摘要：本文對國外運營商電源節(jié)能技術(shù)作一些分析和總結(jié)，并期望這些節(jié)能技術(shù)對國內(nèi)運營商有所啟發(fā)。

    一、全球運營商面臨節(jié)能挑戰(zhàn)

    由于制造業(yè)的轉(zhuǎn)移，歐洲電信運營商能耗位居所有企業(yè)之首，平均能源支出占年營業(yè)收入的1.1%。2011年，中國三大運營商電費約300億元人民幣，能源支出占年收入的比例平均超過3%，遠高于歐洲，因此，較歐洲而言，有很大的節(jié)能改進空間。當前節(jié)能目標以強度指標為主，要求降低單位業(yè)務量能耗，由于個人通信已經(jīng)基本普及，通信業(yè)務量難成繼續(xù)以幾何級數(shù)增長，所以節(jié)能目標的實現(xiàn)要依賴于總能耗的降低，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，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)能的關鍵。以無橋PFC為代表的高效拓樸技術(shù)大幅度提升整流轉(zhuǎn)換效率，使開關電源效率能夠達到96%以上。效率高于96%的整流模塊稱為高效模塊已經(jīng)成為業(yè)界共識。在通信電源行業(yè)內(nèi)，2~4kW功率段整流模塊效率最高點普遍可以達到高效水平，并有少數(shù)技術(shù)領先企業(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)能的指標也有了進展。整流模塊諧波控制能力有了顯著進步，諧波電流含量從5%以上下降到3.5%以內(nèi)，實際諧波電流由基波電流的33%下降至27%；得益于先進的有源功率因數(shù)校正電路，功率因數(shù)提升達到0.99以上，接近實際工作情況的半載功率因數(shù)也能達到0.98以上。由于諧波含量低、功率因數(shù)高，通信電源前端整個配電系統(tǒng)損耗降低5~10%，同時，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，達到75℃時仍可輸出，在熱帶和亞熱帶區(qū)域的室外電源應用場景中，可用熱交換代替空調(diào)作為設備柜的溫控系統(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)進步最慢的環(huán)節(jié)，但技術(shù)不斷進步能降低柜內(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，也可以通過減少銅排搭接的扭排技術(shù)進一步減少5~7mV壓降，分立式電源采用中部并機技術(shù)也能降低5~10mV的柜間壓降。在系統(tǒng)設計上，小功率場景采用內(nèi)置電池的一體化電源，縮短電池電纜長度來降低電纜能量損耗；中大功率電源系統(tǒng)也嘗試通過多組機柜內(nèi)置小容量電池并聯(lián)方式獲得大容量系統(tǒng)，電源相對電池居中設計，使電池到負載的電纜最短，壓降最小，損耗最低。

    (3) 監(jiān)控系統(tǒng)通過模塊和電池休眠技術(shù)節(jié)能，搭建零能耗動環(huán)監(jiān)控

    監(jiān)控技術(shù)發(fā)展最快，目前已普遍實現(xiàn)模塊休眠技術(shù)提升電源系統(tǒng)實際效率。電池休眠是一種新技術(shù)，在電網(wǎng)質(zhì)量較佳的區(qū)域自動減少浮充時長以提升電池使用壽命，同時也減少電池浮充時能量損耗。

    遠程監(jiān)控是電源管理的普遍手段，雖然動環(huán)監(jiān)控采用的采集器和通信設備能耗僅為30W左右，但海量站點總體能耗不能小視，100萬個站點耗電可達3億度。集成站點監(jiān)控功能的電源系統(tǒng)，每站點可以節(jié)省20W左右的采集器能耗；利用主設備帶內(nèi)傳輸通道，每站點能夠節(jié)省10W左右的通信設備能耗，動環(huán)監(jiān)控能耗接近零。

    (4) 匹配主設備，通過智能溫控調(diào)度、隔熱設計，最小化溫控能耗

    在通信網(wǎng)絡深度覆蓋條件下，室外建站成為主流，室外電源不僅負責供電，還作為站點提供主設備收容空間和環(huán)境保障，因此，傳統(tǒng)通信電源已經(jīng)演變?yōu)檎军c電源。溫控系統(tǒng)是站點電源關鍵部件之一，溫控系統(tǒng)是否節(jié)能極大地影響著站點電源節(jié)能特性。

    采用三明治板隔熱設計的迷你機房，可以有效防止外部熱源對系統(tǒng)的影響，每平方米太陽幅射導入量小于50W；且室外電源白色涂層能將80%可見光反射出去，減少溫控系統(tǒng)工作時間。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對溫度敏感的電池，比傳統(tǒng)機房減少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系統(tǒng)，在一般環(huán)境溫度條件下只啟動低功耗的直通風或熱交換，高溫時啟動高功耗的空調(diào)系統(tǒng)，在保障設備運行環(huán)境的同時，相對于單冷空調(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。

    站點電源更注重與主設備的匹配性，包括尺寸、配電、熱設計和電磁影響等方面，如風道的匹配可以提升分區(qū)溫控的精確性。站點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，允許通過提升室內(nèi)溫度設定值的方法實現(xiàn)節(jié)能。

    三、節(jié)能應用東漸西被

    通信電源節(jié)能技術(shù)已經(jīng)很完備，在全球運營商具體應用則各有千秋，還在快速發(fā)展。我們從站點新建、現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化、電源維護和管理等角度來看海外電源節(jié)能技術(shù)的具體應用情況。

    (1) 優(yōu)先采用節(jié)能產(chǎn)品

    對于新建的通信站點，90%以上海外電信運營商會采用高效電源系統(tǒng)。歐洲、美國和日本等地電網(wǎng)質(zhì)量好，電池備電時間短，因此運營商會關注負載率指標，并規(guī)劃電源負載率在70%以上，但對電源模塊配置數(shù)量相對敏感。在高負載率下，電源實際轉(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。

    對于新建站點，通過采購自放電率低的電池來降低電池自放電能量損耗，采購高可靠的電源系統(tǒng)降低維護下站的燃油消耗，采購帶智能溫控功能的迷你機房來降低站點溫控能耗。

    (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，實際效率平均80%~88%。通過投資回報分析，若三年以內(nèi)可收回成本，舊電源改造方案都會迅速實施；若回收周期3~5年，則會根據(jù)財務狀況決策。運營商鐘愛貼身設計的搬遷方案，最大可能利舊機柜、電池、電纜和配電系統(tǒng)，這樣可以幫助縮小投資回報周期。

    除了大規(guī)減搬遷改造外，對于特定場景，不同運營商采用不同節(jié)能手段。如采用人工減少模塊數(shù)量提高負載率的方式來提升老舊開關電源效率，從77%提升至82%；備電時間長、低負載率的基站通過開啟電源模塊休眠功能能平均節(jié)電6%左右；對于雙路輸入的核心機房，通過優(yōu)化電纜配置，增加主輸入電纜線徑、減小備用輸入電纜線徑來降低配電系統(tǒng)損耗，如60kW負載，主用電纜面積翻倍后，每年節(jié)電約1000度。

    (3) 優(yōu)化維護手段節(jié)能

    電池是供電系統(tǒng)維護重中之重，測試則是電池維護工作的重要手段，測試的方法是放電，因此導致電池能量被浪費。100%DOD放電測試1000Ah電池，每次浪費電能超過50度。華為電源可以提供電池剩余容量指示功能，計入了運行歷史對電池剩余容量數(shù)值的影響，可以據(jù)此調(diào)整電池容量測試要求，減少測試次數(shù)以節(jié)省電能。利用電源的電池測試功能進行核對性放電測試，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試手段。

    通過電源網(wǎng)管的預警功能，將電源系統(tǒng)故障維護納入到定期維護，不僅提升了維護工作的計劃性，而且能有效減少下站維護的燃油消耗，這也也是精細化節(jié)能措施組成部分。

    (4)通過管理手段節(jié)能

    電源節(jié)能需要從管理抓起，發(fā)達國家對站點電費都有精確計量，包括只有幾百瓦的熱點和盲區(qū)覆蓋站點，因此需要對小型站點的電源也采用高效系統(tǒng)來節(jié)能。隨著MBB無線寬帶快速發(fā)展，小功率站點密集覆蓋，站點功率越小，系統(tǒng)效率越低。不同運營商通過站點共享使單站功率提升，這不但可以提高電源系統(tǒng)效率，還降低了站點建設投入。站點共享促進了鐵塔運營商的發(fā)展，鐵塔運營商負責建設和維護站點，主要運營成本就是電費，節(jié)電驅(qū)動力更強，有利于總體節(jié)能。

    科學定義站點維護周期，可以合理減少下站帶來的燃料消耗。在自然和治安環(huán)境允許的條件下，運營商將定期下站維護周期不斷延長，甚至長達3~6年，一個覆蓋25萬平方公里的運營商，每年可節(jié)省燃油2萬升以上。

    四、節(jié)能為輕減排為重

    在發(fā)達國家，節(jié)能雖然重要，但減排更為關鍵。由于發(fā)電來源不同，同樣的功耗，碳排放是不同的。但用電高峰時期購買較清潔能源代價很高，通信電源錯峰功能能降低波峰時期電力消耗，提高波谷時段的電能消耗，甚至多用了一些電能，但對減少排放卻是有益的。

    由于整個供電系統(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、配電柜、電纜、補償柜等配置容量全部得以降低，可以節(jié)省最高可達50%投入，降低全社會的碳排放。可以適當提升供電系統(tǒng)的電壓，如核心機房由380V提升至400V，這5%的電壓提升帶來近10%的配電能量損耗節(jié)省。

    高功率密度的電源系統(tǒng)減少了機房占地面積，也減少了設備結(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計容量，大幅降低過配置設備數(shù)量，也是一項節(jié)能之舉。

    五、電源節(jié)能任重道不遠

    經(jīng)過以上對國外電源節(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)劃建設和維護管理團隊制定節(jié)能減排考核指標，不僅可以強化規(guī)劃設計環(huán)節(jié)，而且也有利于將節(jié)能特性納入行業(yè)標準和規(guī)范，從源頭開始節(jié)能，并在維護管理環(huán)節(jié)達到最佳。<