浅谈通信机房中电源节能技术的实践应用

中国移动通信集团福建有限公司 蔡传庆

1 目前通信机房的能耗状况和存在问题

1.1 通信机房能耗状况分析

要降低通信机房的能耗，首先需要降低的就是电耗。通信行业虽然是低能耗行业，并不属于高能耗产业，但是随着目前通信规模的扩大，也就造成了对电能的大量消耗。机房的电能消耗是整个通信机房的组成部分中最大的，主要的电能消耗原因有空调用电、照明用电和监控用电，其中空调用电又是机房用电中所占比例最大的部分。而通信设备的电能消耗主要集中在两个方面包括主要设备与配套供电设备。通信设备的配套供电设备一般指的是对于通信设备进行供电的设备与电池，对电能的消耗较少，通信设备的电能消耗主要集中在主要设备之上。因此在我国目前的通信机房中，主要产生电能消耗的部分就是空调设备和主要的通信设备，这两部分的电能消耗能够占总消耗电量的九成。因此，要实现通信机房的电量节能，就需要在主要的通信设备和空调供电方面应用电源节能技术[1]。两种供电架构供电拓扑对比如图1所示。

图1 两种供电架构供电拓扑对比

1.2 移动通讯机房用电中存在的问题

目前我国的通信机房中仍旧存在很多落后的电能消耗高的通信设备，因为老旧的通信设备无法满足现在的通信需求，因此在运行过程中会加剧对电能的消耗，造成不必要的电能消耗。并且在过去的通信设备的运行过程中，容易因为长期运行出现机体温度过热的情况。这种情况的出现就会导致通信效率受到不良影响。因此在通信机房中配备制冷剂和空调设备是必需。但是空调系统也是整个通信机房电能消耗最大的部分，运行过程中无法对机房内温度进行检测，并作出智能化反应，就会造成电能的过度消耗与浪费。因此，为了实现通信行业的发展，就要求通信行业必须减少通信机房的电能消耗，对通信设备和空调系统两个部分造成的电能消耗过大、电能浪费的情况进行处理和解决，通过在通信机房实际运行过程中的电源节能技术的应用，满足国家通信行业绿色发展的要求，实现减少电能消耗，减少对电能资源的浪费[2]。

2 240V 直流供电技术

2.1 技术介绍

目前我国的通信机房中使用的UPS 供电系统的应用不断增加，这也就导致在供电系统的运行过程中的安全隐患也不断增多。通信机房的主要设备的内部电源，在通常情况下是一个安全、可靠的独立模块，这个模块的核心部分是直流电变换电路。与传统的供电系统相比，240V 直流供电系统具有多种优势，不仅能够提高直流电在系统中的转换效率，从而实现对电能消耗的减少，并且还具备安全可靠、可以进行维护、运行效率提高等多方面的优势。240V 直流供电系统与传统的48V 供电系统的结构类似，主要构成部分是多个并联的冗余整流器和蓄电池构成。在通常情况下，整流器的作用是将市电的交流电转变为240V 的直流电，然后将这些直流电传输给通信设备，实现通信设备的运行，同时多余的电流还要给蓄电池进行充电，保障市电停止时，能够通过蓄电池实现对通信设备的持续供电，保障通信系统的持续运行。

2.2 节能减排效果及效益

第一，240V 直流供电系统的电源转换效率远远高于传统的UPS 供电系统，能够减少电源转换过程中的消耗，有效地节省了电能消耗。目前我国的通信机房中的UPS 体统普遍采用了逆变器，并且由于这些逆变器的逆变频率为50Hz，因此在使用过程中还需要使用工频变压器，因为多了一个环节，就导致了功率和效率都比较低。通常情况下，一般的UPS 单机的运行效率大概在65%左右。在目前的UPS 系统的运行中，为了提高用电的安全性和可靠性，UPS 系统都配置了 N ＋X（N 代表负载所需的最少的 UPS 数，X 代表冗余的 UPS 数）并机等冗余模式，这些模式的增加，进一步导致了UPS 系统的运行效率降低，在通常情况下会由65%降到45%左右。而与之不同的240V 直流供电系统的效率就明显高了很多，无论是在半载的情况下还是在满载的情况下，其效率都能够达到95%以上。

第二，240V 直流供电系统相比传统的UPS 系统总体投资数额要更低。根据240V 直流供电系统在某地的电信式的实际使用运行数据来看，容量相同、后备时间相同的240V 直流供电系统的总体投资数额能比传统的UPS 供电系统的总投资数额低一成左右。

第三，240V 直流供电系统相比于传统的UPS 供电系统能够更加节约电能，根据实际的数据统计可以得出，平均节能在20%-35%。根据某地的实际试点应用情况来看，如果以50kW 的负荷为标准，UPS 主机的转换效率以70%进行估算，通信机房内空调的电能消耗按供电系统传输电流的40%进行估算，在50kW负荷之下，整个UPS 供电系统的电能消耗总计在102.04kW。但是在使用240V 直流供电模式时，以转换效率95%，其余条件不便进行计算，可以得出在使用这种供电模式的情况下的电能消耗为73.68kW，能够明显地看出240V 直流供电系统的能耗更小[3]。

3 蓄电池恒温柜加基站升温技术

3.1 技术介绍

通信机房的蓄电池对环境的敏感度高，并且自身的发热量较小，这也就导致蓄电池对室内温度、对空调系统的要求，远高于通信机房内其他的设备。如果在通信机房以蓄电池的高要求为标准对整个通信机房进行温度控制，实际上并不是必要的，反而会造成严重的电能消耗和电能浪费。因此可以采用将通信机房内的蓄电池与其他设备进行隔离，单独对蓄电池使用空调，就可以在保障通信机房运转顺利的同时，减少电能的消耗。目前蓄电池恒温柜加基站升温技术相对而言较为简单，设置难度也不高，还能够和其他技术一同使用，达到更好的技能效果。

3.2 节能减排效果及效益

现以某地的通信机房为试验场所，进行蓄电池恒温柜加基站升温技术的节能减排效果试验。该通信机房的主设备为华为BTS，并配备了两组蓄电池，每组蓄电池的容量都是400Ah，试验为期一年，因此在这一年里有夏季的3个月制冷期和冬季6个月的制热期。在加装蓄电池恒温柜之后对中央空调系统进行停用[4]。下面是安装蓄电池恒温柜以及其运行的成本的计算。

本次试验中因有两组蓄电池，因此安装了两套恒温柜，前期的一次性投入为：

14000×2=28000（元）

整个试验为期一年，当地平均电价为0.9元/kWh，蓄电池恒温柜全年无休，平均耗电量为3kWh/d，试验中共有两个恒温柜，这一年为365d，进行计算：

0.9×3×2×365=1971（元）

综上可得，安装蓄电池恒温柜运行一年的成本为：

28000+1971=29971（元）

如果不使用蓄电池恒温柜技术，而是采用传统的空调设备来维持通信机房的温度，以每年6个月的制热期和3个月的制冷期来进行计算。当地的平均电价为0.9kWh，加热器主要采用的是4kW 的加热器，根据加热器的平均运行功率，加热器的平均耗电为96kWh/d，6个月的制冷期以180d 进行计算，由上可得：

0.9×96×180=15552（元）

三个月的制热期情况为：平均电费0.9kW/h，空调的平均耗电量主要为10kWh/d，三个月的制热期按照90d 来进行计算：

0.9×10×90=810（元）

通信机房的空调设备购买加安装的成本价大概也在20000元，因此使用传统的空调设备进行通信机房温度控制的，在一年以内的成本价为：

20000+15552+810=36362（元）

综上所述，可以直观地看出29971元＜36362元，即使用蓄电池恒温柜技术的成本明显低于空调控温技术，值得推广。

4 太阳能光伏发电技术

4.1 技术介绍

太阳能光伏发电机是一种近年来被深入研究，广泛应用的新型节能技术，主要运作原理是利用不同导电类型的半导体材料产生伏特效应。当晴天时，阳光充足，光能被太能板接收，并且通过太阳能板实现从光能向电能的转变，为通信机房提供电能，并且还能为蓄电池进行充电；当天气不好比如阴雨天时，光照不足，光能缺乏的时候，就是由蓄电池进行供电。此外当通信机房的供电系统接入市电，或者是额外配置了油机的时候，就可以利用其进行系统供电，并为蓄电池进行充电。每块太阳能电池组件都是一个发电单元，通过连接上下负载就可以实现光能向电能的转变，太阳能光伏发电系统的组成如图2所示。

图2 太阳能光伏发电系统的组成

太阳能发电系统包括太阳能板阵列、蓄电池、控制器和逆变器等组件，由其运行原理就可以看出，太阳能光伏发电系统比较适合在干旱少雨、日照充足的地区使用，受天气和气候的影响较为严重。就目前我国的实际光伏发电使用情况而言，已作为独立稳定的红点系统存在，需要和其他的供电系统组合使用。目前为了提高光伏发电效率，在使用过程中会采用以下几种手段。

一是利用功率追踪技术对工作点进行预估，进而寻找到最为合适的地点。二是使用自动切换和补偿技术。通过这种方式，能够在阳光充足的时候使用光伏发电，在阳光不足的时候使用其他的供电方式，保障通信机房的长期持续运营。三是安装太阳能追踪采集系统，通过以太阳能板追踪太阳进行转向的方式，实现太阳能的最大化利用，能够更好地通过光伏进行发电，维持通信机房的平稳运行。

4.2 节能减排效果及效益

太阳能是一种清洁、可再生的能源，是在能源问题日益严峻的今天的一种可以深入研究并加以利用的能源。太阳能光伏发电技术通过对太阳能的接收，并且将其转化为电能，并提供给通信机房，维持通信机房的平稳运行，在这一过程中能源消耗小、造成的污染小，具有其他供电方式所没有的绿色、可持续的特点，能够减少能源的消耗，提升通信机房的经济效益。

5 结语

通信行业规模不断扩大，通信机房的能源消耗也不断增加，因此需要进行技术的转型升级，实现减少能源消耗与浪费，助推通信机房的发展与进步。