通信電源系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)發(fā)展研究

滕遠林

（中通服節(jié)能技術(shù)服務有限公司，江蘇 南京 210003）

0 引 言

5G時代的到來對通信事業(yè)的發(fā)展帶來了很大的影響，通信網(wǎng)絡規(guī)模的日漸拓展，在這樣的社會背景下，中國通信設(shè)備、通信基站等的數(shù)量大幅增加，甚至在很多地方出現(xiàn)了幾何倍數(shù)的增長，隨之而來的不僅僅是通信部門管理壓力的增大，還有能源損耗數(shù)量的上升。根據(jù)中國電力部門的數(shù)據(jù)，最近幾年中國通信耗電量突破400億度，權(quán)重為中國能耗的高位。因此，中國通信事業(yè)開展節(jié)能減排行動刻不容緩，高能消耗需要開源節(jié)流以降低能耗，從而保證可持續(xù)發(fā)展。本文主要通過資料查閱法、文獻研究法和數(shù)據(jù)分析法，對于我國通信行業(yè)的能源損耗背景現(xiàn)狀進行簡要分析介紹，同時重點分析研究了當前我國現(xiàn)有的通信電源系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)應用發(fā)展現(xiàn)狀，以求更好地促進我國通信行業(yè)更好的實現(xiàn)節(jié)能減排，減重增效的目標實現(xiàn)。

1 中國通信行業(yè)能源消耗背景分析

如今，中國通信事業(yè)呈現(xiàn)出高質(zhì)量發(fā)展狀態(tài)，綜合業(yè)態(tài)有了長足進步。黨的十九大以來，中共中央把節(jié)能減排作為國家戰(zhàn)略決策中的重要一環(huán)，并將其上升為基本國策進行嚴格落實。例如，央企必須滿足能耗下降率為20%的指標，且工廠排除的污染物不能超過原有上報污染物的90%。這說明，節(jié)能減排已經(jīng)成為全社會共同關(guān)注的問題，還能夠有效提升企業(yè)的綜合運營能力。在5G通信技術(shù)如火如荼發(fā)展的今天，通信行業(yè)的能耗問題一度成為社會關(guān)注的問題。首先，需要展開中國通信行業(yè)能源消耗的背景分析，本文主要以某省的能耗狀態(tài)為例。

表1展示了樣本省份2015-2019年通信運營商的電耗總數(shù)據(jù)[1]。

圖1展示了樣本省份2015-2019年通信運營商的通信基站電耗增長趨勢。圖2為通信機房電源損耗占比。

表1 某省級通信運營商2015-2019年電耗情況

圖1 某省通信基站2015-2019年電耗增長趨勢

圖2 通信機房電源損耗占比

由圖1可知，近年來我國的通信基站耗電量呈現(xiàn)逐年攀升趨勢，耗電量大。由圖2可知，通信機房中的電源損耗集中在兩部分，分別是通信設(shè)備以及機房配套設(shè)備。前者占據(jù)了能耗的主要部分，后者包括機房燈光、制冷以及制熱用電。關(guān)于通信行業(yè)能耗的研究，很多研究人員都展開了深入探討[2-4]，但是沒有統(tǒng)一說法，有些描述也不夠精準。不同的地理條件以及配置情況都會對基站的實際能耗產(chǎn)生影響，從而影響能耗權(quán)重，應當具體問題具體分析。

2 中國通信電源系統(tǒng)現(xiàn)有節(jié)能技術(shù)

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(guān)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(jié)通信電源系統(tǒng)的常用節(jié)能技術(shù)。

2.1 開關(guān)電源休眠技術(shù)

開關(guān)電源整流模塊所引發(fā)的無效電能損耗占比通信電源系統(tǒng)能耗問題較大。開關(guān)電源整流模塊的能源損耗主要包括空載能源損耗、輸出功率損耗以及帶載能源損耗3個方面。其中，輸出功率損耗是根據(jù)電源負載電流的大小而決定的，無法減少其能源損耗。帶載能源損耗問題是取決于開關(guān)電源整流模塊的工作效率，倘若相應的整流模塊負載率維持在40%～70%（一般規(guī)定的正常整流模塊負載率范圍），此時可以通過提升開關(guān)電源整流模塊的工作效率達到降低帶載能源損耗的目的?？蛰d能源損耗問題是由于相應負荷未能夠達到額定容量造成的。降低空載能源損耗則可以通過降低整流模塊的工作數(shù)量，提升整流模塊負載率的方式予以實現(xiàn)[5]。

目前，我國在對于降低通信電源開關(guān)電源的能源損耗實現(xiàn)節(jié)能方面，采取了相應的開關(guān)電源整流模塊休眠技術(shù)予以實現(xiàn)。開關(guān)電源整流模塊休眠技術(shù)就是根據(jù)電源負載電流的大小，通過與系統(tǒng)的支配整流模塊的數(shù)量和模塊的容量進行比較的方式，進而以智能“軟開關(guān)”技術(shù)實現(xiàn)對于開關(guān)電源工作整流模塊工作數(shù)量的自動調(diào)整，使得部分不進行工作的整流模塊處于休眠狀態(tài)，將開關(guān)電源整流模塊調(diào)整到最佳的負載率下進行工作，進而實現(xiàn)對于開關(guān)電源整流模塊帶載和空載能源損耗的降低，達到節(jié)能減排的目的。

開關(guān)電源整流模塊休眠技術(shù)包括整流模塊的休眠和監(jiān)控模塊的冗余及循環(huán)開關(guān)機控制兩部分。為了更好地提升通信電源系統(tǒng)的工作運行效率，休眠技術(shù)依據(jù)實際的電源系統(tǒng)負載使用情況和系統(tǒng)的工作情況，對于整流模塊的工作狀態(tài)進行實時調(diào)整，當負載工作量小時，將一些整流模塊置于休眠狀態(tài)，達到降低能源損耗的目的；而一旦當負載工作量增加，便根據(jù)增加情況由監(jiān)控模塊選擇喚醒部分或全部整流模塊進行工作狀態(tài)。同時，為了能夠更好地促使整流模塊的壽命同步老化，休眠監(jiān)控模塊還會統(tǒng)計每個開關(guān)電源整流模塊的工作時長和運行情況，然后按照統(tǒng)計情況將一些運行時間短的模塊喚醒為工作狀態(tài)，同時讓一些運行時間長的模塊置于休眠狀態(tài)，進而促使各整流模塊同步老化，延長開關(guān)電源整流模塊的使用壽命。

2.2 電源系統(tǒng)諧波治理技術(shù)

一般通信電源供電系統(tǒng)都有著復雜的電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且相應的設(shè)備數(shù)量、種類多，如大量安裝的UPS電源、變頻空調(diào)以及整流電源模塊。這些電源設(shè)備均具有非線性的用電特點，也就導致了通信電源供電系統(tǒng)中會產(chǎn)生大量的諧波。大量諧波的存在不僅僅會嚴重影響通信電源供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量，導致通信電源用電系統(tǒng)的用電環(huán)境不斷惡化，而且對于通信電源系統(tǒng)的各類用電設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠運行性造成極大的影響。更為突出的是，大量諧波的存在會造成通信電源系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備和相應的連接線纜發(fā)熱，熱量損失也導致系統(tǒng)的性能下降且運行的能源損耗不斷增加，產(chǎn)生大量的能耗。

關(guān)于諧波造成的通信電源系統(tǒng)能源損耗問題，目前我國開始不斷利用通信電源系統(tǒng)的諧波治理技術(shù)予以解決。電源系統(tǒng)諧波治理技術(shù)的技術(shù)原理就是采用相應的無源或者有源的濾波技術(shù)將電網(wǎng)中因非線性的負荷或者逆變所產(chǎn)生的電壓諧波以及相應的有害高次電流進行濾除，進而更好地提升用電質(zhì)量和通信電源系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的運行效率，提升設(shè)備利用率，達到降低能耗損失的目的[6]。

2.3 磷酸鐵鋰電池節(jié)能技術(shù)

一般通信電源機房以及室外的大量基站都會需要到空調(diào)等制冷制熱設(shè)備以保證通信電源系統(tǒng)的運行環(huán)境溫度。尤其是對于通信電源系統(tǒng)的電池運行溫度需進行不間斷的制冷制熱調(diào)控，保證其正常的運行，否則周圍環(huán)境溫度較高會使得本身一些工作適應溫度范圍窄的電池熱失控加劇，造成能源損耗。再者這些空調(diào)制冷制熱設(shè)備的不間斷運行也導致了通信電源系統(tǒng)的整體能源損耗問題極大地增加。我國通信行業(yè)曾選用電壓穩(wěn)定，無污染且維護量小的閥控式鉛酸蓄電池作為通信電源系統(tǒng)首選電池，用來盡可能地降低通信電源系統(tǒng)及通信基站的能源損耗。但是，隨著通信行業(yè)不斷發(fā)展加之我國節(jié)能減排的進一步要求，閥控式鉛酸蓄電池所表現(xiàn)出的短板問題愈加突出。一方面，一般通信基站機房都是設(shè)置在辦公樓或者居民樓，而由于閥控式鉛酸蓄電池體積和重量較大，在布置時對于樓板的承重和機房基站的面積要求苛刻，所以致使通信機房和基站的選址受限。另一方面，閥控式鉛酸蓄電池的正常工作溫度范圍較窄，若放置在室內(nèi)，則必須有空調(diào)相關(guān)的制冷制熱設(shè)備進行環(huán)境溫度調(diào)節(jié)，以保證其正常工作；而放置在室外的一體化基站時，就會由于室外環(huán)境溫度變化范圍大，導致閥控式鉛酸蓄電池的壽命不斷降低，功耗損失不斷增加，既對相應的通信電源系統(tǒng)設(shè)備的安全運行性產(chǎn)生極大影響，又會增加維修費用[7]。

針對閥控式鉛酸蓄電池的不足，目前我國開始逐步推進以磷酸鐵鋰電池替代閥控式鉛酸蓄電池。

相較于閥控酸蓄電池，磷酸鐵鋰電池具有諸多優(yōu)點。第一，磷酸鐵鋰電池體積和重量較之閥控酸蓄電池小很多，約為閥控酸蓄電池的1/3，故能夠不受安裝場所和房間面積限制。第二，磷酸鐵鋰電池的工作范圍溫度較寬，一般在-20～60 ℃都可以正常且不損耗的工作，且放電特性好。這也就使得其可以不受到外界環(huán)境溫度變化的影響，尤其可以極大地減少空調(diào)制冷制熱的能源損耗。磷酸鐵鋰電池節(jié)能技術(shù)對于通信電源系統(tǒng)降低能耗發(fā)揮著重要作用，但目前該項節(jié)能技術(shù)尚且處于起步階段，很多應用實踐效果還有待進一步的嘗試研究。

3 結(jié) 論

中國擁有世界上最先進的5G技術(shù)，是全世界規(guī)模最大的通信網(wǎng)絡國家，在通信行業(yè)中投入的能源和資源數(shù)量十分巨大。隨著中國經(jīng)濟和社會的不斷縱深發(fā)展，再加上5G通信技術(shù)在各個行業(yè)的應用，通信行業(yè)也面臨著資源短缺的問題，因此提升運行效率、開展節(jié)能減排刻不容緩。節(jié)能也因此成為了通信運營工作中的重要一項內(nèi)容。要想實現(xiàn)佳能減排治理，技術(shù)支持不可忽或缺。本文就當前我國通信行業(yè)能源損耗現(xiàn)狀及現(xiàn)有的通信電源系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)應用發(fā)展現(xiàn)狀進行了相應的分析闡述，研究分析節(jié)能技術(shù)在通信電源系統(tǒng)中的具體發(fā)展應用，以期能夠為通信電源節(jié)能減排降耗的工作提供一定的參考性建議。