公用事业行业用电需求专题研究：信息产业需求引领用电新势力崛起

1、目录 HYPERLINK l _TOC_250010 信息产业用电持续高增，现有统计口径低估其影响1 HYPERLINK l _TOC_250009 信息产业用电量复合增速高达 15.3%1 HYPERLINK l _TOC_250008 按照终端行业口径统计使其用电影响被低估15G 预计建成后拉动电量消费约 1,000 亿千瓦时2 HYPERLINK l _TOC_250007 5G 建设提上日程，基站数量及能耗均有明显上升2 HYPERLINK l _TOC_250006 预计 2025 年的 5G 基站耗电约 1,100 亿千瓦时3 HYPERLINK l _TOC_250005 规模增

2、长&能耗降低，数据中心用电需求前景稳健4 HYPERLINK l _TOC_250004 数据中心能耗效率偏低，与先进水平有较大差距4 HYPERLINK l _TOC_250003 数据中心需求推动增长，带动年耗电量稳步提升5 HYPERLINK l _TOC_250002 加密货币爆发驱动用电需求，但有监管不确定性6 HYPERLINK l _TOC_250001 中国低廉电价吸引矿池，加密货币耗电不可忽视6 HYPERLINK l _TOC_250000 主流矿机功率超过千瓦，监管压力带来不确定性7风险因素9投资策略10插图目录图 1：2018 年信息传输、软件及信息技术行业用电构成1图

3、 2：信息传输、软件及信息技术行业用电量及其增速1图 3：20122018 全社会及年信息传输、软件和信息技术业年用电量增速1图 4：华为 Massive MIMO 天线3图 5：数据中心能耗组成4图 6：数据中心 IT 设备能耗来源4图 7：20002014 年美国数据中心耗电量及占全美用电量比值5图 8：20132018 年中国移动互联网接入流量及增速6图 9：20072018 年中国 IDC 市场规模及增速6图 10：20122018 年比特币市值及占加密货币市值比例7图 11：2019 年 6 月 30 日排名前五加密货币市值7图 12：2019 年 7 月 22 日四天内累计全球比特

4、币算力份额7图 13：全球主要国家居民电价7图 14：20172019 年比特币挖矿全球耗电指数8图 15：20132022 年 ASIC 矿机市场规模及增速预测9表格目录表 1：2G5G 基站覆盖半径情况2表 2：基站按功率分类表2表 3：20192025 年中国 5G 宏基站用电量预测3表 4：数据中心分类标准及规模现状（截止 2016 年底）5表 5：20182025 年中国数据中心耗电量预测6表 6：比特大陆主要比特币矿机功耗情况8表 7：20192025 年中国加密货币挖矿年耗电量预测9表 8：重点公司盈利预测及估值10 信息产业用电持续高增，现有统计口径低估其影响信息产业用电量复合

5、增速高达 15.3%20122018 年，信息技术领域用电量复合增长率高达 15.3%，在所有一级分类中位居第一。从中电联发布的 20122018 年全社会用电量分行业数据显示，信息传输、软件和信息技术服务业用电量年复合增长率最快，达到 15.3%，年用电量由 339 亿千瓦时增加到 2018 年的 798 亿千瓦时。其中在 2018 年，信息技术领域用电增速达到 25%，远高于同期全社会用电量增速（8.5%）。经过多年发展，信息技术领域用电量占全社会用电量比例已经由 2012 年的 0.7%提升到 2018 年的 1.2%。图 1：2018 年信息传输、软件及信息技术行业用电构成（%）电信、

6、广播电视和卫星传输服务互联网和相关服务图 2：信息传输、软件及信息技术行业用电量及其增速（%）用电量 亿千瓦时% 增速 右轴软件和信息技术服务业13%35%52%90080070060050040030020010002012 2013 2014 2015 2016 2017 201830%25%20%15%10%5%0%资料来源：中电联， 资料来源：中电联， 图 3：20122018 全社会及年信息传输、软件和信息技术业年用电量增速（%）全社会用电量增速%信息传输、软件和信息技术服务业用电量增速%30.0%25.0%20.0%15.0%10.0%5.0%0.0%25.2%14.2%14.9%

7、14.9%14.7%11.3%11.4%12.5%20122013201420152016201720182019资料来源：中电联， ，注释：2019 年数据为 18 月用电量增速数据按照终端行业口径统计使其用电影响被低估需要注意的是，中电联目前是按照终端行业而非终端用途统计用电量，而信息技术领域应用已经广泛渗透至工业生产和生活的方方面面，因此按照终端行业口径统计的信息技术领域用电量实际上有较大程度的低估。以信息技术领域中的数据中心为例，根据数据中心节能技术委员会统计，数据中心用电量 2016 年已经超过 1,200 亿千瓦时，但数据中心用电量已经远超中电联按照终端行业口径统计的 2018 年

8、信息技术领域用电量。考虑到信息技术产业用电量目前实际用电需求规模已经较大，且未来随着相关需求的蓬勃发展，信息技术领域耗电量仍将保持较快增速，因此有必要研究并预测新兴行业发展趋势及其对全社会用电量的影响。我们选取了数据中心、5G、以及加密货币挖矿三个规模及能耗较大的细分领域，分别对用电量趋势进行前瞻分析，以得出新兴行业对全社会用电量的提振作用以及对全社会用电结构产生的影响。 5G 建成后预计拉动电量消费约 1,000 亿千瓦时5G 建设提上日程，基站数量及能耗均有明显上升移动通信领域的大约 80%能耗由基站产生，因此基站的数量、建设周期等对于测算5G 用电量影响至关重要。更高速率传输需要更大的频

9、段宽度，中国电信数据显示，从 2G 发展到 5G，基站的覆盖半径由 10km 逐渐减少到 300m。因此 5G 网络相比 4G 网络而言需要由更高频段的波承载，即需要更多基站去满足建网需求。根据中国联通 5G 基站设备技术白皮书数据，5G 网络以 3.5GHz 频段作为主力频段，4G 网络则以 900MHz 和1,800MHz 频段作为主要频段。由于高频波更趋近于直线传播，穿透能力更差，所以基站覆盖半径更小。表 1：2G5G 基站覆盖半径情况基站制式覆盖半径2G5-10 km3G2-5 km4G1-3 km5G100-300 m资料来源：中国电信、 预计 5G 所需的新建宏基站规模高达 475

10、 万座。2019 年 6 月 6 日，工信部向四家运营商颁发了 5G 商用牌照，5G 基站建设提上日程。根据赛迪顾问发布的2018 年中国 5G 产业与应用发展白皮书数据，5G 网络部署将采用“宏站+小站”组网覆盖模式，若要实现与 4G 基站相当的覆盖范围，未来预计需要新建 475 万个 5G 宏基站，950 万个 5G 小基站。5G 小基站按照功率可以进一步细分为微基站、皮基站、以及飞基站，其覆盖半径及功率依次减少，功率一般在 5mw5w。而 5G 宏基站功率一般超过几百瓦，用电量远超小基站，因此我们将从新建宏基站方面探究 5G 发展对全社会用电量影响。表 2：基站按功率分类表单载波发射功率

11、（20MHz 带宽）覆盖半径应用场景宏基站10W 以上200 米以上城市，空间足够大的热点人流地区微基站500mW-10W50-200 米受限于占地无法部署宏基站的市区或农村皮基站100mW-500mW20-50 米室内公共场所如机场、火车站、购物中心等飞基站100mW 以下10-20 米家庭和企业资料来源：中国铁塔公司， 5G 宏基站的主要耗电单元包括基带处理单元（BBU）和有源天线单元（AAU），其中 BBU 能耗相对较小，AAU 的能耗相对较大。BBU 消耗的电量主要用于数字部分处理、管理、控制，以及与核心网的通信，由于 5G 需要处理的数据远远高于 4G 时代，BBU 功率相应有所提升

12、。AAU 主要用于信号发射与转换，5G 时代引入了 Massive MIMO 技术， 采用 64 发 64 收的大规模列阵天线，导致 AAU 能耗相比于 4G 基站也有所增加，根据中国通信标准化协会的数据显示，目前单个 5G AAU 的功耗基本为 1,100 瓦。图 4：华为 Massive MIMO 天线资料来源：华为公司官网预计 2025 年的 5G 基站耗电约 1,100 亿千瓦时工信部信息显示，从 2013 年颁发 4G 牌照，到 2018 年 4G 覆盖率达 95%， 4G 的建设周期约为 5 年。考虑资金及选址等制约因素，5G 建设周期将会更长，我们预计约为8 年左右。在工信部 2

13、019 年颁发 5G 牌照后，我们预计国内有望在 2026 年完成全部 475万座 5G 宏基站的建设。预测到 2025 年，5G 宏基站年耗电量将达到 1,134 亿千瓦时。通常每个 5G 宏基站包括三个 AAU 和一个 BBU，目前 AAU 功率为 1,100W，我们假设随着 5G 技术发展在 2020年降为 900W，2021 年及之后保持在 800W。目前每个 BBU 功率为 600W，在 2020 年及之后保持在 500W。根据 前瞻组的预测，2019 年到 2025 年每年新建5G 宏基站数量分别为 15/60/80/100/80/60/40 万座。据此截至 2025 年，累计新建

14、 5G 宏基站数量为 435 万座，年耗电量为 1,134 亿千瓦时。表 3：20192025 年中国 5G 宏基站用电量预测2019202020212022202320242025总计5G 新基站数量（万）156080100806040435AAU 功率（瓦）1100900800800800800800BBU 功率（瓦）600500500500500500500耗电增量（亿千瓦时）51168203254203152102宏基站年耗电量（亿千瓦时）512194236778801,0321,134资料来源：中国电信， 预测 规模增长&能耗降低，数据中心用电需求前景稳健数据中心能耗效率偏低，与先进

15、水平有较大差距数据中心由计算机机房和支持空间组成，是电子信息的储存、加工和流转中心。数据中心包括互联网数据中心（IDC），企业级数据中心（EDC），国家超级计算中心（NSC）， 以及边缘网络数据中心。IDC 主要为互联网企业、电商以及各类网站客户提供大规模可靠的专业化服务器托管以及空间租用服务。EDC 是企业的数据中心，由企业建设并服务于企业的自身业务，为企业提供数据处理、数据访问等信息业务。NSC 由国家兴建，是部署有千万亿次高效能计算机的超级计算中心，主要服务于一些对运算能力需求大的项目。边缘网络中心在地理位置上靠近客户，目的是降低延迟，减少网络拥塞，一般作为用户和中央数据中心之间的数据聚

16、合和内容缓存点。对于数据中心而言，IT 和空调制冷设备是数据中心的主要能耗来源，两者通常占数据中心总能耗的 85%。IT 设备主要由服务器、存储和网络通信设备构成。其中服务器系统用电约占 50%，存储系统约占 35%，网络通信设备约占 15%。大型数据中心耗电量巨大，单个数据中心年用电量可达 1 亿千瓦时。据中国移动数据显示，2014 年上海移动NQ 数据中心首批机房投入使用，整体建筑面积为 20,000 平方米。共规划机房模块 7 个, 标准机柜 1,950 个, 单机柜功率密度为 2-5 千瓦，IT 设备总功率可达 3,900-9,750 千瓦。空调制冷方面，若使用纯风冷方案，功耗为 5,

17、424 千瓦，使用水冷空调，功耗则可以降到 4,500 千瓦。由此计算上海移动 NQ 数据中心总体功率超过 1 万千瓦，年耗电量可达 1 亿千瓦时。图 5：数据中心能耗组成5%10%图 6：数据中心 IT 设备能耗来源15%45%50%40%35%IT设备空调制冷供电系统照明系统服务器系统存储系统网络通信设备资料来源：中国 IDC 圈， 资料来源：中国 IDC 圈， 国内数据中心 PUE 普遍位于 1.52.0 区间内，较先进水平仍有较大差距。衡量数据中心能耗效率的一个重要指标是电能使用效率值（PUE），等于数据中心总设备能耗除以IT 设备能耗，PUE 越接近于 1 说明数据中心能耗效率越高。

18、目前国内数据中心 PUE 大约为 1.52.0，美国数据中心 PUE 大概 1.01.5，国内数据中心能耗效率与国际先进水平比有较大差距。中国在用数据中心以中小型为主,但在建以大型数据中心为主。工信部对数据中心分类的标准如下图所示，其中标准机架为换算单位，以功率 2.5 千瓦为一个标准机架。工信部发布的全国数据中心应用发展指引（2017）显示，截至 2016 年底，中国在用数据中心数量为 1,641 个，中小型数据中心标准机架数量占比为 60%，从标准机架数量和数据中心数量来看，中国目前在用数据中心仍以中小型数据中心为主。但从在建情况看，截至2016 年底，在建数据中心中，大型及超大型数据中心

19、标准机架数量占比为 85%。随着在建大型及超大型数据中心逐步投运，国内数据中心整体 PUE 或将降低。中小型数据中心 PUE 普遍高于大型、超大型数据中心，其原因主要是大型及超大型数据中心能够率先应用先进节能技术以降低 PUE，包括液冷服务器、间接式蒸发冷却、高压直流供电等。对照美国数据中心 PUE 及耗电量的趋势，长期来看，随着数据中心大型化，中国数据中心能耗增长率将下降并趋于稳定。表 4：数据中心分类标准及规模现状（截止 2016 年底） 按标准架换算超大型的规模分类大于 10,0001640规模（万架）14.111.3%规模（万架）49.639.7%大型3,000-10,00010913

20、135.228.3%56.245.0%中小型小于 3,0001,51626675.160.4%19.215.4%总数1,641437124.4125在用个数在建个数在用标准机架在建标准机架占比占比资料来源：工信部、 据劳伦斯伯克利国家实验室 2016 年的一项调查显示，美国数据中心耗电量在 2000 年到 2010 年间增长了 136%，年化增长率达到 9%。随后数据中心耗电量增速放缓，在2010-2014 年间仅增长 4%，美国数据中心耗电量增速降低的主要原因包括超大型数据中心的应用以及 PUE 的减少。图 7：20002014 年美国数据中心耗电量及占全美用电量比值耗电量（左轴，亿千瓦时）

21、占全美用电量百分比（右轴）800700600500400300200100020002005201020142.0%1.8%1.6%1.4%1.2%1.0%0.8%0.6%0.4%0.2%0.0%资料来源：Wind， 数据中心需求推动增长，带动年耗电量稳步提升我国移动互联网高速发展，最近三年接入流量增长率均高于 100%，数据及流量的增长是数据中心未来增长的重要动力，推动中国 IDC 市场规模近年增长率在 30%左右。预计在未来一段时间内，互联网数据中心建设量将保持较快增速，中国数据中心仍处在高速发展期。数据中心的快速发展推动其用电量增速维持高位，根据中国数据中心节能技术委员会和 ICT Re

22、search 联合进行的一项调查显示，20122016 年中国数据中心年耗电量增速保持在 12%16%之间。图 8：20132018 年中国移动互联网接入流量及增速图 9：20072018 年中国 IDC 市场规模及增速流量（万TB,左轴）增速（右轴）IDC市场规模（亿元,左轴）增速（右轴）8000700060005000400030002000100002013 2014 2015 2016 2017 2018200%180%160%140%120%100%80%60%40%20%0%140012001000800600400200080%70%60%50%40%30%20%10%20182

23、01720162015201420132012201120102009200820070%资料来源：Wind， 资料来源：Wind， 虽然长期来看能效提升将推动数据中心 PUE 下降，但是由于智慧城市、云计算等应用带来的庞大需求将会持续刺激数据量的增长，进而推动数据中心耗电量增长，因此我们预计未来数据中心耗电量仍能维持双位数增速。工信部计划 2022 年数据中心 PUE 基本达到国际先进水平，因此我们假设数据中心耗电量年复合增长率在 2020 年达到峰值的 17%， 之后增速逐渐下降到 2025 年的 12%。在上述假设基础上，预计 2020 年国内数据中心年耗电量约为 2,045 亿千瓦时，

24、占全社会用电量的 2.7%，2025 年数据中心年耗电量约为3950 亿千瓦时，占全社会用电量的 4.1%。表 5：20182025 年中国数据中心耗电量预测20182019202020212022202320242025数据中心耗电量（亿千瓦时）1,5001,7482,0452,3722,7393,1233,5293,952数据中心耗电量增速16.4%16.5%17.0%16.0%15.5%14.0%13.0%12.0%全社会用电量（亿千瓦时）68,44971,87175,46579,23883,20087,36091,72896,315数据中心耗电量占全社会用电量比值2.2%2.4%2.7

25、%3.0%3.3%3.6%3.8%4.1%资料来源：Wind， （含预测） 加密货币爆发驱动用电需求，但有监管不确定性中国低廉电价吸引矿池，加密货币耗电不可忽视比特币市值保持在加密货币总市值 50%以上，稳占加密货币主导地位。加密货币是指使用密码学原理来确保交易安全以及新币产生的一种交易媒介。根据 CoinMarketCap数据显示，截至 2019 年 6 月 30 日，市值排名前五的加密货币包括比特币、以太币、瑞波币、莱特币、比特币现金，其中比特币市值远高于其他货币，超过排名第二的以太币市值的 6 倍。根据比特大陆披露的招股说明书数据显示，从 20122018 年，比特币市值保持在加密货币总

26、市值的 50%左右，比特币依然在加密货币中占据主导地位。图 10：20122018 年比特币市值及占加密货币市值比例（%）图 11：2019 年 6 月 30 日排名前五加密货币市值（十亿美元）250200150100比特币市值百万美元，左轴比特币占加密货币总市值比值% 右轴100%80%60%40%250200150100500加密货币市值十亿美元5002012 2013 2014 2015 2016 2017 201820%0%比以瑞莱比特太波特特币币币币币现金资料来源：比特大陆招股书， 资料来源：CoinMarketCap， 比特币是第一个也是最著名的加密货币，目前通常需要通过专业的 A

27、SCI 比特币矿机获得。比特币挖矿的本质是计算 SHA256 算法，通过高算力穷举获得符合特定特点的哈希值，并通过加密货币网络广播出去，经过其他节点认证，可以生成新的区块挂在区块链末端。成功生成新的区块，即挖矿成功。随着比特币全网算力增加，比特币矿池应运而生，其基本原理是聚集矿工的算力进行挖矿，按贡献的算力分配挖矿所得比特币。根据 Blockchain 网站 2019 年 7 月 22 日数据显示，中国各大矿池近四天累计算力份额达到全网的 74.5%。矿池聚集在中国最主要的原因是电力成本较低，目前我国比特币矿场主要集中在西南、新疆、内蒙等地。图 12：2019 年 7 月 22 日四天内累计全

28、球比特币算力份额图 13：全球主要国家居民电价（美元/千瓦时）0.4525.50%74.50%0.40.350.30.250.20.150.10.05德国意大利英国 日本法国 土耳其美国 韩国墨西哥中国0中国其他资料来源：Blockchain， 资料来源：国资委新闻办， 主流矿机功率超过千瓦，监管压力带来不确定性比特币挖矿运行时能耗不容小觑，根据比特大陆提供的矿机数据显示，其主流矿机的功率在 1,000W 左右，最高可达 3,000W。表 6：比特大陆主要比特币矿机功耗情况最佳功耗（W/(GH/s)）最佳功耗算力（TH/s）功率（W）蚂蚁矿机 S4+0.582.571490.6蚂蚁矿机 S50

29、.511.15586.5蚂蚁矿机 S5+0.457.723474蚂蚁矿机 S70.254.731182.5蚂蚁矿机 T90.1311.51495蚂蚁矿机 T9+0.1410.51470蚂蚁矿机 S90.0914.51305蚂蚁矿机 S9 Hydro0.096181728资料来源：比特大陆招股说明书、 Digiconomist 编制了全球比特币耗电指数，指数通过当日比特币挖矿耗电量预测全年耗电量，根据 Digiconomist 的评估，比特币全球耗电指数整体呈现快速上升趋势，该指数显示目前全球比特币挖矿年耗电量约为 730 亿千瓦时。图 14：20172019 年比特币挖矿全球耗电指数（亿千瓦时

30、）8007006005004003002001002017/22017/32017/42017/52017/62017/72017/82017/92017/102017/112017/122018/12018/22018/32018/42018/52018/62018/72018/82018/92018/102018/112018/122019/12019/22019/32019/42019/52019/62019/70资料来源：Digiconomist， 比特大陆预估 2019 年将有约 80% 的算力由位于中国的矿池产生， 我们根据Digiconomist 的测算，预计 2019 年全球比

31、特币挖矿年耗电量为 700 亿千瓦时，乘以中国比特币算力占比，测算得出 2019 年中国比特币挖矿年耗电量约 560 亿千瓦时。根据比特大陆公布的招股说明书显示，近年 ASIC 矿机市场规模增长率在 30%左右，比特大陆按照矿机市场规模增长率估算 20202022 年比特币耗电量增速分别为 35.8%、30.0%、19.6%， 2025 年逐渐降为 10%，并预测中国矿池算力占比将由 2019 年的 80%逐渐降为 2025 年的 50%，参考上述假设，我们预计国内比特币挖矿年耗电量将在 2025 年达到 1,056 亿千瓦时。图 15：20132022 年 ASIC 矿机市场规模及增速预测A

32、SIC矿机市场规模 十亿美元增长率 右轴181614121086420201320142015201620172018E 2019E 2020E 2021E 2022E450%400%350%300%250%200%150%100%50%0%资料来源：比特大陆招股书（含预测）， 比特大陆披露的招股说明书显示，截至 2018 年 6 月 30 日，在 6 个月的销售数据中， 比特币及比特币现金矿机的销售量占加密货币矿机总销量的 73.2%。比特币在加密货币中的主导地位中期内很难改变，我们假设比特币挖矿耗电量占总加密货币挖矿耗电量中基本稳定。在此基础上，我们预计国内加密货币挖矿年耗电量将在 202

33、5 年达到 1,509 亿千瓦时，20192025 年加密货币挖矿耗电量年均复合增长率达 12%。表 7：20192025 年中国加密货币挖矿年耗电量预测2019202020212022202320242025全球比特币挖矿年耗电量（亿千瓦时）70095112361478169919202112增速35.80%30.00%19.58%15%13%10%中国矿池算力占比80%73%64%59%55%52%50%中国比特币挖矿年耗电量（亿千瓦时）5606947918729359991056比特币挖矿占加密货币总挖矿耗电量比值73%73%72%72%71%71%70%中国加密货币挖矿年耗电量（亿千瓦

34、时）76595110981211131614061509资料来源： 预测不过，相比 5G 和数据中心而言，监管压力使得加密货币前景有较大的政策不确定性， 相应使得其用电量预测有较高波动性。2018 年年初，互联网金融风险专项整治办工作领导小组发文要求各地引导企业有序退出“挖矿”业务。2018 年 7 月，新疆互联网金融风险专项整治工作领导小组办公室发布通知，要求积极引导“挖矿”企业退出，避免给予电价、土地、税收等优惠政策。目前政策的实施效果尚无结论，来自监管的压力可能导致加密货币挖矿未来耗电量的不确定性。 风险因素5G 进展不及预期，数据流量增速下滑，加密货币监管加严，宏观经济增速大幅下滑等。

35、 投资策略综合来看，信息产业的用电需求规模成长迅速，有望成为国内用电量增长中的重要构成，预计 2025 年，5G、数据中心、加密货币带来的用电需求分别为 1,134/3,950/1,509 亿千瓦时，合计约 6,600 亿千瓦时，在国内总用电需求中接近 8%。因此，尽管二产特别是重工业对用电需求拉动作用持续减弱，但在信息产业为代表的新兴行业需求的蓬勃发展带动下，国内用电需求未来仍能保持温和增速，我们预计 20192021 年国内用电需求的复合增速约为 4%左右。就板块而言，我们认为，火电政策层面的电价负面冲击期基本结束，逆周期防御特性有望再次获取市场青睐并打开新一轮火电配置窗口；大水电电价整体安全，全球正在重启新一轮量化宽松为水电公司价值重估提供持续推动力。我们认为行业