站点能效分级，提升全网能效

章异辉

（华为技术有限公司，广东 深圳518129）

0 引 言

节能减排是通信运营商长期关注的主题。进入大数据时代，互联网、虚拟运营商对运营商通信业务收入产生威胁，降本增效更为紧迫。中国三大运营商能耗收入比是欧洲平均值的三倍，降低能源成本，等同于直接提升业务收入和盈利。降低能耗，提升全网能源效率，是当前重要和紧迫的任务。

华为曾经提出通信网络发电、配电、变换、负载、温控、监控管理六环节能耗模型和设备级、站点级、网络级三层次节能战略。在设备层，将整流模块、太阳能转换模块效率提升至98%以上；在站点层，推出一体化智能高效站点，最高可达95%以上，实现站点级高效；站点具备网元特性，使全网构建站点能源网络成为可能，通过能源网管看护能效KPI，提升全网能源效率。三层次节能，是运营商打造精益型能源网络的节能减排战略。站点是能源网络的网元，选择高能效站点，是实现全网节能的关键；对站点进行能效分级，有利于运营商选择部署能效最优的站点。

1 电源已经进入高效时代，电源效率正式分级

20世纪90年代，高频开关电源全面替代相控电源，能源转换效率大幅提升，电能转换效率最高点达到90%以上，采用最高效率超过92%的整流模块组成的开关电源系统，在当时被认为是高效通信电源。由于当时电源技术局限性，缺乏模块休眠功能，模块平均负载率低，开关电源实际效率仅为85%左右。

随着科技进步和社会发展，高频开关电源发展到第四代全数字电源。2008年以后，业内96%以上高效电源纷纷问世，由96%效率整流模块组成的通信电源成为事实上的高效电源标准，而由92%效率的模块组成的电源已经被业内称为低效电源。相应地，94%效率称为标效，98%效率称为超高效。由于模块休眠技术普遍应用，在大多数场景下，电源实际工作效率与最高效率基本接近。按照全网PUE为2.0测算，电源效率每提升2%，全网能耗降低1%。三大运营商年耗电400亿度，在网电源平均效率88%左右，如果全部用98%超高效电源替代，一年节省用电20亿度以上，高效电源价值显而易见。

近两年来，全球跨国运营商以采购高效电源为主，据华为公司对2013年电源发货数据统计分析，高效模块发货量高达30万片以上，约占总发货量的60%。其它主流电源厂家发货也以高效电源为主流，标志着电源已经进入高效时代。

能源效率是设备选型的重要参数，2013年通信电源标准已经对电源进行了能效分级，指导用户选择高能效产品，实现设备级高效。

2 电源高效不等于站点高效，站点高效比设备高效更有价值

基站能耗占通信网络总能耗的75%，根据六环节能耗模型分析，现网负载（即主设备）是站点能耗的关键，约占一半，如果以主设备能耗为不变量，主设备能耗占比就是站点能源效率。通信电源能耗占比较小，如果现网电源实际效率仅86%，电源能耗也仅占站点能耗的8%。如果采用98%效率超高效电源改造老旧电源，电源自身能耗降低80%以上，而整站能耗仅降低7%。

传统站点由于空调对整个机房制冷，温控能耗占比高达40%或更多，是站点能效关键影响因素。对于普遍PUE为2.0的站点，实际站点能源效率仅50%。大幅降低温控能耗，是提升站点能源效率的关键。室外站点普遍采用分舱温控方式，主设备舱多采用热交换方式散热，电池舱采用直通风或空调，温控能耗大幅降低。室外站点多采用紧凑的夹芯板机柜，显热和潜热渗透都远小于传统室内站点，加之RRU等主设备外置，不需要温控散热，相较室内站点，室外站能源效率大幅提升，一般可达80%。传统现场集成的室外站点，机柜、电源、电池、监控等由多个供应商分别提供，供应商只对设备能源效率负责，现场组合安装导致不同站点存在不同的配置不足或过度冗余，不能精确匹配，设备之间只有简单连接，不能协同工作，电源、温控、监控等多个控制器自身也消费电能，能源浪费无法避免，站点能源效率没有高效保障。

3 站点一体化趋势，站点级高效产品问世

通过机柜、电源、温控、主设备和电池等一体化热仿真设计，优化风道和隔热，根据主设备耐热特性设计的新一代一体化站点，获得最佳的能源效率是可以预想的。如华为推出的一体化智能高效站点，不但采用98%高效模块最小化电能转换能耗、采用高温电池降低电池对温控的需求，监控模块直接兼采集器功能，允许通过主设备带内通信，节省采集器、传输设备能耗，也避免了部署动环监控带来的二次下站和监控维护下站能耗。一体化站点能源效率最高可达95%以上，站点PUE（Power Usage Effectiveness）小于1.06。新一代站点兼容各种能源输入，如接入太阳能，SPUE将小于1，站点更绿色。

对于新一代一体化站点来说，站点就是网元，不需要单独实施动环监控工程，网管是站点的基本属性，站点作为一个整体进行远程集中管理。站点能效是站点的重要参数，可以直接采集并上报，远程可视、可优化和管理。对于用户来说，无需再分别关注站点内的各种部件是否节能，不需要对电源、温控、电池、机柜等能效进行采集和管理，是站点建设和全网能效管理的方向。

4 定义站点能效指标，牵引站点向更高效发展

站点能源效率SEE（Site Energy Efficiency）定义为站点输入总能耗转化为通信主设备（负载）能耗的比例。假定主设备能耗为EL，输入电能EE，输入太阳能ES（指太阳能电池板输出的直流电能）、燃油所含能量EF，将能量单位统一到焦耳后可以计算：

随着模块整流效率不断提高、温控智能化、设备高温化，SEE不断向模块最高转换效率接近，数值越高，代表站点设计水平越高，能源损耗越少。以电能、光能为主的站点，站点能源效率很容易超过90%。采用油机的站点，由于燃油转换效率低，整站能源效率很难超过30%。差市电场景下，油机参与发电时间长短不一，站点能源效率与停电时长相关，有较大变化，而采用支持快速充电的电混方案，通过合理配置电池或太阳能，站点效率同样可以达到90%以上。因此，采用电能和光能的站点，站点能效应向整流模块最高效率看齐；采用油机的站点，站点能效应向油机最高燃油能量转换效率逼近。对于运营商来说，不但需要评价供应商站点设计水平，还需要评价站点是否绿色节能。PUE是评价数据中心能源是否节能的指标，同样适用于通信站点。在没有太阳能等可再生能源利用的情况下，站点PUE（简称为SPUE）是SEE的倒数。

当站点有太阳能应用时，SPUE可能小于1，例如，纯太阳能站点的SPUE等于0。从SEE和SPUE的定义来看，SEE可用于评价供应商站点设计水平，是站点选型的依据，帮助提升全网能效；SPUE评价站点环保程度，虽不体现站点设计水平，却是运营商站点节能减排重要指标，帮助实现全网节能。

5 站点能效分级，提升全网能源效率

为了帮助运营商实现站点级节能，有必要建立站点能效分级标准，方便运营商选择更高能效等级的站点方案，不但能引导业内站点设计能效逐步提升，同时也能减少低效站点应用。由于SEE直接反映能量转换效率，宜作为站点能效分级的依据。参照民用空调、冰箱能效分级，一体化站点能效建议分为五级，如图1所示。

图1 站点能效分级建议

由于站点环境有较大差别，不同温度条件下，站点温控系统消耗的能源有较大区别，SEE会有一定变化。对于不同设计的一体化站点，站点能效应可以被设计、测量和比较，需要严格定义站点能源效率SEE的测量方法，如制定高温、常温和低温组合条件，按时间段测定输入总能源和主设备能耗，如果涉及燃油等非电能量，统一到焦耳单位进行测算，如1 kg柴油含46MJ能量，1 kWh电能含3.6 MJ能量，如果柴油发电机油耗为250 g／kWh，燃油转换效率为31.3%，长期使用柴油发电机供电的无市电站点，站点能效不超过该值。在站点存在停电的情况下，站点如能对油机进行调度，如优先电池放电，减少油机供电，能源效率可以大幅提升。

全球仍有数十万个无市电站点，我国部分区域也规模存在。有市电场景下的高效站点，如果采用油机供电，若站点不能对油机进行能源调度，站点能效多为10%～15%；支持油机调度的混合供电站点，能源效率最高可大于30%。无市电区域油机供电能耗巨大，总能源成本是有市电站点的十倍，因而无市电场景下油机站点能效另行分级仍有重大意义。

站点能效分级标准牵引的方向是提升能源转换效率，包括优先使用光能、提高光能转换效率；最大化利用电能，减少油机运行时长；尽量少用或不用油机，在使用油机时最大化燃油转换效率。选择并部署更高SEE的站点，兼容太阳能和发电机输入与调度，在投资允许的条件下优先使用可再生能源，降低站点PUE，提升全网能源效率（NEE，Network energy efficiency）。