Não tenho números atualizados de consumo de energia dos smartphones, mas acho que a CPU e a GPU devem estar em algum lugar do mesmo nível. Corrija-me se eu estiver enganado.
Geralmente, tentar otimizar partes do seu código que dependem do desempenho é sempre bom, não apenas porque você economiza a bateria, mas também porque pode alcançar dispositivos com hardware menos potente. Eu também sempre incentivo as pessoas a usar o OpenGL ES 2.0 / OpenGL 3.0 para jogos, porque o poder dos shaders é, como você disse, reduzir o esforço ao mínimo e fornecer muito mais flexibilidade.
Mas, com base na suposição de que você está processando alguns sprites 2D, eu diria que a GPU está principalmente no estado inativo. Isso significa que a CPU possivelmente terá mais impacto na vida útil da bateria do que a GPU, portanto você não deve esperar resultados muito positivos aqui. Eu recomendo que você tente melhorar seus algoritmos em execução na CPU antes de otimizar os da GPU, mas eu usaria shaders também por uma questão de flexibilidade. Pelo menos se você puder ignorar os dispositivos existentes sem suporte para o OpenGL ES 2.0 (novamente, não tenho números ^^).