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通信基站一体化创新解决方案
  • 针对通信基站的建设模式,提出了一种基于通信基站一体化的创新性解决方案,通过结构化、模块化、、智能化设计,能够达到全面降低能耗、减小基站TCO,达到快速建站,资源共享,分期部署等目的。结合现场安装调试及实际上站的测试结果分析,与常规基站建设方式的建设方式、节能效果、可靠性相比,本方案实现了5小时快速交付,无人值守,全年能耗降低20%以上。

    1 引言
      
      随着通信网络的日新月异的持续演进和用户数量的不断增长,通信设备的功耗越来越大,基站数量也越来越多,大大增加了通信运营企业的总成本支出,但利润率却随之降低。而通信机房作为通信网络中最主要的组成部分,其节能减排的效果直接影响通信运营企业各项关键经营考核指标的完成。
      
      按照全国各地不同地区的气候分布情况做平均统计,供配电设备功耗占15%以下,基站机房每年通信网络主设备功耗占45%左右,机房内空调能耗超过40%。在通信网络主设备不变的情况下,如何对通信基站合理设计布局降低空调和供配电的功耗,配合通信运营企业最大限度的降低不必要的电费支出,是值得深入研究和分析的课题。
      
      2.传统基站建设模式存在的问题
      
      传统基站中包含:交流配电箱、开关电源柜、通信主设备柜、动力环境监控、舒适型空调柜机、铅酸蓄电池组、走线架等几个组成部分,如图1所示。
      
      图1 传统建设模式下的基站内部组成
      
      通常基站机房内空间的热负荷较大,而且没有优化气流组织,空调不能对发热设备精细化分区制冷,同时相当比例的基站机房采用彩钢板等保温隔热性能较差的建筑材料,在夏季炎热地区会吸收太阳辐射,导致内部的封闭环境中温升较高,从而空调会进一步加大制冷量,从而增加额外的电费支出。而且民用的舒适型空调相与机房专用的精密空调对比,显热比低,寿命短,故障率高,给维护带来了很大负担。
      
      另外各组成部分布局比较松散,设备机柜与组合式开关电源机柜外观和风格不能统一,显得不很美观,不同设备安装和调试进度难以统一控制。功率和信号线缆的走线需要因地制宜的根据现场实际情况按照操作规范来设计,增加了项目施工的周期间和人工成本。
      
      3.创新基站建设模式的设计理念
      
      本文提到的创新解决方案的设计基于一体化和模块化的思路,可以解决上述问题。
      
      一体化是指将机房内部通信设备的收纳空间、走线,供配电、制冷和监控管理五大功能集成到一起,优化配置设备资源,多个功能组件高度整合的同时也严谨划分出不同物理功能区域,高防护等级规避了灰霾对通信设备侵蚀的风险。在空间利用上,该方案创新性地把传统基站基于二维空间布局拓展到基于三维空间布局,机房空间占用率提高了30%左右。如图2所示。
      
      图2 创新解决方案下的基站内部组成
      
      模块化是指将不同单元安装功能分成各个模块,各功能单元采用结构化设计以实现模块之间灵活无缝的组合,以满足不同应用场景的快速建站和分期部署要求,满足多用户在线扩容要求,可以随着业务量的增加,灵活添加空调综合柜或/和恒温电池柜,实现平滑过渡,不需要前期一次性投入远期规划的最终工程量,现场组装拼接也简单易行,在5小时之内快速部署完成。如图3所示。
      
      图3 创新解决方案
      
      4.创新基站建设模式的解决方案
      
      解决方案为一体化整体解决方案,包含电源与配电,空调制冷单元,监控管理,用户空间多个子系统。电源系统可采用高效整流模块,也可以采用高效与普效整流模块混插的方式,同时设置轮流休眠功能,保证在不同负载率的条件下,最大限度降低供电损耗。系统的电池仓为恒温控制。大大延长了电池这一重要资产的使用寿命。空调系统采用高能效比空调,整个系统采用优化气流设计,使系统内部气流组织得到了最大限度的优化,达到分区域控制精确制冷的效果,整个系统温度场平均分布,即使在极端情况下也不会出现局部过热点
      
      应对不同季节及气候条件和地理分区,系统可工作于多种模式
      
      按照试验站现场测试统计,在含加热和不含加热两种方式下,全年平均节电率34%,如表1所示。
      

    运行工况

    温度范围

    传统方案耗电量(kWh

    创新方案耗电量(kWh

    节电量(kWh

    节电率

    保温加热模式

     A~B

    4634.89

    1703.89

    2931.00

    63.24%

    自然冷模式

     B~C

    4276.29

    4276.29

    0.00

    0.00%

    空调制冷模式

    C~D

    3165.70

    1983.78

    1181.92

    37.34%

    全年合计

    (含加热)

     -

    12076.88

    7963.96

    4112.92

    34.06%


     可见冬季及严寒地区保温加热模式,夏季及炎热地区的空调制冷模式节能效果都比传统方案节省很多能耗,如图4中加粗框体所示。
      
      图4 不同温控模式下全年节能分析统计
      
      5.结束语
      
      目前该方案已经在全国不同气候区域的多个省市的铁塔公司及运营商基站中应用,现场如下图所示。
      
      综上,该解决方案采用创新设计理念,将传统基站中各功能单元进行标准化、结构化、模块化设计,并集成一体化智能监控,为通信运营企业提供具有以下诸多实际应用价值:
      
      (1)快速建站,低TCO运营
      
      将传统基站供配电、温控、备电、空间收纳、监控等各功能单元模块化,使得建设工程进度加快,质量提高。与常规建站方式相比,采用高效电源系统、高效热管理系统、智能化管理系统和封闭冷/热通道设计等,整体TCO降低20%以上,对改善通信运营企业的利润有着积极意义。
      
      (2)节能环保,占地面积小
      
      采用高效电源、高能效制冷技术和封闭冷/热通道设计等,可降低基站PUE值。平面分散的建站模式向立体共享建站转变,大大降低基站占地面积,并减小站址选取难度。
      
      (3)平滑扩容,分期投资,多用户分区管理
      
      根据项目投资及初期需求进行选择性建设,后期平滑扩容,延缓资金压力。采用分区管理,维护界面更加清晰。
      
      (4)智能化集中管理
      
      全业务网管平台支持智能化集中管理,能实现全方位环境和设备监控,支持各运营商的能耗统计和分析,具有设备、环境、空间、电池等可视化资源管理功能。
      
      (5)个性化服务
      
      采用标准建站模式,同时能为各通信运营企业提供专业的供电、备电、空间、热管理、维护等个性化解决方案。

    作者简介
      
      吴华勇,毕业于西安理工大学,硕士,现就职于艾默生网络能源有限公司产品及战略规划部,研究方向为直流供电解决方案。
      
       
      编辑:Harris

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