提升网络能效、降低排放、降低TCO

华为技术有限公司提升网络能效、降低排放、降低TCO华为公司节能减排解决方案白皮书目录内容摘要...........................................................................................1节能减排简介...................................................................................2无线接入站点节能...........................................................................3固定接入节点节能...........................................................................5核心机房节能...................................................................................6传送网节能.......................................................................................7包装运输降耗...................................................................................9结论.................................................................................................10术语列表.........................................................................................10节能减排白皮书1内容摘要据国际能源机构(IEA)2008年的统计，从1973年到2006年，全球能源消耗上升73％，C02排放增长了79％。能源的消耗导致了温室效应和一系列的自然灾害，保护环境、防治气候变化成了人类面临的重要的挑战。另外，从70年代以来，能源价格一路上涨，给工业、制造业带来的成本压力一直上升，全社会比以往更重视节能。从全球范围来看，与煤炭、钢铁、有色等行业相比，电信行业并不是能耗/排放问题最突出的行业。但是，许多电信企业上市公司年报及CSR中披露的数据显示：部分通信企业的能源消耗也不低，某些运营商在全国企业能耗排行榜中处于前几位。社会、公众对运营商的压力，政府在国际组织上的节能承诺转化成对运营商的节能压力。上述提到的全球资源价格持续上涨，尤其是油价、煤炭价格持续上涨导致电费上调，各国推出耗能惩罚措施，如：差别定价，也实际地提高了能源价格。在需求方面，由于通信企业整体仍处于发展阶段，新兴市场用户的增加以及发达市场带宽的提升必然带来网络的扩容。网上运行设备容量的增大导致了能耗需求也不断扩大。能源单价上涨及设备总能耗上升给运营商带来了长期的财务压力。同时，为了企业的可持续发展，主流运营商、设备商先后启动节能减排计划，应对气候及能耗的挑战，在过去的10年间，电信行业取得了很大的进步，技术与产品的更新换代使单位能耗持续下降，领先的运营商取得了超过50％的节约。华为与运营商在不同的领域进行了节能减排的研究与实践。我们的研究发现，在电信产品的生命周期中，能耗及排放最大的阶段在于运营阶段，其中碳排放大约占60％。在运营阶段，如果从华为公司提供的系列固定/移动产品族为维度进行分析，能耗及排放最大的部分是接入网部分，既包括移动接入网也包括固定接入网，接入网部分在不同的运营环境中能耗占比各有不同，一般可达50％～70％。根据能耗的高低，我们把通信网络分为三个部分，即：接入部分、核心部分及传送部分节能的重点是接入部分，包括接入设备及配套措•施，特别是冷却部分。通常讨论到的新能源的使用也主要应用在这个部分。核心层的设备通常物理位置比较集中，老化的网•络构架需要优化，更新型的网络将代替旧网络。旧设备硬件通常是能耗较高的传统服务器，这部分需要重点优化。最后，主要由路由器与光网络设备构成的传送•网，网络及路由的优化是关键。此外，从供应的角度来看，包装运输的节材降耗•也是普遍关注的一个环节。节能减排白皮书2节能减排简介从全局的角度来看，电信业务的发展减少了全社会的能耗和二氧化碳排放，电话、会议电视等电信手段减少了企业所需的旅行次数；SMS，Internet等电子电信手段的发展也减少了人与人之间交往需要的实体媒介，诸如：明信片，贺卡，信等。类似业务的持续发展，将持续减少个人和企业的碳足迹(CarbonFootprint)。简而言之，绿色GDP及和谐社会的发展过程中，电信业务有一定的支撑和贡献。电信企业除了提供合适的业务帮助降低全社会碳排放以外，另外一个挑战是不断提升自身的能源效率(EnergyEfficiency)，减低自身的碳足迹/能源消耗。华为认为，电信企业本身的节能减排，不仅是从绿色GDP发展的角度出发，争取达到企业碳中和(CarbonNeutral)，而且是长期以来电信企业降低成本的一个重要方面。我们认为，网络减排的方案设计需要跟TCO(TotalCostofOwnership)的评估结合起来，经济可行性高的降耗方案才是优选的解决方案。从通信产品生命周期碳排放的角度出发，华为对自产设备做了生命周期评估(LCA)，重点是在移动网络的基站产品和固定网络的宽带接入产品。我们的LCA评估主要结论是：对于一个典型的BTS设备，碳排放最大的阶段在于运营阶段，该阶段碳排放约占整体生命周期的60％，换句话说，运营商比设备供应商承受更大的节能压力。从能源消耗的角度出发，华为根据多个客户的现网数据进行了能耗重点分析，发现运营商消耗的能源主要形式为电能，而电的消耗主体是在接入网部分，包括无线站点和宽/窄带接入站点，多家移动运营商的无线站点能源消耗为70％以上，固定运营商在接入部分的能耗相比移动稍低，但普遍也在40％以上。综上所述，网络节能的重点在于接入网站点部分，其次才是核心机房，最后是传送网。另外，针对制造业相同的包装与运输问题，通过新的物流技术，可以达到节能降耗的目的。本文将就以上主题展开阐述在接入、核心、传送三个网络部分的能效提升关键点，同时也将探讨在包装与运输领域降低耗材的方法。节能减排白皮书3无线接入站点节能在移动网络中，站点的数量远远大于其它设备机房的数量，随着覆盖范围和容量的增大，站点的数量也在增加，其能耗也占移动网络的大半以上，甚至可达80％，移动网络的节能首先是站点的节能。一般来说，站点的节能可以从网络拓扑和网元这两个层次来分析。首先看网络拓扑这一层次的节能，即：通过减少站点，提升单位话务量能效实现节能。业界减少站点的方法有两个，第一个方法是通过网络规划来提高覆盖效率，降低无效的系统开销，以最少的站点服务最大的用户/话务量。第二个方法就是提高基站设备本身的覆盖能力，通过PBT，TransmittingDiversity，AMR，HighReceiveSensitivity等关键技术，将设备本身的覆盖半径提高，从而提升覆盖的能力。第二种方法在广覆盖的场景之下，往往能够发挥关键作用。在实践中，通常需要两种方法共同使用，适宜的网络规划和较强覆盖能力的设备配合下，能实现广覆盖场景下25％以上的能耗节约，带来TCO的可观下降。相比网络拓扑节能，网元级别的节能适应更多的场景，受客观条件限制更少。移动站点的网元设备通常很少，大部份情况下只有基站、传输和电源设备，其中基站的功耗远大于其它设备，是降耗的痛点。此外，在节能范畴，还需考虑配套的冷却系统能耗，我们对部分客户现网分析的结果是：在一个带有空调的典型站点中，空调能耗一般占总能耗的30％，所以冷却系统也是降耗的重点。在站点节能中值得一提的还有新能源的应用，在偏远的场景下引入新能源系统从减排角度和成本角度分析都是可行的。本章接下来重点讨论站点节能的基站节能、冷却系统节能和新能源系统。基站设备节能：如果把基站设备分成基带和射频、馈线三部分的话，其中耗能最大的是射频部分，超过80％。在射频部分中，又以功放耗能为最大，约占射频部分的50％，所以，提高功放效率是提升基站设备能效的关键点之一。多载波技术是提高功放效率的最直接的办法之一，当前新的多载波基站产品(如：GSMQTRUBTS)基于该技术可提高效率而降低功耗。在6个载波的情况下，QTRU最高可实现30％的功放降耗。其它的提高功放效率的方式包括有功放智能匹配、智能调压、新型高效功放等等。基站产品能效提升的另一个方面是减少浪费。移动网络话务量在闲时和忙时极不平均，如何解决网络闲时功耗下降是第二个节能关键点，即：如何利用节能减排白皮书4智能关断技术实现优化功率分配。在典型的GSM双频网中，最直接有效的关断技术是“站点级”关断，在低话务量的情况之下，将高频的网络站点断电，在话务量回升到开启门限后，设备重新上电，基站的整体断电使得设备的功耗实现显著下降。基站的关断技术还包括有载频关断和时隙关断，差别在于颗粒度的大小，时隙关断相对比载频关断更能实现低流量的精细化管理。基站设备节能的第三个关键点是减少馈线浪费。馈线部分的自身功耗并不大，但是它对基站覆盖能力的影响却比较大，原因是它大大降低了塔顶功率，使得基站效率大幅下降，典型站点场景中，馈线导致约50％的功率损失。分布式架构基站和小基站的设计可以解决馈线问题，在我们实际网络部署中发现，分布式基站替换传统宏站，可以在机顶功率不变的情况下实现40％以上的功耗节约。除此以外，分布式构架也能带来租赁机房和配套冷却系统的节约，直接、间接地降低了站点的功耗。高效的基站产品和分布式构架可以带来TCO的明显下降，一般网络情况下，这两种场景均可实现大约10％的网络TCO下降。基站配套节能：从能耗角度来看，冷却系统是配套设备中占比最大的部分，如何减少站点冷却系统的能耗是配套节能的关键点。对于室内型的宏站，可以考虑引入智能直通风系统，以风机抽入新鲜冷空气、排出热空气的方式降低对空调的需求，从而大幅度的降低空调的功耗。对于室外温度过高情况，使用直通风无法解决问题时，智能通风系统启动空调，以保障设备的稳定运行。对于室外型的宏站，同样可以通过直通风室外型机柜的形式实现降低冷却功耗的效果。在使用直通风的过程中，通常会遇到两个比较典型的问题，一个是电池对温度的要求较高，无法适应直通风的情况下的温度，另外一个是空气混浊的问题。我们在实践中发现，电池问题可以通过引入低功耗的电池空调柜来保障它的工作温度。而在空气混浊的地区，考虑用“热交换系统”来替代直通风，避免灰尘对防尘网和设备本身带来的危害。热交换器的原理与直通风相似，相比之下它的好处在于，室外的空气不会进入设备所处空间，而且不会因为防尘网受污染带来人工清洗的成本。新能源系统：新能源的引入是减少碳排放的最直接方法，如：太阳能、风能、生物能源。选择无排放能源、低排放能源是企业减少碳排放的最有效途径。风、光能源的应用场景要根据当地气候因素而决定，通常应用在于偏远的，风、光资源充足的小型站点。新能源也可能在市电不稳定的城区作为补充能源使用。对于这些偏远的小型站点来讲，通常面临的问题是引电困难，或者电网公司引电价格过高，而小型站点本身的能耗不高，所以，运营商通常采用油机系统来解决能源问题。但是，目前油机系统的能量转换率一般都比较低，而且油机购买成本高，寿命短，燃油的消耗又比市电高出几倍。在这种情况之下，新能源的引入有其经济可行性，根据我们在非洲地区的实地验证数据，风、光新能源的使用对比原有的双油机系统，可在3－4年时间内达到平衡点，而后续无需消耗任何电或者柴油，减少碳排放的同时实现了TCO的下降。节能减排白皮书5固定接入节点节能当前，在大多数的国家，传统的POTS接入设备已经接近退网期限；用于支撑