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1移動通信機房能耗狀況及存在的問題

1．1移動通信機房能耗狀況分析

從整體看，移動通信公司的能耗包括:電耗、油耗和耗材，而電耗為其主要能耗，約占總能耗的80%以上，因此，移動通信公司的節能主要是指節約電能。移動通信公司的電能消耗大體包括:日常行政辦公用電和通信網絡運營用電兩部分。日常行政辦公用電占總用電的比重很小，這部分的節能工作主要靠加強日常行政管理實現，而通信網絡運營用電的節能減排技術將是重點研究對象［1，2］。通信網絡運營用電主要集中在通信機房內，通信機房中的電能消耗主要分為兩部分:通信設備用電和機房環境用電。通信設備用電是指通信機房的主設備和配套電源等設備的用電，通常機房主設備包括:交換設備、數據設備、無線設備和傳輸設備等;配套設備主要指通信電源設備和蓄電池;機房環境用電主要包括:機房空調、機房照明和機房監控等用電。從大量實際工程數據粗略統計結果可知，在通信機房的總用電中，通信主設備用電約占45%，配套電源設備用電占8%，機房空調用電約占40%，而機房照明、機房監控等其他用電約占7%，具體能耗分布如圖1所示［3］。從圖1中可看出，機房設備用電和空調用電占總用電的90%以上，因此，筆者將重點研究通信機房設備和空調的節能減排技術應用。

1．2移動通信機房能耗狀況存在的問題

目前，移動通信機房還存在相當數量技術陳舊、能耗高的通信設備，并且由于網絡結構的不合理，導致網絡結構復雜，網絡層級較多，網元節點過多，增加了網絡設備的能耗;同時還存在相當數量的通信電源設備缺少智能化控制功能，部分電源設備技術落后，供電效率很低，增加了供電系統的能耗。另外，很多通信機房的制冷方式還是基于先冷環境，再冷設備的方式，通信機房內的機架排列及送風制冷方式不合理，導致機房空調制冷效率低，增加了空調系統的能耗;同時，很多無線基站機房的空調系統也沒有智能監控系統，為使基站機房中通信設備能正常工作，保持機房標準的環境溫度，需要將空調長期處于開機工作狀態，產生了大量的不必要的能源浪費。因此，在通信機房中采用先進的節能技術，是移動通信公司節能減排的必然選擇。

2節能減排技術在移動通信機房中的應用

移動通信公司的通信機房大體分為兩類:通信樞紐機房和無線基站機房。通信樞紐機房面積較大，機房內設備較多，產生的能耗也很大;單個無線基站機房面積較小，一般不超過20m2，機房設備不多，相比樞紐機房的能耗也較小，但移動無線基站數量龐大。截止目前，中國移動無線基站總數量已達40萬個，因此無線基站總耗電量巨大，據粗略統計其耗電量約占通信網總耗電的70%以上。以下將分別討論節能減排技術在這兩類機房中的應用。

2．1節能減排技術在移動通信樞紐機房的應用

移動通信樞紐是移動網絡的核心和匯聚中心，其通信設備較多，能耗較大。移動通信樞紐機房的主要能耗包括:通信主設備、配套電源設備和空調設備的能耗。因此，移動通信樞紐機房的節能減排主要是機房通信設備和空調的節能減排。

2．1．1移動通信樞紐機房主設備的節能減排技術應用

移動通信樞紐機房內的主設備是根據網絡建設的需要依不同項目分期分批建設安裝的，目前在網設備新舊交錯，能耗指標也參差不齊。因此，移動公司樞紐機房主設備節能減排的技術應用主要從以下幾方面考慮。1)對于早期安裝的通信設備，在條件允許情況下，通過更換或采用技術改造等方式，淘汰高能耗、低效率的設備，合理調整用電負荷，以達到節能效果。2)對于新增設備，要選擇高集成度、低能耗、采用節能技術的通信設備，將設備能耗指標納入到設備選型的指標范疇。3)在通信網絡設計中，應合理組織、優化網絡結構，推進通信網絡的IP化進程。通過IP化可簡化網絡結構，減少網元數量，節省設備資源，減少設備能耗，以達到節能減排的目的。4)提高機房內通信設備利用率，盡可能利用現有通信設備資源滿足網絡運行需求，以避免大量設備低負載運行，浪費電能。

2．1．2移動通信樞紐機房配套電源的節能減排技術應用

移動通信樞紐機房的配套電源設備主要包括:高低壓配電、備用電源、UPS(UninterruptiblePowerSystem)和直流電源等。對于配套電源設備的節能，主要應關注以下兩方面。1)合理的設備選型和容量配置以及設計安全、可靠、高效率的電源系統是通信電源設備節能的關鍵。首先，在通信電源設計中，應盡量減少供電環節，避免增加不必要的供電環節，減少由于供電環節過多造成的能耗;其次，合理設計導線路由，使供電系統盡可能靠近負荷中心，減少供電距離，縮短電纜長度，降低電能損耗;另外，合理設計供電方式，根據用電負荷的大小和機房實際情況，通過科學計算，靈活選用集中或分散方式供電，以達到節能降耗的目的。2)除要關注通信電源設備在設計和設備選型階段的節能外，還應關注通信電源在運營過程中的節能，提倡合理的節能運行方式。在實際運營中，應根據通信機房內實際工作負荷情況，在保證安全的前提下，合理調整電源的工作模塊。一般情況下，通信樞紐機房電源設計容量都是按滿足一定時期主設備負載并考慮一定的冗余。因此，在機房使用初期，機房內設備較少，用電負荷遠未達到設計容量，這個階段可采用人工方式關斷多余的電源模塊，以提高電源模塊工作效率;另外，要根據機房內設備重要等級，確定不同等級的保護方式，以減少電源的冗余度，達到節能降耗的目的［4］。

2．1．3移動通信樞紐機房空調的節能減排技術應用

通信機房的主要能耗是通信設備和空調，通信設備是機房運行的主體，其能耗指標由設備型號決定。在正常情況下，尤其是樞紐機房的設備，其節能潛力有限，而空調能耗占機房能耗的40%左右，其節能潛力巨大。因此，移動樞紐機房空調設備的節能應是重點關注的。通信樞紐機房空調設備的節能主要包括:機房空調設備本身的節能和機房空調環境的節能。

1)機房空調設備的節能。空調設備節能主要是采用節能技術的空調，如變頻節能空調，它既可降低開關損耗，又可提高低頻運轉時的能效，該技術已經很成熟，并得到廣泛應用。另外，通過對機房專用空調進行自適應控制技術，以達到節能效果。其實現方式是通過自動計算機房不同的工作條件、空調冷量分布環境等綜合數據，動態跟蹤計算空調外部環境的溫濕度，精確控制空調送風量，使空調始終處于最合理的工作狀態，優化冷量的利用效果，提高空調使用效果，達到節能減排的目的［5］。

2)機房空調環境的節能。機房空調環境節能主要是指通過合理布置機房內的空調機組、風路及設備機柜排列，形成機房內有組織的氣流流向和流量，實現精確、高效的送風方式，以節省空調機組的用電量。在設計機房內氣流組織時，首先遇到的是送風方式的問題，通常機房空調送風方式分為兩種:上送風和下送風，上送風方式是上送風側回風，一般采用射流+彌漫方式送風，這種方式氣流組織比較混亂，冷卻效果不好，即使采取一些補救措施，存在問題仍然較多;下送風方式是下面送風側面集中回風的送風方式，從氣流熱壓原理以及大量實際工作和運營經驗證明，下送風方式更為合理。其次是機柜排列問題，在早期，為保持機房內的設備美觀、整潔和維護方便，機房內每列機柜都是朝一個方向排列的。而通信機柜內的散熱部分主要在機柜背面，空調送入的冷風從機柜正面進入，在機柜內經過冷熱交換，帶走熱量，熱風從機柜的背面吐出，因此，機柜朝一個方向排列方式容易造成前排機柜吐出的熱風被后排機柜從正面吸入，這樣后排機柜進風溫度會明顯高于前排，使機房內溫度分布不均衡。要保證設備處于良好的工作溫度，就會使機房總體制冷增加，增加了多余能耗。為此，從節能及合理的氣流組織角度考慮，相鄰兩排機柜采用“面對面”和“背靠背”的方式排列更為合理，具體機柜排列與氣流組織如圖2所示。由于通信設備都是采用正面進冷風、背面出熱風的交換方式，因此，這種機柜排列方式可以很自然地形成冷熱風道隔離，避免了不必要的冷熱交換，可大幅提高空調系統的制冷效率，減少空調耗電。因此，對于新機房建議采用下送風方式和機柜“面對面”和“背靠背”的排列方式，以便合理組織氣流。由于早期節能觀念不強，因此機房建設時大多采用上送風方式，機柜也是按一個朝向排列，對于這種情況的機房，應視具體實際情況，進行適當改造。如有條件可加裝風管、風帽及冷熱空氣隔離擋板，以使冷熱空氣相互隔離，做到對通信設備的精確送風，并能在一定程度上起到節能的效果［6-10］。

2．2節能減排技術在移動無線基站機房的應用

通信基站一般由無線主設備、配套電源設備、傳輸設備、數據設備和空調設備等組成。由實際工程和運營調查的大量數據可知，通信基站中無線主設備耗電量約占基站機房總能耗的42%～46%，空調耗電量約占基站機房總能耗的45%～48%，配套電源占總能耗的7%～9%，照明、監控等其余部分約占總能耗的2%～3%。因此，通信基站的節能應重點關注無線主設備和空調及電源的節能技術［11］。

2．2．1通信無線基站機房主設備的節能減排技術應用

通信基站無線主設備的主要節能技術有3種:分布式基站組網技術、載頻智能關斷技術和多密度載頻技術。分布式基站組網模式最初源自于第三代移動通信中的“BBU(BuildingBasebandUnit)+RRU(RemoteRadioUnit)”的組網模式，它將傳統的無線基站分為BBU基帶和RRU射頻模塊兩部分，利用光纖替代傳統的射頻饋線，將射頻模塊RRU部分拉遠，這種模式減少了射頻饋線導致的損耗。同時，因RRU一般都不需要新建機房，因此，采用分布式基站組網技術，可達到節能減排的目的。一般情況下，無線基站的載頻配置都是按滿足實際測試的忙時話務量考慮的，而實際上無線基站的業務量在時域上是不均衡的。在業務量小時，載頻利用率會降低，載頻智能關斷技術正是針對話務量的這一特點設計的。當話務量小時，適當關閉部分載頻、時隙甚至是信道與板卡，以提高載頻利用率，節約電能。多密度載頻是在一塊單板上集成多個載頻收發信機，共用基帶、射頻、功放和電源單元，相對于單載頻和雙載頻，其能耗更低［12］。

2．2．2移動無線基站機房配套電源的節能減排技術應用

移動基站電源節能技術主要包括開關電源整流模塊休眠技術和蓄電池恒溫箱技術。通常移動基站電源容量是按無線主設備負載和蓄電池平均充電電流進行配置的，受蓄電池充電電流的制約，通信電源整流模塊設置的冗余很大。正常情況下負載率不高，而清晨和晚間時段業務量小時，負載率會更低，使電源模塊的使用效率降低。因此，根據基站通信電源的這一特點，通過監控模塊實時控制冗余電源模塊進行休眠，自動對冗余電源模塊進行軟關斷或開啟，減少電源模塊的空載損耗，降低不必要的電源模塊能耗，節約電能，提高電源運行效率。移動基站蓄電池對環境溫度要求較高，當溫度降低時，蓄電池容量會減少。例如，通過實際測試數據表明，當蓄電池溫度從25℃降到0℃時，蓄電池的容量就會下降到額定容量的80%左右。當溫度過低，還會對蓄電池的使用壽命產生嚴重影響，而溫度過高也會使蓄電池的使用壽命受到影響。因此，采用專用蓄電池恒溫箱，降低蓄電池的溫度，而不是把整個機房的溫度都降低，同樣也可以達到節能的效果。

2．2．3移動無線基站機房空調的節能減排技術應用

移動基站機房面積都不大，大多不超過20m2，機房內設備不多，產生熱源主要是無線主設備，其業務量在時域上也不均衡。因此，散發的熱量在時域上也不均衡，并且機房外部溫度環境隨著季節和時間的不同，變化也很大。傳統的制冷方式為保持機房內的溫度，空調機要長時間工作，產生大量的多余冷量，造成大量不必要的能耗，因此，基站空調節能潛力很大。當前基站空調節能采用的新技術為基站一體化空調節能系統，其模型如圖3所示。該系統由中央空調控制器、進風機、出風機、溫濕度傳感器等4部分組成。進風機、出風機組成通風系統，中央空調控制器和溫濕度傳感器組成控制系統，用于測試室內外溫濕度，并判斷控制通風系統和空調機的工作狀態。采用基站一體化空調節能系統，可充分利用基站機房室內外溫濕度環境。當室外溫度低于室內，通過引入室外大量冷空氣，對室內自然降溫，同時，排出機房內熱空氣。依靠大量的空氣流通，實現機房內散熱，以低功率的通風系統替代高功率的空調機，達到節省電能的目的。同時，系統也減少了空調的工作時間，延長了空調的使用壽命。實踐證明，此種節能方式在實際工程中效果相當明顯［13-17］。

3結語

我國地大物博，區域廣闊，各地方自然環境差異很大。因此，具體節能技術的選擇和應用必須結合當地的實際情況，要因地制宜，不能生搬硬套。另外，在采用一種節能技術和措施前，應先進行試點實驗，一方面看節能效果，另一方面也要看可能會產生的負面影響，要做綜合評估，在取得成熟經驗后，才能逐步推廣使用。關于節能減排技術的應用，是基于筆者對實際工程設計工作的總結和分析，以及大量實際工程經驗，可對移動運營商的節能減排工作提供幫助。

作者：孫祾工作單位：吉林大學長春電信工程設計院股分有限公司