通信電源系統(tǒng)節(jié)能技術

劉海玲

（河南省通信建設監(jiān)理有限公司，河南 鄭州 450008）

0 引 言

通信系統(tǒng)在社會生產(chǎn)生活中承擔信息傳輸媒介的作用。隨著節(jié)能環(huán)保理念的深入，通信系統(tǒng)能耗問題得到越來越多的關注。電源系統(tǒng)為通信系統(tǒng)的主要耗能元件，包括直流和交流兩種形式。通信系統(tǒng)對電能供應穩(wěn)定性要求極高，因此其電源系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化需精細開展，不斷總結通信電源系統(tǒng)的常用節(jié)能技術。

1 通信電源系統(tǒng)耗能特點

1.1 電源系統(tǒng)耗能

通信機房中的電源系統(tǒng)需安裝電源轉換裝置，若裝置本身轉換效率低，必然會出現(xiàn)發(fā)熱過多、能耗增加的問題。近年來，轉換裝置在通信電源系統(tǒng)中得到普遍應用，現(xiàn)有轉換設備型號非常復雜。有數(shù)據(jù)顯示，不同型號電源轉換裝置的電能轉換效率多集中在80%～95%，各廠家、品牌轉換設備的轉換效率差異明顯。若通信機房設計過程中選用的轉換裝置性能不佳且被大量應用，則會導致機房運行過程中電源系統(tǒng)能耗顯著上升，進而給空調系統(tǒng)帶來更大的運行壓力，進一步導致能耗上升。

1.2 通信設備耗能

通信設備高耗現(xiàn)象主要是由于設備與電源轉換器間匹配性不夠導致的，會使電路電阻上升，導致通信設備運行產(chǎn)生無用消耗。通信設備的主要耗能單元為信息轉化芯片，其耗能表現(xiàn)為明顯的連鎖特點[1]。例如，當轉換芯片能耗水平降低時，對應的電源轉換裝置、UPS電源、配電系統(tǒng)、空調系統(tǒng)及變壓設備能耗均會發(fā)生不同程度的降低。

2 通信電源系統(tǒng)節(jié)能技術

2.1 通信電源系統(tǒng)設計中的節(jié)能技術

2.1.1 開關電源

開關電源高效模塊休眠技術可對負載電流與系統(tǒng)模塊間做對比分析，利用智能軟開關技術調節(jié)運行中整流模塊的數(shù)量，使負載以外的整流模塊進入休眠狀態(tài)，以降低通信電源系統(tǒng)無效電能損耗。直流電源設備安裝對空間位置要求嚴格，一般將其設計在靠近負荷中心的位置。因此，在使用開關電源時，可將其安裝在通信機房內，使其更加接近系統(tǒng)負荷中心，縮短線纜長度。開關電源在浮充狀態(tài)下運行，產(chǎn)生的電流幅值非常有限，因此設備與直流配電屏間的線損也可被有效控制，達到降低系統(tǒng)耗能的目的。由于開關電源的整流模塊使用熱插拔方式，因此可降低后期維護難度。

例如，某局點通信電源系統(tǒng)由400 A/380 V的交流配電屏1架、整流架（2 000 A）2架、直流配電屏（2 500 A）2架、閥控鉛酸蓄電池1500 Ah和整流模塊（100 A）組成，其中蓄電池組數(shù)為2，整流模塊數(shù)量為20。計算發(fā)現(xiàn)，該通信電源系統(tǒng)整流模塊負載率在48.5%，電源系統(tǒng)理論效率在94%。電源系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，整流模塊的負載率降低至14.3%，電源系統(tǒng)效率變?yōu)?6%，降幅明顯，說明該局點通信電源系統(tǒng)的運行效果存在較大的提升空間。因此，決定引入高效整流模塊，利用智能整流模塊休眠技術降低系統(tǒng)運行能耗損失，提高整個通信電源系統(tǒng)的運行效率。改造后，系統(tǒng)運行中整流模塊的負載率提高到39.7%，相應的系統(tǒng)效率變?yōu)?0%。方案執(zhí)行后，記錄該通信電源系統(tǒng)1年內的電能消耗情況，發(fā)現(xiàn)使用高效模塊休眠技術后，每小時可較普效模塊階段節(jié)約電能89 W，日節(jié)電量2.136 kW·h。按系統(tǒng)年運行天數(shù)為350 d、電費為1元/kW·h計算，每年可節(jié)約電費747.6元，節(jié)能效果顯著。

2.1.2 閥控鉛酸蓄電池

現(xiàn)階段，通信電源系統(tǒng)中的閥控鉛酸蓄電池常被安裝在電池架上。安裝過程需考慮樓板的荷載能力，通常情況下不應低于16 kN/m2。安裝位置的選擇應為蓄電池后期維修、更換提供足夠的空間，且應與墻體保持800 mm的間距，避免影響各設備單元散熱而引發(fā)能耗上升的問題。

2.1.3 高壓直流供電

常規(guī)通信系統(tǒng)多安裝UPS電源，以保證系統(tǒng)供電持續(xù)、穩(wěn)定。相較于高壓直流供電系統(tǒng)，UPS電源在運行中涉及直流、交流轉換過程，因此在電源系統(tǒng)運行效率方面略遜于高壓直流供電。使用高壓直流供電取代傳統(tǒng)UPS電源，可降低通信電源系統(tǒng)能耗。

2.1.4 優(yōu)化布線方式

通信機房規(guī)劃設計中，應綜合考慮機房所在位置的電源、水源、冷源等是否能滿足機房正常運行的需求，通過合理選址，借助自然條件，改善機房內的能量流通，進而降低能源消耗。因此，設計過程中一般選用高溫隔熱性能優(yōu)良的材料制作機房墻板，并選用節(jié)能型門窗。機房系統(tǒng)建設中使用大量導線材料，導線距離與其線損等級密切相關。因此，通信電源系統(tǒng)節(jié)能設計還應重點關注機房內導線的優(yōu)化布置，合理規(guī)劃各類設備的安裝位置，盡量縮短導線距離。若電源系統(tǒng)導線距離調整空間有限，可適當提高導線截面面積，降低系統(tǒng)耗能水平。

2.1.5 其他節(jié)能技術

除以上常見電源系統(tǒng)節(jié)能技術外，風扇智能調速技術和蓄電池恒溫技術也能發(fā)揮一定的節(jié)能作用，可結合通信電源系統(tǒng)特點及機房節(jié)能需求，將不同節(jié)能技術結合應用。

風扇智能調速技術。風扇智能調速在系統(tǒng)中安裝溫度傳感器，采集運行環(huán)境溫度信息，對比機房最佳環(huán)境溫度的要求，對風扇系統(tǒng)運行方案做適當調整。例如，改變風扇供電電壓，調節(jié)其轉速，降低系統(tǒng)耗能。風扇智能調速技術的節(jié)能效果在50%～70%，且目前在通信電源系統(tǒng)中的應用度不高，發(fā)展空間較大。

蓄電池恒溫技術。該技術將蓄電池獨立安裝，配備單獨的溫控系統(tǒng)，通過電源運行溫度的提升來降低通信機房能耗[3]。一般而言，蓄電池的最佳運行溫度在15～25 ℃。

2.2 通信電源系統(tǒng)空調中的節(jié)能技術

2.2.1 機房新風系統(tǒng)

空調為通信電源系統(tǒng)的主要耗能單元之一。為提高空調運行效率，可在機房內引入新風節(jié)能技術。該技術結合通信機房環(huán)境特點和電源系統(tǒng)運行特點，將通風、控制、氣流組織等系統(tǒng)相整合形成機房新風系統(tǒng)，充分利用自然冷源降低空調系統(tǒng)運行能耗。新風系統(tǒng)包括自然通風新風系統(tǒng)和熱交換新風系統(tǒng)兩類。其中，自然通風新風系統(tǒng)在室外環(huán)境溫度較低時，直接將外部冷空氣引入機房內部進行降溫，以減少對常規(guī)空調系統(tǒng)的制冷需求。當室外溫度較高時，再啟動空調系統(tǒng)。自然通風新風系統(tǒng)由新風機組、排風機組、控制器以及加濕器等結構組成。由于直接引入外部冷源，機房內環(huán)境易受到外部因素的影響。熱交換新風系統(tǒng)使用隔絕換熱的方式，可有效解決自然通風新風系統(tǒng)的不足，其引入室外空氣并進行顯熱交換處理，以滿足機房對溫濕度的要求。在該新風系統(tǒng)內，外部冷源與機房內部空間被阻隔，可避免機房環(huán)境受不穩(wěn)定環(huán)境因素的影響，同時又能充分利用自然冷源，降低通信電源系統(tǒng)能耗。因此，建議選用隔絕換熱新風系統(tǒng)。

2.2.2 雙循環(huán)節(jié)能空調

除以上技術方案，還可安裝先進的空調設備。例如，某通信機房引進雙循環(huán)節(jié)能空調設備，以找到一種效果更穩(wěn)定、能耗水平更低的制冷方式。該機房選用SDC2型號雙循環(huán)節(jié)能空調。在72 d的試運行統(tǒng)計中，該空調系統(tǒng)的總制冷量達到35 kW。若采用混合制冷模式，可較之前的空調系統(tǒng)節(jié)能35.6%；若采用完全節(jié)能泵模式，節(jié)能率高達45.4%。與市面上常見精密空調相對比，以上兩種模式下的節(jié)能效果分別達到49.3%和55.2%，節(jié)能優(yōu)勢明顯[4]。相關企業(yè)可根據(jù)實際需求，選擇引進雙循環(huán)節(jié)能空調設備。

2.3 通信電源節(jié)能評估中的節(jié)能技術

強化通信電源系統(tǒng)節(jié)能效果評估，能夠及時了解通信機房的能源消耗狀態(tài)，分析當前節(jié)能技術的應用是否存在問題和不足，并通過電源系統(tǒng)運行能耗數(shù)據(jù)的動態(tài)化分析，找出更具潛力的節(jié)能環(huán)節(jié)，以給出更加高效、適用的節(jié)能技術方案。部分通信企業(yè)的用電過程使用總電表進行監(jiān)控，確保對通信機房用電情況的單獨統(tǒng)計，導致通信電源系統(tǒng)的運行能耗水平并不被有效掌握，并引發(fā)節(jié)能優(yōu)化工作無從下手的問題。鑒于以上問題，建議相關企業(yè)為通信機房設置單獨的能耗監(jiān)控設備，配合信息化監(jiān)管手段，實時采集機房內各用電單元的能耗情況。通過能耗趨勢變化，了解存在較大節(jié)能空間的設備或環(huán)節(jié)。同時，通過對比分析，評估現(xiàn)行節(jié)能技術的應用成效，結合評價結果做適當調整。

在節(jié)能評估方式的選擇上，各通信機房運行內外部環(huán)境差異明顯，因此應差異化進行節(jié)能評估方案設計。目前，較常用的節(jié)能評估方法為IPMEP。該評估模型將通信電源系統(tǒng)相關參數(shù)帶入計算公式，依照統(tǒng)一的評價標準，可準確核算通信機房用電情況?？傊?，通信電源系統(tǒng)能耗除適當使用前文介紹的節(jié)能技術外，還應同時做好節(jié)能效果評估工作，以形成完善的通信電源系統(tǒng)節(jié)能設計反饋回路，最大限度提高各項節(jié)能技術的節(jié)能效果。

3 結 論

通信電源系統(tǒng)耗能主要發(fā)生在電源系統(tǒng)、通信設備及空調系統(tǒng)。在對系統(tǒng)進行節(jié)能改造時，節(jié)能技術的應用應覆蓋通信電源系統(tǒng)的設計及運維管理階段，靈活選用電源開關、前置端子蓄電池、高壓直流供電技術，優(yōu)化系統(tǒng)布線方式，配合電源系統(tǒng)諧波治理、變壓器節(jié)能運行、變壓器負載分配、空調系統(tǒng)節(jié)能設計等措施，降低通信電源系統(tǒng)運行能耗，提高通信機房綜合效益。