基站节能资料

huihuishou2020

        摘 要：通信基站节能是通信企业节能减排的重要前沿阵地。对于通信基站的能耗而言，其主要由主设备耗电和空调耗电组成，文章首先对这些通信基站的主要能耗进行了分析，随后结合工作实践对通信基站节能的技术措施进行了简要探讨。
        关键词：通信基站；机房节能；移动通信
        通信基站节能是通信企业节能减排的重要前沿阵地。对于通信基站的能耗而言，其主要由主设备耗电和空调耗电组成，长期的跟踪监测表明，这两项耗电之和大约占到了基站耗电总量的95%以上，主设备耗电与空调耗电比约为6∶5，可见这两项耗电量都非常大，存在着非常大的节能空间。通信基站的节能工作应从主设备、空调、电源、新能源等各方面着手，争取最大限度地降低通信基站的能耗，达到节能减排和绿色机房建设的目的。通信基站节能技术要注重可靠性、可行性、有效性和合理性，既要保障通信系统的安全运行，又要兼顾节能与环保，充分挖掘节能减排的潜力，促进通信企业又快又狠地发展。
        1 通信基站主要能耗分析
        当前，通信企业在基站机房建设上投入了大量资金，但对节能减排节点的把握和投入并不能真正发挥其作用和优势，现有的高能耗、低效率问题依然是困扰通信企业快步发展的重要羁绊。
        1.1 主设备的能耗
        基站无线主设备的用电主要是根据在网的设备个数以及其功耗所决定的。另外，业务信道载频的负荷变化也可能会导致基站系统的能耗出现比较大的波动。如果在基站布点的过程中存在不合理的地方，就会导致无线设备个数出现不合理的增加。在规划移动通信基站的过程中，由于人为以及环境等因素，往往会导致移动通信基站的选址不合理，进而会对基站的布局造成一定的影响。为了能够让覆盖率提高，需要增加移动通信基站的建设数量，这样网络设备的数量也会增加，从而导致设备的总体能耗加大[1]。众所周知，射频部分是无线设备能耗最多的部分，而功放部分则是射频部分中能耗最多的部分。所以，基站主设备的能耗主要是由功放效率来决定的，但是在传统基站中，功放效率往往比较低。而且，移动通信基站的输出功率在通过馈线送到天线的过程中也会造成能耗。此外，多数承载业务的板卡模块还不能智能识别业务忙闲时段，空载和低效运行的状况普遍存在，这些都是节能减排需要关注的重点因素。
        1.2 空调的能耗
        经过对基站能耗长期的跟踪监测表明，在移动通信基站的总能耗中，空调能耗占了大约一半，而在空调能耗中有大约2/3是由空调制冷系统造成的。其中，能耗则是由空调的送风系统和回风系统造成的。可见基站总体能耗的降低，必须充分降低基站空调能耗。如何实现空调能耗降低，是基站节能需要首要解决的问题。基站通信设备发热量较高，空调压缩机需要长时间工作才能维持良好的机房温度，这也是基站空调高能耗的关键原因所在。在空调制冷的过程中，因为要对压缩机进行频繁的开启从而来实现调节房间温度的目的，所以就会造成压缩机的磨损，在磨损的过程中就会降低工作效率。而且，空调的使用过程，循环管道中的油膜组织会不断增加，降低空调的制冷效率的情况极易发生。另外，机房的气流组织形式也会给空调的制冷效率造成影响[2]。
        1.3 供电系统的能耗
        虽然在通信基站的总体能耗中，供电系统的能耗比重不大，但是通信基站的供电系统却是电能的输送通道和引入端。供电系统因为和用电设备相级联，在能耗之间也就会存在级联效应，所以在移动通信基站的节能过程中供电系统也是非常重要的部分。基站本身电源设备的功率较大，能耗也大，在分散的基站布局环境下，维护和保养成本都会较高。
        2 通信基站实现节能减排的技术措施
        2.1 通信基站主设备节能技术
        2.1.1 优化基站分布方式
        通信基站具有数量众多、站址分散的特点，在基站建设网络规划中，要充分考虑业务需求、覆盖效果，提高基站覆盖效率，扩大基站覆盖半径，在不影响业务和通话质量的基础上减少站点数量，不但从节能减耗上减少投入，还在基站建设维护上节约很多成本。其中，拉远技术即采用分布式基站[3]。分布式基站其主要是将基带单元（Building Base band Unit，BBU）和射频拉远模块（Radio Remote Unit，RRU）分离的技术，中间通过光纤连接，提升了RRU部分，避免了射频馈线导致的损耗，BBU可以设计在已有的通信基站做信源，与已有的通信基站共享配套电源、空调等设备，可以节约大量的能耗，拉远单元可以采用自然散热技术，能够节省温控能耗，占地面积小，安装快捷。分布式基站以灵活的安装方式和容量特性、良好的覆盖特性适用于各种应用场景，如室内覆盖、农村覆盖、主要干道覆盖等。因其较低的工程要求和灵活的安装方式达到较好的覆盖效果，成为通信基站建设的首选。
        2.1.2 采用智能关断技术
        在基站主设备节能中，要注重推广时隙、载频等智能关断技术。基站主设备的耗电无疑是基站耗电的重要部分，而基站主设备耗电与业务量、载波数成正比，智能关断技术分为智能载频关断和智能时隙关断，主要通过App实现，是根据基站业务量的变化进行调节，在业务空闲时将设备定为休眠状态，在业务高峰时则自动切换正常模式，从而达到设备节能的目的。智能载频关断是通过小区业务量大幅降低时关闭部分载频来实现；智能时隙关断是美国运输统计局（Bureau of Transportation Statistics，BTS）根据当前时隙是否存在话务控制关断该时隙功率放大器来实现。跟踪监测表明，载频智能关断能实现大约10%的能耗降低，而时隙智能关断则可实现20%以上的能耗降低，节能减排效果较好[4]。
        2.2 通信基站配套电源节能技术
        2.2.1 谐波整治
        通信电源系统工作过程中，电力系统、输配电系统、用电设备均可能产生谐波，容易产生电网波形失真，降低电网负荷。谐波的存在增加了电源组件的发热与损耗，增加了供电风险，必须着力改善供电质量，降低电网谐波，提高功率因数，从而达到节能降耗的目的。
        2.2.2 开关电源休眠技术
        基站电源的电源容量取决于蓄电池的参数与用电设备的负荷。对于基站而言，凌晨时段业务量下降幅度较大，电源模块使用率降低，可在此业务空闲时段使用休眠模式，在保证通信系统安全的前提下，通过软关断以及自动开启的设置，用休眠技术控制整流模块数量，最大限度地降低电源模块的空载损失，节约能耗。
        2.2.3 蓄电池恒温技术
        通信基站的蓄电池对环境要求较高，高温低温都会使得蓄电池容量下降，降低蓄电池的使用寿命，可在基站中推行蓄电池恒温装置，控制蓄电池的温度处于最佳状态，提高蓄电池使用寿命。
        2.3 空调系统节能技术
        空调系统是保障通信设备正常运行的关键，然而空调的能耗是巨大的，在基站能耗中空调所占的比重非常大，空调的节能已成为基站机房节能减排的重点。
        2.3.1 变频节能技术
        普通空调压缩机空载状况较多，能耗较大，而变频空调则可以通过改变频率来调整压缩机功率，使压缩机处于稳定的工况中，避免了压机频繁启停的功耗，同时变频器软启动技术从零开始，不会超出额定电流的范围，降低了对电网的冲击。另外，滤波电容的存在有助于提高功率因素、降低功耗。此外，变频技术噪声较低，不仅能够延长空调使用寿命，还有利于创造良好的绿色机房环境。
        2.3.2 空调远程监控节能技术
        当前，通信基站数量在不断增多，且站点分散，有不少基站处在偏远地区。可靠的空调系统是保障基站设备正常运行的关键。目前多数基站无人值守，远程监控就显得尤为重要。通过空调远程监控，利用采集设备将空调运行状态和参数传输给监控终端，通过远程控制实现机房空调的环境控制、温湿度控制，能够更好地实现节能减排的目标。
        2.3.3 新风节能技术
        由于设备的长期发热使得基站内的温度远高于外界环境的温度，为保障基站稳定的温度、湿度条件，基站空调长期处于高负荷运转，能耗较大。新风节能系统将室外的空气作为冷源，当室外温度低于室内温度一定程度时，通过相应技术将冷源引入机房内，把机房的热量带走。新风节能系统通过智能控制技术实现与空调的切换，减少了空调的使用时间，从而实现节能减耗。新风节能系统目前主要有两种方式：（1）直接引入室外的低温空气，机房环境易受外界的影响。（2）采用隔离热交换方式，这种室内空气的洁净度更高。
        3 基站节能减排新的发展趋势
        当前，太阳能、风能等作为绿色无污染的清洁能源，取之不尽、用之不竭、可靠性高、维护成本低，在通信基站采用而无需引入外电源，可降低能源损耗。太阳能基站可作为无法远距离拉电站点的补充方案，风光互补基站在风力资源丰富的地区可以减少连续阴雨天对系统可靠性的影响。利用绿色能源可以使太阳能上房、风机上搭安装，减少约15%的土建费用，同时采用绿色能源，可以减少巨量的柴油燃料损耗，新能源的广泛使用势必为基站机房节能减排带来新的契机。