基站節(jié)能技術(shù)綜合評(píng)估

周 紅 樊耀東

【摘要】基于各項(xiàng)基站節(jié)能技術(shù)的綜合試點(diǎn)情況,文章對載頻智能關(guān)斷、廣覆蓋、開關(guān)電源智能休眠、分布式和室外基站、提高環(huán)境溫度、智能通風(fēng)/智能換熱、保溫層設(shè)置和隔熱等進(jìn)行綜合評(píng)估,分析了各技術(shù)的可行性、節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益,并提出了各技術(shù)的適用場景,為基站節(jié)能工作的推進(jìn)提供了較為全面的參考。

【關(guān)鍵詞】基站節(jié)能技術(shù)主設(shè)備空調(diào)建筑

基站能耗是移動(dòng)運(yùn)營能耗最主要的組成部分,如何降低基站能耗是中國移動(dòng)、中國聯(lián)通等電信運(yùn)營商關(guān)注的重點(diǎn)。針對基站節(jié)能,電信設(shè)備商、節(jié)能服務(wù)商都推出了很多技術(shù)和方案,然而,不同節(jié)能技術(shù)在可行性、節(jié)能效益、經(jīng)濟(jì)效益和可持續(xù)性上存在很大的差異。同時(shí),部分廠家為推廣自身產(chǎn)品,往往夸大節(jié)能效果,忽略產(chǎn)品的負(fù)面作用。面對形形色色的技術(shù)和方案,如何挑選出適合本地區(qū)、本企業(yè)的技術(shù)和方案成為運(yùn)營商非常關(guān)注的問題。為此,本文從主設(shè)備、空調(diào)、建筑三個(gè)方面出發(fā),對現(xiàn)有主要的節(jié)能技術(shù)和方案進(jìn)行綜合評(píng)估,為基站節(jié)能工作的推進(jìn)提供一個(gè)參考。

1 基站主設(shè)備節(jié)能

1.1 載頻智能關(guān)斷技術(shù)

載頻智能關(guān)斷技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際話務(wù)量靈活智能地對載頻進(jìn)行關(guān)斷,從而降低無線主設(shè)備能耗,達(dá)到節(jié)電的目的。目前,運(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)的無線設(shè)備基本都不具備該功能,某些廠家的部分設(shè)備可通過系統(tǒng)升級(jí)實(shí)現(xiàn)。在城區(qū)潮汐效應(yīng)明顯的基站上應(yīng)用該技術(shù),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(yīng)用該技術(shù)可節(jié)能1500度以上,折合電費(fèi)約1350元(注:電價(jià)按0.9元/度測算,下同)。從試點(diǎn)情況看,載頻智能關(guān)斷技術(shù)適用于話務(wù)潮汐較為明顯的CBD地區(qū)、車站、學(xué)校以及規(guī)模較大、人口較多的生活小區(qū)。建議新購設(shè)備具備該項(xiàng)功能,而對于在網(wǎng)設(shè)備,應(yīng)選取合適的站點(diǎn),尤其是信道利用率較低的基站進(jìn)行升級(jí)。

1.2 廣覆蓋技術(shù)

該技術(shù)通過加大基站的發(fā)射功率、添加塔放等手段,擴(kuò)展基站的覆蓋范圍,從而減少站點(diǎn)數(shù)量,達(dá)到節(jié)約資源和電能的目的。該技術(shù)應(yīng)用簡單、易于實(shí)施,適用于平原地區(qū)或具備相似地形地貌的地區(qū)及海域。該技術(shù)節(jié)地、節(jié)成本、節(jié)能,建議在有條件的區(qū)域的新建站中引入。

1.3 開關(guān)電源智能休眠

開關(guān)電源智能休眠技術(shù)可根據(jù)實(shí)際負(fù)載控制模塊運(yùn)行,在負(fù)載較低時(shí),使多余模塊處于休眠狀態(tài)以降低能耗;同時(shí)使開關(guān)電源系統(tǒng)處于最佳效率狀態(tài),提高轉(zhuǎn)換效率,降低轉(zhuǎn)換中損失的能耗。現(xiàn)網(wǎng)部分電源設(shè)備已經(jīng)具備該功能,某些廠家的老舊電源設(shè)備也可通過升級(jí)具備該功能。據(jù)測試,基站中電源能耗約占總能耗的8%。按照廠家數(shù)據(jù),采用該技術(shù)后電源系統(tǒng)能耗降低約20%,即單基站總能耗降低約1.6%,年節(jié)電240度,折合電費(fèi)216元。在升級(jí)費(fèi)用不高的情況下,可以選擇實(shí)際配置較高但負(fù)載較低的基站進(jìn)行升級(jí)。

1.4 分布式和室外基站技術(shù)

“集中供電、拉遠(yuǎn)覆蓋(RPU-RRU)”系統(tǒng)是利用現(xiàn)網(wǎng)機(jī)房內(nèi)的原有電源系統(tǒng),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(tǒng)具有減配套、省土地、降能耗、易安裝、便維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),適用于邊際站、隧道覆蓋宏站、室內(nèi)分布系統(tǒng)等。對比傳統(tǒng)基站建設(shè)模式,該技術(shù)可以節(jié)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(shù)。

2 基站空調(diào)節(jié)能

2.1 提高環(huán)境溫度

根據(jù)廠家技術(shù)資料,除蓄電池外,基站內(nèi)主要設(shè)備都能在28度環(huán)境下正常工作。目前,基站空調(diào)的溫度設(shè)置一般在22～24度之間,將空調(diào)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(huán)境溫度高于25度之后,蓄電池的性能將會(huì)受到一定影響,壽命也會(huì)縮短。如果將基站空調(diào)溫度提升到28度,單基站可以節(jié)能750度,折合電費(fèi)675元。而根據(jù)廠家資料,工作溫度提升10度,蓄電池壽命會(huì)縮短一半,假設(shè)溫度提升導(dǎo)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(jì)算,則蓄電池壽命縮短導(dǎo)致年使用成本增加945元。由此可見,提升基站溫度可以節(jié)約空調(diào)能耗,但是每年會(huì)增加蓄電池的投入。

目前,有廠家推出對蓄電池進(jìn)行單獨(dú)溫控的技術(shù),確保蓄電池工作環(huán)境溫度恒定為25度,該技術(shù)單基站需投資約1萬元左右,投資回收期將超過13年,從經(jīng)濟(jì)效益上看,基本不可行。

2.2 智能通風(fēng)/換熱

智能通風(fēng)通過將基站室外冷空氣引入,把基站室內(nèi)熱氣直接排出,從而實(shí)現(xiàn)基站自然降溫、降低空調(diào)能耗的目的。同智能通風(fēng)類似,智能換熱是在室內(nèi)外空氣不直接接觸的情況下進(jìn)行熱交換,可以避免室外空氣進(jìn)入室內(nèi),影響基站室內(nèi)環(huán)境。一般情況下,智能換熱設(shè)備的節(jié)能效果是智能通風(fēng)設(shè)備的一半。而且不同氣候條件下,智能通風(fēng)設(shè)備可利用時(shí)長均不同,可利用時(shí)長越長,節(jié)能效果越明顯。我國分五個(gè)氣候區(qū)域,從智能通風(fēng)的節(jié)能效果看,從高到底依次為溫和地區(qū)、夏熱冬冷、夏熱冬暖、寒冷地區(qū)和嚴(yán)寒地區(qū)。在夏熱冬冷區(qū)域,采用智能通風(fēng)技術(shù)單基站能耗可以降低10%左右,年節(jié)能1500度,折合電費(fèi)1350元。目前,智能通風(fēng)單基站投資在6000元左右,年運(yùn)維費(fèi)用在800元左右,投資回收期在6年以上,經(jīng)濟(jì)效益一般。此外,智能通風(fēng)技術(shù)引入了室外空氣,因此要求外部空氣潔凈度高,機(jī)房周圍有嚴(yán)重污染、沙塵頻發(fā)的地方不適合選用,另外需要對基站機(jī)房墻體進(jìn)行改造。建議在溫和地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū),對農(nóng)村或山頭基站進(jìn)行智能通風(fēng)改造。

2.3 空調(diào)添加劑

空調(diào)添加劑技術(shù)是通過對老化空調(diào)添加添加劑,提高空調(diào)的工作效率,達(dá)到降低空調(diào)能耗的目的。現(xiàn)有通信機(jī)房和基站機(jī)房中,存在大量的壽命超過3年的空調(diào),對這部分空調(diào)添加添加劑,可以起到較好的節(jié)能效果。據(jù)試點(diǎn),使用六年以上的空調(diào)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(diào)能耗占35%,即為5250度。采用空調(diào)添加劑后單基站可以節(jié)能525度,折合電費(fèi)473元。根據(jù)廠家報(bào)價(jià),單基站應(yīng)用空調(diào)添加劑的成本約2500元,投資回收期在5年左右。空調(diào)添加劑使用簡便,節(jié)能效果明顯,建議在壽命超過6年的普通空調(diào)中應(yīng)用。

3 建筑節(jié)能

3.1 保溫層設(shè)置優(yōu)化

建筑保溫層設(shè)置越好,室內(nèi)外溫度傳導(dǎo)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(hù)結(jié)構(gòu)在夏天相當(dāng)于一個(gè)發(fā)熱設(shè)備,會(huì)增加空調(diào)能耗;在冬天則相當(dāng)于致冷設(shè)備,可以減少空調(diào)消耗。而在北方,冬季室外氣溫過低,在基站機(jī)房中還需要對室內(nèi)進(jìn)行致熱,因此,建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)在冬季作為致冷設(shè)備,會(huì)增加室內(nèi)致熱設(shè)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(jié)能,但是在冬季卻可能不節(jié)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(jié)能效果。因此,在北方廣大地區(qū),應(yīng)該加強(qiáng)基站機(jī)房的建筑保溫層設(shè)置,而在南方,設(shè)置多少保溫層才最節(jié)能則需要進(jìn)一步的研究。目前,部分廠家已經(jīng)能夠提供可拆卸的門窗保溫設(shè)施,在南方,夏天應(yīng)該安裝保溫設(shè)施,而在冬天應(yīng)該拆卸掉,以利于散熱。

3.2 隔熱節(jié)能

保溫層影響室內(nèi)外溫度的雙向傳導(dǎo),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(dǎo)進(jìn)室內(nèi)。因此,在南方采取隔熱措施可以有效避免室外熱量進(jìn)入室內(nèi),從而降低空調(diào)負(fù)荷;而在北方,通過隔熱,在夏季可以降低空調(diào)負(fù)荷,在冬季則會(huì)增加室內(nèi)致熱設(shè)備的能耗。現(xiàn)有基站或通信機(jī)房基本上沒有做隔熱。根據(jù)試點(diǎn)情況看,采用隔熱涂料,在南方,全年單基站的節(jié)能效果在3%左右,即節(jié)能450度。而單基站的隔熱涂料的投資往往高達(dá)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(dá)到較好的投資效益。不過藤蔓覆蓋會(huì)增加蚊蟲進(jìn)入室內(nèi)的可能性,存在影響基站室內(nèi)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。因此,建議在日照強(qiáng)烈的地區(qū),選擇市區(qū)便于維護(hù)的基站開展藤蔓覆蓋試點(diǎn)。

綜上所述,基站節(jié)能技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)豐富,然而不同技術(shù)特點(diǎn)各異,應(yīng)用場景也大不相同。在開展節(jié)能減排時(shí),應(yīng)針對各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn),綜合考慮其節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益,逐步推進(jìn),從而達(dá)到更好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。★

參考文獻(xiàn)

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

[2]楊豐瑞,等. 通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)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(shè)計(jì)研究院副總工程師、高級(jí)工程師,主要從事移動(dòng)通信規(guī)劃、咨詢和設(shè)計(jì)、節(jié)能減排等研究工作,曾在《移動(dòng)通信》等雜志發(fā)表多篇文章。

樊耀東:華信郵電咨詢設(shè)計(jì)研究院咨詢事業(yè)部咨詢顧問,主要研究方向:戰(zhàn)略、市場、節(jié)能減排,曾在《人民郵電報(bào)》等發(fā)表節(jié)能減排等文章多篇。