通信站點低碳極簡建設(shè)研究

張 凈，陳昀昊，張 瑜

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司，北京 100080）

1 低碳極簡網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想

基于國家“碳達(dá)峰”“碳中和”（以下簡稱“雙碳”）決策部署，中國移動于2021年7月15日舉行“C2三能——中國移動碳達(dá)峰碳中和行動計劃”發(fā)布會，創(chuàng)新構(gòu)建“三能六綠”發(fā)展模式，助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)[1]?，F(xiàn)考慮從低碳建網(wǎng)、低碳運行、低碳運維3個層面構(gòu)建全場景極簡低碳網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)全生命周期極簡低碳。

低碳建網(wǎng)主要考慮機(jī)房和基站的極簡建設(shè)，用機(jī)柜替代機(jī)房，以設(shè)備抱桿掛墻等替代機(jī)柜。

低碳運行主要考慮從發(fā)電到用電過程的低碳化，結(jié)合相關(guān)轉(zhuǎn)換技術(shù)利用清潔能源進(jìn)行發(fā)電，同時利用高效轉(zhuǎn)換輸電設(shè)備及技術(shù)提高轉(zhuǎn)換或配電環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換效率，減少電能損耗。在電能存儲環(huán)節(jié)，利用分布式能源協(xié)同技術(shù)合理調(diào)配分散式能源，打破地理局限，協(xié)同控制提高能源利用率。在用電環(huán)節(jié)，做到高效用電、精確用電，根據(jù)實際用電需求精準(zhǔn)控制設(shè)備分時上下電，使電能得到有效利用，避免浪費，節(jié)約用電成本[2]。

低碳運維主要考慮遠(yuǎn)程運維，對站點進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)字化管理，完成日常巡檢。對故障進(jìn)行智能診斷，及時排查故障點，保障通信設(shè)備的正常運行，進(jìn)而降低運維成本。對站點能耗進(jìn)行管理，合理計量能耗，通過分析能耗數(shù)據(jù)優(yōu)化能效[3]。

全面把握低碳全生命周期中的各個環(huán)節(jié)，逐一突破，不斷推動低碳極簡通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，從而促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。

2 低碳極簡網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

隨著5G站點規(guī)模不斷擴(kuò)大，站點建設(shè)場景復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)建設(shè)方案靈活性較差，暴露出選址困難、建設(shè)投資大等問題。室外站點場景、室內(nèi)站點場景、匯聚機(jī)房場景、海島通信站點場景以及太陽能疊光站點場景等是低碳極簡網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的典型場景，可以根據(jù)各典型場景的痛點和應(yīng)用需求研究其建設(shè)方案。

針對室外基于云計算的無線接入網(wǎng)構(gòu)架（Cloud-Radio Access Network，C-RAN）拉遠(yuǎn)場景采用傳統(tǒng)租建機(jī)房存在機(jī)房占地面積大、租金高、建設(shè)工期長等問題，可以采用刀片電源+刀片電池進(jìn)行改造。刀片電源與刀片電池均采用模塊化設(shè)計，便于施工、快速建站。電源和電池可按需配置，靈活性高。刀片電源與刀片電池可抱桿、可掛墻、可塔裝，占地面積小，無需機(jī)房，節(jié)省租金[4]。設(shè)備可自然散熱，無需空調(diào)，節(jié)省電費。恒壓57 V放電不降壓，拉遠(yuǎn)免粗線，減少電損。兩頻負(fù)載分級備電，延遲重要負(fù)載備電時長，高效用電。

針對室外機(jī)房場景存在選址困難、建設(shè)周期長等問題，可以采用室外型一體化能源柜+室外智能太陽能組件進(jìn)行建設(shè)。以能源柜代替機(jī)房，降低選址難度，縮短施工周期。柜門配有模塊化空調(diào)，能夠解決柜內(nèi)設(shè)備散熱問題。柜內(nèi)智能多輸入多輸出(Multi Input Multi Output，MINO)電源采用模塊化設(shè)計，支持多種制式輸出，滿足多種供電需求。高密智能鋰電支持智能升壓、智能混搭、智能防盜，可以按需配置。智能疊光通過太陽能模塊平滑疊光，降低站點市電消耗，同時選配機(jī)柜頂部太陽能支架，免增占地快速疊光。

針對室內(nèi)C-RAN站點場景和匯聚機(jī)房場景存在大量基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）高密集中部署、功耗急劇增加、機(jī)房空調(diào)不足、局部熱點問題無法得到改善以及空調(diào)耗電量不斷增長等問題，可以采用智能MIMO電源+智能鋰電+多業(yè)務(wù)一體化節(jié)能柜建設(shè)或改造。多業(yè)務(wù)一體化節(jié)能柜由柜體、制冷單元（室內(nèi)機(jī)、室外機(jī)）、冷媒管等構(gòu)成，柜體收容能力強(qiáng)，單柜可集中收容10個以上BBU，提升機(jī)房空間利用率。其封閉性好，將機(jī)房級制冷轉(zhuǎn)化為機(jī)柜級制冷，通過構(gòu)建冷熱通道、引導(dǎo)氣流組織對BBU等大功率發(fā)熱設(shè)備進(jìn)行精確制冷，解決局部熱點，提高制冷效率，降低機(jī)房電源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）。此外，用到了重力熱管制冷技術(shù)，利用自然冷源解決散熱問題，減少制冷能耗，綠色低碳。根據(jù)通信設(shè)備發(fā)熱量匹配不同功率級別的多業(yè)務(wù)一體化節(jié)能柜，避免資源浪費。

針對海島通信站點場景存在市電無法引入、站點無人值守、上站維護(hù)不便等問題，可采用耐腐蝕室外型能源柜+光伏發(fā)電+風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行改造，保障海島站點的穩(wěn)定供電和網(wǎng)絡(luò)持續(xù)性覆蓋。耐腐蝕室外型能源柜專門針對海島鹽霧腐蝕場景設(shè)計，同樣適用于5G擴(kuò)容、5G室外站點新建等諸多場景。耐腐蝕室外型能源柜分為電源、設(shè)備柜以及電池柜。耐腐蝕室外型電源、設(shè)備柜具備一套新型分體式直流電源系統(tǒng)，其耐腐蝕材質(zhì)可隔離柜內(nèi)外空氣，避免柜內(nèi)設(shè)備被腐蝕，同時支持5G通信、模塊化全平滑演進(jìn)以及智能削峰和錯峰用電，具備高效節(jié)能、全數(shù)字化和全智能化等特性[5]。耐腐蝕室外型電池柜是一款同樣支持5G通信的新型分體式電池柜，柜門裝有直流空調(diào)，可以有效控制柜內(nèi)溫度，實現(xiàn)智能管理、遠(yuǎn)程維護(hù)，有效降低人工上站維護(hù)費用，其支持5組100 Ah或150 Ah智能鋰電安裝，可多個分體電池柜堆疊使用，節(jié)省占地空間。通過部署室外智能太陽能組件和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，將太陽能板和風(fēng)機(jī)接入智能MIMO電源，將太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能為通信設(shè)備供電，這種建設(shè)方式有效利用海島場景豐富的風(fēng)能和太陽能資源，而且風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)打破了太陽能發(fā)電系統(tǒng)受天氣影響的局限性，構(gòu)成了風(fēng)光互補(bǔ)的低碳供電系統(tǒng)。此外，新能源的引入進(jìn)一步推動了通信站點的低碳極簡建設(shè)。

3 低碳極簡網(wǎng)絡(luò)運維

低碳極簡站點的正常運行離不開智能化監(jiān)管系統(tǒng)的管理維護(hù)，智慧能源網(wǎng)管平臺通過不斷迭代升級，現(xiàn)已具備遠(yuǎn)程監(jiān)管控功能。

智慧能源網(wǎng)管平臺通過設(shè)置電壓模式、時間模式、容量模式進(jìn)行上下電，實現(xiàn)對智能配電單元各分路的精準(zhǔn)控制，可批量操作，響應(yīng)迅速且效率高，有效減少人工上站及人工成本。對全網(wǎng)能效進(jìn)行可視化管理，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級能效管理、站點級能效管理、部件級能效管理，根據(jù)從各站點獲取的能效數(shù)據(jù)對其進(jìn)行能效分析，給出站點能效可進(jìn)一步優(yōu)化的建議，使站點的能效不斷提高。結(jié)合站點區(qū)域的實際用電情況開啟智能削峰、錯峰用電功能，市電輸入免改造，減少改造投資成本、時間成本。電價低谷時段，采用電網(wǎng)供電，對儲能設(shè)備進(jìn)行充電；電價高峰時段，利用儲能設(shè)備供電，有效減少供電壓力及用電成本。遠(yuǎn)程監(jiān)測電池的健康狀態(tài)、容量等，及時發(fā)現(xiàn)電池隱患并分析風(fēng)險故障點，提供解除風(fēng)險、故障的建議，保障電池的安全運行。

除此之外，智慧能源網(wǎng)管平臺可以對接入平臺的站點進(jìn)行監(jiān)、管、控。相較于傳統(tǒng)動環(huán)低效的人工運維方式，智慧能源網(wǎng)管平臺通過對能效、能耗等重要指標(biāo)的精準(zhǔn)管理，可以及時對問題站點、問題機(jī)房進(jìn)行定位，同時對風(fēng)險站點、風(fēng)險機(jī)房進(jìn)行預(yù)測，從而實現(xiàn)智能運維、遠(yuǎn)程快速運維、綠色運維，有效減少通信站點運維環(huán)節(jié)的碳排放。

4 結(jié) 論

通過分析通信站點建設(shè)過程中存在的痛點和應(yīng)用需求，提出了全場景低碳極簡網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想?；跇O簡部署、低碳節(jié)能的原則，針對通信站點建設(shè)的典型場景，提出了低碳極簡網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案。以低碳運維為導(dǎo)向，利用智能化監(jiān)管系統(tǒng)對通信站點進(jìn)行遠(yuǎn)程智能化綠色運維，使通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)更加低碳化、極簡化，切實為“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)貢獻(xiàn)力量。