通信基站节能减排的方式探讨.doc

通信基站节能减排的方式探讨摘要：通信运营企业作为高耗能企业，开展节能减排工作是贯彻落实国家方针政策的重要措施，本文从基站主设备、基站配套、新能源等三个方面着手，探讨了目前通信基站节能减排主要方式，努力推进通信业的节能减排工作。关键词：基站 节能减排 能耗 智能1. 前言据统计，2011年，整个通信行业年耗电量已经超过200亿千瓦时，其中移动通信网络耗电量占绝大部分，基站设备的能源消耗占到了90%，因此基站节能是移动通信网络节能的关键。近几年，各电信运营企业、设备制造企业、投入了不少力量积极推进节能减排工作，也在通信基站节能减排方面做了许多尝试，取得了一些成效，但通信基站节能减排是一项系统工程，单纯依靠某一类企业去推进是难以实现最大化节能目标的，需要电信运营商、制造商、监管部门等统一协调，从系统的角度出发，综合在通信基站主设备、空调、电源、新能源等各方面着手，才能最大幅度降低通信基站能耗，为通信业节能减排目标的实现奠定基础。本文着重对新一代移动网络基站节能技术进行分析，为移动基站节能工作提供建议和参考。2. 基站节能的基本原则1 系统可靠性。开展节能降耗技术改造工作不能以牺牲系统运行的安全性和违反规范要求为代价，否则，带来的损失很可能会远远大于收益。因此，节能降耗工作应以充分、深入的研究为前提，以细致、全面的方案为指导，以保证系统的安全运行为根本，以节能降耗、提高效率为最终目标。2 方案可行性。节能降耗技术改造方案要结合基站的实际系统构成、运行情况和气候条件等因素进行科学、缜密的分析，要尊重客观事物规律，切不可将方法措施绝对化、片面化、机械化。节能的实施方案应全面、有效、有侧重、可实施性强，应以实现低成本、高收益、多节能的效果为最高目标。3 技术有效性。开源与节流相辅相成。所谓开源，就是寻求常规能源的替代品，如太阳能、风能等可再生能源；节流是节能降耗，提高能源利用效率。理论上讲，节流是有限的，开源是无限的。业界当前大多以节流为主，随着可再能源利用的成熟，最终实现常规能源向可再生能源利用的平稳、安全过度。4 经济合理性。节能应兼顾经济效益增长，切勿矫枉过正。用先进节能的产品更新替换老旧、高能耗设备固然合理，但在很大程度上受限于企业资本力量和网络发展能力，孰优孰劣不置可否。实施前期要作好试点工作，关注节能方案的投资回收期。5 效果可测性。节能技术使用后是否达到预期目标、效率如何，都必须有一套健全、可行、有效的评测机制。定性分析相对容易，定量评估则有些难度。3. 基站主设备节能 根据统计，传统基站单站年耗电量高达1.5万度左右，因此，如何降低基站运营能耗，成为运营商越来越迫切的问题。目前相关厂家在基站设备的节能减排方面做了很多卓有成效的工作，包括从硬件和软件方面都采取了多种节能措施。目前主要包括以下一些技术：分布式基站的应用、智能关断技术等。3.1. 分布式基站的应用 随着通信技术的不断发展，基站产品越来越丰富，而且各有特色。从整体发展来看，分布式基站无疑代表了基站的基本走向。分布式基站具有低成本、环境适应性强、工程建设方便的优势，尤其是在3G移动网络中，分布式基站得到了非常广泛的应用。目前，3种3G制式TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000都有分布式基站产品，而且很多厂商加大对3G分布式基站研发投入的同时，也不断推出2G分布式基站产品，因此分布式基站的应用会越来越广泛。 分布式基站的基本结构和传统一体化基站有很大不同，如下图1、图2所示，它将基站的基带部分BBU和射频部分RRU分离，BBU 实现控制管理、基带处理、IUB 接口等功能，RRU 则集成功放、收发信机、双工器等射频功能，二者之间通过光纤连接。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，成为运营商基站建设的首选。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、CBD/密集城区等。 近几年，在分布式基站的基础上，运营商又在试点一些新的基站模式。例如中国移动大力推广的C-RAN架构。中国移动研究院陈奎林介绍，C-RAN架构在分布式基站基础上，通过大规模的汇聚BBO的基站池，更方便实现协作化信号，并且能实现整个基站资源动态调度。相对而言，C-RAN是更清洁、绿色的无线接入网架构，能源消耗更低，建设周期更快，运维成本也更低。珠海移动的试点数据显示，采用C-RAN架构，能够实现整体能耗降低71%。3.2. 智能关断技术 在基站主设备节能中，时隙、载频等智能关断技术，是各地已经应用较为成熟的节能方法。 针对话务闲时开展智能节电技术可大幅降低基站能耗。其原理主要是利用软件实时统计分析载波与信道的负荷程度，将承载的业务进行疏导，在保障通信服务提供能力的前提下，尽可能减少同时工作的TRX或TCH的数量，通过自适应开关实现智能化节能控制。 智能载频关断是当小区话务量降低到一定程度的时候，关闭部分载频，以节约耗电，节省开支。 智能时隙关断是BTS根据当前时隙是否有话务，控制关断该时隙功率放大器PA的偏置电压，达到降低PA静态功耗的目的。根据中国移动某省公司的数据统计，时隙智能关断可降低功耗21%-28%;载频智能关断可降低功耗约10%，;此外，基站级和链路级的动态关闭技术也可分别降低功耗约7%-9%。3.3. 一点多址技术随着市场的发展，在低成本网络需求的驱动下，运营商对无线站点的要求越来越趋向于小型化。在实际应用当中，运营商获取和保留站点难度明显增大。在经济发展较好的区域，人们的环保和健康意识增强，对无线站点的排斥逐步加大，多数人不愿意看到通信铁塔和天线，导致站点获取异常困难，站点租赁费用也大幅上升。类 型 传统布站新型布站站房需求 需要不需要配套设施需要不需要施工情况施工困难，周期长施工简单，周期短维护情况有一定劳动强度简单轻松物业情况协调难，周期长协调简单，周期短 图3. 两种方式的比较 通过一点多址技术来完成新增、新建站的覆盖，具体措施是：在某一合适的区域选定一中心节点站，以此为核心将周边1平方千米范围内的基站主设备集中，配足足够的电力，周边以光纤作为传输主媒介，用适应恶劣环境及站址要求低的光纤直放站替换原基站主设备并配合远端天馈的安装方法来解决。这样，只要远近端站工作运行正常，周边区域的信号覆盖及通话就没什么大问题了。传统基站布局和改进后基站布局方式比较如图3所示。 通过对基站一点多址分布技术的使用，一方面减少了基站主设备站址的数量，减少了基站配套设备数量及新增空调的开支，降低了基站建站的成本。另一方面远端根据实际环境可采用环保隐蔽的天线机动灵活地调整覆盖区域，使远端的施工方便快捷；而近端设备容量配置因集中一地，非常方便灵活，提高了近端的站房容积率及使用率。同时，由于覆盖区数量的增加，信号质量在密集区内也得到了有效的改善。4. 基站配套节能 配套设备的节能方案主要是针对配套电源设备、空调设备采取的措施，主要包括以下几个方面的内容。4.1. 电源节能方面在开关电源系统多模块并联工作时，根据系统实际负载动态调整工作模块数量，在系统负荷率较低的情况下，使其他并联模块进入休眠状态，从而使系统工作效率提高，使系统的总电能损耗减小到最小值。同时，蓄电池对环境要求较高，可以考虑采用专用设备降低蓄电池的温度，而不是把整个机房的温度给降低，这样能够达到节能的目的。华为公司创新性地提出恒温蓄电池柜的特色方案，把机房备电蓄电池放入单独的恒温蓄电池柜进行单点温控，保持其工作温度恒定在25，而把机房整体的温度提高到35，大幅度降低机房大功率空调的耗电，可同时满足机房节能和蓄电池延长寿命的要求。按功耗2000W、40A的站点测算，采用恒温蓄电池柜并对整体机房进行35升温，每年每站点可节省耗电约8000度。4.2. 充分利用自然冷源 根据地域气候差别和环境特点，充分利用自然冷源，大力推广实施SIS热管排热系统、智能热交换系统以及新一代智能通风系统等节能减排解决方案，如下图4所示。 图4. 新一代智能通风系统 由于机站内温度的升高是因电气设备的长期运行发热、而非站外环境温度所致。如一年四季均用空调来保持站内温度(主要是降温)，则冬、春、秋三季及夏季的早晚时段的室外低温便可散热降温的有利条件被忽视,从而导致电能的浪费、营运成本居高不下。机站节能通风系统充分利用机房室内外的温差而形成热交换，依靠大量的空气流通，有效地将机房内的热量迅速向外迁移，实现室内散热。从而大幅度降低电能消耗和营运成本、延长空调使用寿命。同时探测室内停电，启动油机，来电时关闭油机。4.3. 空调变频节能技术 变频技术是利用变频器改变空调压缩机的供电频率，通过调节压缩机的转速达到控制室温的目的，在空调内使用此项技术，在空调运行时节能效益不受天气的影响，四季都有节能效果，减少空调的运行时间，有利于降低空调耗电量和延长使用寿命。然而，应注意其对通信电源低压配电系统以及通信设备的电磁干扰。5. 新型能源基站 太阳能、风能等作为绿色无污染的清洁能源，在通信基站采用而无需引入外电源，可大大降低电能消耗，具有能源取之不尽、清洁无公害、供电可靠性高、运行维护成本低等优点。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，可以减少柴油消耗约17000升。风能和太阳能具体有以下几种应用：1 无市电场景下得中小功率站点的能源配套；2 地形复杂、交通运输及市电供应不佳、维护困难等场景；3 西北地区太阳能资源丰富，适合太阳能应用；4 东部沿海地区风季时间长，适合风光互补能源。6. 结束语 目前，关于通信基站节能减排已经有很多成熟的方案，并且都有一定的应用和实践，但是目前大部分实施方案都是由厂家或者运营商的各个管理部门主导进行，由于缺少设计环节，很多地方都已暴露出了各种各样的问题。通信基站节能是一项长期、复杂的系统工程，贯穿于规划建设、日常维护、技术改造等各环节，必须处理好网络安全与节能效果、投入成本与节能回报率等多方面的关系。盲目增加节能产品未必能达到理想的节能效果。通信运营企业应深入了解整个网络设备的实际运行状况和能耗构成，对不同条件下设备运行数据实行有效跟踪分析，摸索行之有效