新一代智能通信電源助力運營商降低OPEX、加速碳中和

范俊寧

（中興通訊股份有限公司，廣東 深圳 518055）

1 5G時代加速到來

截止2020年底，中國移動共建設了3.9×105個5G基站，中國電信和中國聯通合建了3.8×105個5G基站，5G基站數達到7.7×105個。2021年7月5日，工信部、中央網信辦、國家發改委以及國家能源局等十部門印發《5G應用“揚帆”行動計劃（2021ü 2023年）》，到2023年每萬人擁有5G基站數超過18個。按照第七次人口普查數據，我國人口共1 411 78×109，按每萬人18個5G基站，到2023年底，我國5G基站數量將超過2.54×106個。按照國家的產業布局，5G正加速到來，將會給各行各業帶來深刻的影響[1,2]。

2 電信運營商5G建設、運營、碳排放面臨巨大挑戰

2.1 5G站點功耗增加

按照今年的集采規模，2021年四大運營商將新建5G基站7.2×105個，5G基站總數達到1.50×106個。到2023年底，5G基站總數將超過2.54×106個，2022年和2023年每年需新建約5.2×105個5G基站。

假設每個5G站點的平均功耗為2.5 kW，以中國電信為例，其2020年用電量為2.283 3×1010kW·h，CO2排放量為1.376×105t，凈利潤為2.085×1010元。2021年，中國電信和中國聯通聯合建設2.42×105個5G基站。假設其中60%由中國電信建設，則2021年中國電信將建設1.452×105個5G基站。

基站用電類別是一般工商業及其用電，電壓等級為不滿1 kV。以浙江為例，不分時段的電價為0.696 4元/（kW·h），中國電信2021ü2023年新建5G基站每年新增電費及與2020年凈利潤占比參見表1。

中國電信2020年營業收入增長率為4.74%，凈利潤增長率為1.62%，2021ü2023年由于新建5G基站一項，耗電年均增長超過12%，碳排放年均增幅超過20%，遠遠超過營收和利潤的增長率。從表1看，到2023年底，2021ü2023年新建5G基站增加的電費將占2020年凈利潤的28.90%。電信運營商將面臨巨大的OPEX、盈利和碳排放壓力[3-5]。

2.2 市電容量不足

由于5G站點功耗大幅增加，導致我國大約有20%站點的現有市電容量不滿足5G設備供電要求，對此需要進行擴容，但是擴容成本高且時間長。以某運營商為例，平均每個站點擴容市電成本約為30 000元，建設周期約需要6個月。

2.3 備電時間不足

由于增加5G設備，導致大約有37.8%的站點電池備電時間不足。若按傳統備電方式，需更換電池，重新部署新的電池，造成大量在網電池浪費，大幅增加電池成本。假設某基站目前2G、3G、4G總功耗約為3 000 W，按3 h備電，則需配置48 V/300 Ah電池。而增加5G設備后，負載總功耗為5 500 W，仍按3 h備電，則需配置48 V/600 A·h電池。按中國移動2020年鉛酸電池集采價格，48 V/600 A·h電池價格大約為10 000元。

2.4 電量計量不準

2.4.1 接線錯誤

塔商的直流電源具有按運營商配電分區及計量的功能，每個運營商的配電路數固定，但在實際接線中，經常出現接線錯誤。例如，在某個站點，A運營商負載較多，其配電已用完，但B運營商負載較少，還有不少剩余的配電，那么在A運營商擴容時，可能會將A運營商的負載接到B運營商的配電區，導致A運營商該負載的電量計量到B運營商中，致使電量計量不準，引起用電矛盾[6]。

2.4.2 上電不起租

由于所有運營商配電區的空開合閘即可取電，運營商增加負載時，在未向塔商申請就上站安裝設備，導致塔商僅能收到該設備的電費，而收不到租金，從而影響塔商的收益[7]。

2.4.3 無法遠程實現設備級精細化管理

目前，塔商的電源設備可由運營商實現對其一次下電配電區進行遠程上下電控制，但不能對具體設備進行上下電控制，不能實現設備級的精細化管理。若某個運營商的某個設備退出服務，則需上站處理，導致上站成本高。

2.4.4 不支持節能下電

5G設備功耗大，目前主要還是手機上網業務和通話業務，增值業務較少。2G、3G設備使用率呈逐年下降的趨勢，在話務閑時（23:00ü7:00），所有設備均處于工作狀態，雖然比忙時耗電少，但還是會消耗大量電能，不利于節能減排[8-10]。

3 中興通訊5G供電解決方案

中興通訊最新開發的新一代智能電源能很好地解決運營商在5G建設時遇到的各種挑戰，該產品具有下述顯著優勢。一是直流配電采用中興通訊創新的全智能化空開，具有分路計量、分路授權以及分路控制等特點。二是采用模塊化設計，滿足前接線和前維護的要求，可在線擴展直流配電單元和功率模塊安裝單元。三是支持疊光，可根據站點的情況安裝太陽能功率模塊，實現無碳供電。四是具有智能削峰功能，解決站點市電容量不足的難題。五是具有智能錯峰、定時通斷控制以及差異化備電等功能，降低OPEX，提高運營商收益。六是具有遠程授權、遠程控制與用電稽核等功能，解決塔商與運營商用電矛盾。

3.1 節能減排解決方案

中興通訊新一代智能電源可通過智能疊光、錯峰用電以及定時通斷等功能，助力運營商節能減排。

3.1.1 智能疊光

中興通訊新一代智能電源的功率模塊安裝槽位，可兼容安裝整流模塊和太陽能光伏模塊，實現智能疊光，降低OPEX，減少CO2排放。對于日照條件好的站點，可選配光伏模塊。假設某站點配置1個50 A（3 000 W）的光伏模塊及相應的太陽能組件，平均每天發電4 h，則每天可發電12 kW·h，全年可發電4 380 kW·h。光伏峰值發電時間段為10:00ü14:00，按浙江的電費，則每年可減少電費2 802.76元，減少CO2排放 4.37 t。

3.1.2 智能錯峰

中興通訊新一代智能電源具有智能錯峰功能，降低電費支出，提高電力系統供電可靠性及效率。可設置多個電價尖峰、高峰以及低谷時段，選擇每個時段的供電模式，如在尖峰及高峰時段不使用市電，由電池放電給負載供電，在低谷時段給負載供電，同時給電池充電。該功能可降低電網尖峰及高峰時的用電負荷，增加低谷時的用電負荷，使電網運行更平穩，可減少發、供電設備的建設投資，提高供電效率。

假設某站點只有4G和5G設備，在尖峰和高峰時段不使用市電，由電池給負載供電，低谷時段由市電供電，同時給負載供電和給電池充電，電池充放電效率為92%。按照中國移動的定義，7:00ü23:00為話務忙時，23:00ü7:00為話務閑時。話務忙時假設4G設備業務負荷為100%，5G設備為30%，話務閑時4G設備為30%，5G設備為空載。無錯峰功能時，每天電費為56.41元。有錯峰功能時，其中尖峰和高峰時段由電池放電時，已考慮電池的充放電效率，每天電費為32.89元。與無錯峰功能相比，每個站點每天可節省23.53元，每年可節省電費8 587.53元。

3.1.3 定時通斷功能

可根據業務情況，在話務閑時關閉相關設備以降低電費。例如，目前5G業務較少時，在話務閑時（23:00ü7:00）關閉5G基站，每天可節省電能7.59 kW·h，節省電費2.87元，全年可節省電能2 771.72 kW·h，節省電費1 048.82元，減少CO2排放2.76 t。

3.2 市電容量不足解決方案

中興通訊新一代智能電源可通過智能削峰和智能疊光等功能，解決站點市電容量不足的問題。

3.2.1 智能削峰

站點新增5G負載后，大約有20%的站點存在市電容量不足的問題。中興通訊新一代智能電源的智能削峰功能可設置市電容量限值，當負載功耗超過該閾值時，由電池補充放電滿足負載用電需求，當負載功耗低于該閾值時，對電池充電。智能削峰示意如圖1所示。

圖1 智能削峰示意圖

3.2.2 智能疊光

當市電容量不足且站點日照條件較好時，可選配太陽能光伏功率模塊，解決市電容量不足的問題。整流器和太陽能功率模塊實現混插，太陽能功率模塊的MPPT跟蹤精度達到99.5%以上。

3.3 電池備電容量不足解決方案

由于增加了5G設備，大約37.8%的站點電池備電不足，按照傳統方法需更換新電池，這樣會導致還可使用的電池浪費，增加運營商投資。為解決該問題，中興通訊開發了智能鋰電SmartLi。

該智能鋰電內部自帶BMS，采用特殊設計的DC/DC電路，結合軟件控制技術，支持SmartLi與鉛酸電池、常規鋰電以及智能鋰電的直接并聯使用。當站點現有電池備電容量不足時，可利用原有電池，增加SmartLi，直接與舊電池并聯使用，讓電池使用價值最大化。

4 結 論

目前，各運營商均在加速5G網絡建設。由于5G設備功耗大幅增加，運營商的電費大幅上升，遠大于電信運營商營收及利潤增幅，使得運營商面臨巨大的盈利壓力。同時，由于耗電大幅增加，導致CO2排放大幅增加，運營商也面臨巨大的碳排放壓力。

基于對運營商需求的深刻理解，中興通訊開發了新一代智能通信電源，可有效解決運營商在建設5G網絡時遇到的各種能源方面的問題，助力運營商降低OPEX、加速碳中和。