5G и энергия: как быстрые сети влияют на электросистему и экологию

Пятое поколение мобильной связи обычно обсуждают через скорость и низкие задержки. Но у этой истории есть ещё одна сторона: сколько электроэнергии потребуется, чтобы эти скорости стали «обыденностью», и как это отразится на углеродном следе цифровой инфраструктуры.

В статье разберём, почему 5G одновременно считается более энергоэффективной технологией и при этом способен увеличивать суммарное потребление, где возникают реальные риски для городских электросетей, и какие решения помогают удержать баланс между цифровым ростом и устойчивостью.

Связь давно перестала быть «просто вышками». Современные сети — это радиодоступ, транспорт, ядро, дата-центры, программные платформы, системы мониторинга и безопасности. 5G ускоряет развитие всех этих слоёв, потому что на её базе строят промышленный интернет вещей, частные корпоративные сети, беспилотные сценарии, цифровые сервисы в городе и на производстве.

Из-за этого меняется и энергетическая картина: растёт количество инфраструктурных точек, увеличивается вычислительная нагрузка, появляется больше распределённых узлов обработки данных. В итоге телеком становится заметным потребителем, и вопрос «как питать сеть» превращается в инженерную и управленческую задачу, а не в абстрактную экологическую дискуссию.

Если описывать 5G максимально «по-деловому», то ключевые изменения обычно лежат в четырёх плоскостях:

· Более плотная сеть радиодоступа. Особенно там, где требуются высокие скорости и стабильная связь в помещениях: растёт доля малых сот и точек размещения оборудования.

· Новые диапазоны частот. В частности, высокие частоты (включая миллиметровые волны) дают ёмкость, но хуже распространяются и требуют более «густого» покрытия.

· Сдвиг вычислений ближе к пользователю (edge). Чтобы уменьшить задержку, часть обработки и хранения данных переносят из «центра» на периферию сети.

· Виртуализация и программно-определяемая сеть. Функции, которые раньше жили в специализированном «железе», всё чаще работают как программные сервисы на серверах.

Каждый пункт сам по себе не выглядит угрозой. Но в сумме это означает большее количество энергопотребляющих узлов и более сложное управление их режимами работы.

Причины роста обычно не в «прожорливости» одной базовой станции, а в масштабировании:

1) Плотность инфраструктуры

Даже если отдельный радиомодуль стал экономичнее, сеть из большего числа точек создаёт более высокую базовую нагрузку. Особенно это заметно в мегаполисах и на объектах с высокой концентрацией пользователей.

2) Компенсация затухания на высоких частотах

Чем сложнее радиосреда, тем больше требований к антенно-фидерной части, лучевому формированию и мощности, чтобы удерживать качество сервиса. Это не означает «всегда больше ватт», но повышает чувствительность к настройкам и сценариям использования.

3) Рост трафика и вычислений

5G ускоряет потребление цифровых сервисов: видео, облака, IoT-телеметрия, индустриальные приложения. За ростом трафика идёт рост вычислительной работы (особенно на edge) и, как следствие, энергозатрат.

4) Серверизация сети

Виртуализация повышает гибкость и позволяет быстрее разворачивать функции, но добавляет серверные мощности и требования к охлаждению. На масштабе это становится сопоставимым фактором энергопотребления.

Часто в одном и том же обсуждении сталкиваются два тезиса — и оба могут быть правдой.

Во-первых, 5G действительно может быть заметно энергоэффективнее по показателю «энергия на переданный гигабайт». Производители и отраслевые организации подчёркивают, что новая радиотехнология требует меньше служебного обмена и быстрее передаёт тот же объём данных, поэтому затраты на единицу трафика снижаются.

Во-вторых, если общий объём трафика растёт быстрее, чем падает энергозатрата на единицу данных, суммарное потребление может увеличиваться. Это классический эффект масштаба: сеть становится «дешевле на гигабайт», но гигабайтов становится кратно больше.

Для электросетей важны не только киловатт-часы «за год», но и распределение нагрузки по времени и по районам. В этом смысле 5G добавляет несколько новых особенностей:

· Локальные кластеры потребления. В местах высокой плотности пользователей (деловые центры, транспортные узлы, жилые массивы) появляется больше точек питания телеком-оборудования и периферийных узлов обработки.

· Рост роли резервирования. Связь становится критической инфраструктурой, поэтому повышается значимость резервных схем питания, батарей, дизель-генераторов и их грамотного обслуживания.

· Сложнее прогнозировать «пики». Пик нагрузки может быть связан не только с бытовым потреблением, но и с активностью дата-центров, событийными всплесками трафика и работой сетевых функций.

На практике это означает, что внедрение 5G в городе лучше планировать совместно: оператору важно понимать ограничения районных сетей, а энергетикам — получать прогноз по размещению новых точек и сценариям нагрузки.

Экологический эффект 5G почти всегда «зависит от контекста». Сама сеть не выбрасывает CO₂ напрямую — выбросы связаны с генерацией электроэнергии, которая её питает, и с жизненным циклом оборудования.

Если региональная энергосистема опирается на ископаемое топливо, рост потребления у телеком-объектов автоматически усиливает связанные выбросы. Если доля низкоуглеродной генерации высока, энергетический рост может быть менее заметен в CO₂-эквиваленте.

Вторая часть — электронные отходы и обновление парка оборудования. Переход на 5G требует новых радиоузлов, антенн, серверов, аккумуляторов, модулей охлаждения. Без продуманной программы продления срока службы и переработки (включая возврат редкоземельных и цветных металлов) «цифровой прогресс» начинает противоречить принципам устойчивого развития.

Есть сценарии, где 5G помогает экономить ресурсы в других отраслях:

· Умное управление транспортом и логистикой: меньше пробок, меньше холостого хода, точнее маршрутизация.

· Мониторинг промышленного оборудования и предотвращение аварий: меньше потерь сырья и энергии, меньше выбросов при нештатных ситуациях.

· Интеллектуальные энергосети и учёт: быстрее выявляются потери, точнее балансировка нагрузок.

· Удалённые сервисы и цифровые двойники: часть операций и проверок можно проводить без физического перемещения людей и техники.

Однако «плюс» появляется только при правильной постановке задач. Если 5G используется исключительно как способ увеличить потребление медиаконтента, экологический эффект будет ближе к росту нагрузки. Если же сеть становится инструментом повышения эффективности процессов, часть собственных затрат на инфраструктуру может компенсироваться снижением потребления в других секторах.

В отрасли уже накопился набор практик, которые чаще всего дают измеримый эффект:

Энергосберегающие режимы и «сон» оборудования

Когда трафик падает, радиомодули и вычислительные функции могут уходить в экономичные режимы. Это требует точного управления, чтобы не ухудшать качество связи.

Оптимизация с помощью данных и ИИ

Предиктивные модели помогают подстраивать мощность, активность несущих и режимы работы узлов под реальную нагрузку, а не под «пиковый сценарий на всякий случай».

Совместное использование инфраструктуры

Шеринг площадок, мачт и элементов сети уменьшает дублирование, снижает число объектов и, как следствие, энергоёмкость развёртывания.

Переход на более чистую электроэнергию

Долгосрочные контракты на ВИЭ, собственная генерация на объектах, гибридные решения с накопителями — всё это сокращает углеродный след при той же нагрузке.

Энергоэффективные дата-центры и edge-площадки

Оптимизация охлаждения, повышение эффективности использования серверов, утилизация и повторное использование тепла — самые «тяжёлые» статьи расходов по энергии часто лежат именно здесь.

Вывод из эксплуатации устаревших сетей

Сохранение 2G/3G параллельно с 4G/5G увеличивает общее энергопотребление. Миграция абонентов и выключение старых технологий обычно улучшает общий энергетический баланс.

Точка приложения: где искать баланс

Ниже — упрощённая карта, которая помогает быстро понять, где появляются затраты и какие решения чаще всего применяются.

5G — это не только про скорость. Это инфраструктура, которая меняет энергопрофиль цифровой экономики: делает передачу данных дешевле «на единицу», но одновременно увеличивает масштаб потребления за счёт новых сервисов и плотности сети.

Свести риски к минимуму можно, если относиться к 5G как к проекту на стыке телекоммуникаций и энергетики: считать энергетику заранее, закладывать режимы энергосбережения, повышать эффективность вычислительных узлов и работать с источниками энергии. Тогда пятое поколение действительно может стать драйвером не только цифровизации, но и более рационального использования ресурсов.

Автор статьи: Колчев Дмитрий, студент МТУСИ, кафедра Экологии