Сила тока: как мобильная связь изменила наше отношение к энергоресурсам

Электричество — это ресурс, о котором мы редко задумываемся. Розетки есть в каждой квартире, в каждом доме, в поездах, самолетах. Созданы миллиарды гаджетов, потребляющих электричество, в том числе мобильные телефоны и смартфоны. Eсли батарея разряжена, а поблизости нет розеток, мы волнуемся.

Ждет ли нас электрический голод из-за мобильных телефонов и как мы будем с ним бороться, рассуждаем под катом.

Сколько «ест» телефон

Еще в 2013 году подсчитали, что на долю информационных технологий приходится 10% мирового потребления электроэнергии. По данным Digital Power Group, на использование одного смартфона тратится не менее 361 кВт*ч в год (с учётом беспроводных подключений, передачи данных и зарядки аккумулятора). А холодильник средних размеров потребляет всего около 322 кВт*ч в год.


(с) http://mosafernameh.com/. Если в розетке закончилось электричество, то на помощь всегда придёт лимон. Сок лимона работает как электролит для двух металлических электродов — никелевого и медного. Впрочем, чтобы хотя бы начать зарядку телефона, понадобится минимум 17 лимонов.

На одного пользователя мобильной связи в мире приходится около 10-17 кВт*ч в год (в расчете на один смартфон). А есть ещё много устройств, включая зарядку для телефона, которые часто остаются в сети и продолжают потреблять электричество!

Согласно расчётам трёхлетней давности, в инфраструктуре обеспечения мобильной связи будут задействованы крупные дата-центры, хранящие, передающие и обрабатывающие данные (250—350 ТВт*ч в год), проводные и беспроводные сети различных типов, включая сотовые (250—600 ТВт*ч), пользовательское оборудование (460—1 200 ТВт*ч), заводы, на которых выпускается вся электроника, использующаяся в этой инфраструктуре (560—800 ТВт*ч). Итого 1 100—2 800 ТВт*ч (то есть не менее 1000 ТВт*ч). И если уровень потребления электроэнергии мобильными устройствами за три года практически не изменился (хотя количество устройств выросло), то мобильный трафик растёт в среднем по миру на 53% в год. Нельзя сказать, что потребление электроэнергии в индустрии увеличивается такими же темпами, однако связь с ростом энергозатрат, безусловно, есть. Какая она сейчас и какой будет к 2020 году — интересный вопрос для исследователей.

Что ждет в будущем?

Cisco Visual Networking Index (VNI) — Прогноз увеличения мирового мобильного трафика с 2015 по 2020 годы.

Если темпы роста количества пользователей не изменятся, к 2020 году в мире будет 5,4 млрд абонентов мобильной связи и более 10 млрд умных устройств, способных подключаться к мобильным сетям. Для сравнения: только 5,3 млрд жителей будут иметь доступ к электроэнергии, и 3,5 млрд — к централизованному водоснабжению. К слову, уже сейчас в Уганде (Восточная Африка) освещение в домах есть лишь у 3 млн человек, а мобильные телефоны — у 10 миллионов. Источник данных: Cisco.

Потребление энергии увеличится и благодаря изменению способов использования мобильных устройств. Обычная голосовая связь уходит в прошлое, вытесняемая различными интернет-коммуникациями. Среди всех приложений на первое место по темпам роста выходит мобильное видео. Уже через два года, по данным Cisco, доля 4G-соединений превысит 2G, а к 2020 году на 4G будет приходиться львиная доля всего мобильного трафика (превысив в шесть раз трафик предыдущих поколений связи). Для сравнения: доля 4G в России в прошлом году занимала 16,5% рынка мобильной связи.

Этот прогноз не учитывает того, что к 2020 году ожидается повсеместное распространение 5G. Сопоставив прогноз по трафику 4G с возможностями 5G (в котором объём и скорость передачи данных многократно возрастут), мы получим цифры на отметках в сотни экзабайт данных мобильного трафика. Вся эта информация будет циркулировать в сети из миллиардов подключённых — и потребляющих электроэнергию — устройств.

За десять лет мобильный трафик вырастет более чем в 100 раз. Причём, мобильный трафик будет расти вдвое быстрее трафика от фиксированных IP-адресов. А точки Wi-Fi-доступа добавят в общий поток ещё несколько десятков экзабайт данных.

Базовые станции

Конечные мобильные устройства — это лишь вершина айсберга. Необходимо обеспечивать электропитанием все базовые станции, благодаря которым работает сотовая связь. Количество потребляемой электроэнергии зависит от многих факторов, но можно дать приблизительные оценки. Раньше у базовой станции, работающей по стандарту 2G, полезное потребление составляло 720 Вт (18 передатчиков по 40 Вт), плюс питание вентиляторов охлаждения. А сегодня актуальная мощность технологического оборудования при полной нагрузке может составлять 5 кВт, и еще 1,6 кВт приходится на кондиционер аппаратного шкафа.

Для зарядки мобильных устройств, на первый взгляд, нужно немного энергии. Но если за неделю у вас набегает один час просмотра видео на смартфоне, то за год тратится больше энергии, чем на работу двух холодильников. Здесь учитывается не только зарядка аккумулятора, но и суммарные энергозатраты сотовой и вычислительной инфраструктуры.

При этом вообще не важно, какой телефон вы используете и сколько энергии потребляет базовая станция 2G/3G/4G. Важно лишь то, какой контент вы потребляете. Ресурсами созданного в IBM Research квантового процессора на пять кубитов можно пользоваться с любого мобильного устройства, не говоря уже об обычных услугах облачных вычислений. Вся огромная инфраструктура мобильного доступа требует гигантских центров обработки данных по всему миру, с каждым годом потребляющих всё больше электроэнергии.

Электричество как валюта

Насколько ценным ресурсом становится электричество для операторов и других компаний, наглядно иллюстрирует история, которая случилась в Кении.

M-Pesa — сервис мобильных денег (позволяет переводить деньги на счёт телефона и совершать с его помощью покупки) был запущен кенийским оператором Safaricom, который в свою очередь является дочкой Vodafone. В Кении у M-Pesa более 15 млн абонентов и практически нет конкурентов. На основе M-Pesa быстро развился сервис M-Kopa, позволяющий покупать в рассрочку солнечные батареи. Весьма актуальная услуга там, где развивается мобильная связь, но при этом крайне плохо обстоят дела с обычным проводным электричеством. Всю суть проблемы можно передать одним новостным заголовком: «Причиной широкомасштабного отключения электричества в Кении стала обезьяна». Лучшим решением в этих условиях является солнечная батарея, от которой не только можно запитать телефон, но и вернуть себе «кошелёк с деньгами». Однако SIM-карта, которая ставится внутрь солнечных батарей, может по требованию оператора удаленно отключать электричество абоненту, если тот просрочил платёж. То есть вы можете остаться в пустыне без электричества, денег и связи, если вовремя не положите деньги на счёт.

Итоги: (пока) без энергетического голода

Необходимость заряжать телефон лишь подогревает интерес к альтернативным источникам энергии в регионах, где сложно получить доступ к электричеству в розетке. Что касается потребления энергии в развитых странах, здесь отмечается новый тренд: использование технологий, которые позволяют обмениваться данными при минимальных энергозатратах. К примеру, инженеры из Вашингтонского университета продемонстрировали систему Passive Wi-Fi, позволяющую обмениваться данными, тратя на это в 10 000 раз меньше энергии.