5G基站配套基础设施节能降耗技术

李 静，邵 帅

（1.信阳学院大数据与人工智能学院，河南 信阳 464000；2.广东创新科技职业学院，广东 东莞 523960）

0 引 言

近几年，我国的5G网络建设规模越来越大，5G基站的总量超过了60万座。与4G相比，5G基站与网络都有着高能耗的特点，基站的电费也因此居高不下，这为运营商带来了不小的成本压力。不仅如此，能源消耗问题较为严重，不利于我国可持续发展战略的有效落实。对此，针对5G基站配套基础设施中高能耗的机房空调和通信电源设施，需要尽快利用节能降耗技术来不断使它们变得更加经济、环保。

1 空调系统节能技术

1.1 智能新风节能系统

新风节能技术本身就属于一种间接性的节能技术，它需要将机房外部的自然风视为冷风来源，并在机房的内部安装上下出进风装置，以实现相应的室温调节。具体来说，它会采用湿度与温度传感器来实现对室内外环境的动态监测，下进风装置一般会在室外温度低于设置值时启动，其风机和风口都会开展运作，并将室外冷空气吸入室内[1]。这时机房内部的冷空气与热空气就会产生热交换，继而达到降低室温的目的。同时，机房内部需要有正压风压，这样才能在启动上排风装置时高效达到实现室内散热的目标。除此之外，通过智能新风系统完成的冷气吸入与热气排出可以做到既保持室内的基本恒温状态，又能减少空调开启的频率与时间，以此实现节能降耗[2]。智能新风系统的应用场景一般都比较广，但是为了保证系统的高效率运行，且达到较好的节能效果，需要尽量确保机房内外的温差小于5 ℃。这样一来，智能新风系统才能在运行一段时间后，达到相应的温控效果。

1.2 带水帘新风系统

带水帘新风系统与智能新风系统类似，都属于间接性的节能方式。带水帘新风系统的装置是在原有智能新风系统的基础上利用了水蒸发的原理，在下进风处设置了一个水帘装置。水蒸发可以吸热，当室外空气被吸入室内时，空气会经过水帘的表面，继而出现水分子蒸发的情况，从而就实现了水蒸发吸热，且此时的空气温度就会降低4～10 ℃。不仅如此，当空气通过水帘时，空气中的灰尘也会吸附在水帘上，能够起到一定的除尘作用。而为了真正落实节能降耗，带水帘的供水形式可选取自来水、雨水收集系统等[3]。其中，雨水收集系统是倍受推崇的一种供水方案，主要是因其节能降耗的效果更胜一筹。带水帘新风系统除了具备新风系统基本的节能功用外，它在实现了空气过滤的基础上也令通信机房内部的空气清洁度变得更高，同时带水帘新风系统还可以被应用于基带处理单元（Building Base band Unite，BBU）集中机房与5G基站的核心机房中。

1.3 机房隔热技术

机房隔热技术实际上是一种防止阳光辐射的技术，因为5G的基站和机房始终会受到阳光的直射，所以机房的外墙表面温度就会持续增高，继而增加建筑结构本身的热负荷与室内空调的能耗，而利用隔热技术则可以有效解决这个问题。由于采取了隔热措施，因此阳光的辐射就能够被削减。这样一来，机房外墙所吸收的热能也会随之降低，从而切实减少建筑结构本身的热负荷和空调的能耗。具体来说，机房隔热技术可以采取多种不同的手段，像是门窗隔热、外墙隔热以及屋顶隔热等[4]。其中，门窗隔热的措施比较简单，可以直接采用具有隔热性能的双层玻璃或者遮阳板来对门窗进行封堵处理，而外墙和屋顶则可以采取覆盖绿色植物以及隔热网或直接涂抹隔热涂料以实现隔热，此外还能够采用平改坡的措施。这是因为夏季室外温度较高，机房的屋顶若是平顶结构，则会因为屋顶直接受到阳光直射而导致温度亟剧升高，所以可以将平顶改造为坡顶，这样在加强了良好通风并减少了直射面积的情况下，机房的维护结构热负荷就会大大降低，从而减轻了室内空调的电能消耗[5]。

由于隔热技术从技术角度和投资角度来说都有着较强的优势，成本较低且改造难度较小，机房室外的各种机柜都可以采用这种方式来实现节能降耗。同时，该方法也适用于日照时间长、终年温度较高的地区。

1.4 蓄电池地埋技术

目前，由于5G基站所采用的配套基础设施对机房周边环境的温度要求有所降低，而蓄电池作为核心设备，就成为了对环境要求较高的设备。一般来说，在没有优化机房空调各项节能效果的前提下，可以通过采用蓄电池地埋、耐高温蓄电池或者铁锂电池来满足蓄电池的运行环境。其中机房的地下室具有恒温作用，因此就能够在一定程度上优化蓄电池的运行环境，同时还能够有效延长蓄电池的使用寿命，并且提升其放电量。而地埋蓄电池的电池柜安装需要加装导气管与排水管，以做好换气工作，并积极处理潮湿的问题。地埋蓄电池可以采用12 V单体型的，同时要对每个单体蓄电池的测试线进行埋后引出工作。在此基础上，必须积极做好对地埋蓄电池基坑的实施温度检测工作，这样就可以降低后期维护的难度。

2 电源系统节能技术

2.1 开关电源休眠技术

5G基站在进行前期工程设计时，针对基站的开关电源，在设计各个模块的容量时不仅需要考虑设备的负载电流，还要考虑蓄电池组的充电电流，尽量采用N＋1模块的冗余配置方式。在当前大多数5G基站的运营过程中，基站的话务量不存在固定的高峰期，负载电流也没有达到额定值，同时因为市电较为稳定，蓄电池长期处于不工作的状态，所以充电的频率也比较低。在业务量较少时，其负载频率更低。对此，需要采用智能休眠技术来对设备的负载电流进行动态控制，具体需要对整流模块的开启与关闭进行智能化控制。为了达到节能降耗的目的，可以有选择性地使部分整流模块进入休眠状态，这样开关电源就可以始终保持较高的运行效率[6]。

2.2 直流远供技术

5G基站在我国的规模逐渐扩大，众多的小站点多被用于网络补盲吸热，这样就可以形成超密集的组网。由于每个小站点都需要引入市电和备电，从工程建设的角度出发就会发现如果仍采用过去的供电方式，不仅前期投入大，而且节能降耗方面的效果并不好，既费时又费力。在此情况下，可以采用直流远供技术，优先选择供电容量大的宏站作为主节点，继而用链型结构或者星型机构向周边的小站进行供电，从而就令市电、整流以及备电等实现了资源共享。具体可以利用网管远程控制技术，当各个小站的业务量较小时，借助控制系统进行智能检测并进行关断，这样就可以节约电能[7]。这种技术的使用范围较广，例如大型的工业园区、住宅小区、城市商圈以及沿街路灯等都可以加以应用，同时对于市电引入困难的城镇和农村也可以加以应用。

2.3 蓄电池市电削峰技术

5G基站一般对市电的容量需求较大，这就给市电的增容工作带来了较大的压力，同时也使得峰值时段的阶梯电价成本有所增多。一般来说，市电的容量需求由3个不同的部分组成，即通信设备负荷、空调以及蓄电池充电。而工程建设过程中各类通信设备的用电需求是根据其额定功率来进行设计的，但是实际的用电量仅有40%～50%，基站的蓄电池组一直存在存量富余的情况，从而导致大量的蓄电池长期处于休眠状态。对此需要利用市电削峰技术，以提升其储能放电的能力。具体来说，需要利用5G设备本身的动态波动性特征来实现高峰期的市电补偿，并对基站设备进行供电，同时在用电低谷期利用市电对蓄电池进行储能，实现了错峰供电，并对设备的负载波动进行了一定的抑制[8]。

2.4 风光互补新能源供电技术

若是将太阳能、风能这类可再生能源作为5G基站的电源，就能够在实现节能降耗的基础上进一步减少电费。像是在我国一些风能与太阳能不足的地区，可以根据其本身的风资源与光资源条件，并借助风光互补的供电系统与技术来实现长时间的持续供电[9]。而针对太阳能与风能存在着季节性互补能力不足的情况以及风光资源总量较少的地区，可以利用市电或者备用柴油发电机来进行风、光以及电3种能源互补的形式来构建基站的供电系统。当供电系统中存在供电线路时，可以适当引入1条备用的市电，而在没有市电引入的情况下，则需要在系统中将柴油发动机作为备用设备[10]。这样一来，在阴雨天气或者风力不足的情况下，便能够利用市电或者柴油发电机来实现持续供电。该技术适用于自然可再生能源较为丰富的地区，同时也适用于缺乏电能的偏远地区与特殊场景，但是这一节能降耗技术的应用需要耗费大量的前期建设资金，故而在应用推广的过程中需要结合实际，并慎重选用。

3 结 论

随着5G基站的建设规模越来越大，在将其拓展到乡镇地区后，人们便更为关注基站的节能降耗问题。具体来说，需要重点解决基站机房空调与通信电源的高能耗问题。经过长期的研究，人们明确了可以利用各种先进的节能降耗技术手段，从而使得5G基站在运行过程中有效减少能源消耗与电费成本，进而有利于推动5G基站尽快实现节能减排的可持续发展目标。