中國儲能網(wǎng)訊：中國鐵塔與華為5G Power方案聯(lián)合創(chuàng)新項目，為5G站點的供電模式提供了新思路，是雙方聯(lián)合推進(jìn)5G電源產(chǎn)業(yè)成熟進(jìn)程中取得的關(guān)鍵性進(jìn)展。5G Power解決方案基于智能削峰、智能升壓、智能儲能等創(chuàng)新技術(shù)，可實現(xiàn)站點在向5G演進(jìn)的過程中“不改市電、不動線纜、不增機(jī)柜”。
5G Power解決方案最初為了應(yīng)對5G部署對能源的挑戰(zhàn)，提升運營商的投資效率，未來5G能源解決方案需滿足極簡部署、快速建設(shè)、高效節(jié)能和平滑演進(jìn)的需求。
中國鐵塔公司及浙江省鐵塔公司與華為于2018年11月成立創(chuàng)新項目組，經(jīng)過聯(lián)合驗證，5G Power解決方案試點降低單個站點改造成本超過12500元，預(yù)計每年節(jié)電4130度，減少1125千克碳排放。同時，該創(chuàng)新項目將有助于建設(shè)5G時代的可持續(xù)的基礎(chǔ)設(shè)施，加強(qiáng)應(yīng)對氣候變化的能力，對聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)做出貢獻(xiàn)，2019年榮獲國際電信聯(lián)盟（ITU）可持續(xù)發(fā)展大獎。
01
5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)加快，節(jié)能減排面臨重大挑戰(zhàn)
中國鐵塔是全球領(lǐng)先的鐵塔運營商，主要從事通信鐵塔等基站配套設(shè)施、高鐵地鐵公網(wǎng)覆蓋、大型室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)、維護(hù)和運營。截至2019年6月，中國鐵塔站址總數(shù)達(dá)195.4萬個，資產(chǎn)規(guī)模為3153.6億元。中國鐵塔秉承“凡有人煙處，皆有通信塔”理念，建立起靈活高效的體制機(jī)制、全面加強(qiáng)和推進(jìn)商業(yè)模式創(chuàng)新、技術(shù)業(yè)務(wù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新。
5G時代已來。2019年6月6日，工信部正式發(fā)放5G牌照,運營商加快5G規(guī)模建設(shè)，預(yù)計年底，全國開通5G基站超過13萬個。浙江省杭州市力爭打造中國5G第一城，已實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)連片覆蓋。
5G建設(shè)在組網(wǎng)模式、產(chǎn)品形態(tài)、性能參數(shù)方面均較以前4G網(wǎng)絡(luò)有明顯不同，比如5G設(shè)備功耗對比4G設(shè)備功耗增加2~4倍，對站點基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來空前挑戰(zhàn)，需要進(jìn)行系統(tǒng)性的研究，并開創(chuàng)創(chuàng)新的5G能源解決方案，來應(yīng)對5G帶來的能源挑戰(zhàn)。
5G時代是全移動和全連接的智慧時代，人與人、人與物、物與物都需要進(jìn)行聯(lián)接和通信，2025年全球連接數(shù)量將會超過1000億。5G的場景及業(yè)務(wù)需求更加多樣化。3GPP定義的5G三大場景：
①eMBB: Enhanced Mobile Broadband, 10Gbps
②uRRLC: Ultra Reliable and Low Latency Communications, 1ms
③mMTC: Massive Machine Type Communications, 1million/km2
從4G演進(jìn)到5G，單位流量的功耗（Watt/Bit）大幅降低，但5G功耗相比4G大幅增長。預(yù)計在5G時代，64T64R AAU最大功耗將會達(dá)到1000~1400W，BBU最大功耗將達(dá)到2000W。
5G單站典型最大功耗
5G時代，一站多頻將是典型配置。預(yù)測5個頻段以上站點占比將從2016年3%增加到2023年45%。一站多頻將導(dǎo)致整個站點最大功耗超過10kW，10個或10個以上頻段的站點功耗超過20kW，多運營商共享場景下，功耗還將翻倍。
5G站點頻段占比演進(jìn)變化示意圖
這一變化對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的站點基礎(chǔ)設(shè)施帶來大量改造要求：市電容量不足、電源電池容量不足、機(jī)柜散熱不足、配電不足等，需要浪費大量的社會資源和站點資源。其次，在5G大功率AAU拉遠(yuǎn)供電場景中，線纜損耗過大會導(dǎo)致壓降過大，甚至部分遠(yuǎn)端電壓低于設(shè)備工作電壓，導(dǎo)致AAU無法工作。
根據(jù)中國站點調(diào)研及站點工勘，涉及市電改造站點比例超過30%，單站市電擴(kuò)容費用平均2萬元，中國目前物理站點數(shù)量約250萬個，故中國僅市電擴(kuò)容改造費用就高達(dá)150億元?，F(xiàn)階段，全球發(fā)電主要依靠于火力發(fā)電，全年火力發(fā)電量在全國發(fā)電量中的占比，日本與印度為80%，中國73%，美國為62%。5G網(wǎng)絡(luò)功耗增長激發(fā)能耗的增長，以中國網(wǎng)絡(luò)耗電年總量超過500億度電為例，5G網(wǎng)絡(luò)到來后，預(yù)計中國網(wǎng)絡(luò)耗電將超過1000億度，造成年272億千克碳排放，節(jié)能減排面臨重大挑戰(zhàn)。
02
華為和中國鐵塔合作，5G Power具備多維度智能特性
中國鐵塔與華為在杭州部署的5G Power解決方案，可實現(xiàn)一站一柜，并結(jié)合智能削峰、智能升壓、智能儲能等多個維度的智能特性。
1、 一站一柜
5G Power解決方案采用全模塊化設(shè)計，并通過先進(jìn)的高密技術(shù)，相比傳統(tǒng)電源可實現(xiàn)電源能量密度提升4倍，鋰電能量密度提升1.7倍，實現(xiàn)單柜24kW整流、600Ah鋰電及3.5kW制冷。這樣可實現(xiàn)一站一柜支持2G/3G/4G/5G設(shè)備共部署供備電需求。且整流、配電和溫控部件模塊化按需配置，相同初始投資下具備5G演進(jìn)能力，5G部署時CAPEX節(jié)省50%。而傳統(tǒng)的方案則需要更多的機(jī)柜。
2、智能削峰
以杭州市合豐村站點為例，它的平均負(fù)載為1.4kW，峰值負(fù)載為2.7kW，交流限功率為1.6kW，當(dāng)模擬加載5G業(yè)務(wù)時，負(fù)載峰值超過限功率點。5G Power提供的“智能削峰”創(chuàng)新技術(shù)，基于軟件定義電源及智能儲能的智能能源調(diào)度算法，在負(fù)載峰值時，智能鋰電參與負(fù)載供電，實現(xiàn)站點削峰，降低市電按照典型功率配置容量。進(jìn)而達(dá)成“不改市電”，單站降低改造成本超過12500元，減少5G演進(jìn)的初始投資成本。
5G Power智能削峰測試結(jié)果
3、智能升壓
以杭州蕭山站點為例，5G AAU與供電電源拉遠(yuǎn)距離大于50米場景，當(dāng)模擬加載5G業(yè)務(wù)時，5G AAU上塔后因壓降導(dǎo)致供電電壓不足，站點供電安全不能保障，必須更換AAU供電線纜。且設(shè)備功耗增加后帶來線損增加，浪費能源。
智能升壓基于5G電源模塊與智能鋰電協(xié)同，可實現(xiàn)系統(tǒng)恒壓供電功能，將原來只能提供48V升壓在48V~57V，而不用更換AAU線纜。實際站點運行結(jié)果顯示，直流輸出電壓達(dá)到56.9V，相比傳統(tǒng)48V電源直流輸出電壓提升了8.9V。
智能升壓不必進(jìn)行線纜改造，且可避免不更換線纜下疊加5G站點掉站的罰款費用、線纜損耗增加的問題。智能升壓可降低整站1%的能耗。
4、智能儲能
5G Power支持智能鋰電混合搭配的特性，實現(xiàn)新舊電池、不同容量電池、不同廠家電池、不同材質(zhì)電池混搭，真正實現(xiàn)電池的按需配置，實現(xiàn)新舊電池均衡充放電，滿足電池按需配置，降低電池建設(shè)成本。
03
5G Power解決方案，構(gòu)建持續(xù)發(fā)展的綠色能源網(wǎng)
經(jīng)過中國鐵塔和華為的聯(lián)合試點驗證，5G Power解決方案可實現(xiàn)以“不改市電、不動線纜、不增機(jī)柜”的方式，高效地部署5G站點，幫助單個站點降低改造成本超過12500元，且單站每年節(jié)電4130度，減少1125千克碳排放。中國計劃在2019年~2022年間新建或改造約200萬個5G站點，預(yù)計中國鐵塔約80萬個站點將借助華為5G Power解決方案，每年將節(jié)省電力33億度，降低900,000,000千克碳排放，實現(xiàn)5G時代綠色能源目標(biāo)網(wǎng)。
5G Power解決方案主要體現(xiàn)在硬件與軟件創(chuàng)新突破，整站協(xié)同，實現(xiàn)極簡、智能與綠色方案，構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的5G時代綠色能源目標(biāo)網(wǎng)。
1、極簡
5G電源容量最高可達(dá)24KW，高度只有4U（3U電源，1U塔商共享配電），能夠充分利用存量站點和機(jī)柜空間進(jìn)行收容。而傳統(tǒng)嵌入式電源要達(dá)到同等容量高度一般在7到9U，很難利用原有機(jī)柜，需要新增機(jī)柜，增加站點資源壓力。同時，5G電源為全模塊化架構(gòu)，以實現(xiàn)電源、儲能、溫控及配電模塊化，按需演進(jìn)，滿足網(wǎng)絡(luò)跨代。而傳統(tǒng)電源不具備全鏈路的可演進(jìn)性，如遇站點溫控制冷能力不足的情況必須更換整個機(jī)柜，無法模塊化擴(kuò)容。
5G Power疊加后站點圖
2、智能
5G Power 具備眾多智能特性，比如智能削峰、智能升壓、智能儲能等，通過智能特性實現(xiàn)市電免改造、電池按需配置、減小供電壓降等降低站點改造成本和運維成本。傳統(tǒng)電源只為站點提供電力供應(yīng)，不具備上述智能特性，需要對站點進(jìn)行大量改造以滿足5G建設(shè)。
3、綠色
5G Power聚焦能效提升，可實現(xiàn)全鏈路高效，包括部件級、站點級、網(wǎng)絡(luò)級、業(yè)務(wù)級，最終建成零比特、零瓦特的綠色高效節(jié)能目標(biāo)網(wǎng)。傳統(tǒng)電源，只能單一實現(xiàn)站點級高效，但是無法與業(yè)務(wù)功耗變化協(xié)同，當(dāng)業(yè)務(wù)低谷時，無法實現(xiàn)電源休眠或者關(guān)斷，能耗無法隨著業(yè)務(wù)變化而變化，無法做到節(jié)能能力最大化。
5G Power的技術(shù)創(chuàng)新不僅有效降低了5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)工程成本，提升能效約9%，而且當(dāng)前5G Power的儲能模塊化擴(kuò)容可以支撐中國鐵塔的能源經(jīng)營業(yè)務(wù)，針對電網(wǎng)的調(diào)頻調(diào)峰服務(wù)可實現(xiàn)額外8%的收益。
中國鐵塔和華為此次聯(lián)合創(chuàng)新行動，對未來全球網(wǎng)絡(luò)5G部署及網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)具有極大的標(biāo)桿性借鑒意義，可助力全球運營商節(jié)省站點改造投資和能源費用，站點節(jié)能減排，構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的5G時代綠色能源目標(biāo)網(wǎng)。
本文發(fā)表于《人民郵電報》 | 作者：陳東旭，中國鐵塔高級工程師；葉萬祥，華為通信能源技術(shù)總工程師
