“能效邏輯”與電信行業(yè)節(jié)能

    電信業(yè)：節(jié)能面臨新挑戰(zhàn)

    電信行業(yè)也是能耗大戶，據(jù)悉，在我國(guó)，整個(gè)通信行業(yè)年耗電量超過(guò)200億千瓦時(shí)，其中移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)耗電量占絕大部分。從整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能耗分布來(lái)看，基站設(shè)備的能耗占到了90%。隨著3G建設(shè)的全面啟動(dòng)，基站建設(shè)的規(guī)模還將迅速擴(kuò)大，基站供電和相應(yīng)的制冷設(shè)備能耗將不斷上升。從運(yùn)營(yíng)商方面講，電信網(wǎng)絡(luò)的能源供應(yīng)效率總體較低，雖然采取了一些措施減少能耗，但是重點(diǎn)往往放在提高個(gè)別產(chǎn)品的能源效率上，在實(shí)踐中往往事倍功半。

    事實(shí)上，在電信網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于任何系統(tǒng)部件采取的行為，都會(huì)在其他部件上引起連鎖反應(yīng)，能耗及相應(yīng)的節(jié)能措施的實(shí)施同樣如此。因此，在應(yīng)用節(jié)能策略時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮該策略對(duì)于其他系統(tǒng)部件的影響。正是從這一角度出發(fā)，運(yùn)用整體分析的方法，艾默生網(wǎng)絡(luò)能源提出了“能效邏輯”的概念。此概念描述了機(jī)房/基站從終端主設(shè)備到基礎(chǔ)設(shè)施的級(jí)聯(lián)節(jié)能效應(yīng)，不僅僅直觀地揭示了網(wǎng)絡(luò)各子系統(tǒng)在節(jié)能降耗方面的邏輯相關(guān)性，更為業(yè)界提供了一種分析電信機(jī)房/基站的思路和方法，為電信行業(yè)的管理者提供了降低能耗的新路標(biāo)。

    針對(duì)電信行業(yè)的節(jié)能，基于“能效邏輯”原理，艾默生網(wǎng)絡(luò)能源總結(jié)出了12種節(jié)能措施，分別應(yīng)用于以基站為主體的無(wú)線網(wǎng)，以及以交換局為主體的有線網(wǎng)。

    無(wú)線網(wǎng)基站節(jié)能策略

    在探討基站節(jié)能方面，艾默生采用了典型的RBS基站作為模型。該基站超過(guò)60%的電能由無(wú)線電設(shè)備和放大器消耗，11%的電能被直流電源系統(tǒng)消耗，25%的電能被制冷系統(tǒng)消耗。在這種情況下，消耗10.3kW電能，只能輸出0.12kW電能進(jìn)行無(wú)線電信號(hào)的發(fā)送和接收處理，系統(tǒng)效率（輸出功率/輸入功率）僅為約1.2%。因此，在整個(gè)系統(tǒng)中存在著較大的改進(jìn)空間。通過(guò)進(jìn)一步分析，艾默生發(fā)現(xiàn)節(jié)能策略能夠引起如下“級(jí)聯(lián)效應(yīng)”：射頻負(fù)載節(jié)省1W的電能，在信號(hào)調(diào)制和放大環(huán)節(jié)就能節(jié)省17.3瓦，整流環(huán)節(jié)節(jié)省3.3瓦，制冷環(huán)節(jié)節(jié)省7.1瓦，總體節(jié)能超過(guò)28瓦。因此，從天線端開(kāi)始采取節(jié)能措施具有重要意義。在這一分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用能效邏輯原理，艾默生總結(jié)出了6項(xiàng)基站節(jié)能策略。

    1.優(yōu)化遠(yuǎn)程射頻單元

    典型的RBS基站將120瓦的射頻信號(hào)傳輸?shù)教炀�需要120瓦的電能。將射頻設(shè)備從基站基部移到發(fā)射塔頂部（接近天線），并通過(guò)光纜連接，避免了長(zhǎng)距離饋纜傳輸中的電能損耗。無(wú)論通過(guò)來(lái)自電網(wǎng)的獨(dú)立饋纜傳送，還是通過(guò)來(lái)自基站的48V電源系統(tǒng)供電，能耗都可以降到最低。該步驟將功率放大器電能需求減少了一半，同時(shí)消除了33%的制冷需求和30%的直流電源負(fù)載需求和損失。

    2.無(wú)線電設(shè)備等待模式

    無(wú)線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可以轉(zhuǎn)為ECO模式，當(dāng)語(yǔ)音流量較低時(shí)關(guān)閉電源（通常是在晚上）。該功能可以通過(guò)簡(jiǎn)單的軟件和硬件升級(jí)提供。在原來(lái)的模式下，白天和晚上消耗的電能基本相當(dāng)，與語(yǔ)音流量無(wú)關(guān)。但在ECO模式下，在語(yǔ)音流量較低的時(shí)間段電能消耗最多可以減少40%。該策略總體可以減少10-20%的電能，同時(shí)還能在相關(guān)的變流和制冷環(huán)節(jié)減少能耗。

    3.被動(dòng)冷卻

    無(wú)線基站的空調(diào)設(shè)備需要的電能相當(dāng)于RBS基站產(chǎn)生的熱負(fù)荷的34%。因此，采取一些被動(dòng)制冷的措施減少基站空調(diào)的能耗也非常重要，比如采用自然通風(fēng)或者采用帶水過(guò)濾或者熱交換器的強(qiáng)制風(fēng)扇制冷，將在很大程度上降低能耗，由此也可以降低TCO。雖然被動(dòng)制冷能夠節(jié)能10%或更多的電能，但并不是所有情況都適合此方法。每個(gè)RBS基站都應(yīng)當(dāng)單獨(dú)評(píng)估，找到恰如所需的節(jié)能和降低TCO 的措施。

    4.空調(diào)的高級(jí)環(huán)境控制

    在需要使用空調(diào)的情況下，如果將溫度設(shè)定到滿足需求的較高點(diǎn)，不僅能夠節(jié)省電能的消耗，而且降低了空調(diào)單元的開(kāi)啟頻率，另外，空氣交換更高的溫度變化值也能夠提高設(shè)備的運(yùn)行效率。當(dāng)然，設(shè)定空調(diào)的最高溫度，必須衡量其對(duì)部件可靠性的潛在影響。在不影響系統(tǒng)可用性的前提下，這種方法可以節(jié)省3-4%的電能。

    采用空調(diào)節(jié)能卡進(jìn)行機(jī)房溫度控制，亦可在確保系統(tǒng)可用性的前提下，一般節(jié)省2－5％的電能。

    5.直流電源系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為ECO模式

    在ECO模式下，假如5個(gè)整流器運(yùn)行在空閑模式下，那么實(shí)際負(fù)載的整流器功率將增加到22A，將整流器負(fù)載增加了66%，將運(yùn)行效率提升到92%以上。該模式能夠節(jié)省146瓦的熱量消耗熱量，即節(jié)省了20%的電能。此環(huán)節(jié)對(duì)于整個(gè)RBS基站節(jié)能的貢獻(xiàn)為2-3%。

    6.更高效的整流器

    更高能效的整流器價(jià)格較高，采用起來(lái)可能會(huì)降低ROI（投資回報(bào)率）。艾默生網(wǎng)絡(luò)能源通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，如果在ECO模式下采用運(yùn)行效率為94%的整流器，代替效率為91.5%的整流器，節(jié)能效果就大大提升，并且受價(jià)格影響較小，也能夠獲得最佳的ROI。

    有線網(wǎng)交換局節(jié)能策略

    艾默生采用了一個(gè)典型的交換局能耗模型來(lái)分析有線網(wǎng)節(jié)能策略。該模型是一個(gè)基于語(yǔ)音交換的傳統(tǒng)架構(gòu)。同無(wú)線網(wǎng)節(jié)能模型一樣，交換局通過(guò)級(jí)聯(lián)效應(yīng)能夠大大提高節(jié)能效果。電信設(shè)備節(jié)省1瓦的能耗，就能使內(nèi)部DC-DC 變頻器節(jié)省0.16瓦，配電設(shè)備節(jié)省0.05瓦，直流電源節(jié)省0.21瓦，制冷設(shè)備節(jié)省0.9瓦，輸入開(kāi)關(guān)設(shè)備節(jié)省0.07瓦，總共節(jié)能2.42瓦。艾默生提出了6種能效邏輯節(jié)能策略應(yīng)用于交換局，能夠減少近40%的能耗。

    1.電信和IT設(shè)備的節(jié)能模型

    電信主設(shè)備和IT設(shè)備采用節(jié)能技術(shù)或措施，比如采用ECO模式，能夠使整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能效果大大增加。將能效邏輯應(yīng)用于交換局，在電信設(shè)備上節(jié)省15%能耗，總共約9.9kW，由于級(jí)聯(lián)效應(yīng)總體節(jié)能能夠達(dá)到24.3kW在。因此，通過(guò)級(jí)聯(lián)效應(yīng)擴(kuò)大節(jié)能效果是最大益處所在。

    2. 直流供電的IT設(shè)備

    最大程度地簡(jiǎn)化機(jī)房電源的變流系統(tǒng)，是交換局減少能耗的重要方面。通過(guò)消除逆變器的電源變流，采用傳統(tǒng)的-48VDC供電，端到端的能效可提高25%。對(duì)于一個(gè)5kVA的負(fù)載而言，此環(huán)節(jié)可以減少2600瓦的散熱能耗。在該模型中，通過(guò)對(duì)逆變器采取節(jié)能措施，可以降低1.9%的能耗。

    3.采取最佳制冷措施

    通過(guò)以下措施，可以將制冷效率提升近30%：通過(guò)冷熱通道配置等方式，確保冷空氣最有效地進(jìn)入機(jī)架且熱空氣能完全回流到制冷單元；通過(guò)有效密封機(jī)房，避免不必要的增濕/去濕；將冷通道溫度保持在合適的區(qū)間(68-70華氏度)；采用數(shù)字渦旋壓縮機(jī)的制冷設(shè)備，等等。

    4.輔助高密度制冷

    高密度輔助制冷在數(shù)據(jù)中心已經(jīng)應(yīng)用數(shù)年，獲得了很大的成功。這些設(shè)備置于機(jī)架或機(jī)柜上方的天花板，或與機(jī)柜并排放置，提供必須的冷量。采用這種方法比常規(guī)制冷系統(tǒng)制冷效率提高30%。采用冷媒冷卻機(jī)架也可以達(dá)到同樣的效果。

    5.替換原來(lái)的整流器

    一些電信交換局一直使用舊一代-48VDC整流器，可靠性不能保證。因此應(yīng)當(dāng)采用新一代的整流器，替換設(shè)備。研究發(fā)現(xiàn)，此環(huán)節(jié)節(jié)省的能耗占整個(gè)系統(tǒng)節(jié)能的4.2%。

    6.直流電源系統(tǒng)采用ECO模式

    盡管與其他策略相比，該策略的投資回報(bào)率較低，但是這種投資的回報(bào)更直接更高效。艾默生認(rèn)為，作為當(dāng)今大多數(shù)控制器中的一個(gè)軟件特性，ECO模式很可能將變?yōu)閺?qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。

    正如“能效邏輯”所示，電信行業(yè)的節(jié)能是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備提供商等各方面的共同努力才能最大程度地提升節(jié)能的效果和效率。艾默生網(wǎng)絡(luò)能源不僅提出了“能效邏輯”的原理，而且總結(jié)出電信行業(yè)節(jié)能的12項(xiàng)具體措施，提供了切實(shí)可行的途徑和方法，并堅(jiān)持綠色節(jié)能的理念，推出新一代綠色的網(wǎng)絡(luò)能源解決方案，由此吹響了電信行業(yè)綠色節(jié)能的“集結(jié)號(hào)”。■