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降低能源成本，减少碳排放，是运营商长期关注的主题。最近几年，国内通信业务高速发展，全网基站数量从100万迅速增加到160万，通信网络总耗电量高达450亿度，平均每个基站年耗电量接近两万度，成为基站主要运维成本。降低能源成本是电信运营商当前重要和紧迫的需求，也是中国铁塔运营共享基站的社会责任。
提高站点能效是实现节能减排的重要手段
站点能效越高，主设备能耗所占比例越高，站点基础设施能源损耗越少。提高能效，相应总能耗按比例降低，站点能效可以作为基站节能的管理指标。
国内存量基站中，室内型站点与室外型站点比例约为7:3。以室内基站为例，主设备能耗约占50%左右，即站点能效为50%左右。实际上，由于夏热冬暖、夏热冬冷和严寒地区基站空调能耗达到站点总能耗的50%，加上在网电源效率不高，站点能效低于50%的室内基站比比皆是。室外型站点采用分舱温控方式，温控能耗得到节省，依据机柜温控方式和设计的不同，站点能源效率一般在60～80%。
以三大运营商现网站点能效平均50%计，如果提高到60%，就可节电75亿度。提高站点能效，是实现节能减排的重要手段。
高效设备应用推高站点能效基线
从通信网络发电、配电、变换、负载、温控和维护管理六环节来看，温控环节（以空调为主）和变换环节（以通信电源为主）能耗占比高，是影响站点能效的关键。
空调能效分级早已成为行业标准，在相同工况条件下，相同制冷量的高效空调比低效空调节能30%以上，合理地使用高能效空调，能帮助降低温控环节能耗，提升站点能源效率。
通信电源还没有象空调那样在设备上标注能效等级，但系统效率高于95%的高效电源已纳入通信电源标准。由于系统效率普遍比整流模块效率低一个百分点，业界将整流模块效率能达到96%以上的电源称为高效电源。得益于模块休眠技术普遍应用，在不同负载率下，电源系统实际运行效率与最高效率很接近。按照全网络能效为50%测算，通信电源效率每提升2%，全网能耗降低1%，带来每年4亿的电费节省。三大运营商在网电源平均效率低于90%，如果全部用96%超高效电源替代，一年节省用电10亿度以上，高效电源价值显而易见。
为了直观地了解设备效率提升对节能和站点能效提升的影响，以平均空调能耗占40%的典型3kW南方室内站点模型为例，现网空调能效比为3.0，电源系统实际效率为90%，采用能效比为3.4的空调和系统效率96%的高效电源替代后，结果如下表所示。
从上表可以看出，随着高效设备规模应用，站点能效基线被抬升。由于电源和空调价格已下滑至极限，低效设备进行高效改造的投资回报周期仅三年左右，而且随着设备采购量的提升，高效模块价格仍有下降空间。存量站点老旧设备改造宜早不宜迟，能耗增长速度有望被高效设备的规模应用而有所扼制。
传统建站模式，站点能效不受控
传统站点采用现场集成模式，基站BBU、RRU、传输设备、电源、电池、空调和监控等由多个供应商分别提供，尽管运营商对设备效率有约束条件，设备供应商也会对各自提供的设备效率负责，但设备之间未进行匹配设计，系统协同工作未得到充分测试与优化。
比如设备的风道设计和热管理，如果不进行统一设计和优化，则气流组织不会是最佳路径，从而影响到制冷效果，需要在大环境内提供更低的空调温度才能保证最不利位置的设备不过温。一方面消耗更多电能，另一方面整体能效并没有确定性的保证，取决于现场施工水平。
在传统建站方式下，现场集成通用设备，不可避免地出现配置过度冗余情况，工况或负载率难以达到最佳工作点，大马拉小车也是导致站点能效低的原因之一。此外，通信电源、空调、监控FSU、监控传输设备等都有CPU并消耗电能，多控制器浪费电能。
现场集成模式，虽然可以通过采用各种高效设备的组合以提高站点能效，但站点能效并并不受控，设备供应商不会为提高整站能效投入更多的成本，不能最大化实现站点节能。
基站节能改造，节能效果受限
站点节能改造措施主要有两种途径：温控改造和电源高效改造。电源效率基本不受环境、人为因素和使用年限影响，提高电源设备能效水平可有效节能。由于电源能耗占比低于10%，采用高效电源设备仍无法大幅提升基站的整体能效。温控节能除更新高能效空调外，主要有两种操作方式：提高基站运行温度和采用智能通风系统，节能效果会因人员、环境等各种影响而有折扣。
机房升温主要通过改变空调启动温度设置，并采用高温电池方案实现。当有人员下站维护或操作时，经常会调低空调温度设置，很难保证人员离开前恢复空调温度设置，严重影响机房升温节能较果。
智能通风系统一般采用百叶窗与外界隔离，简单的通风方案在使用一段时间后性能发生变化，节能改造效果达不到预期甚至增加能耗。如因大气粉尘含量高，智能通风系统过早失效；百叶窗变形、风扇转轴阻力增大导致通风口无法自然关闭，室内与外部相通，夏季空调工作时外部湿热空气进入而能耗大幅增长。
基站动环整体解决方案，高能效、可管理
基站动环系统整体解决方案由设备供应商一体化设计、制造、测试、交付，厂家对基站动环系统整体可靠性和能源效率负责，因此整体解决方案是具备站点级可靠性和站点级效率的产品。整体解决方案以室外一体化机柜方案为典型代表，包含机柜系统、分舱温控系统、开关电源、集成动环监控系统等。
一体化机柜与冰箱有很多类似之处。如冰箱有多种型号，针对家庭食物存储需求设计，压缩机等部件与机体匹配，厂家保证冰箱整体可靠性和生命周期内能源效率。冰箱有五级能效标准，在食物量与环境温度确定时，能效是确定性的，家庭用电量可控。当冰箱出现故障时，因只有一个设备供应商，厂家会提供维修或更换服务，即使内部故障器件不是冰箱厂家生产的，也不可推脱质量保证责任。同样地，如果能效指标不符合要求，只要被发现，也属于故障的一种，厂家有责任处理。
与空调针对家庭食物存储需求设计类似，基站动环系统整体解决方案针对通信基站站型设计，涉及的部件互相匹配，包括电源容量、温控容量与温度控制点、主设备和电池空间、动环监控接入设备与测点等。整体集成方式可以对设备进行分区温控，有针对性的满足不同设备的温度控制要求，而且可以尽量减少制冷区域空间，从而最大限度的减少制冷能耗。站点能效是整体解决方案的一个技术指标，即站点总效率。整体解决方案故障责任清晰，采用整体解决方案的站点，其站点能源效率是可视和可控的，一旦检测到能效低于设计的情况，系统可以自动报警，使低能效站点的改进纳入到统一的故障维护派单管理中来，能有效地保证节能。
基站动环整体解决方案成为建站趋势
传统现场集成的站点除能效不可控外，由于设备分别采购，存在设备之间匹配不合理问题，不但浪费成本，而且也是产生故障多、能耗高的关键原因。当站点出现故障时，故障责任界面不清晰，维护过程中扯皮、推诿难以避免。同时，只要设备本身效率没有不达标，设备供应商并不会也没有责任关注站点整体是否节能，用户难以实现站点级高可靠和站点级高效。
动环监控系统的建设一般在站点投入运行后才安装，由于涉及多厂家不同设备互联，设备间通信和协议调测工作成为工程难点，动环监控系统维护也会遭遇故障难以界定的问题。整体解决方案集成动环监控系统，整个站点动环系统只有一个网元，动环监控可以实现与站点同步部署，不但节省安装成本，在站点侧也不再需要专门的动环监控维护工作量，节省维护成本。
海外主要运营商基站以室外型为主，多采用一体化整体解决方案，具有站点级高可靠性和站点级高效特性。在国内，整体解决方案在运营商、中国铁塔已经试点，正在建设室外一体化机柜方案。
可以展望，基站动环系统整体解决方案将成为未来建站的主流方式，在提高站点可靠性的同时，推动基站高能效。
作者：中国移动通信集团设计院有限公司 彭广香
