摘要：本文對國外運營商電源節能技術作一些分析和總結，并期望這些節能技術對國內運營商有所啟發。

    一、全球運營商面臨節能挑戰

    由于制造業的轉移，歐洲電信運營商能耗位居所有企業之首，平均能源支出占年營業收入的1.1%。2011年，中國三大運營商電費約300億元人民幣，能源支出占年收入的比例平均超過3%，遠高于歐洲，因此，較歐洲而言，有很大的節能改進空間。當前節能目標以強度指標為主，要求降低單位業務量能耗，由于個人通信已經基本普及，通信業務量難成繼續以幾何級數增長，所以節能目標的實現要依賴于總能耗的降低，節能壓力凸顯。

    二、電源產品節能特性日臻完善

    隨著全球節能減排工作不斷升級，電源節能技術逐步發展并日益完善，這主要體現在整流模塊轉換效率不斷提升、配電系統損耗大幅度降低、充分利用監控功能提升電源系統整體效率、優化溫控系統提高能量利用率等方面。

    (1) 模塊整體高效，功率因數、諧波控制和耐溫性能提升幫助節能

    整流模塊是通信電源的核心部件，也是節能的關鍵。以無橋PFC為代表的高效拓樸技術大幅度提升整流轉換效率，使開關電源效率能夠達到96%以上。效率高于96%的整流模塊稱為高效模塊已經成為業界共識。在通信電源行業內，2~4kW功率段整流模塊效率最高點普遍可以達到高效水平，并有少數技術領先企業提供1kW以下單相和5kW以上三相高效整流模塊，能使全網通信電源全部高效。

    除了通過提升轉換效率直接提升電源節能特性，其它有助于節能的指標也有了進展。整流模塊諧波控制能力有了顯著進步，諧波電流含量從5%以上下降到3.5%以內，實際諧波電流由基波電流的33%下降至27%；得益于先進的有源功率因數校正電路，功率因數提升達到0.99以上，接近實際工作情況的半載功率因數也能達到0.98以上。由于諧波含量低、功率因數高，通信電源前端整個配電系統損耗降低5~10%，同時，也降低了交流輸入配電系統配置要求。整流模塊高溫性能也能幫助節能，一些模塊55℃仍能全額輸出工作，達到75℃時仍可輸出，在熱帶和亞熱帶區域的室外電源應用場景中，可用熱交換代替空調作為設備柜的溫控系統，溫控系統能量顯著節省。

    (2) 配電系統通過降低柜內、柜間和電纜壓降減少能耗

    配電系統是技術進步最慢的環節，但技術不斷進步能降低柜內壓降。更少的壓降就意味著更多的能耗節省，可通過免分流器診流技術降低10~20mV左右的柜內壓降，也可以通過減少銅排搭接的扭排技術進一步減少5~7mV壓降，分立式電源采用中部并機技術也能降低5~10mV的柜間壓降。在系統設計上，小功率場景采用內置電池的一體化電源，縮短電池電纜長度來降低電纜能量損耗；中大功率電源系統也嘗試通過多組機柜內置小容量電池并聯方式獲得大容量系統，電源相對電池居中設計，使電池到負載的電纜最短，壓降最小，損耗最低。

    (3) 監控系統通過模塊和電池休眠技術節能，搭建零能耗動環監控

    監控技術發展最快，目前已普遍實現模塊休眠技術提升電源系統實際效率。電池休眠是一種新技術，在電網質量較佳的區域自動減少浮充時長以提升電池使用壽命，同時也減少電池浮充時能量損耗。

    遠程監控是電源管理的普遍手段，雖然動環監控采用的采集器和通信設備能耗僅為30W左右，但海量站點總體能耗不能小視，100萬個站點耗電可達3億度。集成站點監控功能的電源系統，每站點可以節省20W左右的采集器能耗；利用主設備帶內傳輸通道，每站點能夠節省10W左右的通信設備能耗，動環監控能耗接近零。

    (4) 匹配主設備，通過智能溫控調度、隔熱設計，最小化溫控能耗

    在通信網絡深度覆蓋條件下，室外建站成為主流，室外電源不僅負責供電，還作為站點提供主設備收容空間和環境保障，因此，傳統通信電源已經演變為站點電源。溫控系統是站點電源關鍵部件之一，溫控系統是否節能極大地影響著站點電源節能特性。

    采用三明治板隔熱設計的迷你機房，可以有效防止外部熱源對系統的影響，每平方米太陽幅射導入量小于50W；且室外電源白色涂層能將80%可見光反射出去，減少溫控系統工作時間。分區溫控技術配合耐高溫電源系統，將溫控能耗聚焦于保護對溫度敏感的電池，比傳統機房減少50%以上溫控能耗。具有溫控調度功能的智能熱交換和智能直通風系統，在一般環境溫度條件下只啟動低功耗的直通風或熱交換，高溫時啟動高功耗的空調系統，在保障設備運行環境的同時，相對于單冷空調，室外柜平均降低40%的溫控能耗。帶加熱功能的TEC空調加熱能效比超過1.4，比普通加熱器節能40%。直流壓縮式空調比交流空調提升約0.5的能效比。

    站點電源更注重與主設備的匹配性，包括尺寸、配電、熱設計和電磁影響等方面，如風道的匹配可以提升分區溫控的精確性。站點電源的匹配概念并非限于室外電源，如帶溫控功能的室內一體化電源，允許通過提升室內溫度設定值的方法實現節能。

    三、節能應用東漸西被

    通信電源節能技術已經很完備，在全球運營商具體應用則各有千秋，還在快速發展。我們從站點新建、現網優化、電源維護和管理等角度來看海外電源節能技術的具體應用情況。

    (1) 優先采用節能產品

    對于新建的通信站點，90%以上海外電信運營商會采用高效電源系統。歐洲、美國和日本等地電網質量好，電池備電時間短，因此運營商會關注負載率指標，并規劃電源負載率在70%以上，但對電源模塊配置數量相對敏感。在高負載率下，電源實際轉換效率接近模塊最高效率，不需要啟用模塊休眠功能。在電網相對較差的區域則已經廣泛采用模塊休眠功能，提升5%左右的系統轉換效率。

    對于新建站點，通過采購自放電率低的電池來降低電池自放電能量損耗，采購高可靠的電源系統降低維護下站的燃油消耗，采購帶智能溫控功能的迷你機房來降低站點溫控能耗。

    (2) 優化在網電源系統與配置

    現網電源以最高效率低于92%的電源模塊組成的系統為主，實際效率平均80%~88%。通過投資回報分析，若三年以內可收回成本，舊電源改造方案都會迅速實施；若回收周期3~5年，則會根據財務狀況決策。運營商鐘愛貼身設計的搬遷方案，最大可能利舊機柜、電池、電纜和配電系統，這樣可以幫助縮小投資回報周期。

    除了大規減搬遷改造外，對于特定場景，不同運營商采用不同節能手段。如采用人工減少模塊數量提高負載率的方式來提升老舊開關電源效率，從77%提升至82%；備電時間長、低負載率的基站通過開啟電源模塊休眠功能能平均節電6%左右；對于雙路輸入的核心機房，通過優化電纜配置，增加主輸入電纜線徑、減小備用輸入電纜線徑來降低配電系統損耗，如60kW負載，主用電纜面積翻倍后，每年節電約1000度。

    (3) 優化維護手段節能

    電池是供電系統維護重中之重，測試則是電池維護工作的重要手段，測試的方法是放電，因此導致電池能量被浪費。100%DOD放電測試1000Ah電池，每次浪費電能超過50度。華為電源可以提供電池剩余容量指示功能，計入了運行歷史對電池剩余容量數值的影響，可以據此調整電池容量測試要求，減少測試次數以節省電能。利用電源的電池測試功能進行核對性放電測試，可以作為電池容量與性能的參考，且是常用的零損耗電池測試手段。

    通過電源網管的預警功能，將電源系統故障維護納入到定期維護，不僅提升了維護工作的計劃性，而且能有效減少下站維護的燃油消耗，這也也是精細化節能措施組成部分。

    (4)通過管理手段節能

    電源節能需要從管理抓起，發達國家對站點電費都有精確計量，包括只有幾百瓦的熱點和盲區覆蓋站點，因此需要對小型站點的電源也采用高效系統來節能。隨著MBB無線寬帶快速發展，小功率站點密集覆蓋，站點功率越小，系統效率越低。不同運營商通過站點共享使單站功率提升，這不但可以提高電源系統效率，還降低了站點建設投入。站點共享促進了鐵塔運營商的發展，鐵塔運營商負責建設和維護站點，主要運營成本就是電費，節電驅動力更強，有利于總體節能。

    科學定義站點維護周期，可以合理減少下站帶來的燃料消耗。在自然和治安環境允許的條件下，運營商將定期下站維護周期不斷延長，甚至長達3~6年，一個覆蓋25萬平方公里的運營商，每年可節省燃油2萬升以上。

    四、節能為輕減排為重

    在發達國家，節能雖然重要，但減排更為關鍵。由于發電來源不同，同樣的功耗，碳排放是不同的。但用電高峰時期購買較清潔能源代價很高，通信電源錯峰功能能降低波峰時期電力消耗，提高波谷時段的電能消耗，甚至多用了一些電能，但對減少排放卻是有益的。

    由于整個供電系統的配置要匹配最大功率，電源系統的削峰功能有效降低系統最大輸入功率，使供電系統包括變壓器、柴油發電機、配電柜、電纜、補償柜等配置容量全部得以降低，可以節省最高可達50%投入，降低全社會的碳排放。可以適當提升供電系統的電壓，如核心機房由380V提升至400V，這5%的電壓提升帶來近10%的配電能量損耗節省。

    高功率密度的電源系統減少了機房占地面積，也減少了設備結構件，一方面降低了溫控系統能耗，另一方面節材也是減少了碳排放。

    供電系統過配置增加了投入，也間接增加了碳排放。不同容量電池組采用統一容量的電池單體組合方式，如高達2~36組100AH電池并聯，能提供從200AH到3600AH多種容量電池系統，不但使電池備件歸一，而且使電池配置能充分接近設計容量，大幅降低過配置設備數量，也是一項節能之舉。

    五、電源節能任重道不遠

    經過以上對國外電源節能技術剖析，可以發現電源節能技術措施還是很多的。為電源系統規劃建設和維護管理團隊制定節能減排考核指標，不僅可以強化規劃設計環節，而且也有利于將節能特性納入行業標準和規范，從源頭開始節能，并在維護管理環節達到最佳。<