节能减排是电信企业绿色GDP发展的需要,也是降低成本的重要渠道。移动通信站点能耗占总生产能耗的比重高达45%-65%,是运营商节能工作的重中之重。
站点节能意义重大
在电信产品的生命周期中,能耗及碳排放量最大的是运营阶段,且集中在无线和宽带接入部分。其中,移动通信站点能耗占总生产能耗的比重达到45%-65%,在有些运营环境中甚至高达70%。站点节能技术的迅速发展,使其成为电信运营商主要的节能渠道。站点节能可以从网络拓扑和网元两个层次入手。
网络拓扑层次的节能,可以通过减少站点,提升单位话务量能效来实现。减少站点的方法有两种,其一是通过合理的网络规划来提高覆盖效率,以最少的站点服务最大的用户/话务量;其二是提高基站设备本身的覆盖能力,通过先进技术,将设备本身的覆盖半径提高,进而提升覆盖能力。在实践中,两种方法常常同时使用,即在合理网络规划和强覆盖能力设备的配合下,实现广覆盖场景下25%以上的能耗节约,达到有效降低TCO的目的。
相比网络拓扑节能,网元级别的节能适应更多的场景,受客观条件限制更少。移动站点中通常有基站、传输、空调和电源等耗能设备,其中基站的功耗远大于其他设备,是降耗的重点。此外,还需考虑配套的冷却系统,因为空调能耗通常占总能耗的45%-55%,因此冷却系统也是降耗的重点。最值得一提的还有新能源的应用,在偏远地区引入新能源系统,是节能减排和降低成本的可行之道。
站点节能主要技术
主设备节能
降低基站主设备的能耗,将带来供电设备能耗、空调能耗等的连锁下降,研究发现,主设备每节省一瓦电能,整站将节省2.5-3瓦能耗。由此可见,基站主设备节能将起到关键作用。
宽带RRU基于宽带MCPA(多载波功放)和各种节能软特性技术,在不同频段的射频输出功率和载波等系统资源完全共享,可以根据运营商的需要和用户发展情况进行灵活配置,实现资源最大化利用。实践证明,相对传统支持多频段的拼凑型RRU,宽带RRU的各项性能指标均有大幅提升,器件数目减少40%,故障率下降60%,功耗降低20%,体积重量减少30%以上,在绿色节能、快速部署等方面具有明显优势。
以华为绿色GSM基站为例,采用多密度载波和射频宽带技术,使得其单模块支持4-6个载波,同时利用最先进的硬件功放芯片和增强的Doherty高效功放技术,功放效率提升45%以上;通过绿色节能软件控制技术,使基站静态功耗降低60%以上。华为GSM绿色基站从内、外多个层面实现了安全节能减排,解决了长期以来困扰移动通信的设备高能耗难题。
机房节能
随着社会经济发展对通信支撑能力要求的日益提高,传统移动通信站点面临诸多问题,主要体现在:站点建设越来越困难,站址获取、站点部署难度增大,传统站点建设需耗费巨大的人力物力,耗时漫长,且功耗大、费用高,已经难以跟上现代通信建设的保障要求。为此,华为推出了Mini-Shelter新型站点解决方案,满足目前移动通信站点高效建设和业务快速部署要求。该方案占地面积只有传统站点的30%,耗时只需要2人天(不到传统站点的10%),站点功耗只有传统站点的30%-60%,因此,Mini-Shelter解决方案真正全面达到了大幅度“节能、节地、节时、节材、节费、节人”的目的,综合节约了运营商的CAPEX和OPEX,降低了TCO。
温控系统节能
温控系统在整个移动通信站点能耗的占比达45%-55%,是各大运营商关注的焦点,未来8-10年内,温控节能都将是站点节能的主要对象。温控节能常采用的技术有智能通风系统节能技术、热交换器散热技术、蓄电池恒温箱节能技术,以及热管节能技术。
智能通风系统节能技术
智能通风系统根据站点室内外的环境,引入室外清洁冷空气对设备进行自然降温,并排出室内热空气,从而替代空调制冷作用,避免了空调长时间运行,既有效降低基站电耗,又延长了空调寿命。智能通风系统最大的技术优势是能效比高达15-30,是空调(1.8-3)的十倍左右,因而受到很多用户的欢迎。实际应用数据显示,华为智能通风产品在常年平均气温低于22℃-25℃的地区,节能效率可达到20%-70%。
但该类产品受到应用环境的严格限制,例如在平均气温高于23℃-25℃或低于15℃-12℃的地区、平均湿度超过85%的地区、风沙及沙尘严重的地区、粉尘污染严重区域,以及站点周围存在各种毒性及腐蚀气体污染的区域不宜使用。
热交换器散热技术
热交换器也是利用自然环境冷源来进行热交换,通过室内外冷热空气交换带走机房内部热量,实现节能降耗,而且站内外空气只在芯体内部进行热量交换,外部空气不能进入机房,避免了室外灰尘及湿气对基站设备的影响,解决了灰尘和污染问题。
由于该技术依赖于热交换芯的优良导热能力,在实际应用中,随着使用时间加长,灰尘、水分、油污性及腐蚀性气体的进入,将导致交换器热传递效率降低,也可能在交换芯板面形成污垢或腐蚀,污垢系数加大将造成导热能力下降。
蓄电池恒温箱节能技术
利用恒温箱将蓄电池与基站设备隔离,为蓄电池提供一个单独的恒温空气环境,在此基础上,可以使基站内其他电子设备(对温度要求不高)的工作环境温度上升,减少空调运行时间和能耗。
热管节能技术
热管系统通过室内对流换热、热管导热,将元件表面散热量传到室外,通过自然温差换热方式而非强制的制冷方式带走室内高强度发热量,以较小电耗的排热装置代替压缩机制冷,效率与维护情况同热交换器散热技术相当。
电源节能
电源节能的相关技术主要集中于提高模块效率,采用高压传输配电、直流模块休眠、电源谐波治理等应用上。华为通过深入研究,已经将模块工作效率提升到业界领先的96%以上,而传统站点的电源设备效率只有80%-85%,节能效果明显。此外,华为的混合供电技术方案在尼日利亚等多个国家和地区取得了成功应用,为用户节能减排创造了良好效益。
新能源节能
新能源主要有太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等环保能源技术,目前新能源应用最主要的是核能、风能和太阳能。虽然太阳能发电的转换效率还比较低,成本较高,但随着技术的突飞猛进,业界预测光伏发电技术将在今后10-15年内得到快速发展和普及。
此外,行业内还有大量节能减排技术应用,如:基站共建共享降低站点投入,减少设施建设及能耗;变频空调节能、空调添加剂节能、乙二醇热交换节能、地埋蓄电池节能、精确送风节能、地热水源换热节能等新型研究和应用。
站点节能关键要素
随着各类节能新技术的逐步应用,站点节能减排成绩有目共睹。但是在实际应用中,还有几个关键问题需要高度重视。
第一,节能产品的系统可靠性至关重要。
节能设备运行中,如果出现运行不稳定、数据检测偏差大、控制不可靠等问题,将会造成诸多维护和节能方面的问题,维护人员将不得不往返奔波于站点现场,使维护工作变得复杂而困难,节能效果明显降低。因此,节能系统的可靠性和稳定性至关重要。
第二,节能系统的现场适应性要求高。
在实际应用中,节能系统需要适应各种现场要求。例如智能通风系统,其防尘性能好坏直接影响到主设备的工作安全,滤网防尘能力是制约其产品性能的主要条件,如果防尘、容尘、除尘能力不足,将会给节能工作带来较大困难,维护人员不得不频繁更换滤网,否则很容易造成灰尘堵塞,节能系统的进风量、制冷量、节能效率都将大幅下降。
华为的FCS系列智能通风产品已经很好地解决了系统防尘、容尘的问题,在保持高效节能的同时,大幅提升了容尘能力,使人工维护周期延长了2倍,达到3-6个月以上(在部分空气洁净地区,维护周期高达6-12个月)。此外,华为不断研究拓展新型智能通风控制技术,如最新的自动除尘技术、滤网自动维护技术等,进一步提高了系统的免维护设计能力,真正使产品具备在全球普遍应用的能力。
第三,加强系统能源及能效管理。
能源管理的重要目的之一,就是对基站运行状态和能耗水平实施监控和管理。华为正在研究推出的能源管理系统,主要目标便是对设备的能效状态进行评估,并为用户提供专业的运行、检修、维护方案,为用户提供基于系统运行维护和管理的参考,以提高系统节能水平,增强安全运行能力,使节能产品具备更强的生命力和应用价值。
站点节能方兴未艾,作为参与者,每个企业都应该更多关注产品实际效能的研究和应用,并立足于未来,建立长效机制。华为愿与运营商一道,担负起这个重要的社会责任,研究并推进先进技术应用和行业进步,为节能减排做出贡献。