通信接入機房“碳中和”之路

肖奇良

（廣東南方電信規劃咨詢設計院有限公司，廣東 汕頭 515041）

0 引 言

2020年9月，第七十五屆聯合國大會一般性辯論上闡明，應對氣候變化《巴黎協定》代表了全球綠色低碳轉型的大方向，是保護地球家園需要采取的最低限度行動，各國必須邁出決定性步伐。同時宣布，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和[1]。

通信信息行業作為一個新興朝陽行業，目前處于高速發展階段，如何做到最終的碳中和，也值得行業進行深入的思考，共同探討行業的“碳中和”發展之路。

其中無線基站是接入機房中最為重要的組成部分，也是未來發展最為迅速和具有代表性的接入機房類型。據統計，目前全國在用無線基站約650萬個。今年5月17日，“2021世界電信和信息社會日大會”上工信部副部長劉烈宏介紹，截止2021年3月底，我國已累計建成5G基站超81.9萬個，占全球70%以上。另據工信部發布《5G應用“揚帆”行動計劃（2021—2023年）》征求意見稿，到2023年全國5G基站數量將達到252萬個。

如何做好諸如眾多無線基站的接入機房的碳中和，將會是引領通信行業的雙碳工作的潮流。

1 通信接入機房現狀

通信接入機房是通信企業直接面向客戶的基礎設施節點，早期主要體現在有線接入機房方面。隨著無線通信技術的迅猛發展，目前接入機房更多的體現在無線接入機房的建設使用上。

1.1 電源系統

接入機房電源系統供電保證要求比較高，由交流電源系統和直流電源系統組成。交流電源系統主要由外電引入、交流配電屏（箱）、發電機等組成。當市電供電正常時，外電經供電線路輸送到交流配電屏（箱），然后再分配到各用電負荷。當市電停電時，電源由應急發電機發電并通過供電線路輸送到交流配電屏（箱），再分配到各用電負荷，實現各需保證供電負荷的正常用電[2]。

直流電源系統由直流電源設備、供電電源饋線及直流供電負荷組成。而直流電源設備由開關電源和蓄電池組組成。接入機房一般采用組合式開關電源設備供電。組合式開關電源設備是由交（直）流配電單元、高頻開關整流器及蓄電池組組成。交流電源供電正常時，整流器對負荷供電，并對蓄電池組進行浮充充電。交流電源供電不正常時，整流器停止工作，由蓄電池組向負荷供電，從而實現對直流用電負荷的無瞬間中斷供電[3]。

1.2 空調系統

為保障通信設備的可靠安全運行，機房需要控制在一定的溫度和濕度范圍內。為滿足這一要求，在接入機房內配置相應的空調設備，空調配置容量主要滿足設備散熱和機房圍護結構等熱負荷。目前接入機房普通采用房間級空調設備，空調氣流組織為先冷卻環境、再冷卻設備，制冷效率較低。

1.3 動力環境監控系統

為滿足無人值守和遠程監控的要求，機房大多配置了相應的動力環境監控系統，系統主要對現有的電源設備、空調設備、機房環境狀態等通過現場采集設備進行實時運行數據采集，并通過監控單元將數據匯總后通過通信網絡進行上傳，從而接入共用監控平臺。

1.4 能耗情況現狀

以國內某通信企業為例，在2020年全年接近250億kW·h用電中，基站用電占了39%，達到接近100億kW·h，其中5G占比9%，非5G占91%。5G通信設備功耗的提升是同級4G基站的4倍左右，而同一覆蓋范圍下，5G基站的需求數量又是4G的3～4倍左右，不難看出，從發展的角度來看，5G基站很快將占據耗電核心地位。

2 存在的問題

針對目前通信運營企業接入機房的現狀，在雙碳政策制度大環境下，大量在用的接入機房特別是無線基站機房，若要做到“碳中和”，還面臨著諸多的問題。

2.1 能耗將會幾何級增加

5G系統各通道內由于面積限制，電路設計難度增強，插損加大，導致5G自動尋址單元（AAU）效率下降，能耗上升；5G系統全新的網絡架構，采用智能多天線技術和有源天線單元結構，由傳統的2～4無源天線陣子2發射4接收單元，變成192天線陣子64通道，容量增加的同時，基站用電量大幅增加。5G基站較4G基站在單個扇區功耗由原來的200 W提升到800 W。

隨著5G基站的大量優化部署，其能耗將會大幅度提升，根據預測，運營企業在2021年的能耗增量中，5G是最大的主要增量因素，占能耗增量部分的51%。

2.2 動力系統容量無法滿足需求

通信設備用電大幅度提升，現有高頻開關電源、蓄電池組、外電引入、機房空調等需求容量也相應提高，很多機房無法滿足設備擴容的需求。另外，大部分機房由于機房面積、機房承重等限制條件也無法對現有動力系統進行有效擴容[4]。

目前，部分機房通過縮短電池后備時間、提升機房溫度等較為“暴力”方式來節省電力容量，采用犧牲系統可靠性的方式，這顯然是采取“下下簽”的應急應對方式。

2.3 運營成本高、監控智能化水平低

隨著接入機房的優化覆蓋，一方面單基站功耗增大，另一方面基站數量也增多，將使得通信企業電費支出、人員投入等運營成本逐漸增加。另外，目前部署的動力環境監控系統，主要還是處于數據收集階段，還沒有對采集到的數據進行深度挖掘分析應用，智能化水平相對較低。

3 接入機房“碳中和”方案

鑒于接入機房存在的能耗問題，傳統的動力系統運營模式已經無法滿足節能減排的要求，對于響應國家“雙碳”政策，更是類似“火上澆油”，進一步加重了碳排放壓力。為走好接入機房的“碳中和”之路，解決其存在的若干問題，無疑需要對接入機房的動力系統采取革新性建設理念。

3.1 因地制宜采用清潔能源

由于無線基站的特殊性，其大量建設在譬如屋頂、野外、山頭等較為開闊的地帶，該類型機房具備較為優越的太陽能、風能等清潔能源的建設條件，可以充分利用現場資源條件，因地制宜采取光伏發電、風力發電等清潔能源并結合儲能系統解決機房用電[5]。

3.2 充分利用“免費”制冷

傳統的空調系統普遍采用直膨式機械制冷方式，空調的耗電量占到機房總用電的40%左右。隨著通信設備對環境適應能力的提升，采用切實有效的“免費”制冷技術（如氟泵技術、自清潔新風節能技術、直（間）接蒸發冷卻技術等），充分利用自然冷源，將可以為機房用電進行有效減負。

3.3 針對性精確制冷

摒棄原有的房間級空調的“先冷卻環境、再冷卻設備”氣流組織模式，采取精確送風方式，比如建設DC艙，采用一體化機柜等“先冷卻設備、再冷卻環境”的精確送風氣流組織模式，可以大幅度降低空調系統用電功耗。

3.4 AI技術深度賦能節能減排

在采用清潔能源、“免費”制冷、精確制冷等技術的前提下，采用大數據AI技術更替現有智能化水平較低的動力環境監控系統，進行深度學習優化，充分利用AI來協調各系統之間的運行邏輯關系，可以使動力系統工作在最優最節能的工作模式下，充分挖掘各技術最優配合節能模式。

AI技術將會體現出明顯的優勢，運用AI技術進行深度賦能，一站一策制定AI節能策略并深度學習，從而打通網管業務與基礎設施數字壁壘，引入AI算法，以業務反向影響動力系統運行，降低無效供電能耗。

3.5 推進主設備自主節能

前期介入環節，聯合5G設備的供應商合作伙伴，在產品設計、研發、生產流程中降低設備功耗，比如推薦5G設備采用液冷散熱模式，優化產品內部結構等。

設備采購環節，制定節能的工作模式及功耗指標參數并落實在設備采購中，采購可耐高溫運行的設備。

運行及后評估環節，對主設備及節能設備實行生命周期內的能效閉環管理，進行設備全壽命周期能效后評估，節能效果評價作為后期設備采購的指導。

4 結 語

建立健全綠色低碳循環發展的經濟體系為新時代高質量發展指明了方向，通信信息行業以5G、數據中心為抓手引領國家新基建的發展。一方面面臨著減碳壓力，應用新技術進行升級改造，另一方面可以發揮信息技術行業特性引導促進其他各行各業加速減碳步伐。正是由于信息技術在提高工作效率、改善生活質量、提升資源利用等方面體現了顯著促進作用，故其所走的“碳中和”之路不單單只體現自己減排上，同時也體現在為其他各行各業的減排上。