通信電源系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)探究

馬衛(wèi)超，唐明濤，王雪麗

（運城職業(yè)技術(shù)大學，山西 運城 044000）

0 引 言

隨著信息時代的發(fā)展，通信系統(tǒng)承擔著信息輸送的重要任務。如今通信系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，且節(jié)能環(huán)保觀念逐漸普及，人們越來越重視通信系統(tǒng)的能耗問題。因此為了降低通信系統(tǒng)的能耗，需要重點探討分析電源體系的能耗特征及節(jié)能技術(shù)。

1 通信電源系統(tǒng)耗能的基本特征

1.1 電源系統(tǒng)耗能嚴重

通信機房的電源系統(tǒng)中具備負責轉(zhuǎn)化電能的專用裝置，轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)化效率低下就會造成發(fā)熱的現(xiàn)象，從而引起嚴重的能源消耗。近些年來，轉(zhuǎn)換裝置在通信電源系統(tǒng)中的應用極為廣泛，市場上的轉(zhuǎn)換設備型號也十分復雜，每個品牌或每個廠家所生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換設備的效率也各不相同，各種型號電源轉(zhuǎn)換裝置的電能轉(zhuǎn)換效率范圍為80%～95%[1]。如果通信機房建設中使用的轉(zhuǎn)換裝置性能不佳，轉(zhuǎn)化效率低下，那么在機房的運行中就會增加電源系統(tǒng)能耗，同時大量熱量的釋放還會增加通信機房中空調(diào)系統(tǒng)的運行壓力，進一步加劇能量消耗。

1.2 通信設施耗能嚴重

通信設施耗能較高，一般是由設施本身和電源轉(zhuǎn)換器間的兼容性不充足造成的。通信設施與電源轉(zhuǎn)換器間缺乏兼容性，一定程度上會使電路電阻提高，進而使得通信設施在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生額外的能耗。通信設施的關(guān)鍵耗能單位是信息轉(zhuǎn)換芯片，其耗能具有顯著的連鎖特征，比如當轉(zhuǎn)換芯片能耗已經(jīng)不再增多甚至屢屢下滑的情況下，相應的電源轉(zhuǎn)換配置、配電系統(tǒng)、變壓設施、空調(diào)體系以及UPS電源的能耗都隨之出現(xiàn)一定程度的減少[2]。

2 通信電源系統(tǒng)節(jié)能探究

通信電源系統(tǒng)的供電系統(tǒng)分為交流與直流兩種類型，涉及的電源設備有變壓器、柴油發(fā)電機組、高頻開關(guān)電源、直流配電設備以及一些UPS電源等。涉及的用電設備有照明與機房中的空調(diào)等。針對上述主要電源設備和相關(guān)用電設備的節(jié)能技術(shù)進行簡單的闡明。

2.1 變壓器的經(jīng)濟運行

變壓器的經(jīng)濟運行結(jié)合了優(yōu)化理論和專業(yè)性質(zhì)極強的計算方式，聯(lián)系變壓器的實際運行狀況，通過不斷地計算與檢測，查找出最高效的變壓器運行方式與發(fā)揮最好的組合方式，并且通過應用優(yōu)化負載，填補變壓器運行技術(shù)方案中的漏洞，使其發(fā)揮出最大的效用，不至于產(chǎn)生過多的電能損耗，迅速有效地提升電容側(cè)的功率因數(shù)[3]。這一技術(shù)的重點在于管理和智能，實際應用時應選擇能量損耗較低的變壓器，盡可能將變壓器的利用率控制在50%～70%。如果變壓器的安裝區(qū)域選擇不當，則會產(chǎn)生許多不必要的電壓損耗，因此需將變壓器安裝在負荷的中心地帶，且必須保障三相負荷處于完全平衡的狀態(tài)。根據(jù)負載變化規(guī)律，合理控制運行變壓器的數(shù)量，假設選擇并列運行，則需考慮后選擇最佳的組合以保證運行的經(jīng)濟性[4]。此外，變壓器負載側(cè)功率因數(shù)能夠有效地降低運行溫度，防止變壓器超負荷運作，通過不斷調(diào)整運行負載，促使變壓器實現(xiàn)經(jīng)濟有效的運行。

2.2 柴油發(fā)電機組的經(jīng)濟性運行

我國通信事業(yè)發(fā)展迅速，每個通信局站中通信電源柴油發(fā)電機組的整體容量也在不斷擴大，柴油發(fā)電機組的效率對于降低通信電源系統(tǒng)的能耗有著重要的意義。為了防止能源消耗過多，減少開支，在柴油發(fā)電機組的日常應用與保護中需要關(guān)注5個方面的問題。一是對于使用效率較高的柴油發(fā)電機組，在通信局站的建設中嚴格控制柴油發(fā)電機組的質(zhì)量，選擇性能優(yōu)良的產(chǎn)品。二是嚴格控制柴油發(fā)電機房的具體溫度。資料顯示機房溫度每向上提升10 ℃，排氣的溫度會隨之上升30 ℃，柴油發(fā)電機組的燃油消耗率便會擴大5%左右。因此為了降低能耗，需要將發(fā)電機房的具體溫度控制在合理區(qū)間范圍內(nèi)。三是選擇恰當?shù)臋C油和燃油。機油與燃油的品質(zhì)嚴重影響著柴油發(fā)電機組的運行，合適的機油和燃油可以有效降低發(fā)電機組的負荷。四是提升負載的功率因數(shù)。這能夠壓縮發(fā)電機的定子和轉(zhuǎn)子電流，進而減少損耗。五是維持三相負載相平衡的狀態(tài)。如果發(fā)電機組的三相負載狀態(tài)不平衡，將會影響到發(fā)電機組的運行效率，增加運行中的能量損耗，消耗更多的燃油。

2.3 高頻開關(guān)電源的節(jié)能

傳統(tǒng)通信機房大多使用的是效率低下的整流器，而新型通信機房中普遍應用的是效率更高的高頻開關(guān)電源，這種電源可以顯著提高效率，并且不會消耗大量的能源。當下，機房開關(guān)電源設備在平日的應用中依舊具備節(jié)省能源的潛在優(yōu)勢，詳細的方案包括3個方面。一是根據(jù)實際情況下的負荷，打開數(shù)量恰當?shù)恼髂K，讓每個模塊都保持最合適的負荷狀態(tài)，這樣不僅能節(jié)省資源，還能防止設備消耗過多。二是改變高頻開關(guān)電源整流模塊上的散熱風扇，使其能參照設備溫度來自主調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動速度，防止散熱風扇持續(xù)運轉(zhuǎn)耗費過多的能源。三是科學安排開關(guān)電源電池的充電時間段，在用電低谷時期均勻充電，這樣不但能夠節(jié)省電費，還不會對設備產(chǎn)生影響，節(jié)電效果極為突出。

2.4 UPS電源的節(jié)能

常規(guī)通信系統(tǒng)大都配備UPS電源，它能夠確保整個系統(tǒng)供電的平穩(wěn)性和持續(xù)性。將UPS電源系統(tǒng)和高壓直流供電系統(tǒng)進行對比后可以發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)整個運行過程中UPS電源普遍會和交流或直流二者的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一定的聯(lián)系，即UPS電源系統(tǒng)的運行效率不高，因此實際應用中需使用效率更高且質(zhì)量更優(yōu)的高壓直流供電方式，以減少通信電源系統(tǒng)的能耗。

3 機房精密空調(diào)的節(jié)能

隨著通信設備逐漸增多，通信機房交換程度逐漸加大，很多設備幾乎長時間以滿負荷的狀態(tài)運行。由于機房設備的安裝比較集中，因此會產(chǎn)生大量的熱量，為了保障設備的平穩(wěn)運行，通信機房中大都增添了專業(yè)的精密空調(diào)機組。這樣雖然保證了機房設備的穩(wěn)定運行，但是耗電量卻迅速增長，運營成本也隨之增加。在通信系統(tǒng)整體的電耗成本中，機房空調(diào)的電耗大概占據(jù)了總數(shù)的50%，因此分析探究機房精密空調(diào)的節(jié)能方式對于降低通信電源系統(tǒng)的能耗有著重要的意義。本文簡單地介紹幾種基礎(chǔ)節(jié)能方式。

3.1 應用空調(diào)變頻技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能

傳統(tǒng)機房專用空調(diào)通過壓縮機的開和停來改變室內(nèi)溫度，其供電頻率和壓縮機的轉(zhuǎn)動速度均無法調(diào)整，這種控制方式會使室內(nèi)的溫度變化過大，增加耗電量。而機房專用空調(diào)壓縮機變頻技術(shù)將變頻器作為改變供電頻率的有效工具，通過改變壓縮機的轉(zhuǎn)動速度來調(diào)整室內(nèi)溫度，這樣可以減少壓縮機經(jīng)常開或關(guān)而產(chǎn)生的能量損耗，降低空凋耗電量，延長空調(diào)的使用壽命。

3.2 使用自然冷源節(jié)能

利用自然冷源實現(xiàn)節(jié)能就是選擇外界的自然環(huán)境來釋放冷氣，現(xiàn)在已有的兩種系統(tǒng)是自然通風新風系統(tǒng)和熱交換新風系統(tǒng)。假設室內(nèi)的溫度比室外的溫度高且空氣濕度與潔凈度均符合標準，則可以利用通風帶走機房的熱量，降低機房內(nèi)部溫度。在冬季或者室外溫度較低時，使用自然冷源節(jié)能方式可以減少機房空調(diào)的使用，節(jié)約電能[5]。另外，在通信機房的運行中，一旦空調(diào)產(chǎn)生故障，空氣換熱器還可以當做應急的空調(diào)設備投入使用，契合通信機房設備對溫濕度的相關(guān)標準。

3.3 增加機房空調(diào)風道實現(xiàn)節(jié)能

在機房中增添空調(diào)通風風道，利用通風風道徹底導出空調(diào)外送的冷風，將其傳到機房遠處。空調(diào)風道可以將風傳到對溫度和濕度有著嚴格標準的設備內(nèi)部，滿足設備運行所需要的溫度條件。除此之外，增加通風風道后，風道內(nèi)部的風壓極大，送風距離增加，可以有效減少因為空調(diào)送風距離有限而導致某些地方局部溫度過高的問題，并且還可以設計非單一的出風口以集中對溫度超標部分送風。在安裝空調(diào)通風風道后可以將多臺空調(diào)并聯(lián)運營，非夏季時運營極少數(shù)空調(diào)便能滿足機房的溫度標準，防止空調(diào)運行時間過長，節(jié)省能源與電力。

3.4 添加一定的試劑作為輔助

空調(diào)維護保養(yǎng)的情況不僅關(guān)乎空調(diào)的運行時長，還和空調(diào)基本能耗密切相關(guān)，因此必須在一定時間內(nèi)及時清理過濾網(wǎng)，可以合理地添加相應的試劑作為輔助，確保空調(diào)能夠高效運轉(zhuǎn)，幫助空調(diào)取得理想的節(jié)能和節(jié)電效果，減少不必要的能耗。

3.5 雙循環(huán)節(jié)能空調(diào)設備

為了有效節(jié)省能源，通信機房可以引入雙循環(huán)節(jié)能空調(diào)設備。雙循環(huán)節(jié)能空調(diào)設備可以使制冷不再消耗過多的能源，且效果更加平穩(wěn)。通過分析某通信機房應用雙循環(huán)節(jié)能空調(diào)設備的效果來幫助清晰認識其優(yōu)勢。機房使用的節(jié)能空調(diào)型號是SDC2，其具有雙循環(huán)的特征[7]。通過72天的試運行統(tǒng)計結(jié)果可知，該空調(diào)制冷超過35 kW，混合制冷情況下比傳統(tǒng)空調(diào)節(jié)省大約35%的能源，比精密空調(diào)節(jié)省大約49%的能源，完全節(jié)能泵模式下比傳統(tǒng)空調(diào)節(jié)省大約45%的能源，比精密空調(diào)節(jié)省大約55%的能源，在節(jié)省能源方面有著顯著的優(yōu)勢。相關(guān)企業(yè)可以根據(jù)企業(yè)現(xiàn)狀及基本需求，在生產(chǎn)中合理使用雙循環(huán)節(jié)能空調(diào)設備。

3.6 蓄電池保溫及風扇智能調(diào)速技術(shù)

蓄電池保溫及風扇智能調(diào)速技術(shù)都能夠有效幫助通信電源系統(tǒng)節(jié)省不必要消耗的能源。風扇智能調(diào)速技術(shù)通過將溫度傳感器安裝在通信系統(tǒng)內(nèi)部，搜集運行環(huán)境內(nèi)部溫度的具體信息，根據(jù)溫度標準恰當?shù)馗淖冿L扇系統(tǒng)運行，調(diào)整風扇在供電過程中的電壓，調(diào)節(jié)風扇轉(zhuǎn)動的速度，減少系統(tǒng)耗能。蓄電池保溫技術(shù)擁有單獨的系統(tǒng)來調(diào)控溫度，可以迅速提升電源運行的溫度來有效減少通信機房的能耗。通常情況下，15～25 ℃是蓄電池運行的最佳溫度。

4 結(jié) 論

為了在通信電源系統(tǒng)應用中節(jié)省能源，需要從通信電源系統(tǒng)的設計和管理運維兩個方面入手。選擇效率更高的電源開關(guān)、前置端子蓄電池以及相關(guān)變壓器的分配負載等，改善系統(tǒng)布線的有關(guān)形式，結(jié)合并使用多種節(jié)能技術(shù)和節(jié)能設備來設計有效的空調(diào)節(jié)能方案，從而減少通信電源系統(tǒng)的消耗，提升通信機房的整體效益。