通信基站綜合能源技術(shù)及應(yīng)用

0 引言

當(dāng)前，國家正在加快5G基站建設(shè)，在國家“碳達峰、碳中和”政策背景下，三大運營商均發(fā)布“雙碳”行動計劃，明確提出綠色低碳、能效提升、降本增效和“十四五”碳排放總量控制目標(biāo)。由于5G基站布局密數(shù)量多、單點功耗增加，通信基站能耗將持續(xù)高速增長，在基站建設(shè)和節(jié)能減碳等方面有如下挑戰(zhàn)

：

不管是選擇哪種培養(yǎng)模式或培養(yǎng)方案，都需要有強大的師資力量和實踐平臺，在新舊教學(xué)模式更替的大環(huán)境下，努力提升教師的理論和實踐水平，才能保證現(xiàn)代學(xué)徒制順利實施。

1）站址資源

在公路的建設(shè)方面，路政部門要修建和改善路面條件，力求路面筆直平整，如遇彎道，外側(cè)路面高于內(nèi)側(cè)路面可以使重力的一部分充當(dāng)了轉(zhuǎn)彎的向心力，從而緩解了只由摩擦力提供向心力的壓力；及時更換磨損的輪胎；購買配置了ABS、ESP等安全防護系統(tǒng)的車輛優(yōu)于普通車輛[11]。

5G建設(shè)需要大量的站址和桿塔資源。目前來看，采取共享共建、提高資源利用率是5G站址建設(shè)的原則，一方面利用存量站址進行改造，另外可利用電力公司桿塔和變電站等社會資源，實現(xiàn)資源共享。

1）蓄電池智能管理

5G基站單點功耗增加，引入的市電容量不足，導(dǎo)致存量電源改造、蓄電池容量配置都面臨極大的挑戰(zhàn)。

傳播的內(nèi)容上應(yīng)將廣西民族文化的精神、內(nèi)涵、性格等嵌入旅游合作的價值理念、實施策略及合作機制之中，以民族文化內(nèi)容建設(shè)為基礎(chǔ)，以交流互動為動力，以共同利益為最高原則，拓寬傳播的渠道。

3）基站能源運營費用

在“《拜月亭》《琵琶記》之爭”中，首先是嘉靖后期何良俊自發(fā)對明人以《琵琶記》為元人南戲最高成就的傳統(tǒng)觀念提出的挑戰(zhàn)，認為“《琵琶》專弄學(xué)問，其本色語少”[16](P11)，并云：

隨著5G加速發(fā)展及應(yīng)用場景需求，通信基站能耗已引起各方關(guān)注，5G耗電量預(yù)計將是4G的3～5倍

。目前包括華為、中興等企業(yè)研究大多是針對降低主設(shè)備功耗，傳統(tǒng)上采用硬件節(jié)能和軟件節(jié)能。硬件節(jié)能旨在降低基站的基礎(chǔ)功耗，軟件節(jié)能以業(yè)務(wù)運營為出發(fā)點，系統(tǒng)對硬件資源進行合理調(diào)配，從而使得基站主設(shè)備更高效運行

。自然冷源降溫的節(jié)能效果較好，近年來在國內(nèi)外得到了重點研究和示范推廣

。張英杰等

、陳龍泉等

、張方舟等

、耿海軍等

對通信行業(yè)的能耗進行分析和研究。本文首先對通信基站的能耗現(xiàn)狀、能源系統(tǒng)需求等問題進行分析；其次提出通信基站綜合能源技術(shù)方案；然后結(jié)合典型應(yīng)用案例，給出實施效果評估及能耗影響因素分析；最后對通信行業(yè)節(jié)能減排進行展望。

由于未來5G基站數(shù)量多、能耗高，勢必造成運營商后期運營費用的增加。因此，通信基站能耗已成為運營商面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

為了提升學(xué)前教育鋼琴即興伴奏的教學(xué)質(zhì)量，首先要對教學(xué)方式進行改進，從而保障學(xué)生能夠依照實際需求掌握即興伴奏技巧，從而將課程內(nèi)容和實踐結(jié)合起來，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，同時，教師要依照現(xiàn)有的教學(xué)資源來實施教學(xué)，例如多媒體教學(xué)、實踐教學(xué)等，從而在教學(xué)過程中促進師生之間的交流，保障鋼琴即興伴奏教學(xué)效果的提升。[2]

1 現(xiàn)狀及需求分析

1.1 能耗現(xiàn)狀

根據(jù)工信部統(tǒng)計數(shù)據(jù)

，截至2021年底，全國移動通信基站總數(shù)達996萬個，其中5G基站為142.5萬個，全年新建5G基站超65萬個，通信行業(yè)2021年電信業(yè)務(wù)總量達到1.7萬億元。據(jù)了解，通信基站耗電量占整個通信網(wǎng)絡(luò)的70%以上，可見通信機房和基站是通信行業(yè)節(jié)能減排的工作重點。通信基站能耗主要包括主設(shè)備耗電、空調(diào)用電、傳輸配套耗電與開關(guān)電源能耗四大部分。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和用戶規(guī)模的擴大，移動通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)增長與高能耗問題之間的矛盾將進一步加劇，如何有效降低通信基站能耗已成為當(dāng)下亟須解決的問題，節(jié)能減碳將成為通信行業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展面臨的需求。

1.2 需求分析

1）通信基站節(jié)能降耗的需求

隨著通信網(wǎng)絡(luò)及通信數(shù)據(jù)的增加，近年來基站的用電量增加趨勢明顯。由于5G時代基站越來越密集，基站流量倍增，基站功率大，能耗高，這將給運營商帶來成倍上升的電費支出。因此，隨著5G時代的到來，不斷增長的能耗費用給運營商的經(jīng)營帶來挑戰(zhàn)。

2）應(yīng)急電池供電和續(xù)航能力需求

通信基站現(xiàn)有電池質(zhì)量良莠不齊，基站電池使用環(huán)境惡劣，電池處于長期浮充工況，嚴(yán)重制約電池使用壽命。蓄電池使用標(biāo)準(zhǔn)年限為6年，多數(shù)電池使用2至3年后，供電能力就不能滿足續(xù)航要求。

3）基站電費分?jǐn)偳逦嬃康男枨?/p>

目前，通信基站的電費結(jié)算方式分為電費包干和電費透傳兩種，但都無法滿足各方的需求，更無法有效地雙向傳導(dǎo)節(jié)能減排的壓力。如何有效明晰基站運營各方在用電上的節(jié)能降耗，并準(zhǔn)確、合理地分?jǐn)傠娰M，是基站電費分?jǐn)偧毙杞鉀Q的問題。

2 綜合能源技術(shù)方案

4）分項計量技術(shù)

2.1 技術(shù)方案

通信基站綜合能源技術(shù)方案包括蓄電池智能管理、智能新風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)智能控制、分項計量和綜合能源管理平臺。通過實施空調(diào)與新風(fēng)智能控制、墻體新風(fēng)系統(tǒng)改造、蓄電池智能管理和智能電表分項計量等技術(shù)，將采集和控制的相關(guān)參數(shù)在基站綜合能源管理平臺進行集中控制，實現(xiàn)通信基站能耗計量、統(tǒng)計分析、蓄電池在線管理、智能新風(fēng)的監(jiān)控、異常報警處理等功能（見圖1）。

2.2 技術(shù)介紹

2）電力供應(yīng)（市電改造）

綜合能源管理平臺能夠監(jiān)控基站蓄電池各項參數(shù)、遠程充放電過程、智能新風(fēng)、空調(diào)聯(lián)動控制、分項計量數(shù)據(jù)、各類報警信息、應(yīng)急及故障處理、現(xiàn)場異常操作查詢，且能夠分析不同基站月度、年度的PUE數(shù)值，并可生成不同溫度下基站的PUE曲線（見圖4）。

式中W(pi,K)和W(pi,P)分別表示協(xié)同成員pi的知識掌握程度和協(xié)同成員pi與其他協(xié)同成員間的關(guān)聯(lián)關(guān)系強度。W(pi,K)和W(pi,P)可由下式得到：

蓄電池智能管理技術(shù)可實現(xiàn)對各分組電池進行在線核容及在線修復(fù)，取代傳統(tǒng)的離線發(fā)熱負載核容放電，減少維護過程中的電能損耗。可以根據(jù)環(huán)境溫度控制各分組電池進入充電或休眠狀態(tài)，減少浮充運行過程中的電能損耗，降低了普通鉛酸蓄電池對環(huán)境溫度的要求，使在較高溫度環(huán)境使用時的使用壽命延長。

按照我國不同氣候區(qū)域、基站負載容量、機房建筑物圍護結(jié)構(gòu)和運營商類別等條件開展基站能源系統(tǒng)的綜合試點應(yīng)用，并評估其實施效果。目前，已經(jīng)在浙江寧波、河北衡水、湖南長沙、湖北武漢和廣東肇慶等多地開展典型試點應(yīng)用。在進行試點基站選擇時充分考慮要具有典型性和代表性，試點基站覆蓋了不同的氣候區(qū)域、負載容量和機房圍護結(jié)構(gòu)類型。

畫家住在錢蔥河邊。秀容川如約去了，沒進家門，就聞到濃重的血腥氣，他暗叫不妙，沖進去，畫家倒在地上，咽喉有劍傷，血還汩汩往外冒。

智能新風(fēng)系統(tǒng)由進氣風(fēng)扇、過濾網(wǎng)和排風(fēng)口組成，與室內(nèi)外溫度采集數(shù)據(jù)進行聯(lián)動，根據(jù)室內(nèi)外的溫差情況啟動或停止主動通風(fēng)裝置。在進風(fēng)口增加自動過濾裝置，避免空氣中的微粒進入基站內(nèi)部，保障基站室內(nèi)潔凈要求。根據(jù)進風(fēng)兩側(cè)的空氣壓差，自動翻轉(zhuǎn)更換濾網(wǎng)，無需人工頻繁維護，避免傳統(tǒng)新風(fēng)系統(tǒng)過濾網(wǎng)更換不及時的問題。排氣口風(fēng)閥自動閉合設(shè)計，保證空調(diào)散熱時室內(nèi)的密封性。

智能新風(fēng)系統(tǒng)與原有空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)動交替工作，保證室內(nèi)溫度達到預(yù)設(shè)的溫度值。智能新風(fēng)系統(tǒng)在線實時監(jiān)測進風(fēng)溫度、風(fēng)量、過濾網(wǎng)臟堵、過濾棉使用情況等參數(shù)，保持室內(nèi)空氣進風(fēng)微粒小于5μm，充分利用室外新風(fēng)達到節(jié)能運行的目的（見圖3）。

3）空調(diào)智能控制

由于基站所處地區(qū)空氣質(zhì)量、氣候及基站設(shè)備發(fā)熱量較大等條件限制，絕大多數(shù)基站無法利用換熱設(shè)備在全年獲取足夠的冷量，智能新風(fēng)需與空調(diào)采取聯(lián)動工作模式。采用自主研制的空調(diào)智能控制裝置，能夠自適應(yīng)學(xué)習(xí)與再現(xiàn)各種品牌空調(diào)的指令，實現(xiàn)空調(diào)啟動與關(guān)閉的遠程自動控制，以達到節(jié)能降耗的目的。

智能新風(fēng)與空調(diào)聯(lián)動，必須符合基站設(shè)備對溫濕度要求

。空調(diào)聯(lián)動既要避免空調(diào)與智能新風(fēng)系統(tǒng)同時運行，同時在智能新風(fēng)系統(tǒng)不能正常工作時，空調(diào)能強制啟動并恢復(fù)至自動運行狀態(tài)。合理的控制邏輯和聯(lián)動策略能夠延長空調(diào)的使用壽命，并能保證空調(diào)的可靠性。空調(diào)控制策略與當(dāng)?shù)貧庀髼l件密切相關(guān)。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)

，移動通信基站的節(jié)能技術(shù)主要分為基站主設(shè)備、傳輸設(shè)備、空調(diào)與換熱系統(tǒng)、開關(guān)電源設(shè)備和可再生能源五大類。基于大量的基站調(diào)研和問題需求分析，本文針對通信基站能源系統(tǒng)中能耗占比最大的空調(diào)和換熱系統(tǒng)、蓄電池及能源管理監(jiān)控和計量等節(jié)能技術(shù)進行研究和分析。

為了對基站電費進行科學(xué)的分?jǐn)偅紫刃枰獙镜挠秒娊缑孢M行劃分。從目前基站負載構(gòu)成來看，基站的空調(diào)、照明等設(shè)備是運營商共用的，這部分電費需要由各運營商合理分?jǐn)偂６\營商通信主設(shè)備是直流供電設(shè)備，需要對各運營商的直流設(shè)備進行單獨計量。對基站采用交直流電量實時分項采集計量，實現(xiàn)交直流電量計量自動化和可視化，運營商電費計量結(jié)算清晰透明。

淑芬農(nóng)家樂的經(jīng)營者是當(dāng)?shù)仄胀ㄞr(nóng)戶，家庭人口多、人均收入較低，是該鄉(xiāng)的貧困家庭，主要勞動力只有2人，有4個老人需要贍養(yǎng)，子女還在上學(xué)，原本靠農(nóng)牧業(yè)收入無法滿足家庭支出。但近幾年通過發(fā)展小型旅游經(jīng)營實體提高了家庭收入水平。該家庭在2010年開辦農(nóng)家樂之前家庭總收入未達12 000元，人均年收入僅3 000元，農(nóng)家樂開辦后的2014年家庭總收入已增長至21 600元，人均年收入5 400元，增速快，旅游扶貧效果明顯。

5）綜合能源管理平臺

蓄電池智能管理系統(tǒng)通過將傳統(tǒng)基站直接串聯(lián)的24個2 V電池單體或4個12 V電池單體由整組串聯(lián)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)榉纸M并聯(lián)的模式。每一小組均通過自主研發(fā)的DC/DC模塊進行獨立的充放電管理，通過單體采集模塊進行單體數(shù)據(jù)采集。各DC/DC模塊的充放電電流、電壓、功率、放電算法等由集中控制器實現(xiàn)（見圖2）。

3 應(yīng)用案例介紹

3.1 基站選擇

2）智能新風(fēng)系統(tǒng)

以砂為骨料、石膏為主要的膠結(jié)材料，水泥為輔助膠結(jié)材料，1%硼砂溶液作為緩凝劑。按照一定的配比號 573 進行試驗，配比情況為膠結(jié)材料與砂的比為5∶1，水泥、石膏比為7∶3。在本試驗中，取骨料的質(zhì)量為1 700 g，按照相似材料配比方案計算，需要水泥 238 g，石膏 102 g，硼砂溶液 340 g。

3.2 節(jié)能效果

在通信基站運行中，基站能耗基準(zhǔn)受到基站類型、基站圍護結(jié)構(gòu)、所處地域氣象環(huán)境、空調(diào)配置及類型、日常維護狀況等多種因素影響，因此基站能耗無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

為了確定基站空調(diào)能耗基準(zhǔn)，目前試點采用單基站能耗自我對比方式進行動態(tài)確認能耗基準(zhǔn)。在每月選擇固定日期為系統(tǒng)下線日，作為能耗基準(zhǔn)，為了確保數(shù)據(jù)可靠性，選擇5、10、15、20、25、30日作為能耗基準(zhǔn)日，其它為新風(fēng)系統(tǒng)上線日，系統(tǒng)間隔上線，節(jié)能量直觀、可視化。同時，為了進一步確保節(jié)能效果的客觀性，結(jié)合地市天氣情況，選擇4月14日-22日數(shù)據(jù)進行匯總分析，圖5為湖南某機房基站綜合能源管理云平臺數(shù)據(jù)。

由圖5可分析出，該機房智能新風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉時，即15日、20日空調(diào)運行能耗分別為22.8 kWh、

3.3 能耗影響因素

26.6 kWh，而智能新風(fēng)系統(tǒng)開啟時，平均能耗降為5.66 kWh。經(jīng)計算，平均日節(jié)能量為19.04 kWh。綜上，在安裝智能新風(fēng)系統(tǒng)后，基站主要可以通過新風(fēng)系統(tǒng)給基站提供冷負荷，大幅度降低空調(diào)運行的同時降低空調(diào)能耗，表1為湖南試點基站節(jié)能效果匯總表，系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，節(jié)能率均在50%以上。

結(jié)合試點和工程案例實際情況，基站能耗的影響因素包括：

1）臨時停電影響蓄電池放電/充電時間，對基站能耗有影響。

進入系統(tǒng)主頁后點擊“活動報名”進入活動報名頁面，該頁面展示所有的活動，會顯示針對當(dāng)前用戶可以報名參加的活動列表，如果當(dāng)前時間不在活動時間范圍之內(nèi)，那么該活動就不會在列表中顯示，列表顯示活動主題、活動時間、活動說明和報名按鈕，點擊“報名”進行活動的報名，報名成功后會顯示已報名，如果你已經(jīng)報名，就不能進行再次報名，系統(tǒng)會提示用戶已經(jīng)報過名，請勿重復(fù)報名。

2）運維人員上站維護時干預(yù)系統(tǒng)運行，運維人員手動強制開啟空調(diào)，離站后未恢復(fù)自動運行模式，導(dǎo)致能耗增大。

3）設(shè)備故障，維修及設(shè)備采購周期長，如空調(diào)故障、整流模塊配置偏小等因素，影響系統(tǒng)運行效果。

在學(xué)術(shù)界，一般把擴散理論視為農(nóng)業(yè)推廣理論的理論基礎(chǔ)。擴散是創(chuàng)新經(jīng)過一段時間，經(jīng)由特定的渠道，在某一社會團體的成員中傳播的過程。這個概念包含了創(chuàng)新、傳播渠道、時間、社會系統(tǒng)四個要素。換言之，就是通過一定措施或手段的作用，將相關(guān)人員發(fā)明或發(fā)現(xiàn)的新事物、新觀念、新技術(shù)、新成果等，被其他人員所接受并應(yīng)用。

4）由于門鎖損壞、災(zāi)害等原因，引起被竊電、設(shè)備損壞、遺失情況對項目造成影響。

5）不同基站能耗相差較大，依據(jù)外墻圍護結(jié)構(gòu)、基站樓層位置、直流負載大小等不同基站的能耗不同。

4 結(jié)論與展望

結(jié)合上述對通信基站綜合能源技術(shù)的研究和應(yīng)用案例分析，本文提出的綜合能源技術(shù)解決方案可有效地降低通信基站的能耗，節(jié)能效果顯著。在國家“雙碳”目標(biāo)和5G加快建設(shè)背景下，有利于通信行業(yè)降本增效，實現(xiàn)更加綠色、低碳和可持續(xù)發(fā)展。

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