節(jié)能減排技術(shù)下的移動(dòng)通信論文

1、節(jié)能減排技術(shù)下的移動(dòng)通信論文移動(dòng)通信機(jī)房能耗狀況及存在的問題1移動(dòng)通信機(jī)房能耗狀況分析從整體看，移動(dòng)通信公司的能耗包括：電耗、油耗和耗材，而電耗為其主要能耗，約占總能耗的80%以上，因此，移動(dòng)通信公司的節(jié)能主要是指節(jié)約電能。移動(dòng)通信公司的電能消耗大體包括：日常行政辦公用電和通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)用電兩部分。日常行政辦公用電占總用電的比重很小，這部分的節(jié)能工作主要幕加強(qiáng)日常行政管理實(shí)現(xiàn)，而通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)用電的節(jié)能減排技術(shù)將是重點(diǎn)研究對(duì)象1,2。通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)用電主要集中在通信機(jī)房?jī)?nèi)，通信機(jī)房中的電能消耗主要分為兩部分:通信設(shè)備用電和機(jī)房環(huán)境用電。通信設(shè)備用電是指通信機(jī)房的主設(shè)備和配套電源等設(shè)備的用電，通常機(jī)房

2、主設(shè)備包括:交換設(shè)備、數(shù)據(jù)設(shè)備、無(wú)線設(shè)備和傳輸設(shè)備等;配套設(shè)備主要指通信電源設(shè)備和蓄電池;機(jī)房環(huán)境用電主要包括:機(jī)房空調(diào)、機(jī)房照明和機(jī)房監(jiān)控等用電。從大量實(shí)際工程數(shù)據(jù)粗略統(tǒng)訃結(jié)果可知，在通信機(jī)房的總用電中，通信主設(shè)備用電約占45%,配套電源設(shè)備用電占8%,機(jī)房空調(diào)用電約占40%,而機(jī)房照明、機(jī)房監(jiān)控等其他用電約占7%,具體能耗分布如圖1所示3。從圖1中可看出，機(jī)房設(shè)備用電和空調(diào)用電占總用電的90%以上,因此，筆者將重點(diǎn)研究通信機(jī)房設(shè)備和空調(diào)的節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用。2移動(dòng)通信機(jī)房能耗狀況存在的問題U前，移動(dòng)通信機(jī)房還存在相當(dāng)數(shù)量技術(shù)陳舊、能耗高的通信設(shè)備，并且山于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不合理，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，

3、網(wǎng)絡(luò)層級(jí)較多，網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)過多，增加了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能耗；同時(shí)還存在相當(dāng)數(shù)量的通信電源設(shè)備缺少智能化控制功能，部分電源設(shè)備技術(shù)落后，供電效率很低，增加了供電系統(tǒng)的能耗。另外，很多通信機(jī)房的制冷方式還是基于先冷環(huán)境，再冷設(shè)備的方式，通信機(jī)房?jī)?nèi)的機(jī)架排列及送風(fēng)制冷方式不合理，導(dǎo)致機(jī)房空調(diào)制冷效率低，增加了空調(diào)系統(tǒng)的能耗；同時(shí)，很多無(wú)線基站機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)也沒有智能監(jiān)控系統(tǒng)，為使基站機(jī)房中通信設(shè)備能正常工作，保持機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境溫度，需要將空調(diào)長(zhǎng)期處于開機(jī)工作狀態(tài)，產(chǎn)生了大量的不必要的能源浪費(fèi)。因此，在通信機(jī)房中采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，是移動(dòng)通信公司節(jié)能減排的必然選擇。2節(jié)能減排技術(shù)在移動(dòng)通信機(jī)房中的應(yīng)用移動(dòng)通信公

4、司的通信機(jī)房大體分為兩類:通信樞紐機(jī)房和無(wú)線基站機(jī)房。通信樞紐機(jī)房面積較大，機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備較多，產(chǎn)生的能耗也很大;單個(gè)無(wú)線基站機(jī)房面積較小，一般不超過20m2,機(jī)房設(shè)備不多，相比樞紐機(jī)房的能耗也較小，但移動(dòng)無(wú)線基站數(shù)M龐大。截止忖前，中國(guó)移動(dòng)無(wú)線基站總數(shù)量已達(dá)40萬(wàn)個(gè)，因此無(wú)線基站總耗電量巨大，據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)其耗電量約占通信網(wǎng)總耗電的70%以上。以下將分別討論節(jié)能減排技術(shù)在這兩類機(jī)房中的應(yīng)用。1節(jié)能減排技術(shù)在移動(dòng)通信樞紐機(jī)房的應(yīng)用移動(dòng)通信樞紐是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的核心和匯聚中心，其通信設(shè)備較多，能耗較大。移動(dòng)通信樞紐機(jī)房的主要能耗包括:通信主設(shè)備、配套電源設(shè)備和空調(diào)設(shè)備的能耗。因此，移動(dòng)通信樞紐機(jī)房的節(jié)能減排主

5、要是機(jī)房通信設(shè)備和空調(diào)的節(jié)能減排。1.1移動(dòng)通信樞紐機(jī)房主設(shè)備的節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用移動(dòng)通信樞紐機(jī)房?jī)?nèi)的主設(shè)備是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要依不同項(xiàng)LI分期分批建設(shè)安裝的，目前在網(wǎng)設(shè)備新舊交錯(cuò)，能耗指標(biāo)也參差不齊。因此，移動(dòng)公司樞紐機(jī)房主設(shè)備節(jié)能減排的技術(shù)應(yīng)用主要從以下兒方面考慮。1)對(duì)于早期安裝的通信設(shè)備，在條件允許悄況下，通過更換或采用技術(shù)改造等方式，淘汰高能耗、低效率的設(shè)備，合理調(diào)整用電負(fù)荷，以達(dá)到節(jié)能效果。2)對(duì)于新增設(shè)備，要選擇高集成度、低能耗、采用節(jié)能技術(shù)的通信設(shè)備，將設(shè)備能耗指標(biāo)納入到設(shè)備選型的指標(biāo)范疇。3)在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理組織、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，推進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)的IP化進(jìn)程。通過IP化可簡(jiǎn)化

6、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少網(wǎng)元數(shù)量，節(jié)省設(shè)備資源，減少設(shè)備能耗，以達(dá)到節(jié)能減排的LI的。4)提高機(jī)房?jī)?nèi)通信設(shè)備利用率，盡可能利用現(xiàn)有通信設(shè)備資源滿足網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行需求，以避免大量設(shè)備低負(fù)載運(yùn)行，浪費(fèi)電能。1.2移動(dòng)通信樞紐機(jī)房配套電源的節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用移動(dòng)通信樞紐機(jī)房的配套電源設(shè)備主要包括：高低壓配電、備用電源、UPS(Uninterruptib1ePowerSystem)和直流電源等。對(duì)于配套電源設(shè)備的節(jié)能，主要應(yīng)關(guān)注以下兩方面。1)合理的設(shè)備選型和容量配置以及設(shè)計(jì)安全、可靠、高效率的電源系統(tǒng)是通信電源設(shè)備節(jié)能的關(guān)鍵。首先，在通信電源設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量減少供電環(huán)節(jié)，避免增加不必要的供電環(huán)節(jié)，減少山于供電環(huán)節(jié)過多造

7、成的能耗;其次，合理設(shè)汁導(dǎo)線路由，使供電系統(tǒng)盡可能靠近負(fù)荷中心，減少供電距離，縮短電纜長(zhǎng)度，降低電能損耗；另外，合理設(shè)計(jì)供電方式，根據(jù)用電負(fù)荷的大小和機(jī)房實(shí)際情況，通過科學(xué)訃算，靈活選用集中或分散方式供電，以達(dá)到節(jié)能降耗的U的。2)除要關(guān)注通信電源設(shè)備在設(shè)計(jì)和設(shè)備選型階段的節(jié)能外，還應(yīng)關(guān)注通信電源在運(yùn)營(yíng)過程中的節(jié)能，提倡合理的節(jié)能運(yùn)行方式。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，應(yīng)根據(jù)通信機(jī)房?jī)?nèi)實(shí)際工作負(fù)荷悄況，在保證安全的前提下，合理調(diào)整電源的工作模塊。一般悄況下，通信樞紐機(jī)房電源設(shè)汁容量都是按滿足一定時(shí)期主設(shè)備負(fù)載并考慮一定的冗余。因此，在機(jī)房使用初期，機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備較少，用電負(fù)荷遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)容這個(gè)階段可采用人，方式關(guān)

8、斷多余的電源模塊，以提高電源模塊工作效率;另外，要根據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備重要等級(jí)，確定不同等級(jí)的保護(hù)方式，以減少電源的冗余度，達(dá)到節(jié)能降耗的口的4。1.3移動(dòng)通信樞紐機(jī)房空調(diào)的節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用通信機(jī)房的主要能耗是通信設(shè)備和空調(diào)，通信設(shè)備是機(jī)房運(yùn)行的主體，其能耗指標(biāo)由設(shè)備型號(hào)決定。在正常情況下，尤其是樞紐機(jī)房的設(shè)備，其節(jié)能潛力有限，而空調(diào)能耗占機(jī)房能耗的40%左右，其節(jié)能潛力巨大。因此，移動(dòng)樞紐機(jī)房空調(diào)設(shè)備的節(jié)能應(yīng)是重點(diǎn)關(guān)注的。通信樞紐機(jī)房空調(diào)設(shè)備的節(jié)能主要包括:機(jī)房空調(diào)設(shè)備本身的節(jié)能和機(jī)房空調(diào)環(huán)境的節(jié)能。機(jī)房空調(diào)設(shè)備的節(jié)能?？照{(diào)設(shè)備節(jié)能主要是采用節(jié)能技術(shù)的空調(diào)，如變頻節(jié)能空調(diào)，它既可降低開關(guān)損耗，乂可

9、提高低頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的能效，該技術(shù)已經(jīng)很成熟，并得到廣泛應(yīng)用。另外，通過對(duì)機(jī)房專用空調(diào)進(jìn)行自適應(yīng)控制技術(shù)，以達(dá)到節(jié)能效果。其實(shí)現(xiàn)方式是通過自動(dòng)汁算機(jī)房不同的工作條件、空調(diào)冷量分布環(huán)境等綜合數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)跟蹤計(jì)算空調(diào)外部環(huán)境的溫濕度，精確控制空調(diào)送風(fēng)量，使空調(diào)始終處于最合理的工作狀態(tài)，優(yōu)化冷量的利用效果，提高空調(diào)使用效果，達(dá)到節(jié)能減排的目的5。機(jī)房空調(diào)環(huán)境的節(jié)能。機(jī)房空調(diào)環(huán)境節(jié)能主要是指通過合理布置機(jī)房?jī)?nèi)的空調(diào)機(jī)組、風(fēng)路及設(shè)備機(jī)柜排列，形成機(jī)房?jī)?nèi)有組織的氣流流向和流量，實(shí)現(xiàn)精確、高效的送風(fēng)方式，以節(jié)省空調(diào)機(jī)組的用電量。在設(shè)計(jì)機(jī)房?jī)?nèi)氣流組織時(shí)，首先遇到的是送風(fēng)方式的問題，通常機(jī)房空調(diào)送風(fēng)方式分為兩種:上送風(fēng)

10、和下送風(fēng),上送風(fēng)方式是上送風(fēng)側(cè)回風(fēng)，一般采用射流+彌漫方式送風(fēng)，這種方式氣流組織比較混亂，冷卻效果不好，即使采取一些補(bǔ)救措施，存在問題仍然較多；下送風(fēng)方式是下面送風(fēng)側(cè)面集中回風(fēng)的送風(fēng)方式，從氣流熱壓原理以及大量實(shí)際工作和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)證明，下送風(fēng)方式更為合理。其次是機(jī)柜排列問題，在早期，為保持機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備美觀、整潔和維護(hù)方便，機(jī)房?jī)?nèi)每列機(jī)柜都是朝一個(gè)方向排列的。而通信機(jī)柜內(nèi)的散熱部分主要在機(jī)柜背面，空調(diào)送入的冷風(fēng)從機(jī)柜正面進(jìn)入，在機(jī)柜內(nèi)經(jīng)過冷熱交換，帶走熱量，熱風(fēng)從機(jī)柜的背面吐出，因此，機(jī)柜朝一個(gè)方向排列方式容易造成前排機(jī)柜吐出的熱風(fēng)被后排機(jī)柜從正面吸入，這樣后排機(jī)柜進(jìn)風(fēng)溫度會(huì)明顯高于前排，使機(jī)房?jī)?nèi)

11、溫度分布不均衡。要保證設(shè)備處于良好的工作溫度，就會(huì)使機(jī)房總體制冷增加，增加了多余能耗。為此，從節(jié)能及合理的氣流組織角度考慮，相鄰兩排機(jī)相采用“面對(duì)面”和“背靠背”的方式排列更為合理，具體機(jī)柜排列與氣流組織如圖2所示。由于通信設(shè)備都是采用正面進(jìn)冷風(fēng)、背面出熱風(fēng)的交換方式，因此，這種機(jī)柜排列方式可以很自然地形成冷熱風(fēng)道隔離，避免了不必要的冷熱交換，可大幅提高空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率，減少空調(diào)耗電。因此，對(duì)于新機(jī)房建議采用下送風(fēng)方式和機(jī)柜“面對(duì)面”和“背靠背”的排列方式，以便合理組織氣流。由于早期節(jié)能觀念不強(qiáng)，因此機(jī)房建設(shè)時(shí)大多采用上送風(fēng)方式，機(jī)柜也是按一個(gè)朝向排列，對(duì)于這種悄況的機(jī)房，應(yīng)視具體實(shí)際悄況，

12、進(jìn)行適當(dāng)改造。如有條件可加裝風(fēng)管、風(fēng)帽及冷熱空氣隔離擋板，以使冷熱空氣相互隔離，做到對(duì)通信設(shè)備的精確送風(fēng)，并能在一定程度上起到節(jié)能的效果6-10。2.2節(jié)能減排技術(shù)在移動(dòng)無(wú)線基站機(jī)房的應(yīng)用通信基站一般山無(wú)線主設(shè)備、配套電源設(shè)備、傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)設(shè)備和空調(diào)設(shè)備等組成。山實(shí)際工程和運(yùn)營(yíng)調(diào)查的大量數(shù)據(jù)可知，通信基站中無(wú)線主設(shè)備耗電量約占基站機(jī)房總能耗的42%?46%,空調(diào)耗電量約占基站機(jī)房總能耗的45%?48%,配套電源占總能耗的7%?9%,照明、監(jiān)控等其余部分約占總能耗的2%?3%。因此，通信基站的節(jié)能應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注無(wú)線主設(shè)備和空調(diào)及電源的節(jié)能技術(shù)11。2.2.1通信無(wú)線基站機(jī)房主設(shè)備的節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用

13、通信基站無(wú)線主設(shè)備的主要節(jié)能技術(shù)有3種:分布式基站組網(wǎng)技術(shù)、載頻智能關(guān)斷技術(shù)和多密度載頻技術(shù)。分布式基站組網(wǎng)模式最初源自于第三代移動(dòng)通信中的uBBU(BuildingBasebandUnit)+RRU(RemoteRadioUnit)M的組網(wǎng)模式，它將傳統(tǒng)的無(wú)線基站分為BBU基帶和RRU射頻模塊兩部分，利用光纖替代傳統(tǒng)的射頻饋線，將射頻模塊RRU部分拉遠(yuǎn)，這種模式減少了射頻饋線導(dǎo)致的損耗。同時(shí)，因RRU般都不需要新建機(jī)房，因此，采用分布式基站組網(wǎng)技術(shù)，可達(dá)到節(jié)能減排的U的。一般情況下，無(wú)線基站的載頻配置都是按滿足實(shí)際測(cè)試的忙時(shí)話務(wù)量考慮的，而實(shí)際上無(wú)線基站的業(yè)務(wù)量在時(shí)域上是不均衡的。在業(yè)務(wù)量小

14、時(shí)，載頻利用率會(huì)降低，載頻智能關(guān)斷技術(shù)正是針對(duì)話務(wù)量的這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)的。當(dāng)話務(wù)量小時(shí)，適當(dāng)關(guān)閉部分載頻、時(shí)隙其至是信道與板卡，以提高載頻利用率,節(jié)約電能。多密度載頻是在一塊單板上集成多個(gè)載頻收發(fā)信機(jī)，共用基帶、射頻、功放和電源單元，相對(duì)于單載頻和雙載頻，其能耗更低12。2.2移動(dòng)無(wú)線基站機(jī)房配套電源的節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用移動(dòng)基站電源節(jié)能技術(shù)主要包括開關(guān)電源整流模塊休眠技術(shù)和蓄電池恒溫箱技術(shù)。通常移動(dòng)基站電源容量是按無(wú)線主設(shè)備負(fù)載和蓄電池平均充電電流進(jìn)行配置的，受蓄電池充電電流的制約，通信電源整流模塊設(shè)置的兀余很大。正常情況下負(fù)載率不高，而清晨和晚間時(shí)段業(yè)務(wù)量小時(shí)，負(fù)載率會(huì)更低，使電源模塊的使用效率降

15、低。因此，根據(jù)基站通信電源的這一特點(diǎn)，通過監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)控制冗余電源模塊進(jìn)行休眠，自動(dòng)對(duì)冗余電源模塊進(jìn)行軟關(guān)斷或開啟，減少電源模塊的空載損耗，降低不必要的電源模塊能耗，節(jié)約電能，提高電源運(yùn)行效率。移動(dòng)基站蓄電池對(duì)環(huán)境溫度要求較高，當(dāng)溫度降低時(shí)，蓄電池容量會(huì)減少。例如，通過實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)表明，當(dāng)蓄電池溫度從2亍C降到0C時(shí)，蓄電池的容M就會(huì)下降到額定容M的80%左右。當(dāng)溫度過低，還會(huì)對(duì)蓄電池的使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而溫度過高也會(huì)使蓄電池的使用壽命受到影響。因此，采用專用蓄電池恒溫箱，降低蓄電池的溫度，而不是把整個(gè)機(jī)房的溫度都降低，同樣也可以達(dá)到節(jié)能的效果。2.3移動(dòng)無(wú)線基站機(jī)房空調(diào)的節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用

16、移動(dòng)基站機(jī)房面積都不大，大多不超過20m2,機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備不多，產(chǎn)生熱源主要是無(wú)線主設(shè)備，其業(yè)務(wù)量在時(shí)域上也不均衡。因此，散發(fā)的熱量在時(shí)域上也不均衡，并且機(jī)房外部溫度環(huán)境隨著季節(jié)和時(shí)間的不同，變化也很大。傳統(tǒng)的制冷方式為保持機(jī)房?jī)?nèi)的溫度，空調(diào)機(jī)要長(zhǎng)時(shí)間工作，產(chǎn)生大量的多余冷量，造成大量不必要的能耗，因此，基站空調(diào)節(jié)能潛力很大。當(dāng)前基站空調(diào)節(jié)能采用的新技術(shù)為基站一體化空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，其模型如圖3所示。該系統(tǒng)由中央空調(diào)控制器、進(jìn)風(fēng)機(jī)、出風(fēng)機(jī)、溫濕度傳感器等4部分組成。進(jìn)風(fēng)機(jī)、出風(fēng)機(jī)組成通風(fēng)系統(tǒng)，中央空調(diào)控制器和溫濕度傳感器組成控制系統(tǒng)，用于測(cè)試室內(nèi)外溫濕度，并判斷控制通風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)機(jī)的工作狀態(tài)。采用基站一體化空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，可充分利用基站機(jī)房室內(nèi)外溫濕度環(huán)境。當(dāng)室外溫度低于室內(nèi)，通過引入室外大量冷空氣，對(duì)室內(nèi)自然降溫，同時(shí)，排出機(jī)房?jī)?nèi)熱空氣。依靠大量的空氣流通，實(shí)現(xiàn)機(jī)房?jī)?nèi)散熱，以低功率的通風(fēng)系統(tǒng)替代高功率的空調(diào)機(jī)，達(dá)到節(jié)省電能的目的。同時(shí)，系統(tǒng)