李 靜，邵 帥

（1.信陽(yáng)學(xué)院大數(shù)據(jù)與人工智能學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000；2.廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院，廣東 東莞 523960）

0 引 言

近幾年，我國(guó)的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，5G基站的總量超過(guò)了60萬(wàn)座。與4G相比，5G基站與網(wǎng)絡(luò)都有著高能耗的特點(diǎn)，基站的電費(fèi)也因此居高不下，這為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了不小的成本壓力。不僅如此，能源消耗問(wèn)題較為嚴(yán)重，不利于我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的有效落實(shí)。對(duì)此，針對(duì)5G基站配套基礎(chǔ)設(shè)施中高能耗的機(jī)房空調(diào)和通信電源設(shè)施，需要盡快利用節(jié)能降耗技術(shù)來(lái)不斷使它們變得更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。

1 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

1.1 智能新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)

新風(fēng)節(jié)能技術(shù)本身就屬于一種間接性的節(jié)能技術(shù)，它需要將機(jī)房外部的自然風(fēng)視為冷風(fēng)來(lái)源，并在機(jī)房的內(nèi)部安裝上下出進(jìn)風(fēng)裝置，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的室溫調(diào)節(jié)。具體來(lái)說(shuō)，它會(huì)采用濕度與溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)外環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，下進(jìn)風(fēng)裝置一般會(huì)在室外溫度低于設(shè)置值時(shí)啟動(dòng)，其風(fēng)機(jī)和風(fēng)口都會(huì)開展運(yùn)作，并將室外冷空氣吸入室內(nèi)[1]。這時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)部的冷空氣與熱空氣就會(huì)產(chǎn)生熱交換，繼而達(dá)到降低室溫的目的。同時(shí)，機(jī)房?jī)?nèi)部需要有正壓風(fēng)壓，這樣才能在啟動(dòng)上排風(fēng)裝置時(shí)高效達(dá)到實(shí)現(xiàn)室內(nèi)散熱的目標(biāo)。除此之外，通過(guò)智能新風(fēng)系統(tǒng)完成的冷氣吸入與熱氣排出可以做到既保持室內(nèi)的基本恒溫狀態(tài)，又能減少空調(diào)開啟的頻率與時(shí)間，以此實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗[2]。智能新風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景一般都比較廣，但是為了保證系統(tǒng)的高效率運(yùn)行，且達(dá)到較好的節(jié)能效果，需要盡量確保機(jī)房?jī)?nèi)外的溫差小于5 ℃。這樣一來(lái)，智能新風(fēng)系統(tǒng)才能在運(yùn)行一段時(shí)間后，達(dá)到相應(yīng)的溫控效果。

1.2 帶水簾新風(fēng)系統(tǒng)

帶水簾新風(fēng)系統(tǒng)與智能新風(fēng)系統(tǒng)類似，都屬于間接性的節(jié)能方式。帶水簾新風(fēng)系統(tǒng)的裝置是在原有智能新風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上利用了水蒸發(fā)的原理，在下進(jìn)風(fēng)處設(shè)置了一個(gè)水簾裝置。水蒸發(fā)可以吸熱，當(dāng)室外空氣被吸入室內(nèi)時(shí)，空氣會(huì)經(jīng)過(guò)水簾的表面，繼而出現(xiàn)水分子蒸發(fā)的情況，從而就實(shí)現(xiàn)了水蒸發(fā)吸熱，且此時(shí)的空氣溫度就會(huì)降低4～10 ℃。不僅如此，當(dāng)空氣通過(guò)水簾時(shí)，空氣中的灰塵也會(huì)吸附在水簾上，能夠起到一定的除塵作用。而為了真正落實(shí)節(jié)能降耗，帶水簾的供水形式可選取自來(lái)水、雨水收集系統(tǒng)等[3]。其中，雨水收集系統(tǒng)是倍受推崇的一種供水方案，主要是因其節(jié)能降耗的效果更勝一籌。帶水簾新風(fēng)系統(tǒng)除了具備新風(fēng)系統(tǒng)基本的節(jié)能功用外，它在實(shí)現(xiàn)了空氣過(guò)濾的基礎(chǔ)上也令通信機(jī)房?jī)?nèi)部的空氣清潔度變得更高，同時(shí)帶水簾新風(fēng)系統(tǒng)還可以被應(yīng)用于基帶處理單元（Building Base band Unite，BBU）集中機(jī)房與5G基站的核心機(jī)房中。

1.3 機(jī)房隔熱技術(shù)

機(jī)房隔熱技術(shù)實(shí)際上是一種防止陽(yáng)光輻射的技術(shù)，因?yàn)?G的基站和機(jī)房始終會(huì)受到陽(yáng)光的直射，所以機(jī)房的外墻表面溫度就會(huì)持續(xù)增高，繼而增加建筑結(jié)構(gòu)本身的熱負(fù)荷與室內(nèi)空調(diào)的能耗，而利用隔熱技術(shù)則可以有效解決這個(gè)問(wèn)題。由于采取了隔熱措施，因此陽(yáng)光的輻射就能夠被削減。這樣一來(lái)，機(jī)房外墻所吸收的熱能也會(huì)隨之降低，從而切實(shí)減少建筑結(jié)構(gòu)本身的熱負(fù)荷和空調(diào)的能耗。具體來(lái)說(shuō)，機(jī)房隔熱技術(shù)可以采取多種不同的手段，像是門窗隔熱、外墻隔熱以及屋頂隔熱等[4]。其中，門窗隔熱的措施比較簡(jiǎn)單，可以直接采用具有隔熱性能的雙層玻璃或者遮陽(yáng)板來(lái)對(duì)門窗進(jìn)行封堵處理，而外墻和屋頂則可以采取覆蓋綠色植物以及隔熱網(wǎng)或直接涂抹隔熱涂料以實(shí)現(xiàn)隔熱，此外還能夠采用平改坡的措施。這是因?yàn)橄募臼彝鉁囟容^高，機(jī)房的屋頂若是平頂結(jié)構(gòu)，則會(huì)因?yàn)槲蓓斨苯邮艿疥?yáng)光直射而導(dǎo)致溫度亟劇升高，所以可以將平頂改造為坡頂，這樣在加強(qiáng)了良好通風(fēng)并減少了直射面積的情況下，機(jī)房的維護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷就會(huì)大大降低，從而減輕了室內(nèi)空調(diào)的電能消耗[5]。

由于隔熱技術(shù)從技術(shù)角度和投資角度來(lái)說(shuō)都有著較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，成本較低且改造難度較小，機(jī)房室外的各種機(jī)柜都可以采用這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。同時(shí)，該方法也適用于日照時(shí)間長(zhǎng)、終年溫度較高的地區(qū)。

1.4 蓄電池地埋技術(shù)

目前，由于5G基站所采用的配套基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)機(jī)房周邊環(huán)境的溫度要求有所降低，而蓄電池作為核心設(shè)備，就成為了對(duì)環(huán)境要求較高的設(shè)備。一般來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有優(yōu)化機(jī)房空調(diào)各項(xiàng)節(jié)能效果的前提下，可以通過(guò)采用蓄電池地埋、耐高溫蓄電池或者鐵鋰電池來(lái)滿足蓄電池的運(yùn)行環(huán)境。其中機(jī)房的地下室具有恒溫作用，因此就能夠在一定程度上優(yōu)化蓄電池的運(yùn)行環(huán)境，同時(shí)還能夠有效延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，并且提升其放電量。而地埋蓄電池的電池柜安裝需要加裝導(dǎo)氣管與排水管，以做好換氣工作，并積極處理潮濕的問(wèn)題。地埋蓄電池可以采用12 V單體型的，同時(shí)要對(duì)每個(gè)單體蓄電池的測(cè)試線進(jìn)行埋后引出工作。在此基礎(chǔ)上，必須積極做好對(duì)地埋蓄電池基坑的實(shí)施溫度檢測(cè)工作，這樣就可以降低后期維護(hù)的難度。

2 電源系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

2.1 開關(guān)電源休眠技術(shù)

5G基站在進(jìn)行前期工程設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)基站的開關(guān)電源，在設(shè)計(jì)各個(gè)模塊的容量時(shí)不僅需要考慮設(shè)備的負(fù)載電流，還要考慮蓄電池組的充電電流，盡量采用N＋1模塊的冗余配置方式。在當(dāng)前大多數(shù)5G基站的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，基站的話務(wù)量不存在固定的高峰期，負(fù)載電流也沒(méi)有達(dá)到額定值，同時(shí)因?yàn)槭须娸^為穩(wěn)定，蓄電池長(zhǎng)期處于不工作的狀態(tài)，所以充電的頻率也比較低。在業(yè)務(wù)量較少時(shí)，其負(fù)載頻率更低。對(duì)此，需要采用智能休眠技術(shù)來(lái)對(duì)設(shè)備的負(fù)載電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，具體需要對(duì)整流模塊的開啟與關(guān)閉進(jìn)行智能化控制。為了達(dá)到節(jié)能降耗的目的，可以有選擇性地使部分整流模塊進(jìn)入休眠狀態(tài)，這樣開關(guān)電源就可以始終保持較高的運(yùn)行效率[6]。

2.2 直流遠(yuǎn)供技術(shù)

5G基站在我國(guó)的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，眾多的小站點(diǎn)多被用于網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)盲吸熱，這樣就可以形成超密集的組網(wǎng)。由于每個(gè)小站點(diǎn)都需要引入市電和備電，從工程建設(shè)的角度出發(fā)就會(huì)發(fā)現(xiàn)如果仍采用過(guò)去的供電方式，不僅前期投入大，而且節(jié)能降耗方面的效果并不好，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。在此情況下，可以采用直流遠(yuǎn)供技術(shù)，優(yōu)先選擇供電容量大的宏站作為主節(jié)點(diǎn)，繼而用鏈型結(jié)構(gòu)或者星型機(jī)構(gòu)向周邊的小站進(jìn)行供電，從而就令市電、整流以及備電等實(shí)現(xiàn)了資源共享。具體可以利用網(wǎng)管遠(yuǎn)程控制技術(shù)，當(dāng)各個(gè)小站的業(yè)務(wù)量較小時(shí)，借助控制系統(tǒng)進(jìn)行智能檢測(cè)并進(jìn)行關(guān)斷，這樣就可以節(jié)約電能[7]。這種技術(shù)的使用范圍較廣，例如大型的工業(yè)園區(qū)、住宅小區(qū)、城市商圈以及沿街路燈等都可以加以應(yīng)用，同時(shí)對(duì)于市電引入困難的城鎮(zhèn)和農(nóng)村也可以加以應(yīng)用。

2.3 蓄電池市電削峰技術(shù)

5G基站一般對(duì)市電的容量需求較大，這就給市電的增容工作帶來(lái)了較大的壓力，同時(shí)也使得峰值時(shí)段的階梯電價(jià)成本有所增多。一般來(lái)說(shuō)，市電的容量需求由3個(gè)不同的部分組成，即通信設(shè)備負(fù)荷、空調(diào)以及蓄電池充電。而工程建設(shè)過(guò)程中各類通信設(shè)備的用電需求是根據(jù)其額定功率來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但是實(shí)際的用電量?jī)H有40%～50%，基站的蓄電池組一直存在存量富余的情況，從而導(dǎo)致大量的蓄電池長(zhǎng)期處于休眠狀態(tài)。對(duì)此需要利用市電削峰技術(shù)，以提升其儲(chǔ)能放電的能力。具體來(lái)說(shuō)，需要利用5G設(shè)備本身的動(dòng)態(tài)波動(dòng)性特征來(lái)實(shí)現(xiàn)高峰期的市電補(bǔ)償，并對(duì)基站設(shè)備進(jìn)行供電，同時(shí)在用電低谷期利用市電對(duì)蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能，實(shí)現(xiàn)了錯(cuò)峰供電，并對(duì)設(shè)備的負(fù)載波動(dòng)進(jìn)行了一定的抑制[8]。

2.4 風(fēng)光互補(bǔ)新能源供電技術(shù)

若是將太陽(yáng)能、風(fēng)能這類可再生能源作為5G基站的電源，就能夠在實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減少電費(fèi)。像是在我國(guó)一些風(fēng)能與太陽(yáng)能不足的地區(qū)，可以根據(jù)其本身的風(fēng)資源與光資源條件，并借助風(fēng)光互補(bǔ)的供電系統(tǒng)與技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)供電[9]。而針對(duì)太陽(yáng)能與風(fēng)能存在著季節(jié)性互補(bǔ)能力不足的情況以及風(fēng)光資源總量較少的地區(qū)，可以利用市電或者備用柴油發(fā)電機(jī)來(lái)進(jìn)行風(fēng)、光以及電3種能源互補(bǔ)的形式來(lái)構(gòu)建基站的供電系統(tǒng)。當(dāng)供電系統(tǒng)中存在供電線路時(shí)，可以適當(dāng)引入1條備用的市電，而在沒(méi)有市電引入的情況下，則需要在系統(tǒng)中將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為備用設(shè)備[10]。這樣一來(lái)，在陰雨天氣或者風(fēng)力不足的情況下，便能夠利用市電或者柴油發(fā)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)持續(xù)供電。該技術(shù)適用于自然可再生能源較為豐富的地區(qū)，同時(shí)也適用于缺乏電能的偏遠(yuǎn)地區(qū)與特殊場(chǎng)景，但是這一節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用需要耗費(fèi)大量的前期建設(shè)資金，故而在應(yīng)用推廣的過(guò)程中需要結(jié)合實(shí)際，并慎重選用。

3 結(jié) 論

隨著5G基站的建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，在將其拓展到鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)后，人們便更為關(guān)注基站的節(jié)能降耗問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，需要重點(diǎn)解決基站機(jī)房空調(diào)與通信電源的高能耗問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究，人們明確了可以利用各種先進(jìn)的節(jié)能降耗技術(shù)手段，從而使得5G基站在運(yùn)行過(guò)程中有效減少能源消耗與電費(fèi)成本，進(jìn)而有利于推動(dòng)5G基站盡快實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。