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通信网络六环节能耗模型与能效基线

来源:华为技术有限公司 作者:章异辉 更新时间:2014-4-6 10:52:47

摘要:网络能源设备提供商不断提升产品能源效率,而运营商关注全网能效提升。建立网络能效基线,有利于评价全网能源效率;建立能耗模型,可以据此分析网络能源系统耗能环节,选择合理的能效改进方案,并引导设备效率提升的方向。

  数据中心能效指标PUE未包含发电与维护管理环节能耗

  PUE是数据中心能源效率指标,其值是数据中心总能耗与主设备能耗的比值,PUE越低,表示能源效率越高。数据中心多建设在市电供电稳定的地方,鲜有应急发电事件产生,发电环节能耗基本忽略不计。由于有人值守,维护工作本身很少存在能源消耗,监控系统能耗所占比例很小,维护管理能耗被忽略。

  对于海量站点的通信网络来说,站点供电质量差,应急发电频繁,发电能耗不但不可忽略,而且比例很高,如四类电网区域经常使用油机发电,发电环节能耗比例超过70%。站点数量众多,除站点动环监控设备有一定能耗外,下站巡检、维护、应急发电时均有燃油消耗,相比数据中心,维护管理能耗也不可忽略。

  因此,PUE不能用来表征通信网络全网能效。

  网络能源效率NEE真实反映全网能源效率

  在六环节能耗模型中,负载能耗在总输入能量中所占的比例,可以表征全网能源效率,用NEE(Network Energy Efficiency)表示。负载能耗占比越高,NEE越大,表明有效能源占比高,能源效率也高。

  不同于PUE模型中所有能耗都可用电耗kWh直接表示,NEE模型中能耗包括有柴油、汽油等能源消耗,需要统一单位。最合适表示能量的单位是焦耳(J),如1kg柴油的热量为46MJ,1kWh电能为3.6MJ。由于燃油效率有高有低,在计算总能耗时,需要按热量换算,能耗的单位仍以最广泛使用的电能单位kWh为佳。

  为了比较站点或机房能源效率,将不包含应急发电、下站巡检等非常态情况下的能源效率定义为静态NEE,事实上,静态NEE基本与PUE倒数一致。例如,三个总交流输入功率都是2kW、主设备1kW的站点,常规情况下分别采用市电、油机和太阳能逆变供电,约油机燃油效率为10%,则一个小时总能耗分别是7.2MJ、72MJ(1.84L柴油)、3.6MJ,NEE分别为50%、5%、∞。可以看出,无市电区域油机供电能效非常低,如果采用混合供电系统改造,可将燃油效率提升至30%或以上,NEE可由5%提升至15%。采用太阳能等可再生能源,可以显著提高能源效率。因而,NEE越高,网络能源效率越高,越绿色。

  典型网络全网NEE与六环节节能措施影响

  采用传统供电模式,全网NEE与电网质量直接相关,根据六环节能源能耗模型与全网NEE分析,一至四类电网的无线运营商典型NEE分别为57%、51%、29%、20%。对于四类电网,如果所有站点采用油电混合供电,NEE可由20%提升至31%;如果所有站点采用太阳能方式供电,全网NEE高达84%。

  针对不同网络类型、电网质量和供电模式,站点、机房六环节能耗都会有所区别。针对其中某一个环节进行节能优化,都将对全网NEE产生影响。为了说明通信网各环节对NEE的影响,我们以每周平均停电5小时的二类电网区域综合运营商为例,现网NEE为50.9%,通过单一对某一环节进行改造,NEE变化。

  由此得出结论,对除主设备外的网络能源系统五个环节采取一定的节能措施,全网NEE从50.9%提升至64.9%,网络能源相关能耗降低56%以上,并仍有较大节能空间。从全部六个环节来看,显示出温控、变换、主设备是节能的重点。此外,电网越差,减少发电环节能耗越重要。

  建立全网NEE基线,节能可度量可预测可管理

  华为在与通信运营商长期合作过程中提出NEE能效基线,发展了六环节节能理论,与运营商一起共同降低通信网络各环节能耗。NEE升高就意味着能源效率提高,是网络绿色指数。运用NEE基线,可以评估运营商网络能源效率。

  在NEE定义中,主设备能耗是分子,主设备节能优化反而带来全网NEE降低,因此在建立和测量全网NEE时,需要区别对待。对于负责整个网络的节能主管来说,同时考核主设备能耗和全网NEE是合适的;对于网络能源维护管理部门来说,可以直接考核全网NEE。当主设备能耗下降时,需要迅速优化其它五个环节,使NEE不致下降影响绩效的达成。

  降低全网六环节能耗,都存在增加投独资或增大网络风险的可能。长期以来,电信级就是可靠的象征,如果要求通信网络中所有站点具备相同的可靠性,可能并非最佳商业之道,在提高NEE的同时,保障相应的可靠性仍是必然的选择。

 

        责任编辑:Adah

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