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电源叠光,为站点节能减排另辟蹊径[图]

http://www.c114.com.cn ( 2014/8/13 16:44 )

“开源”和“节流”,自古以来是治水的两大途径。当前在通信电源领域,节能的重要性已不言而喻。从途径上说,多从“节流”入手,通过提高站点设备与电源的效率,使得站点的PUE向“1”逼近。如果突破传统的单一电网供电思路,采用太阳能等可再生能源结合电网输入的模式,站点PUE可以进一步优化甚至比1更低。“开源”为站点节能提供了一种崭新的思路。

一、运营商面临增量不增收的局面,向节能要效益存在广阔空间

近年来,4G市场的日益成熟带来网络流量的持续攀升,网络能耗每年以10~20%的速度增长。但电信行业收入仍只有个位数提升,能源成本的增速超过了营业收入。通信业面临着增量不增收的局面。

2013年,国内三大运营商仅电费支出一项就达到了400多亿人民币,向节能要效益尚存在着广阔的空间。通过分析运营商能耗占年收入的比例,全球能耗收入比(ECR)平均1.34%,欧洲最佳仅为0.2%,而中国三大运营商平均高达4%,最高达到5.3%。ECR每降低1%,运营商利润率将提高1%。

另一方面,节能减排已逐渐成为全球经济新的支柱产业之一,也是全球通信业不可推卸的社会责任。欧盟多国采取能源补贴、价格政策、竞争政策、投资政策等多元化的措施来促进可再生能源的发展;我国对节能减排事业日益重视,领导人在最近的讲话上再次提出推进新能源的开发利用。国际上,每吨碳排放在碳交易市场上可以换回约4美元;我国确定的7个碳排放权交易试点市场日前也已全部实现开市。减排就是效益。

二、基站侧能耗占比大,站点节能首当其冲

分析结果显示,无线网络能耗状况呈现出如图1所示的格局。50%~75%的能耗产生于站点侧,站点的节能首当其冲。核心机房虽然单体耗电量巨大,但由于数量不多,整体占比不大。

其中,室内站点占据站点能耗的8成。由于站址难获取或新建站点成本等限制因素,已经建成的室内站点不会轻易舍弃,但室内站点无疑占据着运营商巨大的资源。相比室外站点,室内基站制冷空间广,耗能更为巨大。

电源叠光,为站点节能减排另辟蹊径
图1 无线网络能耗分布,站点侧能耗占比大

三、太阳能供电大幅降低能耗,引领站点节能新方向

从图1的耗能设备分布来看,主设备的能耗占据总体的50%,是站点节能最主要的考量因素。除主设备耗电外,温控系统和电源损耗是能耗的关键部分。而站点节能的方法,归纳起来可分为“开源”和“节流”两种(图2)。

“节流”即在现有输入的条件下,提高站点能源的使用效率,使站点PUE无限接近1。主设备更新换代的速度较快,现网的实际效率已经触及天花板。电源的效率随着华为公司推出98%的目前业界最高效整流模块而达到新高;对温控而言,以高温电池管理为核心的高温站点解决方案能使室内空调温度调高10℃~20℃,节省站点温控的巨大能耗。

目前,站点改造多是从“节流”方面入手的。当效率的提升达到极限,站点PUE无线靠近1,节能之路是否已经走到了头?答案当然是否定的。

如果突破传统的单一电网供电思路,采用混合太阳能等可再生能源输入的模式,站点PUE则完全可以突破1的局限。“开源”为站点节能提供了一种崭新的思路。

“开源”考虑的是使用清洁的可再生能源作为站点能源输入,从源头解决能耗难题。太阳能是站点供电多种能源中最清洁的一种,随着其技术的日渐成熟与相关组件成本的走低,太阳能供电已经得到了广泛的应用,并不再局限于无市电或市电差场景,为市电稳定地区带来站点节能减排的新革命。

以华为2014年推出的可叠光一体化电源解决方案为例。一个3kW负载的通信机房,在白天日照峰值时段采取太阳能供电,能有效节省电耗达100%。以日平均峰值日照时间5小时来算,每年单站可节省5475kWh电能。如果实现全网部署,无线网络能耗收入比将有效减少,相应提高运营利润率。

除了节能减排,太阳能站点供电方案带来的效益可以是多方面的。在环保政策国家可以减免针对工业能源所征的税费,多余电量反哺电网还可获得额外的经济收益。

电源叠光,为站点节能减排另辟蹊径
图2 站点节能的两种途径,太阳能供电是节能“开源”新方向

四、技术成熟,站点电源叠光实用性提高

在实际应用中,站点电源叠光主要需解决三大问题:如何降低部署成本,太阳能发电更加高效,以及统一管理界面(如图3)。当前,叠光技术已经发展得比较成熟,站点叠光能够带来切实持续的效益。

1.分步部署,投资成本降低

实际部署要考虑投资回报的效率。电源和太阳能供电模块统一部署的效果最好,从开始就能获得的最优化节能收益。但一步到位投资较大,考虑到合理的投资回报,分步演进则是一个可行的选择。第一步,在老旧站点进行支持叠光的高效电源改造,效率提升带来能耗和站点占地减少的效益,电源本身支持后续演进;第二步,根据深化节能收益的需要,在原有电源基础上进行叠光升级。光伏板可由客户自行集采。以3kW负载为例,需要配置12块250瓦的光伏板;目前国内光伏板价格约为4元/瓦,单站投资并不算高。

目前比较好的叠光方案,能根据不同应用场景实现分阶段部署,平滑叠光演进。热插拔的PSU和SSU是可兼容混插的,只需添加太阳能配电单元(PVDU),现场升级的工程量较小。此外,可充分利用房顶的空间,放置太阳能板,租金少或无需额外的租金。

2.叠光技术成熟,转换效率高

光能利用率直接关系到节能的效果和初始投资的大小,是电源叠光的关键技术。传统的PWM技术对太阳能转换率不高,同等条件下需额外配置30%的太阳能板,目前更多使用的是追踪精度更高的MPPT技术。

MPPT技术的追踪精度可达99.8%,使PV始终处于最佳功率点;转换的能量比传统PWM技术多30%左右,同等光照条件下能大幅度节省太阳能板的配置。另外,在光照条件较弱(如上午和傍晚)的时候,还可以利用部分太阳能供电。

3.统一管理界面,可靠调度

传统的光伏系统与电源是两套不同的系统,单独采用不同的监控,管理起来比较麻烦。当前的电源不但集成了太阳能供电功能,还集成了监控系统,做到两者的一体化管理,这无疑提升了运营管理的效率。

另外,电源叠光还需要合理的调度逻辑。与无市电地区的光混方案不同,市电稳定地区的太阳能不作为唯一的能量输入源,而是作为节能的手段,有时需要电网与光能结合供电;站点对供电可靠性的要求也相对更高。不过,现在的站点一般配有备电电池,通过监控根据不同环境实现太阳能模块、整流模块与备电电池的综合可靠调度也早已经实现了,能够很好地实现节能效益和供电可靠性之间的平衡。

电源叠光,为站点节能减排另辟蹊径
图3 站点电源叠光关注3大问题

五、多场景下成功应用,实践效果明显

通信能源的叠光供电方案,在全球不同市电场景下已经得到成功的部署,在欧洲等市电稳定地区站点也陆续应用,持续在业务与环境两方面产生显著的效益。

意大利某运营商一向注重节能减排,是能源叠光供电方面较为领先的运营商。华为公司2012年为其提供了光电结合的解决方案,帮助其最大化利用太阳能,减少二氧化碳排放量,每年能够节省XX%的运营费用。

某大型跨国运营商V的新能源混合供电也应用甚广。自2007年以来,华为公司与其合作新能源创新解决方案,并成功应用于不同的子网,取得了良好的效果,实现二氧化碳排放大幅减少。到目前为止,其某子网共已实现节省收益超XX万美元。

结语

引入太阳能为站点供电,不但为站点的节能减排提供了清洁高效的新型解决方案,而且智能可靠、支持不同场景下的平滑叠光演进。成熟化的技术能有效帮助运营商打造优化环保的星级站点。

   来源:C114中国通信网

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