中国通信基站低碳升级的经济效益与环境健康协同增益研究

本研究针对中国通信基站高能耗与污染问题，创新性地提出集成光伏发电、储能系统和智能调控的低碳升级方案。基于安徽49,121个基站实测数据推演全国规模，证实该方案可降低35.23%用电量（年减排CO2 25,422 kt），4.2年收回1954亿元投资成本，同时减少72,000例肺部疾病和490,000例焦虑症。为数字基础设施绿色转型提供兼具经济性与公共健康效益的实践路径。

　　

随着中国建成全球规模最大的通信网络，基站数量激增带来严峻的能源与环境挑战。传统基站依赖煤电为主的电网供电，单座2kW功率的小型基站日耗电达48kWh，全国基站年排放CO₂达72,166千吨，相当于上海年SO₂排放量的5.3倍。更严峻的是，5G基站能耗是4G的3-4倍，而运营商20%-40%运营成本用于购电。在"双碳"目标下，如何平衡数字经济发展与环境保护，成为亟待解决的科学问题。

Yanjia Wang、Yining Xie等联合团队在《Cell Reports Sustainability》发表研究，提出"硬件改造+智能调控"的协同解决方案。通过分析安徽电信49,121座基站数据建立全国模型，首次量化评估低碳升级对经济、环境与健康的综合效益。研究采用三大关键技术：1）基于气象站和电价数据的MPC（模型预测控制）动态优化系统，实现光伏发电、储能与电网购电的实时调配；2）利用夜间灯光遥感数据构建基站单元智能关停算法，在低活动区域实施选择性休眠；3）整合GBD疾病数据库与大气成分数据，建立PM_2.5-COPD（慢性阻塞性肺病）和睡眠时长-焦虑症的剂量效应模型。

【经济与环境效益】

研究显示，全国1954亿元升级投资可在4.2年收回，年收益达573亿元。广东、江苏等基站密集省份年收益超40亿元。当电价上涨20%时，投资回收期缩短至3.9年。升级后全国基站年耗电量从83,525GWh降至54,102GWh，减排PM_2.5 4.77千吨，相当于消除上海2021年13%的PM_2.5排放量。

【多情景预测】

通过构建三种发展路径（常规技术改进S1、快速技术革新S2、布局优化S3），发现到2030年S3情景耗电量增幅最大（558.87%），但升级后仍可减少177,181GWh用电。S2情景表现最优，可使2030年CO₂排放控制在208,427千吨，较基线降低55.8%。

【公共卫生增益】

智能关停策略使居民日均睡眠7-9小时人群增加96万，焦虑症病例减少48.85万例。PM_2.5暴露相关的COPD病例数从2021年的37,151例降至13,004例，到2030年预防效果达67.86%。广东、河南等人口大省健康改善最显著，年减少焦虑病例超3万例。

这项研究开创性地证明，通信基础设施绿色转型能实现"经济-环境-健康"三重红利。提出的MPC优化框架和夜间休眠策略已被安徽电信列为2024年示范项目。作者建议建立全国性低碳基站标准，通过"碳配额抵消"等机制加速推广。该方案对欧盟等面临类似挑战的地区具有重要参考价值，为全球数字经济的可持续发展提供了中国样本。