能耗降低51%，一個(gè)綠色基站是如何改造的？

提供通信服務(wù)需要大量的電力。每增加一個(gè)連接，每多傳輸 1GB 數(shù)據(jù)，就意味著網(wǎng)絡(luò)能耗會(huì)增加。

面向未來成倍增長的連接和流量需求，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的能耗也將隨之急劇上升。就網(wǎng)絡(luò)成本和環(huán)境影響而言，這是不可持續(xù)的。

為此，全球領(lǐng)先運(yùn)營商正在想法設(shè)法降低網(wǎng)絡(luò)能耗和碳排放量。

跨國運(yùn)營商巨頭沃達(dá)豐就是其中一個(gè)先行者。

早在 2018 年，沃達(dá)豐在其《可持續(xù)發(fā)展報(bào)告》中承諾，到 2025 年，將實(shí)現(xiàn)兩大目標(biāo)：

? 減少 50％的二氧化碳排放量（與 2017 年相比）；

? 實(shí)現(xiàn) 100％的電力消費(fèi)來自可再生能源（比如太陽能、水力發(fā)電）。

沃達(dá)豐表示，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)能耗。目前沃達(dá)豐的全球網(wǎng)絡(luò)能耗中，來自基站的能耗占比最高，達(dá)到了 66%。顯然，降低無線接入網(wǎng)的能耗是未來的重點(diǎn)工作。那么，沃達(dá)豐將如何降低基站能耗呢？

（圖片來源：沃達(dá)豐）

先來看看基站的電都耗在哪里了？

通信人都知道，一個(gè)基站站點(diǎn)主要由通信設(shè)備、電源系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)組成。

通信設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)消耗電能，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量廢熱。為了保障通信設(shè)備運(yùn)行，基站站點(diǎn)需配置包含供電和備電的電源系統(tǒng)；為了讓通信設(shè)備保持在恒定溫度下正常運(yùn)行，基站站點(diǎn)還需配置空調(diào)制冷系統(tǒng)。

通信電源系統(tǒng)將高電壓的交流電，送至開關(guān)電源，經(jīng)過整流濾波轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷旱?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1534453.html">直流電，再向通信設(shè)備供電。在對(duì)通信設(shè)備供電時(shí)還對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電。但在這一系列轉(zhuǎn)換過程中，會(huì)存在一定的損耗。

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因此基站耗電主要由三部分組成：通信設(shè)備能耗、供配電能耗和制冷能耗。受環(huán)境、話務(wù)場景、機(jī)房布局等多種因素影響，每個(gè)站點(diǎn)內(nèi)的各部分的能耗占比變化較大。根據(jù)一些相關(guān)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，對(duì)于宏基站站點(diǎn)，制冷能耗約占站點(diǎn)總能耗的 20-40%左右，供配電能耗占 5-20%，通信設(shè)備能耗占 50%以上。

今天，隨著 5G 到來，通信設(shè)備能耗尤其是 5G AAU 能耗已成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。相信隨著芯片、功放、散熱材料等技術(shù)不斷發(fā)展，通信設(shè)備能耗將會(huì)一天天下降。但對(duì)于供配電和制冷能耗這兩部分，行業(yè)是不是也應(yīng)該像關(guān)注 AAU 耗電一樣重視呢？值得思考的是，這兩部分幾乎幾十年不變，行業(yè)是不是更應(yīng)該引入更先進(jìn)的創(chuàng)新技術(shù)來降低能耗呢？

來自沃達(dá)豐的創(chuàng)新案例也許能給我們不少啟示。

沃達(dá)豐的創(chuàng)新案例

希臘卡爾帕索斯島，傳說中的普羅米修斯出生地，這里有陽光、藍(lán)天、碧海，還有沃達(dá)豐的綠色節(jié)能基站。

為了實(shí)現(xiàn)減少 50％的碳排放，沃達(dá)豐找到了華為，希望華為能助力他們?cè)诿利惖目柵了魉箥u上做綠色環(huán)?；镜膭?chuàng)新試點(diǎn)。剛好，華為也將綠色環(huán)保列為了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略之一，且可提供一系列綠色節(jié)能方案。于是，兩家公司一拍即合，對(duì)原有的基站站點(diǎn)進(jìn)行了如下改造升級(jí)：

1）室內(nèi)搬室外，精準(zhǔn)溫控降低制冷能耗

眾所周知，傳統(tǒng)基站將有源通信設(shè)備安裝在機(jī)房里，并配置了空調(diào)，采用的是房間級(jí)制冷方式，即通過空調(diào) 7X24 小時(shí)對(duì)整個(gè)機(jī)房房間進(jìn)行制冷。這就像我們辦公室里的空調(diào)制冷方式一樣，只不過一個(gè)制冷對(duì)象是人，另一個(gè)制冷對(duì)象是通信設(shè)備。

這種“大水漫灌”式的制冷方式忽視了機(jī)房內(nèi)多種設(shè)備、多個(gè)熱源位置的不同的制冷需求，制冷效率低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

沃達(dá)豐在卡爾帕索斯島上基站機(jī)房就是采用的這種傳統(tǒng)制冷方式。

為了提升制冷效率，降低制冷功耗，沃達(dá)豐采用華為方案，將設(shè)備從室內(nèi)搬到室外，并將之置于華為室外型 5G Power 機(jī)柜里，這就省去了原來的大功率機(jī)房空調(diào)。

那么，沒有了空調(diào)，室外機(jī)柜又如何制冷呢？

現(xiàn)在請(qǐng)把這個(gè)室外機(jī)柜想象成一個(gè)冰箱吧，里面分為“冷凍層”和“冷藏層”，可針對(duì)不同的需求進(jìn)行制冷。

華為 5G Power 解決方案就像冰箱一樣，根據(jù)不同設(shè)備對(duì)于溫度的不同需求，將它們分別放置在不同的溫控艙內(nèi)進(jìn)行制冷。

這樣不但讓冷媒更貼近熱源，而且將傳統(tǒng)粗放式的制冷方式定量化和精準(zhǔn)化，從而將站點(diǎn)溫控能耗降低 90%以上。

但這種方式考驗(yàn)設(shè)備的尺寸大小，如果設(shè)備太大，機(jī)柜就裝不下。這也不是問題，華為 5G Power 解決方案采用業(yè)界領(lǐng)先的高密技術(shù)，將電源與儲(chǔ)能做到體積最小。這樣，節(jié)省出來的空間，就可以用來收容更多的原機(jī)房設(shè)備了。

2）引入太陽能和 AI 技術(shù)，最大化清潔能源使用

要在 2025 年實(shí)現(xiàn) 100%的電力消費(fèi)來自太陽能、水力發(fā)電等可再生能源，沃達(dá)豐提出了兩大舉措：一是向電力公司采購可再生能源，二是在一些站點(diǎn)現(xiàn)場部署太陽能等可再生能源系統(tǒng)。

卡爾帕索斯島坐落于地中海，常年陽光充沛，太陽能是再好不過的可再生能源了。為了充分利用太陽能資源，在本次創(chuàng)新試驗(yàn)中，沃達(dá)豐采用的華為 5G Power 解決方案，其多項(xiàng)輸入輸出電源架構(gòu)，可以平滑支持太陽能輸入，并搭載了華為自研的高效太陽能模塊和 5G Power 智能鋰電系統(tǒng)來最大化轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)太陽能。另外，多輸出特性除了給 5G 設(shè)備供電外，還可以同時(shí)為服務(wù)器、防火墻等 IT 設(shè)備以及傳感器、攝像頭等供電。

沃達(dá)豐基于華為 5G Power 解決方案獨(dú)有的 iSolar 技術(shù)，可以使用 AI 調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)太陽能、電源、電池、電網(wǎng)和負(fù)載之間的協(xié)同，同時(shí)配合高循環(huán)性能 5G Power 智能鋰電系統(tǒng)，最大化太陽能使用效率。日照充足時(shí)，太陽能給設(shè)備供電的同時(shí)為 5G Power 智能鋰電充電，夜晚或陰天時(shí)調(diào)用儲(chǔ)存的電能，只有在存儲(chǔ)的電能容量不足時(shí)才采用市電，從而大幅降低市電使用時(shí)長。

3）提升供電效率，將能源耗損降至最低

如上所述，通信電源將交流轉(zhuǎn)為直流電的過程中，會(huì)產(chǎn)生能量損耗。要提升通信電源效率，降低電源能耗，提升整流模塊的轉(zhuǎn)換效率是一種有效的手段。

為此，在本次創(chuàng)新試驗(yàn)中，華為以業(yè)界最高的、具有 98%的轉(zhuǎn)換效率的整流模塊替換了原先效率僅為 85%的傳統(tǒng)整流模塊，從而大大降低了轉(zhuǎn)換過程中的能源損耗。

不難猜測，經(jīng)過這樣一系列改造升級(jí)后，肯定會(huì)大幅降低基站能耗。具體數(shù)字是多少呢？

經(jīng)過改造后，該站點(diǎn)每天市電消耗從 24 小時(shí)減少到 9 個(gè)小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能 51%，單站點(diǎn)一年可減少約 10 噸碳排放。效果立竿見影！

今天，降低用電成本已成為運(yùn)營商關(guān)注的重點(diǎn)。為此，業(yè)界提出了比如“轉(zhuǎn)改直”供電、電價(jià)優(yōu)惠、算法優(yōu)化等建議和措施。

而沃達(dá)豐的創(chuàng)新案例從提升整流器部件的效率，到精準(zhǔn)高效制冷，再到通過 AI 調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)太陽能、電源、電池、電網(wǎng)和負(fù)載之間高效協(xié)同，來系統(tǒng)性的降低站點(diǎn)能耗，又給了我們更多的啟示和思考——能否通過部件層、站點(diǎn)層和網(wǎng)絡(luò)層的全面協(xié)同來降低網(wǎng)絡(luò)能耗？

答案是可以的。事實(shí)上，這就是華為 5G Power 解決方案的整體思路。

5G Power：部件、站點(diǎn)與整網(wǎng)全面協(xié)同降低能耗

為應(yīng)對(duì) 5G 部署對(duì)能耗增加的挑戰(zhàn)，提升運(yùn)營商投資效率，華為率先提出 “極簡、智能、綠色”的 5G 通信能源目標(biāo)網(wǎng)，并發(fā)布了全新一代 5G Power 解決方案，助力運(yùn)營商更快、更省、更簡單地建設(shè)和運(yùn)維網(wǎng)絡(luò)，減少碳排放。

5G Power 解決方案的最大創(chuàng)新之處，就是實(shí)現(xiàn)了從部件到整站、整網(wǎng)性能的全面跨越提升。

在部件層，借助高效拓?fù)洹⑾冗M(jìn)材料、智能 AI 智能調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)，將整流器、接觸器和分流器等部件能耗降至最低。

在站點(diǎn)層，采用先進(jìn)散熱技術(shù)及創(chuàng)新硬件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)建設(shè)模式從室內(nèi)到室外、全面刀片化的革命性轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)免溫控建站，并根據(jù)不同設(shè)備對(duì)于溫度的不同需求、環(huán)境溫度、業(yè)務(wù)狀態(tài)等進(jìn)行精準(zhǔn)制冷，從而系統(tǒng)性的降低站點(diǎn)制冷能耗。同時(shí)，通過 eMIMO 方案為基站電源系統(tǒng)疊加太陽能，并通過數(shù)字化 PV 結(jié)合 AI 調(diào)度算法、5G Power 智能鋰電，實(shí)現(xiàn)太陽能效率最大化。

在網(wǎng)絡(luò)層，通過 NetEco 管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)、業(yè)務(wù)、站間、網(wǎng)間多層智能協(xié)同，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級(jí)高效，最終幫助客戶建設(shè)低能耗、綠色可持續(xù)發(fā)展的高效網(wǎng)絡(luò)。

進(jìn)入 5G 時(shí)代，為了解決電源改造成本高、周期長等問題，華為推出的智能削峰、智能升壓等可“不改市電、不動(dòng)配電、不增機(jī)柜”向 5G 演進(jìn)的電源解決方案，實(shí)際上就是通過部件、站點(diǎn)和整網(wǎng)高效協(xié)同來實(shí)現(xiàn)的。

智能削峰通過智能鋰電與站點(diǎn)電源、業(yè)務(wù)負(fù)荷，以及網(wǎng)管高效協(xié)同，當(dāng)站點(diǎn)負(fù)荷上升，市電容量不足時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)度鋰電參與供電，實(shí)現(xiàn)市電和電池混合供電模式共同削峰。智能升壓通過智能鋰電與電源系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)協(xié)同實(shí)現(xiàn) 57V 恒壓供電，從而無需使用粗線纜供電 AAU，實(shí)現(xiàn) 100%釋放電量，提升了站點(diǎn)供電距離，減少了電池投資。

簡而言之，要面向未來構(gòu)建綠色網(wǎng)絡(luò)，基站電源解決方案正從“單兵作戰(zhàn)”走向 “協(xié)同作戰(zhàn)”，邁向全鏈路、全站點(diǎn)、全網(wǎng)高效協(xié)同節(jié)能的時(shí)代。

隨著網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)量和數(shù)據(jù)流量不斷攀升，整個(gè) ICT 行業(yè)都面臨著日益嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)能耗和碳排放挑戰(zhàn)。據(jù)研究估計(jì)，全球 ICT 能耗每年大約以 9%的速度增長。面向 5G 時(shí)代，降低網(wǎng)絡(luò)能耗和碳排放，不僅是電信業(yè)降低網(wǎng)絡(luò)成本的關(guān)鍵，更是一種社會(huì)責(zé)任與承諾。相信基于從部件到整站、整網(wǎng)的全面高效協(xié)同的能源方案將成為未來的必然趨勢。