5G基站節(jié)能及數(shù)字化管理解決方案

截至2023年10月，我國(guó)5G基站總數(shù)達(dá)321.5萬(wàn)個(gè)，占全國(guó)通信基站總數(shù)的28.1%。然而，隨著5G基站數(shù)量的快速增長(zhǎng)，基站的能耗問(wèn)題也逐漸日益凸顯，基站的用電給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了巨大的電費(fèi)開(kāi)支壓力，降低5G基站的能耗成為了運(yùn)營(yíng)商們亟待解決的問(wèn)題。

1. 5G基站的高能耗

從2G時(shí)代開(kāi)始，通信網(wǎng)絡(luò)能耗不斷攀升，用戶(hù)在享受更好的覆蓋、更高的網(wǎng)絡(luò)速率的同時(shí)，運(yùn)營(yíng)商也在對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行持續(xù)建設(shè)，而更多的基站、更廣的頻段、更大的帶寬、更強(qiáng)的處理能力帶來(lái)了絕對(duì)功耗的上升。相比4G基站，5G不僅功耗提高了近3倍，并且由于覆蓋范圍的衰減，5G基站的數(shù)量又是成倍增加。當(dāng)前主流廠商的5G基站單系統(tǒng)滿(mǎn)載功耗約為3.5~4kW，據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有運(yùn)行的5G微基站平均每天耗電約65kWh，如果按照電價(jià)1元/kWh計(jì)算，每年全國(guó)僅5G基站電費(fèi)支出將達(dá)到763億，這對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)是沉重的負(fù)擔(dān)。

基站的電源設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、傳輸設(shè)備等都是較大的發(fā)熱體，空調(diào)系統(tǒng)要持續(xù)為基站降溫，據(jù)統(tǒng)計(jì)空調(diào)的電費(fèi)支出約占整個(gè)基站電費(fèi)支出的54%左右，成為基站機(jī)房中的主要耗電設(shè)備。

除了電費(fèi)高昂之外，還有基站供電問(wèn)題。由于5G基站負(fù)荷比4G基站高出近3倍，原有4G基站的配電系統(tǒng)可能不足以提供這么高的功率，包括供電線(xiàn)纜、斷路器、空調(diào)、開(kāi)關(guān)電源、蓄電池等都需要升級(jí)，這樣成本會(huì)更高。因此對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，5G基站的高功耗甚至成為了制約5G發(fā)展的首要原因。

圖1 基站供電系統(tǒng)示意圖

2. 基站智慧用電解決方案

現(xiàn)有的大部分基站供電系統(tǒng)不具備智能化、低碳節(jié)能、維護(hù)簡(jiǎn)便等需求，對(duì)供電系統(tǒng)的故障隱患等沒(méi)有預(yù)先感知和判斷，需要運(yùn)維人員不斷的到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行運(yùn)維服務(wù)，這無(wú)疑也會(huì)增加運(yùn)營(yíng)成本。

安科瑞基站智慧用電云平臺(tái)，通過(guò)在基站加裝智能斷路器和電量傳感器，實(shí)現(xiàn)了基站用電的智能化和精細(xì)化管理，為基站可靠、節(jié)約用電提供解決方案。

圖2 基站電氣數(shù)據(jù)采集配置示意圖

2.1 基站用電智能化

通過(guò)平臺(tái)可以監(jiān)測(cè)基站內(nèi)電氣參數(shù)，統(tǒng)計(jì)基站用能數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)預(yù)警基站電氣參數(shù)異常，比如市電/應(yīng)急進(jìn)線(xiàn)和直流饋線(xiàn)欠壓、失壓、蓄電池異常等，實(shí)現(xiàn)基站用電數(shù)字化、智能化遠(yuǎn)程管理。

1) 配置交流多回路監(jiān)測(cè)儀表用于采集市電回路和應(yīng)急發(fā)電回路以及總進(jìn)線(xiàn)回路的電氣參數(shù)并上傳平臺(tái)；

2) 配置直流多回路監(jiān)測(cè)儀表用于采集直流饋線(xiàn)回路電氣參數(shù)并上傳平臺(tái)；

3) 配置智慧微斷用于監(jiān)測(cè)和控制基站內(nèi)空調(diào)、照明、風(fēng)機(jī)回路，數(shù)據(jù)上傳平臺(tái)；

4) 配置空調(diào)紅外控制器用于現(xiàn)場(chǎng)邏輯控制以及平臺(tái)遠(yuǎn)程控制基站內(nèi)空調(diào)；

5) 配置蓄電池監(jiān)測(cè)單元采集蓄電池?cái)?shù)據(jù)并上傳平臺(tái)。

圖3 基站用電數(shù)據(jù)傳輸示意圖

2.2 基站用電節(jié)能控制

通過(guò)在邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)設(shè)置好控制邏輯，采集基站外部環(huán)境溫度、基站內(nèi)部溫度進(jìn)行比較來(lái)自動(dòng)控制空調(diào)待機(jī)和啟停新風(fēng)風(fēng)機(jī)，最大限度利用自然冷卻，使基站內(nèi)部溫濕度控制在目標(biāo)范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)基站內(nèi)空調(diào)用電節(jié)能。

圖4 基站內(nèi)空調(diào)風(fēng)機(jī)節(jié)能控制示意圖

2.3 基站用電擴(kuò)容管理

由于5G相對(duì)4G基站能耗提高了3倍，如果在原有4G基站進(jìn)行升級(jí)改造的時(shí)候很有可能會(huì)遇到原有市電容量不足的問(wèn)題，升級(jí)市電可能需要更換原有供電線(xiàn)纜、斷路器、空調(diào)、開(kāi)關(guān)電源、蓄電池等眾多設(shè)備，甚至可能無(wú)法提升市電容量的情況。

此前，華為和鐵塔公司合作了一個(gè)的“不改市電、不動(dòng)配電"的方案，其實(shí)就是額外加一個(gè)“充電寶"，當(dāng)負(fù)載峰值超過(guò)限功率點(diǎn)，鋰電儲(chǔ)能放電參與負(fù)載供電；負(fù)載空閑時(shí)，鋰電儲(chǔ)能轉(zhuǎn)充電補(bǔ)充電量。也可用于應(yīng)急場(chǎng)景，在大面積停電情況下提供應(yīng)急用電，避免造成5G基站大量的退服情況。安科瑞基站智慧用電管理平臺(tái)可接入鋰電池儲(chǔ)能變流器及鋰電池BMS數(shù)據(jù)，并可制定充放電控制管理。

圖5 基站電源擴(kuò)容示意圖

基站配電數(shù)字化設(shè)備選型表