5G基站配套基礎設施節(jié)能降耗技術

李 靜，邵 帥

（1.信陽學院大數(shù)據(jù)與人工智能學院，河南 信陽 464000；2.廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學院，廣東 東莞 523960）

0 引 言

近幾年，我國的5G網(wǎng)絡建設規(guī)模越來越大，5G基站的總量超過了60萬座。與4G相比，5G基站與網(wǎng)絡都有著高能耗的特點，基站的電費也因此居高不下，這為運營商帶來了不小的成本壓力。不僅如此，能源消耗問題較為嚴重，不利于我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的有效落實。對此，針對5G基站配套基礎設施中高能耗的機房空調(diào)和通信電源設施，需要盡快利用節(jié)能降耗技術來不斷使它們變得更加經(jīng)濟、環(huán)保。

1 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術

1.1 智能新風節(jié)能系統(tǒng)

新風節(jié)能技術本身就屬于一種間接性的節(jié)能技術，它需要將機房外部的自然風視為冷風來源，并在機房的內(nèi)部安裝上下出進風裝置，以實現(xiàn)相應的室溫調(diào)節(jié)。具體來說，它會采用濕度與溫度傳感器來實現(xiàn)對室內(nèi)外環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測，下進風裝置一般會在室外溫度低于設置值時啟動，其風機和風口都會開展運作，并將室外冷空氣吸入室內(nèi)[1]。這時機房內(nèi)部的冷空氣與熱空氣就會產(chǎn)生熱交換，繼而達到降低室溫的目的。同時，機房內(nèi)部需要有正壓風壓，這樣才能在啟動上排風裝置時高效達到實現(xiàn)室內(nèi)散熱的目標。除此之外，通過智能新風系統(tǒng)完成的冷氣吸入與熱氣排出可以做到既保持室內(nèi)的基本恒溫狀態(tài)，又能減少空調(diào)開啟的頻率與時間，以此實現(xiàn)節(jié)能降耗[2]。智能新風系統(tǒng)的應用場景一般都比較廣，但是為了保證系統(tǒng)的高效率運行，且達到較好的節(jié)能效果，需要盡量確保機房內(nèi)外的溫差小于5 ℃。這樣一來，智能新風系統(tǒng)才能在運行一段時間后，達到相應的溫控效果。

1.2 帶水簾新風系統(tǒng)

帶水簾新風系統(tǒng)與智能新風系統(tǒng)類似，都屬于間接性的節(jié)能方式。帶水簾新風系統(tǒng)的裝置是在原有智能新風系統(tǒng)的基礎上利用了水蒸發(fā)的原理，在下進風處設置了一個水簾裝置。水蒸發(fā)可以吸熱，當室外空氣被吸入室內(nèi)時，空氣會經(jīng)過水簾的表面，繼而出現(xiàn)水分子蒸發(fā)的情況，從而就實現(xiàn)了水蒸發(fā)吸熱，且此時的空氣溫度就會降低4～10 ℃。不僅如此，當空氣通過水簾時，空氣中的灰塵也會吸附在水簾上，能夠起到一定的除塵作用。而為了真正落實節(jié)能降耗，帶水簾的供水形式可選取自來水、雨水收集系統(tǒng)等[3]。其中，雨水收集系統(tǒng)是倍受推崇的一種供水方案，主要是因其節(jié)能降耗的效果更勝一籌。帶水簾新風系統(tǒng)除了具備新風系統(tǒng)基本的節(jié)能功用外，它在實現(xiàn)了空氣過濾的基礎上也令通信機房內(nèi)部的空氣清潔度變得更高，同時帶水簾新風系統(tǒng)還可以被應用于基帶處理單元（Building Base band Unite，BBU）集中機房與5G基站的核心機房中。

1.3 機房隔熱技術

機房隔熱技術實際上是一種防止陽光輻射的技術，因為5G的基站和機房始終會受到陽光的直射，所以機房的外墻表面溫度就會持續(xù)增高，繼而增加建筑結構本身的熱負荷與室內(nèi)空調(diào)的能耗，而利用隔熱技術則可以有效解決這個問題。由于采取了隔熱措施，因此陽光的輻射就能夠被削減。這樣一來，機房外墻所吸收的熱能也會隨之降低，從而切實減少建筑結構本身的熱負荷和空調(diào)的能耗。具體來說，機房隔熱技術可以采取多種不同的手段，像是門窗隔熱、外墻隔熱以及屋頂隔熱等[4]。其中，門窗隔熱的措施比較簡單，可以直接采用具有隔熱性能的雙層玻璃或者遮陽板來對門窗進行封堵處理，而外墻和屋頂則可以采取覆蓋綠色植物以及隔熱網(wǎng)或直接涂抹隔熱涂料以實現(xiàn)隔熱，此外還能夠采用平改坡的措施。這是因為夏季室外溫度較高，機房的屋頂若是平頂結構，則會因為屋頂直接受到陽光直射而導致溫度亟劇升高，所以可以將平頂改造為坡頂，這樣在加強了良好通風并減少了直射面積的情況下，機房的維護結構熱負荷就會大大降低，從而減輕了室內(nèi)空調(diào)的電能消耗[5]。

由于隔熱技術從技術角度和投資角度來說都有著較強的優(yōu)勢，成本較低且改造難度較小，機房室外的各種機柜都可以采用這種方式來實現(xiàn)節(jié)能降耗。同時，該方法也適用于日照時間長、終年溫度較高的地區(qū)。

1.4 蓄電池地埋技術

目前，由于5G基站所采用的配套基礎設施對機房周邊環(huán)境的溫度要求有所降低，而蓄電池作為核心設備，就成為了對環(huán)境要求較高的設備。一般來說，在沒有優(yōu)化機房空調(diào)各項節(jié)能效果的前提下，可以通過采用蓄電池地埋、耐高溫蓄電池或者鐵鋰電池來滿足蓄電池的運行環(huán)境。其中機房的地下室具有恒溫作用，因此就能夠在一定程度上優(yōu)化蓄電池的運行環(huán)境，同時還能夠有效延長蓄電池的使用壽命，并且提升其放電量。而地埋蓄電池的電池柜安裝需要加裝導氣管與排水管，以做好換氣工作，并積極處理潮濕的問題。地埋蓄電池可以采用12 V單體型的，同時要對每個單體蓄電池的測試線進行埋后引出工作。在此基礎上，必須積極做好對地埋蓄電池基坑的實施溫度檢測工作，這樣就可以降低后期維護的難度。

2 電源系統(tǒng)節(jié)能技術

2.1 開關電源休眠技術

5G基站在進行前期工程設計時，針對基站的開關電源，在設計各個模塊的容量時不僅需要考慮設備的負載電流，還要考慮蓄電池組的充電電流，盡量采用N＋1模塊的冗余配置方式。在當前大多數(shù)5G基站的運營過程中，基站的話務量不存在固定的高峰期，負載電流也沒有達到額定值，同時因為市電較為穩(wěn)定，蓄電池長期處于不工作的狀態(tài)，所以充電的頻率也比較低。在業(yè)務量較少時，其負載頻率更低。對此，需要采用智能休眠技術來對設備的負載電流進行動態(tài)控制，具體需要對整流模塊的開啟與關閉進行智能化控制。為了達到節(jié)能降耗的目的，可以有選擇性地使部分整流模塊進入休眠狀態(tài)，這樣開關電源就可以始終保持較高的運行效率[6]。

2.2 直流遠供技術

5G基站在我國的規(guī)模逐漸擴大，眾多的小站點多被用于網(wǎng)絡補盲吸熱，這樣就可以形成超密集的組網(wǎng)。由于每個小站點都需要引入市電和備電，從工程建設的角度出發(fā)就會發(fā)現(xiàn)如果仍采用過去的供電方式，不僅前期投入大，而且節(jié)能降耗方面的效果并不好，既費時又費力。在此情況下，可以采用直流遠供技術，優(yōu)先選擇供電容量大的宏站作為主節(jié)點，繼而用鏈型結構或者星型機構向周邊的小站進行供電，從而就令市電、整流以及備電等實現(xiàn)了資源共享。具體可以利用網(wǎng)管遠程控制技術，當各個小站的業(yè)務量較小時，借助控制系統(tǒng)進行智能檢測并進行關斷，這樣就可以節(jié)約電能[7]。這種技術的使用范圍較廣，例如大型的工業(yè)園區(qū)、住宅小區(qū)、城市商圈以及沿街路燈等都可以加以應用，同時對于市電引入困難的城鎮(zhèn)和農(nóng)村也可以加以應用。

2.3 蓄電池市電削峰技術

5G基站一般對市電的容量需求較大，這就給市電的增容工作帶來了較大的壓力，同時也使得峰值時段的階梯電價成本有所增多。一般來說，市電的容量需求由3個不同的部分組成，即通信設備負荷、空調(diào)以及蓄電池充電。而工程建設過程中各類通信設備的用電需求是根據(jù)其額定功率來進行設計的，但是實際的用電量僅有40%～50%，基站的蓄電池組一直存在存量富余的情況，從而導致大量的蓄電池長期處于休眠狀態(tài)。對此需要利用市電削峰技術，以提升其儲能放電的能力。具體來說，需要利用5G設備本身的動態(tài)波動性特征來實現(xiàn)高峰期的市電補償，并對基站設備進行供電，同時在用電低谷期利用市電對蓄電池進行儲能，實現(xiàn)了錯峰供電，并對設備的負載波動進行了一定的抑制[8]。

2.4 風光互補新能源供電技術

若是將太陽能、風能這類可再生能源作為5G基站的電源，就能夠在實現(xiàn)節(jié)能降耗的基礎上進一步減少電費。像是在我國一些風能與太陽能不足的地區(qū)，可以根據(jù)其本身的風資源與光資源條件，并借助風光互補的供電系統(tǒng)與技術來實現(xiàn)長時間的持續(xù)供電[9]。而針對太陽能與風能存在著季節(jié)性互補能力不足的情況以及風光資源總量較少的地區(qū)，可以利用市電或者備用柴油發(fā)電機來進行風、光以及電3種能源互補的形式來構建基站的供電系統(tǒng)。當供電系統(tǒng)中存在供電線路時，可以適當引入1條備用的市電，而在沒有市電引入的情況下，則需要在系統(tǒng)中將柴油發(fā)動機作為備用設備[10]。這樣一來，在陰雨天氣或者風力不足的情況下，便能夠利用市電或者柴油發(fā)電機來實現(xiàn)持續(xù)供電。該技術適用于自然可再生能源較為豐富的地區(qū)，同時也適用于缺乏電能的偏遠地區(qū)與特殊場景，但是這一節(jié)能降耗技術的應用需要耗費大量的前期建設資金，故而在應用推廣的過程中需要結合實際，并慎重選用。

3 結 論

隨著5G基站的建設規(guī)模越來越大，在將其拓展到鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)后，人們便更為關注基站的節(jié)能降耗問題。具體來說，需要重點解決基站機房空調(diào)與通信電源的高能耗問題。經(jīng)過長期的研究，人們明確了可以利用各種先進的節(jié)能降耗技術手段，從而使得5G基站在運行過程中有效減少能源消耗與電費成本，進而有利于推動5G基站盡快實現(xiàn)節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展目標。