一体化基站在投资与节能方面的分析

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【摘要】随着社会的发展和城市环境的变化，建设资源节约型、环境友好型社会是不可阻止的发展方向，基站建设、维护工作面临着越来越多的挑战。新型一体化基站的推出，无论在建设灵活性、节约投资成本还是在节能减排各方面均有优异的表现，可考虑推广使用。

【关键词】一体化 投资成本 节能减排

1 概述

一体化基站不仅具备体积小、重量轻、支持多种灵活安装方式等特点，还具备功耗低、不需空调的特点，在投资和节能减排方面均有较大的贡献。

一体化电源柜自带监控单元，与宏站相比可节约环控设备和空调，且在机房建设和引电方面也有优势。建设一体化基站不仅在工程建设期能很好地节约投资，还能在运营期节约租金和水电。同时，一体化基站在节能减排方面也功不可没。相对宏基站而言，一体化基站不需要建设空调，因其蓄电池容量较小、功耗较低，所以在节能方面有较好的表现。

2 投资方面的分析

2.1 建设期投资

根据后期网络建设情况，设定两种场景进行对比：在市区新建WCDMA基站与在山区新建GSM基站。结合电源配套情况，对一体化和宏基站的建设成本进行估算对比。

（1）市区新建WCDMA站点

在有3G需求的地区新建WCDMA基站，设定其使用的是华为的S1/1/1高配置主设备，楼顶6米抱杆架设。宏基站使用租赁机房，一体化无机房，设备室外放置。投资对比情况如表1所示。

根据以上投资分析，在设定场景下，一体化站相对于宏基站可以节约投资30.4%左右。

（2）山区新建GSM站点

在偏远山区增加GSM信号覆盖，新建S1/1/1 GSM基站。设定新建20米支撑杆于山坡上，宏基站新建山地机房，一体化无机房，设备安装于室外。投资对比情况如表2所示。

根据以上投资分析，在设定场景下，一体化站相对于宏基站可以节约投资46.9%左右。

2.2 运营期投资

一体化基站不需要空调，同时对于机房条件要求较低，电费和租赁费等运营成本较宏基站低很多。在后期运营阶段，分市区新建WCDMA基站场景与山区新建GSM基站场景，进行对比可测算得出一体化基站的运营成本约为宏基站的50%，如表3和表4所示。

3 节能减排分析

据工信部统计，2009年我国通信行业耗电量达到290亿度，其中通信基站耗电量占45%。中国三大电信运营商的基站总数已经超过100万，随着3G网络的完善，未来几年基站还将以20%左右的速度增加，基站能耗成为运营商节能降耗和运营成本控制的重点。传统基站机房建设成本、租赁费高，基站空调耗电大，占基站耗电总量的45%，我国基站空调年耗电超过60亿度。下面将分析一体化绿色机柜在节能环保方面的特点：

3.1 基站运行节能

考虑三网（GSM900/GSM1800/WCDMA）基站满配置，以分布式基站为例，基站主要耗电设备有5套：GSM900、DCS1800和WCDMA BBU各1套，传输设备按2套，GSM网以S4/4/4、WCDMA网以S2/2/2配置组网。设备功耗如表5所示：

设备舱内置各设备单元5个，功耗800W，外置RUU共9个，功耗1950W，基站设备总功耗2750W。因此整个基站共14个设备单元，总功耗2750W。

根据运营商维护规范，市区、郊区基站蓄电池满足3小时应急供电要求。由于基站设备总功耗为2750W，电池组最低放电电压为43.2V，故电池供电最大总电流为：I=2750/43.2≈63.7A。

电池放电系数K按0.8均值考虑，要求电池容量为：C=I×T×1.25/K=63.7×3×1.25/0.80≈298.6Ah。因此，蓄电池舱电池组配置为：150Ah/12两组或300Ah/2V一组，电源模块：50A×3个或30A×4个。

3.2 散热分析

（1）设备舱

假设舱内电源设备工作效率为90%，2750W供电量热功耗为275W，内置设备总功耗为800W，则舱内设备总功耗为1075W。满配置一体化机柜按双柜配置，设备舱单柜内置设备功耗小于550W。设备舱外尺寸为：650mm（W）×600mm（D）×1200mm（H），假设热交换器容量≥70W/K、系统满载热负荷≤90%、柜内外温差为-10K，热交换系统仿真结果如图1所示：

表明满足内置设备散热需求，但风道两侧温度较高，分析散热情况，主要是因为设备风道横向设计，左右通风与机柜内部上下循环风道相垂直。更改设备垂直摆放，散热效果会更佳。

（2）电池舱

立式柜体外形尺寸为：650mm（W）×600mm（D）×1170mm（H），采用2组12V/150Ah蓄电池。设综合传热系数λ=2.5W/（m2·K），电池舱内外温差T=10℃，则传导热量为：CTEC=S×λ×T=3.705×2.5×10≈92.6W。其中，S为散热总面积。

卧式柜体外尺寸为：1400mm（W）×850mm（D）×

650mm（H），采用1组2V/300Ah蓄电池，则传导热量为：CTEC=S×λ×T=5.305×2.5×10≈132.6W。

由于蓄电池大电流充电发热量小于50W，因此立式和卧式电池舱采用制冷容量200W满足制冷要求。

3.3 能耗分析

基站总能耗由设备能耗、温控系统能耗和供备电系统能耗等组成。基站能耗如下：

（1）设备能耗

设备能耗PEQ为3kW，§为工作系数取1，其年均耗电量为：QEQ=PEQק×365=3×1×24×365≈26280kWh。

（2）一体化机柜温控系统能耗

设备舱温控采用线性调速高传导换热芯热交换器散热，热交换器峰值功耗PHEX为52W，§取0.7，按双柜一体化基站计算，热交换系统年均能耗为：QHEX=

PHEXק×2×365=0.052×0.7×2×24×365≈638kWh。

电池舱温控采用TEC制冷器，峰值功耗PTEC为350W，20℃启动、30℃停止工作，§取0.6，TEC制冷器能耗为：QTEC=PTECק×365=0.35×0.6×24×365≈

1840kWh。

（3）传统基站空调能耗

传统机房室内基站，机房面积10m2～15m2总耗电量，基站设备按一体化机柜同样配置，机房需配置2P冷量的民用空调2台，机房热负荷按135W/m2、能效比（EER）按2.2计算，空调冷量为：CAC=PEQ+PROOM=

3000+12×135=4620W。

空调制冷能耗为：PAC=CAC/EER=4620/2.2=2100W，

空调工作系数§取0.8，则年平均能耗为：QAC=PACק×

365=2.100×0.8×24×365≈14717kWh。

由以上讨论可得：

一体化机柜温控系统年能耗为：QTC=QHEX+QTEC=

638+1840=2478kWh；

年总能耗为：QTotal=QEQ+QHEX+QTEC=26280+638+

1840=28758kWh；

一体化机柜温控系统节能比为：ESRTC=1-QTC/QAC=1-2478/14717=83%；

基站节能比为：ESRTotal=1-（QTC+QEQ）/（QAC+QEQ）=1-28758/40997=30%。

对比传统基站，一体化室外基柜主要是通过降低温控系统能耗水平来降低基站整体的能耗水平，以达到节能降耗的目的。

3.4 节能案例分析

为检验一体化机柜实际节能效果，在某地市选择传统基站和一体化机柜做耗电对比实验（见表6）。传统基站机房面积为12m2，机房内部配置2台2P的民用空调；一体化机柜配置3柜：设备舱2个柜，电池舱1个立式柜。两个基站网络均为满配置，统计耗电时间为5天（2010年6月10日～2010年6月15日）。期间以阴天为主，环境温度27℃～31℃，传统基站室内和一体化机柜电池舱内环境温度均维持在25℃左右。

参考文献：

[1] 杨慧，李晓民，罗显勇. 一体化分布式基站及其应用[J]. 邮电设计技术， 2010（7）： 43-46.

[2] 工业和信息化部. 通信建设工程概算、预算编制办法[S]. 2008.

[3] 华为无线案例培训部. CNE040607000148 WCDMA DBS3900硬件结构 Issue1.0[Z].

[4] 杨永超，田玥，蔡林峰. 无线基站节能技术研究与应用[J]. 移动通信， 2011（10）： 85-89.