移動通信基站能耗問題與綜合節(jié)能方案

韓 軍

（中通服咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

移動通信質(zhì)量關(guān)系著我國通信行業(yè)的發(fā)展，隨著網(wǎng)絡(luò)需求量增加，移動通信基站建設(shè)規(guī)模也在擴(kuò)大，這一過程中伴隨著嚴(yán)重的能耗問題。在快速發(fā)展信息技術(shù)的過程中，通信產(chǎn)業(yè)逐漸成為國民經(jīng)濟(jì)中的主要產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，而通信設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)全天候運(yùn)行，這一過程中的能耗較高。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國的通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模已處于全球領(lǐng)先地位，各大通信運(yùn)營商紛紛探索機(jī)房和基站降低能耗的策略，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電信業(yè)務(wù)的良好發(fā)展。當(dāng)前移動通信基站主要由傳輸設(shè)備、無線設(shè)備以及空調(diào)設(shè)備組成，而空調(diào)系統(tǒng)在整個系統(tǒng)中的能耗較大，需要制定綜合節(jié)能方案。

1 移動通信基站的能耗基本情況

基站的能耗組成中主要包括2類設(shè)備，分別是交流供電設(shè)備和直流供電設(shè)備。交流配電箱、直流開關(guān)電源柜、新風(fēng)設(shè)備、空調(diào)、電池恒溫柜以及照明設(shè)備是主要的交流供電設(shè)備，主設(shè)備、傳輸設(shè)備、基帶處理單元以及蓄電池組則是主要的直流供電設(shè)備，相關(guān)能耗情況如下。

1.1 基站無線設(shè)備能耗

基站無線設(shè)備是移動通信基站的重要組成，數(shù)量多且載頻資源利用效率低，設(shè)備功率損耗量偏大。對于移動通信基站來說，無線設(shè)備射頻能耗接近65%。通信網(wǎng)絡(luò)的交換設(shè)備、傳輸系統(tǒng)以及服務(wù)器均會導(dǎo)致能耗加大，以交換設(shè)備為例，當(dāng)前的機(jī)房規(guī)模逐漸擴(kuò)大，交換設(shè)備數(shù)量較多，相比普通機(jī)房對運(yùn)行環(huán)境的要求更高，運(yùn)行能耗更大。程序控制交換設(shè)備主要采取直流供電的方法，根據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)特征，程序控制交換器同步通信網(wǎng)絡(luò)與通信的過程中不切斷供電電源，其安裝或操作應(yīng)盡量穩(wěn)定電源構(gòu)架[1]。

1.2 電源系統(tǒng)能耗

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，電源系統(tǒng)整體應(yīng)用水平逐漸無法匹配先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，主要是通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部供電方式不合理，還存在集中控制能力不足等問題。不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）設(shè)備和開關(guān)電源帶有一定諧波，在供電過程中對供電質(zhì)量帶來不利影響，導(dǎo)致供電損耗加大。大量的諧波會影響系統(tǒng)正常供電，導(dǎo)致UPS系統(tǒng)切換無效或系統(tǒng)保護(hù)裝置失效等問題，部分設(shè)備難以正常啟動[2]。

1.3 基站空調(diào)系統(tǒng)能耗

移動通信基站空調(diào)系統(tǒng)的能耗集中于空氣流通系統(tǒng)、空調(diào)制冷系統(tǒng)。當(dāng)前空調(diào)系統(tǒng)的能耗量在移動通信基站大約占45%，其中制冷系統(tǒng)能耗量接近33%，空氣流通系統(tǒng)能耗量接近12%。移動通信基站運(yùn)行過程中，空調(diào)系統(tǒng)中壓縮機(jī)的頻繁啟動會加速壓縮機(jī)自然老化，對壓縮機(jī)運(yùn)行效率造成不利影響，加大了壓縮機(jī)的能量損耗。為了讓通信設(shè)備處于安全運(yùn)行狀態(tài)，需要安裝空調(diào)控制基站內(nèi)部的溫度和濕度。隨著設(shè)備數(shù)量的增加，設(shè)備的發(fā)熱量與功率也在提升，空調(diào)的能耗也會加大，嚴(yán)重影響了移動通信基站節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。整體來看，通信機(jī)房的空調(diào)能耗和外部環(huán)境、內(nèi)部環(huán)境有關(guān)，其中熱源的增加會影響空調(diào)運(yùn)行時間，加大能耗。在制冷溫度一定的情況下，空調(diào)系統(tǒng)的能耗主要受到外部環(huán)境溫度的影響，針對機(jī)房環(huán)境溫度建立采集機(jī)制，進(jìn)一步分析找出對空調(diào)系統(tǒng)能耗造成影響的因素。通信機(jī)房中環(huán)境溫度主要指空氣溫度、內(nèi)部和外部的墻面溫度，需要根據(jù)通信機(jī)房的類型對環(huán)境溫度參數(shù)適當(dāng)調(diào)整[3]。

1.4 基站供電系統(tǒng)能耗

當(dāng)前供電系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分包括交流引入、蓄電池以及開關(guān)電源，其中運(yùn)行時間較長的部分為開關(guān)電源、蓄電池組，導(dǎo)致電網(wǎng)受到污染并出現(xiàn)波形失真，造成供電系統(tǒng)運(yùn)行能耗量加大，影響運(yùn)行效率。此外，在供電系統(tǒng)中開關(guān)電源使用閉合裝置導(dǎo)致蓄電池充電時間偏短，其運(yùn)行處于低負(fù)載狀態(tài)，并且能源消耗嚴(yán)重[4]。

2 制定移動通信基站綜合節(jié)能方案

2.1 基站設(shè)備節(jié)能方案

對于移動通信基站設(shè)備來講，節(jié)能主要考慮以下內(nèi)容。首先，對移動通信基站無線網(wǎng)絡(luò)科學(xué)規(guī)劃，減少基站數(shù)量，選擇容量大、能耗低的設(shè)備，降低擴(kuò)容成本；其次，充分發(fā)揮功放技術(shù)的價值，提升移動通信基站的功放效率；最后，選擇分布式建設(shè)模式，通過該處理可以減少設(shè)備饋線的損耗[5]。

移動通信基站設(shè)備系統(tǒng)主要應(yīng)用2種節(jié)能技術(shù)，分別是高效功放技術(shù)和分布式基站技術(shù)。高效功放技術(shù)又分為包絡(luò)跟蹤技術(shù)、包絡(luò)消除技術(shù)、Doherty技術(shù)，其中在設(shè)備節(jié)能中應(yīng)用最為廣泛的是Doherty技術(shù)。Doherty技術(shù)可以讓均值放大器和峰值放大器維持飽和狀態(tài)，提升移動通信基站的整體功放效率。Doherty技術(shù)相較于傳統(tǒng)的功放技術(shù)，能夠顯著提高功放效率，具有良好的應(yīng)用價值。分布式基站技術(shù)包括基帶單元和射頻單元，能夠顯著降低射頻饋線損耗量，運(yùn)行成本偏低。將基站附近的電源系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及傳輸系統(tǒng)設(shè)置于同一個機(jī)房，促使移動通信基站能夠集中供電，大大降低了后續(xù)維護(hù)難度[6]。

2.2 電源系統(tǒng)節(jié)能方案

在電源系統(tǒng)節(jié)能改造過程中，可以通過分散供電的方法實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。應(yīng)用分散供電方式時，部分動力機(jī)房需要確保交流供電具有可靠性，相較于集中供電方式能耗會大大下降。此外，在通信電源系統(tǒng)中應(yīng)用諧波治理技術(shù)可以避免諧波失真，改善了電網(wǎng)的負(fù)載特性，有效避免諧波干擾其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，節(jié)約電源設(shè)備的額定容量，提升設(shè)備使用效率[7]。

2.3 基站空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方案

在移動通信基站空調(diào)系統(tǒng)中，制冷系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)影響著能耗量，可以采用上回風(fēng)地板、下送風(fēng)氣流的控制方案。此外，變頻改造技術(shù)、新風(fēng)節(jié)能技術(shù)等方式都能顯著降低移動通信基站空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

變頻改造技術(shù)的應(yīng)用范圍廣，通過調(diào)節(jié)變頻器壓縮機(jī)的方法使得開啟頻率降低，能夠保證溫度得到正常調(diào)節(jié)，降低電機(jī)運(yùn)行的能耗量。

新風(fēng)節(jié)能技術(shù)主要是將室外空氣當(dāng)作冷源，通過空氣交換的方法將移動通信基站中的熱量排放到外界環(huán)境，達(dá)到降低室內(nèi)環(huán)境溫度的作用，緩解空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行壓力。自然通風(fēng)系統(tǒng)和熱交換新風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行原理存在差異，適用環(huán)境有所不同。其中自然通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境條件較為嚴(yán)格，需要確保室內(nèi)外溫差較大和空氣質(zhì)量較好[8]。

2.4 基站供電系統(tǒng)節(jié)能措施

供電系統(tǒng)可以為移動通信基站中的用電設(shè)備供電，為了降低基站能量損耗，可以應(yīng)用電源智能休眠技術(shù)，減少帶載損耗和空載損耗，在根本上達(dá)到節(jié)能降耗效果。此外，可以選擇風(fēng)能或太陽能代替原有能源[9]。當(dāng)前移動通信基站系統(tǒng)主要應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)為開關(guān)電源休眠技術(shù)，可以結(jié)合供電系統(tǒng)電流負(fù)荷調(diào)整整流模塊運(yùn)行。例如，借助軟開關(guān)技術(shù)可以自動調(diào)整整流模塊數(shù)量，由此減少空載損耗，使得供電系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。選擇節(jié)能方案過程中主要是考慮其安全性，將機(jī)房溫度維持在10～35 ℃，要求空氣質(zhì)量達(dá)到B級。應(yīng)用節(jié)能技術(shù)需要確保多樣性和可行性，結(jié)合基站建設(shè)具體情況選擇節(jié)能技術(shù)，由此發(fā)揮出其應(yīng)有的價值。此外，在制定節(jié)能措施的過程中也需要考慮經(jīng)濟(jì)性問題，同時充分考慮網(wǎng)絡(luò)發(fā)展水平與經(jīng)濟(jì)情況，由此保證項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益[10]。

3 結(jié) 論

為了提高移動通信基站的運(yùn)行效率并降低能耗，需要在移動通信基站建設(shè)過程中完善節(jié)能方案，通過采取合理的節(jié)能方案和節(jié)能技術(shù)，確保其實(shí)現(xiàn)綠色高效穩(wěn)定運(yùn)行，最終推動我國移動通信事業(yè)的良好發(fā)展。