站點(diǎn)動(dòng)環(huán)整體解決方案推動(dòng)基站高能效

    降低能源成本，減少碳排放，是運(yùn)營(yíng)商長(zhǎng)期關(guān)注的主題。最近幾年，國內(nèi)通信業(yè)務(wù)高速發(fā)展，全網(wǎng)基站數(shù)量從100萬迅速增加到160萬，通信網(wǎng)絡(luò)總耗電量高達(dá)450億度，平均每個(gè)基站年耗電量接近兩萬度，成為基站主要運(yùn)維成本。降低能源成本是電信運(yùn)營(yíng)商當(dāng)前重要和緊迫的需求，也是中國鐵塔運(yùn)營(yíng)共享基站的社會(huì)責(zé)任。

    提高站點(diǎn)能效是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要手段

    站點(diǎn)能效越高，主設(shè)備能耗所占比例越高，站點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施能源損耗越少。提高能效，相應(yīng)總能耗按比例降低，站點(diǎn)能效可以作為基站節(jié)能的管理指標(biāo)。

    國內(nèi)存量基站中，室內(nèi)型站點(diǎn)與室外型站點(diǎn)比例約為7:3。以室內(nèi)基站為例，主設(shè)備能耗約占50%左右，即站點(diǎn)能效為50%左右。實(shí)際上，由于夏熱冬暖、夏熱冬冷和嚴(yán)寒地區(qū)基站空調(diào)能耗達(dá)到站點(diǎn)總能耗的50%，加上在網(wǎng)電源效率不高，站點(diǎn)能效低于50%的室內(nèi)基站比比皆是。室外型站點(diǎn)采用分艙溫控方式，溫控能耗得到節(jié)省，依據(jù)機(jī)柜溫控方式和設(shè)計(jì)的不同，站點(diǎn)能源效率一般在60～80%。

    以三大運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)能效平均50%計(jì)，如果提高到60%，就可節(jié)電75億度。提高站點(diǎn)能效，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要手段。

    高效設(shè)備應(yīng)用推高站點(diǎn)能效基線

    從通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)電、配電、變換、負(fù)載、溫控和維護(hù)管理六環(huán)節(jié)來看，溫控環(huán)節(jié)（以空調(diào)為主）和變換環(huán)節(jié)（以通信電源為主）能耗占比高，是影響站點(diǎn)能效的關(guān)鍵。

    空調(diào)能效分級(jí)早已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在相同工況條件下，相同制冷量的高效空調(diào)比低效空調(diào)節(jié)能30%以上，合理地使用高能效空調(diào)，能幫助降低溫控環(huán)節(jié)能耗，提升站點(diǎn)能源效率。

    通信電源還沒有象空調(diào)那樣在設(shè)備上標(biāo)注能效等級(jí)，但系統(tǒng)效率高于95%的高效電源已納入通信電源標(biāo)準(zhǔn)。由于系統(tǒng)效率普遍比整流模塊效率低一個(gè)百分點(diǎn)，業(yè)界將整流模塊效率能達(dá)到96%以上的電源稱為高效電源。得益于模塊休眠技術(shù)普遍應(yīng)用，在不同負(fù)載率下，電源系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效率與最高效率很接近。按照全網(wǎng)絡(luò)能效為50%測(cè)算，通信電源效率每提升2%，全網(wǎng)能耗降低1%，帶來每年4億的電費(fèi)節(jié)省。三大運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)電源平均效率低于90%，如果全部用96%超高效電源替代，一年節(jié)省用電10億度以上，高效電源價(jià)值顯而易見。

    為了直觀地了解設(shè)備效率提升對(duì)節(jié)能和站點(diǎn)能效提升的影響，以平均空調(diào)能耗占40%的典型3kW南方室內(nèi)站點(diǎn)模型為例，現(xiàn)網(wǎng)空調(diào)能效比為3.0，電源系統(tǒng)實(shí)際效率為90%，采用能效比為3.4的空調(diào)和系統(tǒng)效率96%的高效電源替代后，結(jié)果如下表所示。

    從上表可以看出，隨著高效設(shè)備規(guī)模應(yīng)用，站點(diǎn)能效基線被抬升。由于電源和空調(diào)價(jià)格已下滑至極限，低效設(shè)備進(jìn)行高效改造的投資回報(bào)周期僅三年左右，而且隨著設(shè)備采購量的提升，高效模塊價(jià)格仍有下降空間。存量站點(diǎn)老舊設(shè)備改造宜早不宜遲，能耗增長(zhǎng)速度有望被高效設(shè)備的規(guī)模應(yīng)用而有所扼制。

    傳統(tǒng)建站模式，站點(diǎn)能效不受控

    傳統(tǒng)站點(diǎn)采用現(xiàn)場(chǎng)集成模式，基站BBU、RRU、傳輸設(shè)備、電源、電池、空調(diào)和監(jiān)控等由多個(gè)供應(yīng)商分別提供，盡管運(yùn)營(yíng)商對(duì)設(shè)備效率有約束條件，設(shè)備供應(yīng)商也會(huì)對(duì)各自提供的設(shè)備效率負(fù)責(zé)，但設(shè)備之間未進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，系統(tǒng)協(xié)同工作未得到充分測(cè)試與優(yōu)化。

    比如設(shè)備的風(fēng)道設(shè)計(jì)和熱管理，如果不進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)和優(yōu)化，則氣流組織不會(huì)是最佳路徑，從而影響到制冷效果，需要在大環(huán)境內(nèi)提供更低的空調(diào)溫度才能保證最不利位置的設(shè)備不過溫。一方面消耗更多電能，另一方面整體能效并沒有確定性的保證，取決于現(xiàn)場(chǎng)施工水平。

    在傳統(tǒng)建站方式下，現(xiàn)場(chǎng)集成通用設(shè)備，不可避免地出現(xiàn)配置過度冗余情況，工況或負(fù)載率難以達(dá)到最佳工作點(diǎn)，大馬拉小車也是導(dǎo)致站點(diǎn)能效低的原因之一。此外，通信電源、空調(diào)、監(jiān)控FSU、監(jiān)控傳輸設(shè)備等都有CPU并消耗電能，多控制器浪費(fèi)電能。

    現(xiàn)場(chǎng)集成模式，雖然可以通過采用各種高效設(shè)備的組合以提高站點(diǎn)能效，但站點(diǎn)能效并并不受控，設(shè)備供應(yīng)商不會(huì)為提高整站能效投入更多的成本，不能最大化實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)節(jié)能。

    基站節(jié)能改造，節(jié)能效果受限

    站點(diǎn)節(jié)能改造措施主要有兩種途徑：溫控改造和電源高效改造。電源效率基本不受環(huán)境、人為因素和使用年限影響，提高電源設(shè)備能效水平可有效節(jié)能。由于電源能耗占比低于10%，采用高效電源設(shè)備仍無法大幅提升基站的整體能效。溫控節(jié)能除更新高能效空調(diào)外，主要有兩種操作方式：提高基站運(yùn)行溫度和采用智能通風(fēng)系統(tǒng)，節(jié)能效果會(huì)因人員、環(huán)境等各種影響而有折扣。

    機(jī)房升溫主要通過改變空調(diào)啟動(dòng)溫度設(shè)置，并采用高溫電池方案實(shí)現(xiàn)。當(dāng)有人員下站維護(hù)或操作時(shí)，經(jīng)常會(huì)調(diào)低空調(diào)溫度設(shè)置，很難保證人員離開前恢復(fù)空調(diào)溫度設(shè)置，嚴(yán)重影響機(jī)房升溫節(jié)能較果。

    智能通風(fēng)系統(tǒng)一般采用百葉窗與外界隔離，簡(jiǎn)單的通風(fēng)方案在使用一段時(shí)間后性能發(fā)生變化，節(jié)能改造效果達(dá)不到預(yù)期甚至增加能耗。如因大氣粉塵含量高，智能通風(fēng)系統(tǒng)過早失效；百葉窗變形、風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸阻力增大導(dǎo)致通風(fēng)口無法自然關(guān)閉，室內(nèi)與外部相通，夏季空調(diào)工作時(shí)外部濕熱空氣進(jìn)入而能耗大幅增長(zhǎng)。

    基站動(dòng)環(huán)整體解決方案，高能效、可管理

    基站動(dòng)環(huán)系統(tǒng)整體解決方案由設(shè)備供應(yīng)商一體化設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、交付，廠家對(duì)基站動(dòng)環(huán)系統(tǒng)整體可靠性和能源效率負(fù)責(zé)，因此整體解決方案是具備站點(diǎn)級(jí)可靠性和站點(diǎn)級(jí)效率的產(chǎn)品。整體解決方案以室外一體化機(jī)柜方案為典型代表，包含機(jī)柜系統(tǒng)、分艙溫控系統(tǒng)、開關(guān)電源、集成動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)等。

    一體化機(jī)柜與冰箱有很多類似之處。如冰箱有多種型號(hào)，針對(duì)家庭食物存儲(chǔ)需求設(shè)計(jì)，壓縮機(jī)等部件與機(jī)體匹配，廠家保證冰箱整體可靠性和生命周期內(nèi)能源效率。冰箱有五級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)，在食物量與環(huán)境溫度確定時(shí)，能效是確定性的，家庭用電量可控。當(dāng)冰箱出現(xiàn)故障時(shí)，因只有一個(gè)設(shè)備供應(yīng)商，廠家會(huì)提供維修或更換服務(wù)，即使內(nèi)部故障器件不是冰箱廠家生產(chǎn)的，也不可推脫質(zhì)量保證責(zé)任。同樣地，如果能效指標(biāo)不符合要求，只要被發(fā)現(xiàn)，也屬于故障的一種，廠家有責(zé)任處理。

    與空調(diào)針對(duì)家庭食物存儲(chǔ)需求設(shè)計(jì)類似，基站動(dòng)環(huán)系統(tǒng)整體解決方案針對(duì)通信基站站型設(shè)計(jì)，涉及的部件互相匹配，包括電源容量、溫控容量與溫度控制點(diǎn)、主設(shè)備和電池空間、動(dòng)環(huán)監(jiān)控接入設(shè)備與測(cè)點(diǎn)等。整體集成方式可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行分區(qū)溫控，有針對(duì)性的滿足不同設(shè)備的溫度控制要求，而且可以盡量減少制冷區(qū)域空間，從而最大限度的減少制冷能耗。站點(diǎn)能效是整體解決方案的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，即站點(diǎn)總效率。整體解決方案故障責(zé)任清晰，采用整體解決方案的站點(diǎn)，其站點(diǎn)能源效率是可視和可控的，一旦檢測(cè)到能效低于設(shè)計(jì)的情況，系統(tǒng)可以自動(dòng)報(bào)警，使低能效站點(diǎn)的改進(jìn)納入到統(tǒng)一的故障維護(hù)派單管理中來，能有效地保證節(jié)能。

    基站動(dòng)環(huán)整體解決方案成為建站趨勢(shì)

    傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)集成的站點(diǎn)除能效不可控外，由于設(shè)備分別采購，存在設(shè)備之間匹配不合理問題，不但浪費(fèi)成本，而且也是產(chǎn)生故障多、能耗高的關(guān)鍵原因。當(dāng)站點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，故障責(zé)任界面不清晰，維護(hù)過程中扯皮、推諉難以避免。同時(shí)，只要設(shè)備本身效率沒有不達(dá)標(biāo)，設(shè)備供應(yīng)商并不會(huì)也沒有責(zé)任關(guān)注站點(diǎn)整體是否節(jié)能，用戶難以實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)級(jí)高可靠和站點(diǎn)級(jí)高效。

    動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)一般在站點(diǎn)投入運(yùn)行后才安裝，由于涉及多廠家不同設(shè)備互聯(lián)，設(shè)備間通信和協(xié)議調(diào)測(cè)工作成為工程難點(diǎn)，動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)也會(huì)遭遇故障難以界定的問題。整體解決方案集成動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，整個(gè)站點(diǎn)動(dòng)環(huán)系統(tǒng)只有一個(gè)網(wǎng)元，動(dòng)環(huán)監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)與站點(diǎn)同步部署，不但節(jié)省安裝成本，在站點(diǎn)側(cè)也不再需要專門的動(dòng)環(huán)監(jiān)控維護(hù)工作量，節(jié)省維護(hù)成本。

    海外主要運(yùn)營(yíng)商基站以室外型為主，多采用一體化整體解決方案，具有站點(diǎn)級(jí)高可靠性和站點(diǎn)級(jí)高效特性。在國內(nèi)，整體解決方案在運(yùn)營(yíng)商、中國鐵塔已經(jīng)試點(diǎn)，正在建設(shè)室外一體化機(jī)柜方案。

    可以展望，基站動(dòng)環(huán)系統(tǒng)整體解決方案將成為未來建站的主流方式，在提高站點(diǎn)可靠性的同時(shí)，推動(dòng)基站高能效。

    作者：中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司 彭廣香