將增長至 2700 億千瓦時。

4.光伏產業鏈：2030 年用電量或將達到941 億千瓦時

光伏生產能耗近年持續下降，目前全流程能耗約為 0.7kWh/W。光伏制造包括晶硅提純、硅錠硅片、光伏電池、光伏組件四個環節；產業鏈上游為生產電池的原材料，包括單晶硅和多晶硅的制造以及硅片的生產；中游為電池組件的生產和集成，下游是光伏發電的應用端，包括光伏電站和分布式發電。其中多晶硅提純需要再高溫條件下進行，相關生產工藝復雜，為耗能最高的環節。根據中國光伏協會數據，以60片、270Wp 多晶硅組件為例，生產總耗能為 406.57kWh，單位能耗為 1.5kWh/W，其中由硅砂至組件的能耗占光伏制造全流程比重為 69%；而近年技術進步推動光伏成本快速降低，隆基綠能總裁李振國披露，2023 年從硅砂至組件的能耗已降至 0.4kWh/W；考慮到隆基為頭部光伏制造商，節能技術領先于其他企業，則我們估計我國光伏制造全流程能耗平均水平約為 0.7kWh/W。

低碳趨勢下全球光伏裝機快速上量，我國光伏產能占比領先。根據 BNEF 數據，2023 年全球光伏新增裝機達 444GW，同比+76.2%；預計 2025 年全球光伏裝機將達到 627GW 左右，2030 年有望達到880GW。我國在光伏產業鏈具備技術、產能及成本優勢，多環節全球產能占比達 80%以上，其中多晶硅產能占全球比重為 94%，硅片占比為 96%，電池片占 90%。我們預計未來較長一段時間內我國占據全球光伏組件產能仍將保持 85%以上。

根據中電聯數據，2023 年我國光伏設備及元器件制造用電量為 397 億千瓦時，占全社會用電量比重約為 0.43%。我們認為光伏行業供需結構將逐步改善，參考 IEA 全球光伏裝機量預測以及目前生產能耗水平，按照 1.5 的容配比對應 2025 年組件產量約為 941GW，結合我國全球產業鏈占比，測算可得預計2025年我國光伏制造產業鏈用電量約 560 億千瓦時；2030 年或將達到 785 億千瓦時。