通信基站“免空调”节能技术研究

曾秀全，洪舒平，朱小秋，吴水江，陈剑武

（中国移动福建公司泉州分公司，福建泉州 362000）

0 引言

为进一步贯彻落实国务院《节能减排“十二五”规划》以及《通信业“十二五”发展规划》，全面实现通信业十二五节能减排目标任务，推进移动运营商低成本高效率运营，某市公司依靠科技创新应用“绿色行动计划”于工作中，努力完成2013年单位节能500万元电费的目标，贯彻落实国家节能减排宏观战略。本课题研究是在确保通信设备运行质量的前提下，重点针对通信机房电源设备技术革新和优化管理，达到节能减排的目的，促进企业低成本、高效能运营，实现可持续发展。

1 现状分析

1.1 中国移动能耗现状

目前中国移动基站电能消耗在公司各类能源消耗中占比例极大，基站电能消耗成为公司能源消耗的主要部分，据统计，移动通信基站耗电占通信系统总耗电的76%。在基站耗电中:主设备耗电占比为75% ～85%，空调耗电占比为15% ～31.5%，其他配套(如照明、工程施工等)耗电为1% ～3%，具体能耗构成如图1［4］。从能耗构成来分析，如何有效降低基站空调能耗成为节能降本的关键。

图1 中国移动能耗现状分析——能耗构成

1.2 某市移动基站能耗现状

某市移动公司一直积极致力于节能减排，统计了基站用电负荷与电费，通过数据筛选分析基站负荷数据，得出负荷≥50 A的基站1588个，占26% ，如表1所示。

某市基站耗电量分析:经选取各能耗段共15个站点，通过基站智能电表远程抄表数据分析，发现基站空调1～7月份能耗平均占比为25.5%。通过2013年6月份全市基站开关电源直流负载测算出基站直流负载年耗电量为10538万度，推算2013年基站主设备年电费为8760万元(按0.8113元/度估算)。2013年全市基站电费总额为10288万元，据此推算基站主设备电费占比为8760/10288=85.15%，即空调电费占比约为15%。采取安全有效的方法减少空调运行时间降低空调能耗及运营成本迫在眉睫。

表1 某市基站用电负荷情况

2 “免空调”系统的研制

2.1 研制“免空调”的背景

(1)基站空调能耗在基站总能耗中占比高;

(2)基站负载越小空调能耗占比越大;

(3)某市地处亚热带，夏季空调基本处于24 h运行状态，空调故障率高，运营成本居高不下;

(4)通过更换低能耗高效率空调，降低空调自身能耗的节能效果差、成本高。

2.2 调查基站设备对温、湿度要求

基站设备对温、湿度的要求具体见表2所示。

表2 基站设备对温湿度要求

由表2的数据可以得知，中国移动公司目前基站设备长期工作温度要求最小范围为0℃ ～45℃。而根据福建省公司颁布的《中国移动福建公司通信电源空调维护管理规定实施细则》(2013版)中关于基站机房温度要求为10℃ ～35℃［2］，主要是考虑基站蓄电池在超过此规定范围温度运行，容量和寿命将大受影响，容易损坏。因此，如何隔离蓄电池与其他基站设备空调供冷界面成为研制“免空调”节能系统的关键所在。

2.3 “免空调”系统的工作原理

某市移动根据公司降低基站空调运行时间为目标，自行研发设计了“免空调”控制系统，该系统由蓄电池保温箱和微型小空调、新风风扇、智能控制系统组成，“免空调”基站模拟效果图如图2所示。其中新风风扇通过控制系统与基站空调进行联动控制，通过合理减少空调运行时间有效降低基站能耗。

图2 “免空调”基站效果图

图3为“免空调”系统电气控制原理图。

表3为“免空调”系统在不同温度段控制各个设备运行逻辑关系。

(1)当基站温度低于30℃时仅电池保温箱中的小空调工作，基站空调与新风风扇不工作;

(2)当基站温度大于30℃小于40℃时，电池保温箱中的小空调与新风扇工作，基站空调不工作;

图3 “免空调”系统电气控制原理图

表3 “免空调”系统控制设备运行逻辑关系

(3)当基站温度大于40℃时，电池保温箱中的小空调与基站空调工作，新风风扇不工作。保证基站空调运行时间尽量短，达到节能目的。

2.4 “免空调”系统的优越性

2.4.1 控制系统安全可靠

(1)控制系统可以实现自动与手动两种控制模式，手动模式可完全隔离“免空调”系统(即手动模式下，空调不受自动逻辑控制，仅由人工设定)，可操作性强;

(2)系统拥有三级温控，3#温控器保证手动模式下有效控制空调的运行温度，改变了以往基站空调温度可随意调节，导致机房凝露与能源浪费的情况，达到预防性维护;

(3)自动模式下，1#、2#温控器实现通风系统与空调的联动控制，通过节能系统的启闭逻辑关系，控制设备的启停，安全可靠。

2.4.2 基站节能空间深挖掘

(1)根据基站主设备与传输设备长期工作环境温度条件，将空调运行温度提升至40℃，同时给对环境要求高的基站蓄电池加装恒温箱保证基站电池性能，极限提升空调运行温度并保障基站安全;

(2)由于基站电池已采用恒温箱进行保护，通过联动控制空调在室温为40℃以上工作、通风系统在室温为30℃ ～40℃之间工作、室温为30℃以下通风与空调均不工作，系统分工有序、深度挖掘节能空间。

3 “免空调”系统节能技术的应用

某市移动网络部积极进行“免空调”系统理论与实践的研究探讨，于2013年9～12月在丰泽旧楼、广电酒店等移动通信基站进行节能试点测试。

3.1 “免空调”系统节能的实验数据

通过对丰泽局楼基站、广店酒店基站两个不同负载站点进行“免空调”系统应用，从2013年9月～12月，节能测试结果显示基站月平均节电率达12.53%，基站日均节电量 21.48 kWh，月均节电量约644.4 kWh，年节电量可达7732 kWh，年均节电率预计可达15% ～20%，节电率可观、推广价值较高。数据分析结果如表4所示。

表4 “免空调”系统实验数据

3.2 “免空调”系统的应用推广

基站空调能耗占比数据分析如图4所示。

图4 基站空调能耗占比数据曲线

从图4可见，负载小空调能耗占比高，反之负载高空调能耗占比小，但是空调相应耗电量大，因此各负载段均有推广价值，可应用范围广。

4 “免空调”系统效益

4.1 降本增效可观

根据YD/T1821-2008对通信基站的温度、相对湿度、洁净度标准的规定［6］，某市目前7000个基站中有4400个宏站，由于受基站周边环境条件如沿海盐雾、化工厂、石材加工厂、水泥厂、禽畜养殖场等场景的影响，预计有70%站点可进行推广应用。2013年宏基站实际总电费为11316万元，70%站点的总电费约为7921万元，推广“免空调”系统后，平均节电率以15%计，即年可节约电费1188万元，降本效果十分可观，有力地助力企业二次创业及可持续发展。

4.2 “免空调”投资回收期预估

在某市“免空调”节能系统的推广中，预计年可节约电费1188万元，投资回收期1.66年，分析详见表5。

表5 “免空调”投资回收期预估

业界投入产出回收期最佳值PP≤3.2年，本方案符合要求。

4.3 降低标煤排放，净化环境

以国家统计局每度电折0.404千克标准煤计算，年节约电费1188万元相当于节约1429万度电，相当于减排5773.5吨标准煤。

4.4 节约运营成本

空调运行时间减少可直接带来故障率降低，压缩机使用寿命延长，维护成本降低，维护工作量减少。

4.5 推广效益预期

该“免空调”系统充分利用通信基站各设备的耐热最大化，利用自然冷源，挖掘能源资源，结合运用智能电表技术精确计算节能率，适合在全国各通信运营商宏基站推广应用，按某市环境条件推算，全国符合普及该节能系统条件基站数约为675000个，年节电26亿元，减少标煤排放126.5万吨。

该节能技术可植入性强，能够履行企业节能减排的社会责任，节约企业大量电费支出，减少大量标煤排放，创造巨大经济效益和社会效益。

［1］YD5184.通信局(站)节能设计规范［S］.2009.

［2］中国移动福建公司通信电源空调维护管理规定实施细则［Z］.2013.

［3］通信中心机房环境条件要求［S］.YD/T1821，2008.