一、全球運(yùn)營(yíng)商面臨節(jié)能挑戰(zhàn)
由于制造業(yè)的轉(zhuǎn)移，歐洲電信運(yùn)營(yíng)商能耗位居所有企業(yè)之首，平均能源支出占年?duì)I業(yè)收入的1.1%。2011年，中國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商電費(fèi)約300億元人民幣，能源支出占年收入的比例平均超過(guò)3%，遠(yuǎn)高于歐洲，因此，較歐洲而言，有很大的節(jié)能改進(jìn)空間。當(dāng)前節(jié)能目標(biāo)以強(qiáng)度指標(biāo)為主，要求降低單位業(yè)務(wù)量能耗，由于個(gè)人通信已經(jīng)基本普及，通信業(yè)務(wù)量難成繼續(xù)以幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，所以節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)要依賴(lài)于總能耗的降低，節(jié)能壓力凸顯。
二、電源產(chǎn)品節(jié)能特性日臻完善
隨著全球節(jié)能減排工作不斷升級(jí)，電源節(jié)能技術(shù)逐步發(fā)展并日益完善，這主要體現(xiàn)在整流模塊轉(zhuǎn)換效率不斷提升、配電系統(tǒng)損耗大幅度降低、充分利用監(jiān)控功能提升電源系統(tǒng)整體效率、優(yōu)化溫控系統(tǒng)提高能量利用率等方面。
(1) 模塊整體高效，功率因數(shù)、諧波控制和耐溫性能提升幫助節(jié)能
整流模塊是通信電源的核心部件，也是節(jié)能的關(guān)鍵。以無(wú)橋PFC為代表的高效拓樸技術(shù)大幅度提升整流轉(zhuǎn)換效率，使開(kāi)關(guān)電源效率能夠達(dá)到96%以上。效率高于96%的整流模塊稱(chēng)為高效模塊已經(jīng)成為業(yè)界共識(shí)。在通信電源行業(yè)內(nèi)，2~4kW功率段整流模塊效率最高點(diǎn)普遍可以達(dá)到高效水平，并有少數(shù)技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)提供1kW以下單相和5kW以上三相高效整流模塊，能使全網(wǎng)通信電源全部高效。
除了通過(guò)提升轉(zhuǎn)換效率直接提升電源節(jié)能特性，其它有助于節(jié)能的指標(biāo)也有了進(jìn)展。整流模塊諧波控制能力有了顯著進(jìn)步，諧波電流含量從5%以上下降到3.5%以?xún)?nèi)，實(shí)際諧波電流由基波電流的33%下降至27%；得益于先進(jìn)的有源功率因數(shù)校正電路，功率因數(shù)提升達(dá)到0.99以上，接近實(shí)際工作情況的半載功率因數(shù)也能達(dá)到0.98以上。由于諧波含量低、功率因數(shù)高，通信電源前端整個(gè)配電系統(tǒng)損耗降低5~10%，同時(shí)，也降低了交流輸入配電系統(tǒng)配置要求。整流模塊高溫性能也能幫助節(jié)能，一些模塊55℃仍能全額輸出工作，達(dá)到75℃時(shí)仍可輸出，在熱帶和亞熱帶區(qū)域的室外電源應(yīng)用場(chǎng)景中，可用熱交換代替空調(diào)作為設(shè)備柜的溫控系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)能量顯著節(jié)省。
(2) 配電系統(tǒng)通過(guò)降低柜內(nèi)、柜間和電纜壓降減少能耗
配電系統(tǒng)是技術(shù)進(jìn)步最慢的環(huán)節(jié)，但技術(shù)不斷進(jìn)步能降低柜內(nèi)壓降。更少的壓降就意味著更多的能耗節(jié)省，可通過(guò)免分流器診流技術(shù)降低10~20mV左右的柜內(nèi)壓降，也可以通過(guò)減少銅排搭接的扭排技術(shù)進(jìn)一步減少5~7mV壓降，分立式電源采用中部并機(jī)技術(shù)也能降低5~10mV的柜間壓降。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，小功率場(chǎng)景采用內(nèi)置電池的一體化電源，縮短電池電纜長(zhǎng)度來(lái)降低電纜能量損耗；中大功率電源系統(tǒng)也嘗試通過(guò)多組機(jī)柜內(nèi)置小容量電池并聯(lián)方式獲得大容量系統(tǒng)，電源相對(duì)電池居中設(shè)計(jì)，使電池到負(fù)載的電纜最短，壓降最小，損耗最低。
(3) 監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)模塊和電池休眠技術(shù)節(jié)能，搭建零能耗動(dòng)環(huán)監(jiān)控
監(jiān)控技術(shù)發(fā)展最快，目前已普遍實(shí)現(xiàn)模塊休眠技術(shù)提升電源系統(tǒng)實(shí)際效率。電池休眠是一種新技術(shù)，在電網(wǎng)質(zhì)量較佳的區(qū)域自動(dòng)減少浮充時(shí)長(zhǎng)以提升電池使用壽命，同時(shí)也減少電池浮充時(shí)能量損耗。
遠(yuǎn)程監(jiān)控是電源管理的普遍手段，雖然動(dòng)環(huán)監(jiān)控采用的采集器和通信設(shè)備能耗僅為30W左右，但海量站點(diǎn)總體能耗不能小視，100萬(wàn)個(gè)站點(diǎn)耗電可達(dá)3億度。集成站點(diǎn)監(jiān)控功能的電源系統(tǒng)，每站點(diǎn)可以節(jié)省20W左右的采集器能耗；利用主設(shè)備帶內(nèi)傳輸通道，每站點(diǎn)能夠節(jié)省10W左右的通信設(shè)備能耗，動(dòng)環(huán)監(jiān)控能耗接近零。
(4) 匹配主設(shè)備，通過(guò)智能溫控調(diào)度、隔熱設(shè)計(jì)，最小化溫控能耗
在通信網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋條件下，室外建站成為主流，室外電源不僅負(fù)責(zé)供電，還作為站點(diǎn)提供主設(shè)備收容空間和環(huán)境保障，因此，傳統(tǒng)通信電源已經(jīng)演變?yōu)檎军c(diǎn)電源。溫控系統(tǒng)是站點(diǎn)電源關(guān)鍵部件之一，溫控系統(tǒng)是否節(jié)能極大地影響著站點(diǎn)電源節(jié)能特性。
采用三明治板隔熱設(shè)計(jì)的迷你機(jī)房，可以有效防止外部熱源對(duì)系統(tǒng)的影響，每平方米太陽(yáng)幅射導(dǎo)入量小于50W；且室外電源白色涂層能將80%可見(jiàn)光反射出去，減少溫控系統(tǒng)工作時(shí)間。分區(qū)溫控技術(shù)配合耐高溫電源系統(tǒng)，將溫控能耗聚焦于保護(hù)對(duì)溫度敏感的電池，比傳統(tǒng)機(jī)房減少50%以上溫控能耗。具有溫控調(diào)度功能的智能熱交換和智能直通風(fēng)系統(tǒng)，在一般環(huán)境溫度條件下只啟動(dòng)低功耗的直通風(fēng)或熱交換，高溫時(shí)啟動(dòng)高功耗的空調(diào)系統(tǒng)，在保障設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的同時(shí)，相對(duì)于單冷空調(diào)，室外柜平均降低40%的溫控能耗。帶加熱功能的TEC空調(diào)加熱能效比超過(guò)1.4，比普通加熱器節(jié)能40%。直流壓縮式空調(diào)比交流空調(diào)提升約0.5的能效比。
站點(diǎn)電源更注重與主設(shè)備的匹配性，包括尺寸、配電、熱設(shè)計(jì)和電磁影響等方面，如風(fēng)道的匹配可以提升分區(qū)溫控的精確性。站點(diǎn)電源的匹配概念并非限于室外電源，如帶溫控功能的室內(nèi)一體化電源，允許通過(guò)提升室內(nèi)溫度設(shè)定值的方法實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
三、節(jié)能應(yīng)用東漸西被
通信電源節(jié)能技術(shù)已經(jīng)很完備，在全球運(yùn)營(yíng)商具體應(yīng)用則各有千秋，還在快速發(fā)展。我們從站點(diǎn)新建、現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化、電源維護(hù)和管理等角度來(lái)看海外電源節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用情況。
(1) 優(yōu)先采用節(jié)能產(chǎn)品
對(duì)于新建的通信站點(diǎn)，90%以上海外電信運(yùn)營(yíng)商會(huì)采用高效電源系統(tǒng)。歐洲、美國(guó)和日本等地電網(wǎng)質(zhì)量好，電池備電時(shí)間短，因此運(yùn)營(yíng)商會(huì)關(guān)注負(fù)載率指標(biāo)，并規(guī)劃電源負(fù)載率在70%以上，但對(duì)電源模塊配置數(shù)量相對(duì)敏感。在高負(fù)載率下，電源實(shí)際轉(zhuǎn)換效率接近模塊最高效率，不需要啟用模塊休眠功能。在電網(wǎng)相對(duì)較差的區(qū)域則已經(jīng)廣泛采用模塊休眠功能，提升5%左右的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率。
對(duì)于新建站點(diǎn)，通過(guò)采購(gòu)自放電率低的電池來(lái)降低電池自放電能量損耗，采購(gòu)高可靠的電源系統(tǒng)降低維護(hù)下站的燃油消耗，采購(gòu)帶智能溫控功能的迷你機(jī)房來(lái)降低站點(diǎn)溫控能耗。
(2) 優(yōu)化在網(wǎng)電源系統(tǒng)與配置
現(xiàn)網(wǎng)電源以最高效率低于92%的電源模塊組成的系統(tǒng)為主，實(shí)際效率平均80%~88%。通過(guò)投資回報(bào)分析，若三年以?xún)?nèi)可收回成本，舊電源改造方案都會(huì)迅速實(shí)施；若回收周期3~5年，則會(huì)根據(jù)財(cái)務(wù)狀況決策。運(yùn)營(yíng)商鐘愛(ài)貼身設(shè)計(jì)的搬遷方案，最大可能利舊機(jī)柜、電池、電纜和配電系統(tǒng)，這樣可以幫助縮小投資回報(bào)周期。
除了大規(guī)減搬遷改造外，對(duì)于特定場(chǎng)景，不同運(yùn)營(yíng)商采用不同節(jié)能手段。如采用人工減少模塊數(shù)量提高負(fù)載率的方式來(lái)提升老舊開(kāi)關(guān)電源效率，從77%提升至82%；備電時(shí)間長(zhǎng)、低負(fù)載率的基站通過(guò)開(kāi)啟電源模塊休眠功能能平均節(jié)電6%左右；對(duì)于雙路輸入的核心機(jī)房，通過(guò)優(yōu)化電纜配置，增加主輸入電纜線(xiàn)徑、減小備用輸入電纜線(xiàn)徑來(lái)降低配電系統(tǒng)損耗，如60kW負(fù)載，主用電纜面積翻倍后，每年節(jié)電約1000度。
(3) 優(yōu)化維護(hù)手段節(jié)能
電池是供電系統(tǒng)維護(hù)重中之重，測(cè)試則是電池維護(hù)工作的重要手段，測(cè)試的方法是放電，因此導(dǎo)致電池能量被浪費(fèi)。100%DOD放電測(cè)試1000Ah電池，每次浪費(fèi)電能超過(guò)50度。華為電源可以提供電池剩余容量指示功能，計(jì)入了運(yùn)行歷史對(duì)電池剩余容量數(shù)值的影響，可以據(jù)此調(diào)整電池容量測(cè)試要求，減少測(cè)試次數(shù)以節(jié)省電能。利用電源的電池測(cè)試功能進(jìn)行核對(duì)性放電測(cè)試，可以作為電池容量與性能的參考，且是常用的零損耗電池測(cè)試手段。
通過(guò)電源網(wǎng)管的預(yù)警功能，將電源系統(tǒng)故障維護(hù)納入到定期維護(hù)，不僅提升了維護(hù)工作的計(jì)劃性，而且能有效減少下站維護(hù)的燃油消耗，這也也是精細(xì)化節(jié)能措施組成部分。
(4) 通過(guò)管理手段節(jié)能
電源節(jié)能需要從管理抓起，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)站點(diǎn)電費(fèi)都有精確計(jì)量，包括只有幾百瓦的熱點(diǎn)和盲區(qū)覆蓋站點(diǎn)，因此需要對(duì)小型站點(diǎn)的電源也采用高效系統(tǒng)來(lái)節(jié)能。隨著MBB無(wú)線(xiàn)寬帶快速發(fā)展，小功率站點(diǎn)密集覆蓋，站點(diǎn)功率越小，系統(tǒng)效率越低。不同運(yùn)營(yíng)商通過(guò)站點(diǎn)共享使單站功率提升，這不但可以提高電源系統(tǒng)效率，還降低了站點(diǎn)建設(shè)投入。站點(diǎn)共享促進(jìn)了鐵塔運(yùn)營(yíng)商的發(fā)展，鐵塔運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)建設(shè)和維護(hù)站點(diǎn)，主要運(yùn)營(yíng)成本就是電費(fèi)，節(jié)電驅(qū)動(dòng)力更強(qiáng)，有利于總體節(jié)能。
科學(xué)定義站點(diǎn)維護(hù)周期，可以合理減少下站帶來(lái)的燃料消耗。在自然和治安環(huán)境允許的條件下，運(yùn)營(yíng)商將定期下站維護(hù)周期不斷延長(zhǎng)，甚至長(zhǎng)達(dá)3~6年，一個(gè)覆蓋25萬(wàn)平方公里的運(yùn)營(yíng)商，每年可節(jié)省燃油2萬(wàn)升以上。
四、節(jié)能為輕減排為重
在發(fā)達(dá)國(guó)家，節(jié)能雖然重要，但減排更為關(guān)鍵。由于發(fā)電來(lái)源不同，同樣的功耗，碳排放是不同的。但用電高峰時(shí)期購(gòu)買(mǎi)較清潔能源代價(jià)很高，通信電源錯(cuò)峰功能能降低波峰時(shí)期電力消耗，提高波谷時(shí)段的電能消耗，甚至多用了一些電能，但對(duì)減少排放卻是有益的。
由于整個(gè)供電系統(tǒng)的配置要匹配最大功率，電源系統(tǒng)的削峰功能有效降低系統(tǒng)最大輸入功率，使供電系統(tǒng)包括變壓器、柴油發(fā)電機(jī)、配電柜、電纜、補(bǔ)償柜等配置容量全部得以降低，可以節(jié)省最高可達(dá)50%投入，降低全社會(huì)的碳排放?？梢赃m當(dāng)提升供電系統(tǒng)的電壓，如核心機(jī)房由380V提升至400V，這5%的電壓提升帶來(lái)近10%的配電能量損耗節(jié)省。
高功率密度的電源系統(tǒng)減少了機(jī)房占地面積，也減少了設(shè)備結(jié)構(gòu)件，一方面降低了溫控系統(tǒng)能耗，另一方面節(jié)材也是減少了碳排放。
供電系統(tǒng)過(guò)配置增加了投入，也間接增加了碳排放。不同容量電池組采用統(tǒng)一容量的電池單體組合方式，如高達(dá)2~36組100AH電池并聯(lián)，能提供從200AH到3600AH多種容量電池系統(tǒng)，不但使電池備件歸一，而且使電池配置能充分接近設(shè)計(jì)容量，大幅降低過(guò)配置設(shè)備數(shù)量，也是一項(xiàng)節(jié)能之舉。
五、電源節(jié)能任重道不遠(yuǎn)
經(jīng)過(guò)以上對(duì)國(guó)外電源節(jié)能技術(shù)剖析，可以發(fā)現(xiàn)電源節(jié)能技術(shù)措施還是很多的。為電源系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)和維護(hù)管理團(tuán)隊(duì)制定節(jié)能減排考核指標(biāo)，不僅可以強(qiáng)化規(guī)劃設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，而且也有利于將節(jié)能特性納入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，從源頭開(kāi)始節(jié)能，并在維護(hù)管理環(huán)節(jié)達(dá)到最佳。
