基站節能技術綜合評估

周 紅 樊耀東

【摘要】基于各項基站節能技術的綜合試點情況,文章對載頻智能關斷、廣覆蓋、開關電源智能休眠、分布式和室外基站、提高環境溫度、智能通風/智能換熱、保溫層設置和隔熱等進行綜合評估,分析了各技術的可行性、節能效益和經濟效益,并提出了各技術的適用場景,為基站節能工作的推進提供了較為全面的參考。

【關鍵詞】基站節能技術主設備空調建筑

基站能耗是移動運營能耗最主要的組成部分,如何降低基站能耗是中國移動、中國聯通等電信運營商關注的重點。針對基站節能,電信設備商、節能服務商都推出了很多技術和方案,然而,不同節能技術在可行性、節能效益、經濟效益和可持續性上存在很大的差異。同時,部分廠家為推廣自身產品,往往夸大節能效果,忽略產品的負面作用。面對形形色色的技術和方案,如何挑選出適合本地區、本企業的技術和方案成為運營商非常關注的問題。為此,本文從主設備、空調、建筑三個方面出發,對現有主要的節能技術和方案進行綜合評估,為基站節能工作的推進提供一個參考。

1 基站主設備節能

1.1 載頻智能關斷技術

載頻智能關斷技術可以根據實際話務量靈活智能地對載頻進行關斷,從而降低無線主設備能耗,達到節電的目的。目前,運營商現網的無線設備基本都不具備該功能,某些廠家的部分設備可通過系統升級實現。在城區潮汐效應明顯的基站上應用該技術,單基站總能耗降低10%以上。單基站按照年消耗1.5萬度電測算,應用該技術可節能1500度以上,折合電費約1350元(注:電價按0.9元/度測算,下同)。從試點情況看,載頻智能關斷技術適用于話務潮汐較為明顯的CBD地區、車站、學校以及規模較大、人口較多的生活小區。建議新購設備具備該項功能,而對于在網設備,應選取合適的站點,尤其是信道利用率較低的基站進行升級。

1.2 廣覆蓋技術

該技術通過加大基站的發射功率、添加塔放等手段,擴展基站的覆蓋范圍,從而減少站點數量,達到節約資源和電能的目的。該技術應用簡單、易于實施,適用于平原地區或具備相似地形地貌的地區及海域。該技術節地、節成本、節能,建議在有條件的區域的新建站中引入。

1.3 開關電源智能休眠

開關電源智能休眠技術可根據實際負載控制模塊運行,在負載較低時,使多余模塊處于休眠狀態以降低能耗;同時使開關電源系統處于最佳效率狀態,提高轉換效率,降低轉換中損失的能耗。現網部分電源設備已經具備該功能,某些廠家的老舊電源設備也可通過升級具備該功能。據測試,基站中電源能耗約占總能耗的8%。按照廠家數據,采用該技術后電源系統能耗降低約20%,即單基站總能耗降低約1.6%,年節電240度,折合電費216元。在升級費用不高的情況下,可以選擇實際配置較高但負載較低的基站進行升級。

1.4 分布式和室外基站技術

“集中供電、拉遠覆蓋(RPU-RRU)”系統是利用現網機房內的原有電源系統,通過“綜合傳輸線路”(電力與傳輸共桿路)將電源送至分布式基站的射頻部分。RRU-RPU系統具有減配套、省土地、降能耗、易安裝、便維護等優點,適用于邊際站、隧道覆蓋宏站、室內分布系統等。對比傳統基站建設模式,該技術可以節省投資61%,降低能耗47%,減少土地占用86%。建議在新建站中廣泛推廣使用該技術。

2 基站空調節能

2.1 提高環境溫度

根據廠家技術資料,除蓄電池外,基站內主要設備都能在28度環境下正常工作。目前,基站空調的溫度設置一般在22～24度之間,將空調溫度從24度提高到28度,基站的能耗可以降低5%左右。工作環境溫度高于25度之后,蓄電池的性能將會受到一定影響,壽命也會縮短。如果將基站空調溫度提升到28度,單基站可以節能750度,折合電費675元。而根據廠家資料,工作溫度提升10度,蓄電池壽命會縮短一半,假設溫度提升導致蓄電池壽命從6年縮短為4.5年,單基站蓄電池投資按照1.7萬元計算,則蓄電池壽命縮短導致年使用成本增加945元。由此可見,提升基站溫度可以節約空調能耗,但是每年會增加蓄電池的投入。

目前,有廠家推出對蓄電池進行單獨溫控的技術,確保蓄電池工作環境溫度恒定為25度,該技術單基站需投資約1萬元左右,投資回收期將超過13年,從經濟效益上看,基本不可行。

2.2 智能通風/換熱

智能通風通過將基站室外冷空氣引入,把基站室內熱氣直接排出,從而實現基站自然降溫、降低空調能耗的目的。同智能通風類似,智能換熱是在室內外空氣不直接接觸的情況下進行熱交換,可以避免室外空氣進入室內,影響基站室內環境。一般情況下,智能換熱設備的節能效果是智能通風設備的一半。而且不同氣候條件下,智能通風設備可利用時長均不同,可利用時長越長,節能效果越明顯。我國分五個氣候區域,從智能通風的節能效果看,從高到底依次為溫和地區、夏熱冬冷、夏熱冬暖、寒冷地區和嚴寒地區。在夏熱冬冷區域,采用智能通風技術單基站能耗可以降低10%左右,年節能1500度,折合電費1350元。目前,智能通風單基站投資在6000元左右,年運維費用在800元左右,投資回收期在6年以上,經濟效益一般。此外,智能通風技術引入了室外空氣,因此要求外部空氣潔凈度高,機房周圍有嚴重污染、沙塵頻發的地方不適合選用,另外需要對基站機房墻體進行改造。建議在溫和地區和夏熱冬冷地區,對農村或山頭基站進行智能通風改造。

2.3 空調添加劑

空調添加劑技術是通過對老化空調添加添加劑,提高空調的工作效率,達到降低空調能耗的目的。現有通信機房和基站機房中,存在大量的壽命超過3年的空調,對這部分空調添加添加劑,可以起到較好的節能效果。據試點,使用六年以上的空調添加添加劑后能耗降低約10%。單基站按照年消耗1.5萬度電測算,空調能耗占35%,即為5250度。采用空調添加劑后單基站可以節能525度,折合電費473元。根據廠家報價,單基站應用空調添加劑的成本約2500元,投資回收期在5年左右。空調添加劑使用簡便,節能效果明顯,建議在壽命超過6年的普通空調中應用。

3 建筑節能

3.1 保溫層設置優化

建筑保溫層設置越好,室內外溫度傳導越慢。我國地域廣大,南北之間的氣候差異很大。在南方,建筑維護結構在夏天相當于一個發熱設備,會增加空調能耗;在冬天則相當于致冷設備,可以減少空調消耗。而在北方,冬季室外氣溫過低,在基站機房中還需要對室內進行致熱,因此,建筑維護結構在冬季作為致冷設備,會增加室內致熱設備的能耗。由此可見,在南方,增加建筑物的保溫性能,可以在夏季節能,但是在冬季卻可能不節能。而在北方,增加建筑物的保溫性能,無論是夏季還是冬季都可以起到明顯的節能效果。因此,在北方廣大地區,應該加強基站機房的建筑保溫層設置,而在南方,設置多少保溫層才最節能則需要進一步的研究。目前,部分廠家已經能夠提供可拆卸的門窗保溫設施,在南方,夏天應該安裝保溫設施,而在冬天應該拆卸掉,以利于散熱。

3.2 隔熱節能

保溫層影響室內外溫度的雙向傳導,而隔熱則是通過降低太陽能輻射,單方向影響室外熱量傳導進室內。因此,在南方采取隔熱措施可以有效避免室外熱量進入室內,從而降低空調負荷;而在北方,通過隔熱,在夏季可以降低空調負荷,在冬季則會增加室內致熱設備的能耗。現有基站或通信機房基本上沒有做隔熱。根據試點情況看,采用隔熱涂料,在南方,全年單基站的節能效果在3%左右,即節能450度。而單基站的隔熱涂料的投資往往高達近萬元,投資效益較差。而通過藤蔓覆蓋,單基站僅需投資不到1000元,可以達到較好的投資效益。不過藤蔓覆蓋會增加蚊蟲進入室內的可能性,存在影響基站室內環境的風險。因此,建議在日照強烈的地區,選擇市區便于維護的基站開展藤蔓覆蓋試點。

綜上所述,基站節能技術已經相當豐富,然而不同技術特點各異,應用場景也大不相同。在開展節能減排時,應針對各項技術的應用特點,綜合考慮其節能效益和經濟效益,逐步推進,從而達到更好的節能效果和經濟效益。★

參考文獻

[1]郭梯云,等. 移動通信(第四版)[M]. 西安: 西安電子科技大學出版社,2006.

[2]楊豐瑞,等. 通信網絡規劃[M]. 北京: 人民郵電出版社,2005.★

【作者簡介】

周紅:華信郵電咨詢設計研究院副總工程師、高級工程師,主要從事移動通信規劃、咨詢和設計、節能減排等研究工作,曾在《移動通信》等雜志發表多篇文章。

樊耀東:華信郵電咨詢設計研究院咨詢事業部咨詢顧問,主要研究方向:戰略、市場、節能減排,曾在《人民郵電報》等發表節能減排等文章多篇。