基站节能技术综合评估

周 红 樊耀东

【摘要】基于各项基站节能技术的综合试点情况,文章对载频智能关断、广覆盖、开关电源智能休眠、分布式和室外基站、提高环境温度、智能通风/智能换热、保温层设置和隔热等进行综合评估,分析了各技术的可行性、节能效益和经济效益,并提出了各技术的适用场景,为基站节能工作的推进提供了较为全面的参考。

【关键词】基站节能技术主设备空调建筑

基站能耗是移动运营能耗最主要的组成部分,如何降低基站能耗是中国移动、中国联通等电信运营商关注的重点。针对基站节能,电信设备商、节能服务商都推出了很多技术和方案,然而,不同节能技术在可行性、节能效益、经济效益和可持续性上存在很大的差异。同时,部分厂家为推广自身产品,往往夸大节能效果,忽略产品的负面作用。面对形形色色的技术和方案,如何挑选出适合本地区、本企业的技术和方案成为运营商非常关注的问题。为此,本文从主设备、空调、建筑三个方面出发,对现有主要的节能技术和方案进行综合评估,为基站节能工作的推进提供一个参考。

1 基站主设备节能

1.1 载频智能关断技术

载频智能关断技术可以根据实际话务量灵活智能地对载频进行关断,从而降低无线主设备能耗,达到节电的目的。目前,运营商现网的无线设备基本都不具备该功能,某些厂家的部分设备可通过系统升级实现。在城区潮汐效应明显的基站上应用该技术,单基站总能耗降低10%以上。单基站按照年消耗1.5万度电测算,应用该技术可节能1500度以上,折合电费约1350元(注:电价按0.9元/度测算,下同)。从试点情况看,载频智能关断技术适用于话务潮汐较为明显的CBD地区、车站、学校以及规模较大、人口较多的生活小区。建议新购设备具备该项功能,而对于在网设备,应选取合适的站点,尤其是信道利用率较低的基站进行升级。

1.2 广覆盖技术

该技术通过加大基站的发射功率、添加塔放等手段,扩展基站的覆盖范围,从而减少站点数量,达到节约资源和电能的目的。该技术应用简单、易于实施,适用于平原地区或具备相似地形地貌的地区及海域。该技术节地、节成本、节能,建议在有条件的区域的新建站中引入。

1.3 开关电源智能休眠

开关电源智能休眠技术可根据实际负载控制模块运行,在负载较低时,使多余模块处于休眠状态以降低能耗;同时使开关电源系统处于最佳效率状态,提高转换效率,降低转换中损失的能耗。现网部分电源设备已经具备该功能,某些厂家的老旧电源设备也可通过升级具备该功能。据测试,基站中电源能耗约占总能耗的8%。按照厂家数据,采用该技术后电源系统能耗降低约20%,即单基站总能耗降低约1.6%,年节电240度,折合电费216元。在升级费用不高的情况下,可以选择实际配置较高但负载较低的基站进行升级。

1.4 分布式和室外基站技术

“集中供电、拉远覆盖(RPU-RRU)”系统是利用现网机房内的原有电源系统,通过“综合传输线路”(电力与传输共杆路)将电源送至分布式基站的射频部分。RRU-RPU系统具有减配套、省土地、降能耗、易安装、便维护等优点,适用于边际站、隧道覆盖宏站、室内分布系统等。对比传统基站建设模式,该技术可以节省投资61%,降低能耗47%,减少土地占用86%。建议在新建站中广泛推广使用该技术。

2 基站空调节能

2.1 提高环境温度

根据厂家技术资料,除蓄电池外,基站内主要设备都能在28度环境下正常工作。目前,基站空调的温度设置一般在22～24度之间,将空调温度从24度提高到28度,基站的能耗可以降低5%左右。工作环境温度高于25度之后,蓄电池的性能将会受到一定影响,寿命也会缩短。如果将基站空调温度提升到28度,单基站可以节能750度,折合电费675元。而根据厂家资料,工作温度提升10度,蓄电池寿命会缩短一半,假设温度提升导致蓄电池寿命从6年缩短为4.5年,单基站蓄电池投资按照1.7万元计算,则蓄电池寿命缩短导致年使用成本增加945元。由此可见,提升基站温度可以节约空调能耗,但是每年会增加蓄电池的投入。

目前,有厂家推出对蓄电池进行单独温控的技术,确保蓄电池工作环境温度恒定为25度,该技术单基站需投资约1万元左右,投资回收期将超过13年,从经济效益上看,基本不可行。

2.2 智能通风/换热

智能通风通过将基站室外冷空气引入,把基站室内热气直接排出,从而实现基站自然降温、降低空调能耗的目的。同智能通风类似,智能换热是在室内外空气不直接接触的情况下进行热交换,可以避免室外空气进入室内,影响基站室内环境。一般情况下,智能换热设备的节能效果是智能通风设备的一半。而且不同气候条件下,智能通风设备可利用时长均不同,可利用时长越长,节能效果越明显。我国分五个气候区域,从智能通风的节能效果看,从高到底依次为温和地区、夏热冬冷、夏热冬暖、寒冷地区和严寒地区。在夏热冬冷区域,采用智能通风技术单基站能耗可以降低10%左右,年节能1500度,折合电费1350元。目前,智能通风单基站投资在6000元左右,年运维费用在800元左右,投资回收期在6年以上,经济效益一般。此外,智能通风技术引入了室外空气,因此要求外部空气洁净度高,机房周围有严重污染、沙尘频发的地方不适合选用,另外需要对基站机房墙体进行改造。建议在温和地区和夏热冬冷地区,对农村或山头基站进行智能通风改造。

2.3 空调添加剂

空调添加剂技术是通过对老化空调添加添加剂,提高空调的工作效率,达到降低空调能耗的目的。现有通信机房和基站机房中,存在大量的寿命超过3年的空调,对这部分空调添加添加剂,可以起到较好的节能效果。据试点,使用六年以上的空调添加添加剂后能耗降低约10%。单基站按照年消耗1.5万度电测算,空调能耗占35%,即为5250度。采用空调添加剂后单基站可以节能525度,折合电费473元。根据厂家报价,单基站应用空调添加剂的成本约2500元,投资回收期在5年左右。空调添加剂使用简便,节能效果明显,建议在寿命超过6年的普通空调中应用。

3 建筑节能

3.1 保温层设置优化

建筑保温层设置越好,室内外温度传导越慢。我国地域广大,南北之间的气候差异很大。在南方,建筑维护结构在夏天相当于一个发热设备,会增加空调能耗;在冬天则相当于致冷设备,可以减少空调消耗。而在北方,冬季室外气温过低,在基站机房中还需要对室内进行致热,因此,建筑维护结构在冬季作为致冷设备,会增加室内致热设备的能耗。由此可见,在南方,增加建筑物的保温性能,可以在夏季节能,但是在冬季却可能不节能。而在北方,增加建筑物的保温性能,无论是夏季还是冬季都可以起到明显的节能效果。因此,在北方广大地区,应该加强基站机房的建筑保温层设置,而在南方,设置多少保温层才最节能则需要进一步的研究。目前,部分厂家已经能够提供可拆卸的门窗保温设施,在南方,夏天应该安装保温设施,而在冬天应该拆卸掉,以利于散热。

3.2 隔热节能

保温层影响室内外温度的双向传导,而隔热则是通过降低太阳能辐射,单方向影响室外热量传导进室内。因此,在南方采取隔热措施可以有效避免室外热量进入室内,从而降低空调负荷;而在北方,通过隔热,在夏季可以降低空调负荷,在冬季则会增加室内致热设备的能耗。现有基站或通信机房基本上没有做隔热。根据试点情况看,采用隔热涂料,在南方,全年单基站的节能效果在3%左右,即节能450度。而单基站的隔热涂料的投资往往高达近万元,投资效益较差。而通过藤蔓覆盖,单基站仅需投资不到1000元,可以达到较好的投资效益。不过藤蔓覆盖会增加蚊虫进入室内的可能性,存在影响基站室内环境的风险。因此,建议在日照强烈的地区,选择市区便于维护的基站开展藤蔓覆盖试点。

综上所述,基站节能技术已经相当丰富,然而不同技术特点各异,应用场景也大不相同。在开展节能减排时,应针对各项技术的应用特点,综合考虑其节能效益和经济效益,逐步推进,从而达到更好的节能效果和经济效益。★

参考文献

[1]郭梯云,等. 移动通信(第四版)[M]. 西安: 西安电子科技大学出版社,2006.

[2]杨丰瑞,等. 通信网络规划[M]. 北京: 人民邮电出版社,2005.★

【作者简介】

周红:华信邮电咨询设计研究院副总工程师、高级工程师,主要从事移动通信规划、咨询和设计、节能减排等研究工作,曾在《移动通信》等杂志发表多篇文章。

樊耀东:华信邮电咨询设计研究院咨询事业部咨询顾问,主要研究方向:战略、市场、节能减排,曾在《人民邮电报》等发表节能减排等文章多篇。