站點能效分級，提升全網能效

章異輝

（華為技術有限公司，廣東 深圳518129）

0 引 言

節能減排是通信運營商長期關注的主題。進入大數據時代，互聯網、虛擬運營商對運營商通信業務收入產生威脅，降本增效更為緊迫。中國三大運營商能耗收入比是歐洲平均值的三倍，降低能源成本，等同于直接提升業務收入和盈利。降低能耗，提升全網能源效率，是當前重要和緊迫的任務。

華為曾經提出通信網絡發電、配電、變換、負載、溫控、監控管理六環節能耗模型和設備級、站點級、網絡級三層次節能戰略。在設備層，將整流模塊、太陽能轉換模塊效率提升至98%以上；在站點層，推出一體化智能高效站點，最高可達95%以上，實現站點級高效；站點具備網元特性，使全網構建站點能源網絡成為可能，通過能源網管看護能效KPI，提升全網能源效率。三層次節能，是運營商打造精益型能源網絡的節能減排戰略。站點是能源網絡的網元，選擇高能效站點，是實現全網節能的關鍵；對站點進行能效分級，有利于運營商選擇部署能效最優的站點。

1 電源已經進入高效時代，電源效率正式分級

20世紀90年代，高頻開關電源全面替代相控電源，能源轉換效率大幅提升，電能轉換效率最高點達到90%以上，采用最高效率超過92%的整流模塊組成的開關電源系統，在當時被認為是高效通信電源。由于當時電源技術局限性，缺乏模塊休眠功能，模塊平均負載率低，開關電源實際效率僅為85%左右。

隨著科技進步和社會發展，高頻開關電源發展到第四代全數字電源。2008年以后，業內96%以上高效電源紛紛問世，由96%效率整流模塊組成的通信電源成為事實上的高效電源標準，而由92%效率的模塊組成的電源已經被業內稱為低效電源。相應地，94%效率稱為標效，98%效率稱為超高效。由于模塊休眠技術普遍應用，在大多數場景下，電源實際工作效率與最高效率基本接近。按照全網PUE為2.0測算，電源效率每提升2%，全網能耗降低1%。三大運營商年耗電400億度，在網電源平均效率88%左右，如果全部用98%超高效電源替代，一年節省用電20億度以上，高效電源價值顯而易見。

近兩年來，全球跨國運營商以采購高效電源為主，據華為公司對2013年電源發貨數據統計分析，高效模塊發貨量高達30萬片以上，約占總發貨量的60%。其它主流電源廠家發貨也以高效電源為主流，標志著電源已經進入高效時代。

能源效率是設備選型的重要參數，2013年通信電源標準已經對電源進行了能效分級，指導用戶選擇高能效產品，實現設備級高效。

2 電源高效不等于站點高效，站點高效比設備高效更有價值

基站能耗占通信網絡總能耗的75%，根據六環節能耗模型分析，現網負載（即主設備）是站點能耗的關鍵，約占一半，如果以主設備能耗為不變量，主設備能耗占比就是站點能源效率。通信電源能耗占比較小，如果現網電源實際效率僅86%，電源能耗也僅占站點能耗的8%。如果采用98%效率超高效電源改造老舊電源，電源自身能耗降低80%以上，而整站能耗僅降低7%。

傳統站點由于空調對整個機房制冷，溫控能耗占比高達40%或更多，是站點能效關鍵影響因素。對于普遍PUE為2.0的站點，實際站點能源效率僅50%。大幅降低溫控能耗，是提升站點能源效率的關鍵。室外站點普遍采用分艙溫控方式，主設備艙多采用熱交換方式散熱，電池艙采用直通風或空調，溫控能耗大幅降低。室外站點多采用緊湊的夾芯板機柜，顯熱和潛熱滲透都遠小于傳統室內站點，加之RRU等主設備外置，不需要溫控散熱，相較室內站點，室外站能源效率大幅提升，一般可達80%。傳統現場集成的室外站點，機柜、電源、電池、監控等由多個供應商分別提供，供應商只對設備能源效率負責，現場組合安裝導致不同站點存在不同的配置不足或過度冗余，不能精確匹配，設備之間只有簡單連接，不能協同工作，電源、溫控、監控等多個控制器自身也消費電能，能源浪費無法避免，站點能源效率沒有高效保障。

3 站點一體化趨勢，站點級高效產品問世

通過機柜、電源、溫控、主設備和電池等一體化熱仿真設計，優化風道和隔熱，根據主設備耐熱特性設計的新一代一體化站點，獲得最佳的能源效率是可以預想的。如華為推出的一體化智能高效站點，不但采用98%高效模塊最小化電能轉換能耗、采用高溫電池降低電池對溫控的需求，監控模塊直接兼采集器功能，允許通過主設備帶內通信，節省采集器、傳輸設備能耗，也避免了部署動環監控帶來的二次下站和監控維護下站能耗。一體化站點能源效率最高可達95%以上，站點PUE（Power Usage Effectiveness）小于1.06。新一代站點兼容各種能源輸入，如接入太陽能，SPUE將小于1，站點更綠色。

對于新一代一體化站點來說，站點就是網元，不需要單獨實施動環監控工程，網管是站點的基本屬性，站點作為一個整體進行遠程集中管理。站點能效是站點的重要參數，可以直接采集并上報，遠程可視、可優化和管理。對于用戶來說，無需再分別關注站點內的各種部件是否節能，不需要對電源、溫控、電池、機柜等能效進行采集和管理，是站點建設和全網能效管理的方向。

4 定義站點能效指標，牽引站點向更高效發展

站點能源效率SEE（Site Energy Efficiency）定義為站點輸入總能耗轉化為通信主設備（負載）能耗的比例。假定主設備能耗為EL，輸入電能EE，輸入太陽能ES（指太陽能電池板輸出的直流電能）、燃油所含能量EF，將能量單位統一到焦耳后可以計算：

隨著模塊整流效率不斷提高、溫控智能化、設備高溫化，SEE不斷向模塊最高轉換效率接近，數值越高，代表站點設計水平越高，能源損耗越少。以電能、光能為主的站點，站點能源效率很容易超過90%。采用油機的站點，由于燃油轉換效率低，整站能源效率很難超過30%。差市電場景下，油機參與發電時間長短不一，站點能源效率與停電時長相關，有較大變化，而采用支持快速充電的電混方案，通過合理配置電池或太陽能，站點效率同樣可以達到90%以上。因此，采用電能和光能的站點，站點能效應向整流模塊最高效率看齊；采用油機的站點，站點能效應向油機最高燃油能量轉換效率逼近。對于運營商來說，不但需要評價供應商站點設計水平，還需要評價站點是否綠色節能。PUE是評價數據中心能源是否節能的指標，同樣適用于通信站點。在沒有太陽能等可再生能源利用的情況下，站點PUE（簡稱為SPUE）是SEE的倒數。

當站點有太陽能應用時，SPUE可能小于1，例如，純太陽能站點的SPUE等于0。從SEE和SPUE的定義來看，SEE可用于評價供應商站點設計水平，是站點選型的依據，幫助提升全網能效；SPUE評價站點環保程度，雖不體現站點設計水平，卻是運營商站點節能減排重要指標，幫助實現全網節能。

5 站點能效分級，提升全網能源效率

為了幫助運營商實現站點級節能，有必要建立站點能效分級標準，方便運營商選擇更高能效等級的站點方案，不但能引導業內站點設計能效逐步提升，同時也能減少低效站點應用。由于SEE直接反映能量轉換效率，宜作為站點能效分級的依據。參照民用空調、冰箱能效分級，一體化站點能效建議分為五級，如圖1所示。

圖1 站點能效分級建議

由于站點環境有較大差別，不同溫度條件下，站點溫控系統消耗的能源有較大區別，SEE會有一定變化。對于不同設計的一體化站點，站點能效應可以被設計、測量和比較，需要嚴格定義站點能源效率SEE的測量方法，如制定高溫、常溫和低溫組合條件，按時間段測定輸入總能源和主設備能耗，如果涉及燃油等非電能量，統一到焦耳單位進行測算，如1 kg柴油含46MJ能量，1 kWh電能含3.6 MJ能量，如果柴油發電機油耗為250 g／kWh，燃油轉換效率為31.3%，長期使用柴油發電機供電的無市電站點，站點能效不超過該值。在站點存在停電的情況下，站點如能對油機進行調度，如優先電池放電，減少油機供電，能源效率可以大幅提升。

全球仍有數十萬個無市電站點，我國部分區域也規模存在。有市電場景下的高效站點，如果采用油機供電，若站點不能對油機進行能源調度，站點能效多為10%～15%；支持油機調度的混合供電站點，能源效率最高可大于30%。無市電區域油機供電能耗巨大，總能源成本是有市電站點的十倍，因而無市電場景下油機站點能效另行分級仍有重大意義。

站點能效分級標準牽引的方向是提升能源轉換效率，包括優先使用光能、提高光能轉換效率；最大化利用電能，減少油機運行時長；盡量少用或不用油機，在使用油機時最大化燃油轉換效率。選擇并部署更高SEE的站點，兼容太陽能和發電機輸入與調度，在投資允許的條件下優先使用可再生能源，降低站點PUE，提升全網能源效率（NEE，Network energy efficiency）。