“雙碳”背景下通信行業站點能源管理研究

張秀梅，王海東，岳清華，鄭 威，胡翰智，王益堅

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

1 “雙碳”戰略下站點能源管理面臨的機遇與挑戰

1.1 “雙碳”戰略背景介紹

氣候變化是人類面臨的全球性問題，隨著各國二氧化碳排放，溫室氣體猛增，對生命系統形成巨大威脅。在這一背景下，全球各個國家、組織及團體協約減少溫室氣體排放，構建人類命運共同體。2020年9月，習近平主席在第七十五屆聯合國大會上向世界鄭重宣布，中國將提高“國家自主貢獻”力度，力爭2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。在2021年發布的“十四五”規劃中，中國對碳達峰、碳中和工作作出了部署，并明確了時間表、路線圖、施工圖[1]。

1.2 當前站點能源管理現狀

當前，站點能源管理普遍面臨如下問題，一是站點能源普遍粗放、被動式管理，缺乏前瞻性預防管理機制，宕站頻繁發生。據2019年中國三大運營商站點能源宕站分析如圖1所示，57%基站宕站與站點能源相關，通信網絡的可靠性受到供電安全問題的嚴重影響。同時，站點能源管理普遍缺乏前瞻性管理及主動預防機制，停電前電池、油機故障風險不可知；停電后，應急處理優先級不合理，應急策略無法正確制定，故障定位需多次人工下站,故障排查耗時長，故障處理慢。二是站點能源網絡普遍盲管，電池、市電、燃油被盜及機柜被破壞情況頻繁發生，資產安全堪憂，給供電安全造成極大影響。三是站點能源管理智能化水平不高，能源管理仍停留在對設備的單部件管理，部件級能效不可視，異常能耗高，節能無從下手，無法通過系統協同來做到精準能效優化[2]。

圖1 站點能源宕站分析

1.3 “雙碳”戰略對站點能源管理帶來的挑戰

根據國家能源署及法國Green IT《數字世界環境足跡》數據顯示，2020年通信行業碳排約2.33億t，其中站點碳排放每年約15201萬t，占比通信行業碳排的65%，相關數據分析如圖2所示。未來，隨著全球5G網絡快速建設與部署，通信行業碳排放更將急劇增加。據中國某運營商5G建設計劃預測如圖3所示，預計到2025年，通信行業碳排放將從2.33億t激增至4.06億t，增長約為74%。由此我們不難看出，通信行業碳達峰、碳中和面臨著極其艱巨的挑戰[3]。因此，通信行業碳排放主體站點能源，亟需持續降低碳排放，向低碳站點能源快速演進發展。

圖2 2020年通信行業碳排放分布分析

圖3 5G網絡部署帶來的碳排放量變化

2 “雙碳”戰略下通信行業站點能源管理方案

通信行業站點能源管理普遍采用第三代站點能源管理系統，即動力環境管理系統，簡稱動環系統。該系統雖然在系統定位、系統架構、監控點、系統互聯、安全以及工程技術等方面做了標準化要求，但是由于建設時期較早，系統建設仍然以監控管理為主，僅可對設備進行簡單的遠程管控，無法滿足當前新一代站點能源智能供電設備的管控要求及站點能源低碳管理的要求。因此，改變當前站點能源管理模式已成為站點能源管理的當務之急。

中國移動在5G網絡建設中，基于5G建設高能耗痛點及自身對通信行業站點能源的理解，提出了高效、智能、綠色的第四代站點能源智慧管理解決方案，如圖4所示：將AI、大數據、云計算、IoT等新一代信息技術有效融入站點能源管理，基于站點數字化，通過站點協同、業務協同、網絡協同，構筑新一代智慧能源管理平臺，實現對站點供電設備的遠程監、管、控，對站點能源數據的查、統、分；通過實現對站點能源的智能管控及智慧運維，徹底解決由能源網絡盲管、頻繁人工下站、能效難以優化等問題帶來的低能效、高能耗、高成本等管理問題；通過提供信息流與能量流協同、站點能源調頻/調峰等服務，有效實現站點能源系統協同、能量智能調度及運營、精準節能、從人工到AI自動優化，使能站點能源網絡自動駕駛[4]。

圖4 站點能源智慧管理解決方案

那么，如何實現站點能源管理的智能化與低碳化呢？基于筆者長期從事通信電源規劃、設計及站點能源管控平臺建設經驗分析得出：可再生能源利用、供電智能化、運維智能化及網絡低碳化是新一代站點能源智慧管理的幾個關鍵因素及指標。

2.1 可再生能源利用

清潔綠色的可再生能源利用是站點能源低碳建站的最直接的方式。當前，太陽能、風能是最為廣泛應用的新能源。以中國移動為例，新能源用電站點普遍采用太陽能全場景疊光進行站點建設，太陽能每發電1kW·h可有效降低二氧化碳排放0.960 kg，通信運營商可充分利用現有站點資源，通過全場景疊光的低碳綠色網絡建設與管理，如圖5所示，全面減少碳排放。據測算，每萬站每天可節約電量約12萬kW·h，減少碳排放約115.2t。

圖5 全場景疊光建站案例

2.2 供電智能化

供電智能化水平不高是傳統站點能源管理中普遍存在的問題。圖6為傳統供電與智慧供電對比分析，傳統供電故障發生前，供電狀態不可視、風險無法提前感知；供電故障發生后，無法準確制定應急措施規避宕站，無法快速定位問題及故障快速恢復。

圖6 傳統供電與智慧供電對比分析

在第四代站點能源智慧管理解決方案中，供電安全性、可靠性將通過供電智能化予以高度保障。供電故障發生前風險可預警，發生中備電可延長，故障發生后可快速恢復。具體來說，在供電安全隱患發生前，可通過風險預測對風險站點、隱患電池等要素進行風險識別，提前預測問題、分析問題，規避風險，避免宕站；在供電故障發生時，可根據負載業務重要性、緊急性及用戶自定義的下電優先級提供支路差異化備電，如重要負載延長備電，次要負載減少、降低備電或次要負載直接下電；供電故障發生后，可基于AI算法及根因分析能力，快速進行故障定位，并基于專家庫提供故障恢復策略，快速解決問題。綜上，第四代站點能源智慧管理解決方案通過優異的供電風險預測能力、備電切片自適應能力及故障根因分析能力，有效實現供電智能化，提升站點能源供電安全性及高可靠性[5]。

2.3 運維智能化

在傳統站點能源管理中，運維智能化水平不高是站點能源管理普遍存在的最主要問題。當前，站點能源系統巡檢、設備上下電、故障定位及排除等工作主要依靠人工下站解決，同時由于站點數量大、分布極其分散，因此帶來極大的人工運維，而大量的人工運維必然引發運維效率低、運維成本高、故障恢復慢等問題。

在第四代站點能源智慧管理方案中，將構筑高水平的智能運維能力，減少人工下站，提升運維效率。如通過遠程電池測試能力、遠程站點能源設備升級能力、遠程根因分析及故障定位能力、遠程設備智能巡檢及診斷等能力，智能判定減少無效上站，主動預警替代被動修復，智能運維精確上站，遠程運維免下站，智能鋰電備電免油機，通過免下站、優下站來提升站點能源運維效率。同時，通過部件級可視化管理能力，及時獲取全網站點實時狀態并提供相關分析建議，如通過全網能效可視化管理，獲取全網能效參數，并對網絡能效進行區域分析及低效站點排序識別，并給出能效優化建議；如通過全網電池可視化管理，對電池健康狀態、備電時長、隱患電池進行分析，并提供風險排除等建議，如圖7所示。通過運維智能化水平的提升，可有效實現遠程運維、綠色運維，減少站點能源管理產生碳排放，助力通信行業加速碳中和。

圖7 電池智能管理應用案例網絡低碳化

2.4 網絡低碳化

當前，站點、機房、維護是通信網絡碳排放三大載體，傳統站點能源普遍以市電、油機供電為主，新能源用電站點僅為2%。同時，傳統站點能源用電效率低、損耗高，主設備用電僅占約58%，配套設備用電高達約42%，如圖8所示。因此，站點能源網絡亟需實現低碳化。

圖8 傳統站點能源管理供電分析

在第四代站點能源智慧管理方案中，將通過用電碳足跡跟蹤，打造“發、轉、儲、用”一體化高效全鏈路，通過系統協同有效降低站點能源碳排放。在綠色發電方面，通過智能平臺實時監測綠色發電，及時識別異常，有效提升綠電發電效率；在高效轉換方面，通過平臺輸電智能升壓，降低線損，據測算，57 V智能升壓至63 V，每年每站可有效減少線損552 kW·h，有效降低碳排放263 kg；在智慧儲能方面，通過AI錯峰（見圖9）、削峰用電，因站施策，使能儲能-負載-電源-網管全鏈協同，最大化儲能收益，節省電費及因站點改造帶來的投資成本，有效減少碳排放；在智能用電方面，通過負載支路能耗精準計量、軟件定義重構配電、負載按需備電，實現分路、用戶、場景精確上下電，實現電源與業務的高效協同及用電碳足跡精確可視，助力站點能源網絡低碳化。

圖9 智能錯峰原理及應用案例

如上所述，我們從可再生能源利用、供電智能化、運維智能化、網絡低碳化4個方面介紹了“雙碳”背景下第四代站點能源智慧管理解決方案。在實際的站點能源網絡建設中，還需從全生命周期對站點能源進行低碳管理，通過在規劃、建設、運行、評估、優化等環節的持續迭代，助力站點能源網絡自管自優。

3 結 論

實現碳達峰、碳中和，是當今世界普遍關注的問題之一，打造低碳通信網絡是通信運營商的社會責任、也是自身發展的訴求。在站點能源建設和管理中，我們應基于通信行業用能現狀與痛點，以“低碳”為目標導向，通過站點數字化、功率智能化、運維智能化，使能站點能源高效、智能、綠色、低碳管理與運營。