通信接入机房“碳中和”之路

肖奇良

（广东南方电信规划咨询设计院有限公司，广东 汕头 515041）

0 引 言

2020年9月，第七十五届联合国大会一般性辩论上阐明，应对气候变化《巴黎协定》代表了全球绿色低碳转型的大方向，是保护地球家园需要采取的最低限度行动，各国必须迈出决定性步伐。同时宣布，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和[1]。

通信信息行业作为一个新兴朝阳行业，目前处于高速发展阶段，如何做到最终的碳中和，也值得行业进行深入的思考，共同探讨行业的“碳中和”发展之路。

其中无线基站是接入机房中最为重要的组成部分，也是未来发展最为迅速和具有代表性的接入机房类型。据统计，目前全国在用无线基站约650万个。今年5月17日，“2021世界电信和信息社会日大会”上工信部副部长刘烈宏介绍，截止2021年3月底，我国已累计建成5G基站超81.9万个，占全球70%以上。另据工信部发布《5G应用“扬帆”行动计划（2021—2023年）》征求意见稿，到2023年全国5G基站数量将达到252万个。

如何做好诸如众多无线基站的接入机房的碳中和，将会是引领通信行业的双碳工作的潮流。

1 通信接入机房现状

通信接入机房是通信企业直接面向客户的基础设施节点，早期主要体现在有线接入机房方面。随着无线通信技术的迅猛发展，目前接入机房更多的体现在无线接入机房的建设使用上。

1.1 电源系统

接入机房电源系统供电保证要求比较高，由交流电源系统和直流电源系统组成。交流电源系统主要由外电引入、交流配电屏（箱）、发电机等组成。当市电供电正常时，外电经供电线路输送到交流配电屏（箱），然后再分配到各用电负荷。当市电停电时，电源由应急发电机发电并通过供电线路输送到交流配电屏（箱），再分配到各用电负荷，实现各需保证供电负荷的正常用电[2]。

直流电源系统由直流电源设备、供电电源馈线及直流供电负荷组成。而直流电源设备由开关电源和蓄电池组组成。接入机房一般采用组合式开关电源设备供电。组合式开关电源设备是由交（直）流配电单元、高频开关整流器及蓄电池组组成。交流电源供电正常时，整流器对负荷供电，并对蓄电池组进行浮充充电。交流电源供电不正常时，整流器停止工作，由蓄电池组向负荷供电，从而实现对直流用电负荷的无瞬间中断供电[3]。

1.2 空调系统

为保障通信设备的可靠安全运行，机房需要控制在一定的温度和湿度范围内。为满足这一要求，在接入机房内配置相应的空调设备，空调配置容量主要满足设备散热和机房围护结构等热负荷。目前接入机房普通采用房间级空调设备，空调气流组织为先冷却环境、再冷却设备，制冷效率较低。

1.3 动力环境监控系统

为满足无人值守和远程监控的要求，机房大多配置了相应的动力环境监控系统，系统主要对现有的电源设备、空调设备、机房环境状态等通过现场采集设备进行实时运行数据采集，并通过监控单元将数据汇总后通过通信网络进行上传，从而接入共用监控平台。

1.4 能耗情况现状

以国内某通信企业为例，在2020年全年接近250亿kW·h用电中，基站用电占了39%，达到接近100亿kW·h，其中5G占比9%，非5G占91%。5G通信设备功耗的提升是同级4G基站的4倍左右，而同一覆盖范围下，5G基站的需求数量又是4G的3～4倍左右，不难看出，从发展的角度来看，5G基站很快将占据耗电核心地位。

2 存在的问题

针对目前通信运营企业接入机房的现状，在双碳政策制度大环境下，大量在用的接入机房特别是无线基站机房，若要做到“碳中和”，还面临着诸多的问题。

2.1 能耗将会几何级增加

5G系统各通道内由于面积限制，电路设计难度增强，插损加大，导致5G自动寻址单元（AAU）效率下降，能耗上升；5G系统全新的网络架构，采用智能多天线技术和有源天线单元结构，由传统的2～4无源天线阵子2发射4接收单元，变成192天线阵子64通道，容量增加的同时，基站用电量大幅增加。5G基站较4G基站在单个扇区功耗由原来的200 W提升到800 W。

随着5G基站的大量优化部署，其能耗将会大幅度提升，根据预测，运营企业在2021年的能耗增量中，5G是最大的主要增量因素，占能耗增量部分的51%。

2.2 动力系统容量无法满足需求

通信设备用电大幅度提升，现有高频开关电源、蓄电池组、外电引入、机房空调等需求容量也相应提高，很多机房无法满足设备扩容的需求。另外，大部分机房由于机房面积、机房承重等限制条件也无法对现有动力系统进行有效扩容[4]。

目前，部分机房通过缩短电池后备时间、提升机房温度等较为“暴力”方式来节省电力容量，采用牺牲系统可靠性的方式，这显然是采取“下下签”的应急应对方式。

2.3 运营成本高、监控智能化水平低

随着接入机房的优化覆盖，一方面单基站功耗增大，另一方面基站数量也增多，将使得通信企业电费支出、人员投入等运营成本逐渐增加。另外，目前部署的动力环境监控系统，主要还是处于数据收集阶段，还没有对采集到的数据进行深度挖掘分析应用，智能化水平相对较低。

3 接入机房“碳中和”方案

鉴于接入机房存在的能耗问题，传统的动力系统运营模式已经无法满足节能减排的要求，对于响应国家“双碳”政策，更是类似“火上浇油”，进一步加重了碳排放压力。为走好接入机房的“碳中和”之路，解决其存在的若干问题，无疑需要对接入机房的动力系统采取革新性建设理念。

3.1 因地制宜采用清洁能源

由于无线基站的特殊性，其大量建设在譬如屋顶、野外、山头等较为开阔的地带，该类型机房具备较为优越的太阳能、风能等清洁能源的建设条件，可以充分利用现场资源条件，因地制宜采取光伏发电、风力发电等清洁能源并结合储能系统解决机房用电[5]。

3.2 充分利用“免费”制冷

传统的空调系统普遍采用直膨式机械制冷方式，空调的耗电量占到机房总用电的40%左右。随着通信设备对环境适应能力的提升，采用切实有效的“免费”制冷技术（如氟泵技术、自清洁新风节能技术、直（间）接蒸发冷却技术等），充分利用自然冷源，将可以为机房用电进行有效减负。

3.3 针对性精确制冷

摒弃原有的房间级空调的“先冷却环境、再冷却设备”气流组织模式，采取精确送风方式，比如建设DC舱，采用一体化机柜等“先冷却设备、再冷却环境”的精确送风气流组织模式，可以大幅度降低空调系统用电功耗。

3.4 AI技术深度赋能节能减排

在采用清洁能源、“免费”制冷、精确制冷等技术的前提下，采用大数据AI技术更替现有智能化水平较低的动力环境监控系统，进行深度学习优化，充分利用AI来协调各系统之间的运行逻辑关系，可以使动力系统工作在最优最节能的工作模式下，充分挖掘各技术最优配合节能模式。

AI技术将会体现出明显的优势，运用AI技术进行深度赋能，一站一策制定AI节能策略并深度学习，从而打通网管业务与基础设施数字壁垒，引入AI算法，以业务反向影响动力系统运行，降低无效供电能耗。

3.5 推进主设备自主节能

前期介入环节，联合5G设备的供应商合作伙伴，在产品设计、研发、生产流程中降低设备功耗，比如推荐5G设备采用液冷散热模式，优化产品内部结构等。

设备采购环节，制定节能的工作模式及功耗指标参数并落实在设备采购中，采购可耐高温运行的设备。

运行及后评估环节，对主设备及节能设备实行生命周期内的能效闭环管理，进行设备全寿命周期能效后评估，节能效果评价作为后期设备采购的指导。

4 结 语

建立健全绿色低碳循环发展的经济体系为新时代高质量发展指明了方向，通信信息行业以5G、数据中心为抓手引领国家新基建的发展。一方面面临着减碳压力，应用新技术进行升级改造，另一方面可以发挥信息技术行业特性引导促进其他各行各业加速减碳步伐。正是由于信息技术在提高工作效率、改善生活质量、提升资源利用等方面体现了显著促进作用，故其所走的“碳中和”之路不单单只体现自己减排上，同时也体现在为其他各行各业的减排上。