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能耗降低51%,一個綠色基站是如何改造的?

作者:中國儲能網新聞中心 來源:網優雇傭軍 發布時間:2020-06-15 瀏覽:
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提供通信服務需要大量的電力。每增加一個連接,每多傳輸1GB數據,就意味著網絡能耗會增加。

面向未來成倍增長的連接和流量需求,移動網絡的能耗也將隨之急劇上升。就網絡成本和環境影響而言,這是不可持續的。

為此,全球領先運營商正在想法設法降低網絡能耗和碳排放量。

跨國運營商巨頭沃達豐就是其中一個先行者。

早在2018年,沃達豐在其《可持續發展報告》中承諾,到2025年,將實現兩大目標:

減少50%的二氧化碳排放量(與2017年相比);

實現100%的電力消費來自可再生能源(比如太陽能、水力發電)。

沃達豐表示,要實現這一目標,必須優化網絡能耗。目前沃達豐的全球網絡能耗中,來自基站的能耗占比最高,達到了66%。顯然,降低無線接入網的能耗是未來的重點工作。那么,沃達豐將如何降低基站能耗呢?

(圖片來源:沃達豐)

先來看看基站的電都耗在哪里了?

通信人都知道,一個基站站點主要由通信設備、電源系統和制冷系統組成。

通信設備在運行過程中會消耗電能,同時會產生大量廢熱。為了保障通信設備運行,基站站點需配置包含供電和備電的電源系統;為了讓通信設備保持在恒定溫度下正常運行,基站站點還需配置空調制冷系統。

通信電源系統將高電壓的交流電,送至開關電源,經過整流濾波轉變為低電壓的直流電,再向通信設備供電。在對通信設備供電時還對蓄電池組進行充電。但在這一系列轉換過程中,會存在一定的損耗。

因此基站耗電主要由三部分組成:通信設備能耗、供配電能耗和制冷能耗。受環境、話務場景、機房布局等多種因素影響,每個站點內的各部分的能耗占比變化較大。根據一些相關文獻統計,對于宏基站站點,制冷能耗約占站點總能耗的20-40%左右,供配電能耗占5-20%,通信設備能耗占50%以上。

今天,隨著5G到來,通信設備能耗尤其是5G AAU能耗已成為行業關注的焦點。相信隨著芯片、功放、散熱材料等技術不斷發展,通信設備能耗將會一天天下降。但對于供配電和制冷能耗這兩部分,行業是不是也應該像關注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,行業是不是更應該引入更先進的創新技術來降低能耗呢?

來自沃達豐的創新案例也許能給我們不少啟示。

沃達豐的創新案例

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、藍天、碧海,還有沃達豐的綠色節能基站。

為了實現減少50%的碳排放,沃達豐找到了華為,希望華為能助力他們在美麗的卡爾帕索斯島上做綠色環?;镜膭撔略圏c。剛好,華為也將綠色環保列為了可持續發展戰略之一,且可提供一系列綠色節能方案。于是,兩家公司一拍即合,對原有的基站站點進行了如下改造升級:

1)室內搬室外,精準溫控降低制冷能耗

眾所周知,傳統基站將有源通信設備安裝在機房里,并配置了空調,采用的是房間級制冷方式,即通過空調7X24小時對整個機房房間進行制冷。這就像我們辦公室里的空調制冷方式一樣,只不過一個制冷對象是人,另一個制冷對象是通信設備。

這種“大水漫灌”式的制冷方式忽視了機房內多種設備、多個熱源位置的不同的制冷需求,制冷效率低,資源浪費嚴重。

沃達豐在卡爾帕索斯島上基站機房就是采用的這種傳統制冷方式。

為了提升制冷效率,降低制冷功耗,沃達豐采用華為方案,將設備從室內搬到室外,并將之置于華為室外型5G Power機柜里,這就省去了原來的大功率機房空調。

那么,沒有了空調,室外機柜又如何制冷呢?

現在請把這個室外機柜想象成一個冰箱吧,里面分為“冷凍層”和“冷藏層”,可針對不同的需求進行制冷。

華為5G Power解決方案就像冰箱一樣,根據不同設備對于溫度的不同需求,將它們分別放置在不同的溫控艙內進行制冷。

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

但這種方式考驗設備的尺寸大小,如果設備太大,機柜就裝不下。這也不是問題,華為5G Power解決方案采用業界領先的高密技術,將電源與儲能做到體積最小。這樣,節省出來的空間,就可以用來收容更多的原機房設備了。

2)引入太陽能和AI技術,最大化清潔能源使用

要在2025年實現100%的電力消費來自太陽能、水力發電等可再生能源,沃達豐提出了兩大舉措:一是向電力公司采購可再生能源,二是在一些站點現場部署太陽能等可再生能源系統。

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,在本次創新試驗中,沃達豐采用的華為5G Power解決方案,其多項輸入輸出電源架構,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智能鋰電系統來最大化轉換和存儲太陽能。另外,多輸出特性除了給5G設備供電外,還可以同時為服務器、防火墻等IT 設備以及傳感器、攝像頭等供電。

沃達豐基于華為5G Power解決方案獨有的iSolar技術,可以使用AI調度算法實現太陽能、電源、電池、電網和負載之間的協同,同時配合高循環性能5G Power智能鋰電系統,最大化太陽能使用效率。日照充足時,太陽能給設備供電的同時為5G Power智能鋰電充電,夜晚或陰天時調用儲存的電能,只有在存儲的電能容量不足時才采用市電,從而大幅降低市電使用時長。

3)提升供電效率,將能源耗損降至最低

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

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

不難猜測,經過這樣一系列改造升級后,肯定會大幅降低基站能耗。具體數字是多少呢?

經過改造后,該站點每天市電消耗從24小時減少到9個小時,實現了節能51%,單站點一年可減少約10噸碳排放。效果立竿見影!

今天,降低用電成本已成為運營商關注的重點。為此,業界提出了比如“轉改直”供電、電價優惠、算法優化等建議和措施。

而沃達豐的創新案例從提升整流器部件的效率,到精準高效制冷,再到通過AI調度算法實現太陽能、電源、電池、電網和負載之間高效協同,來系統性的降低站點能耗,又給了我們更多的啟示和思考——能否通過部件層、站點層和網絡層的全面協同來降低網絡能耗?

答案是可以的。事實上,這就是華為5G Power解決方案的整體思路。

5G Power:部件、站點與整網全面協同降低能耗

為應對5G部署對能耗增加的挑戰,提升運營商投資效率,華為率先提出 “極簡、智能、綠色”的5G通信能源目標網,并發布了全新一代5G Power解決方案,助力運營商更快、更省、更簡單地建設和運維網絡,減少碳排放。

5G Power解決方案的最大創新之處,就是實現了從部件到整站、整網性能的全面跨越提升。

在部件層,借助高效拓撲、先進材料、智能AI 智能調度等關鍵技術,將整流器、接觸器和分流器等部件能耗降至最低。

在站點層,采用先進散熱技術及創新硬件架構實現站點建設模式從室內到室外、全面刀片化的革命性轉變,實現免溫控建站,并根據不同設備對于溫度的不同需求、環境溫度、業務狀態等進行精準制冷,從而系統性的降低站點制冷能耗。同時,通過eMIMO方案為基站電源系統疊加太陽能,并通過數字化PV結合AI調度算法、5G Power智能鋰電,實現太陽能效率最大化。

在網絡層,通過NetEco管理系統,實現供電系統、業務、站間、網間多層智能協同,實現網絡級高效,最終幫助客戶建設低能耗、綠色可持續發展的高效網絡。

進入5G時代,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、不動配電、不增機柜”向5G演進的電源解決方案,實際上就是通過部件、站點和整網高效協同來實現的。

智能削峰通過智能鋰電與站點電源、業務負荷,以及網管高效協同,當站點負荷上升,市電容量不足時,實時調度鋰電參與供電,實現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聯動協同實現57V恒壓供電,從而無需使用粗線纜供電AAU,實現100%釋放電量,提升了站點供電距離,減少了電池投資。

簡而言之,要面向未來構建綠色網絡,基站電源解決方案正從“單兵作戰”走向 “協同作戰”,邁向全鏈路、全站點、全網高效協同節能的時代。

隨著網絡連接數量和數據流量不斷攀升,整個ICT行業都面臨著日益嚴峻的網絡能耗和碳排放挑戰。據研究估計,全球ICT能耗每年大約以9%的速度增長。面向5G時代,降低網絡能耗和碳排放,不僅是電信業降低網絡成本的關鍵,更是一種社會責任與承諾。相信基于從部件到整站、整網的全面高效協同的能源方案將成為未來的必然趨勢。

關鍵字:5G基站

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