淺談通信機房中電源節(jié)能技術(shù)的實踐應(yīng)用

中國移動通信集團(tuán)福建有限公司 蔡傳慶

1 目前通信機房的能耗狀況和存在問題

1.1 通信機房能耗狀況分析

要降低通信機房的能耗，首先需要降低的就是電耗。通信行業(yè)雖然是低能耗行業(yè)，并不屬于高能耗產(chǎn)業(yè)，但是隨著目前通信規(guī)模的擴大，也就造成了對電能的大量消耗。機房的電能消耗是整個通信機房的組成部分中最大的，主要的電能消耗原因有空調(diào)用電、照明用電和監(jiān)控用電，其中空調(diào)用電又是機房用電中所占比例最大的部分。而通信設(shè)備的電能消耗主要集中在兩個方面包括主要設(shè)備與配套供電設(shè)備。通信設(shè)備的配套供電設(shè)備一般指的是對于通信設(shè)備進(jìn)行供電的設(shè)備與電池，對電能的消耗較少，通信設(shè)備的電能消耗主要集中在主要設(shè)備之上。因此在我國目前的通信機房中，主要產(chǎn)生電能消耗的部分就是空調(diào)設(shè)備和主要的通信設(shè)備，這兩部分的電能消耗能夠占總消耗電量的九成。因此，要實現(xiàn)通信機房的電量節(jié)能，就需要在主要的通信設(shè)備和空調(diào)供電方面應(yīng)用電源節(jié)能技術(shù)[1]。兩種供電架構(gòu)供電拓?fù)鋵Ρ热鐖D1所示。

圖1 兩種供電架構(gòu)供電拓?fù)鋵Ρ?/p>

1.2 移動通訊機房用電中存在的問題

目前我國的通信機房中仍舊存在很多落后的電能消耗高的通信設(shè)備，因為老舊的通信設(shè)備無法滿足現(xiàn)在的通信需求，因此在運行過程中會加劇對電能的消耗，造成不必要的電能消耗。并且在過去的通信設(shè)備的運行過程中，容易因為長期運行出現(xiàn)機體溫度過熱的情況。這種情況的出現(xiàn)就會導(dǎo)致通信效率受到不良影響。因此在通信機房中配備制冷劑和空調(diào)設(shè)備是必需。但是空調(diào)系統(tǒng)也是整個通信機房電能消耗最大的部分，運行過程中無法對機房內(nèi)溫度進(jìn)行檢測，并作出智能化反應(yīng)，就會造成電能的過度消耗與浪費。因此，為了實現(xiàn)通信行業(yè)的發(fā)展，就要求通信行業(yè)必須減少通信機房的電能消耗，對通信設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)兩個部分造成的電能消耗過大、電能浪費的情況進(jìn)行處理和解決，通過在通信機房實際運行過程中的電源節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，滿足國家通信行業(yè)綠色發(fā)展的要求，實現(xiàn)減少電能消耗，減少對電能資源的浪費[2]。

2 240V 直流供電技術(shù)

2.1 技術(shù)介紹

目前我國的通信機房中使用的UPS 供電系統(tǒng)的應(yīng)用不斷增加，這也就導(dǎo)致在供電系統(tǒng)的運行過程中的安全隱患也不斷增多。通信機房的主要設(shè)備的內(nèi)部電源，在通常情況下是一個安全、可靠的獨立模塊，這個模塊的核心部分是直流電變換電路。與傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)相比，240V 直流供電系統(tǒng)具有多種優(yōu)勢，不僅能夠提高直流電在系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換效率，從而實現(xiàn)對電能消耗的減少，并且還具備安全可靠、可以進(jìn)行維護(hù)、運行效率提高等多方面的優(yōu)勢。240V 直流供電系統(tǒng)與傳統(tǒng)的48V 供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類似，主要構(gòu)成部分是多個并聯(lián)的冗余整流器和蓄電池構(gòu)成。在通常情況下，整流器的作用是將市電的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?40V 的直流電，然后將這些直流電傳輸給通信設(shè)備，實現(xiàn)通信設(shè)備的運行，同時多余的電流還要給蓄電池進(jìn)行充電，保障市電停止時，能夠通過蓄電池實現(xiàn)對通信設(shè)備的持續(xù)供電，保障通信系統(tǒng)的持續(xù)運行。

2.2 節(jié)能減排效果及效益

第一，240V 直流供電系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的UPS 供電系統(tǒng)，能夠減少電源轉(zhuǎn)換過程中的消耗，有效地節(jié)省了電能消耗。目前我國的通信機房中的UPS 體統(tǒng)普遍采用了逆變器，并且由于這些逆變器的逆變頻率為50Hz，因此在使用過程中還需要使用工頻變壓器，因為多了一個環(huán)節(jié)，就導(dǎo)致了功率和效率都比較低。通常情況下，一般的UPS 單機的運行效率大概在65%左右。在目前的UPS 系統(tǒng)的運行中，為了提高用電的安全性和可靠性，UPS 系統(tǒng)都配置了 N ＋X（N 代表負(fù)載所需的最少的 UPS 數(shù)，X 代表冗余的 UPS 數(shù)）并機等冗余模式，這些模式的增加，進(jìn)一步導(dǎo)致了UPS 系統(tǒng)的運行效率降低，在通常情況下會由65%降到45%左右。而與之不同的240V 直流供電系統(tǒng)的效率就明顯高了很多，無論是在半載的情況下還是在滿載的情況下，其效率都能夠達(dá)到95%以上。

第二，240V 直流供電系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的UPS 系統(tǒng)總體投資數(shù)額要更低。根據(jù)240V 直流供電系統(tǒng)在某地的電信式的實際使用運行數(shù)據(jù)來看，容量相同、后備時間相同的240V 直流供電系統(tǒng)的總體投資數(shù)額能比傳統(tǒng)的UPS 供電系統(tǒng)的總投資數(shù)額低一成左右。

第三，240V 直流供電系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的UPS 供電系統(tǒng)能夠更加節(jié)約電能，根據(jù)實際的數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以得出，平均節(jié)能在20%-35%。根據(jù)某地的實際試點應(yīng)用情況來看，如果以50kW 的負(fù)荷為標(biāo)準(zhǔn)，UPS 主機的轉(zhuǎn)換效率以70%進(jìn)行估算，通信機房內(nèi)空調(diào)的電能消耗按供電系統(tǒng)傳輸電流的40%進(jìn)行估算，在50kW負(fù)荷之下，整個UPS 供電系統(tǒng)的電能消耗總計在102.04kW。但是在使用240V 直流供電模式時，以轉(zhuǎn)換效率95%，其余條件不便進(jìn)行計算，可以得出在使用這種供電模式的情況下的電能消耗為73.68kW，能夠明顯地看出240V 直流供電系統(tǒng)的能耗更小[3]。

3 蓄電池恒溫柜加基站升溫技術(shù)

3.1 技術(shù)介紹

通信機房的蓄電池對環(huán)境的敏感度高，并且自身的發(fā)熱量較小，這也就導(dǎo)致蓄電池對室內(nèi)溫度、對空調(diào)系統(tǒng)的要求，遠(yuǎn)高于通信機房內(nèi)其他的設(shè)備。如果在通信機房以蓄電池的高要求為標(biāo)準(zhǔn)對整個通信機房進(jìn)行溫度控制，實際上并不是必要的，反而會造成嚴(yán)重的電能消耗和電能浪費。因此可以采用將通信機房內(nèi)的蓄電池與其他設(shè)備進(jìn)行隔離，單獨對蓄電池使用空調(diào)，就可以在保障通信機房運轉(zhuǎn)順利的同時，減少電能的消耗。目前蓄電池恒溫柜加基站升溫技術(shù)相對而言較為簡單，設(shè)置難度也不高，還能夠和其他技術(shù)一同使用，達(dá)到更好的技能效果。

3.2 節(jié)能減排效果及效益

現(xiàn)以某地的通信機房為試驗場所，進(jìn)行蓄電池恒溫柜加基站升溫技術(shù)的節(jié)能減排效果試驗。該通信機房的主設(shè)備為華為BTS，并配備了兩組蓄電池，每組蓄電池的容量都是400Ah，試驗為期一年，因此在這一年里有夏季的3個月制冷期和冬季6個月的制熱期。在加裝蓄電池恒溫柜之后對中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行停用[4]。下面是安裝蓄電池恒溫柜以及其運行的成本的計算。

本次試驗中因有兩組蓄電池，因此安裝了兩套恒溫柜，前期的一次性投入為：

14000×2=28000（元）

整個試驗為期一年，當(dāng)?shù)仄骄妰r為0.9元/kWh，蓄電池恒溫柜全年無休，平均耗電量為3kWh/d，試驗中共有兩個恒溫柜，這一年為365d，進(jìn)行計算：

0.9×3×2×365=1971（元）

綜上可得，安裝蓄電池恒溫柜運行一年的成本為：

28000+1971=29971（元）

如果不使用蓄電池恒溫柜技術(shù)，而是采用傳統(tǒng)的空調(diào)設(shè)備來維持通信機房的溫度，以每年6個月的制熱期和3個月的制冷期來進(jìn)行計算。當(dāng)?shù)氐钠骄妰r為0.9kWh，加熱器主要采用的是4kW 的加熱器，根據(jù)加熱器的平均運行功率，加熱器的平均耗電為96kWh/d，6個月的制冷期以180d 進(jìn)行計算，由上可得：

0.9×96×180=15552（元）

三個月的制熱期情況為：平均電費0.9kW/h，空調(diào)的平均耗電量主要為10kWh/d，三個月的制熱期按照90d 來進(jìn)行計算：

0.9×10×90=810（元）

通信機房的空調(diào)設(shè)備購買加安裝的成本價大概也在20000元，因此使用傳統(tǒng)的空調(diào)設(shè)備進(jìn)行通信機房溫度控制的，在一年以內(nèi)的成本價為：

20000+15552+810=36362（元）

綜上所述，可以直觀地看出29971元＜36362元，即使用蓄電池恒溫柜技術(shù)的成本明顯低于空調(diào)控溫技術(shù)，值得推廣。

4 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)

4.1 技術(shù)介紹

太陽能光伏發(fā)電機是一種近年來被深入研究，廣泛應(yīng)用的新型節(jié)能技術(shù)，主要運作原理是利用不同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料產(chǎn)生伏特效應(yīng)。當(dāng)晴天時，陽光充足，光能被太能板接收，并且通過太陽能板實現(xiàn)從光能向電能的轉(zhuǎn)變，為通信機房提供電能，并且還能為蓄電池進(jìn)行充電；當(dāng)天氣不好比如陰雨天時，光照不足，光能缺乏的時候，就是由蓄電池進(jìn)行供電。此外當(dāng)通信機房的供電系統(tǒng)接入市電，或者是額外配置了油機的時候，就可以利用其進(jìn)行系統(tǒng)供電，并為蓄電池進(jìn)行充電。每塊太陽能電池組件都是一個發(fā)電單元，通過連接上下負(fù)載就可以實現(xiàn)光能向電能的轉(zhuǎn)變，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成如圖2所示。

圖2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能板陣列、蓄電池、控制器和逆變器等組件，由其運行原理就可以看出，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)比較適合在干旱少雨、日照充足的地區(qū)使用，受天氣和氣候的影響較為嚴(yán)重。就目前我國的實際光伏發(fā)電使用情況而言，已作為獨立穩(wěn)定的紅點系統(tǒng)存在，需要和其他的供電系統(tǒng)組合使用。目前為了提高光伏發(fā)電效率，在使用過程中會采用以下幾種手段。

一是利用功率追蹤技術(shù)對工作點進(jìn)行預(yù)估，進(jìn)而尋找到最為合適的地點。二是使用自動切換和補償技術(shù)。通過這種方式，能夠在陽光充足的時候使用光伏發(fā)電，在陽光不足的時候使用其他的供電方式，保障通信機房的長期持續(xù)運營。三是安裝太陽能追蹤采集系統(tǒng)，通過以太陽能板追蹤太陽進(jìn)行轉(zhuǎn)向的方式，實現(xiàn)太陽能的最大化利用，能夠更好地通過光伏進(jìn)行發(fā)電，維持通信機房的平穩(wěn)運行。

4.2 節(jié)能減排效果及效益

太陽能是一種清潔、可再生的能源，是在能源問題日益嚴(yán)峻的今天的一種可以深入研究并加以利用的能源。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)通過對太陽能的接收，并且將其轉(zhuǎn)化為電能，并提供給通信機房，維持通信機房的平穩(wěn)運行，在這一過程中能源消耗小、造成的污染小，具有其他供電方式所沒有的綠色、可持續(xù)的特點，能夠減少能源的消耗，提升通信機房的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

通信行業(yè)規(guī)模不斷擴大，通信機房的能源消耗也不斷增加，因此需要進(jìn)行技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)減少能源消耗與浪費，助推通信機房的發(fā)展與進(jìn)步。