为了省电，通信网络到底有多拼？

通信网络的能耗问题，一直都是人们关注的焦点。

根据运营商财报数据，2020 年，中国移动的能耗费用是 376.6 亿元，中国电信 146.4 亿元，中国联通 129 亿元三大电信运营商加在一起，是 652 亿元要知道，2020 年三大运营商的利润，一共也就 1411.48 亿元

三大电信运营商的能耗费用

最近几年来，伴随着 5G 和数据中心的规模建设，运营商不仅投入了大量的建设资金，在能耗费用方面也是开支甚巨，形成了沉重的成本负担。

从下图我们也可以看出，运营商在 2020 年的能耗支出，相比前一年直接飙涨了 60 多亿元，增速惊人。

不断增加的通信网络能耗，不仅意味着巨额的电费，也意味着海量的碳排放量。

根据工信部估计，按目前的发展趋势，2035 年中国 5G 和数据中心的碳排放总量将达 2.3~3.1 亿吨，约占中国碳排放总量的 2~4%，相当于北京目前全市二氧化碳排放量的两倍。

众所周知，我们国家在 2020 年明确提出了双碳战略，即 2030 年实现碳达峰，2060 年实现碳中和通信网络的能耗问题，严重阻碍了双碳战略目标的实现它不仅仅关系到运营商的经营业绩，更影响了我们的生态环境，以及国家社会经济的可持续发展

那么，通信网络的能耗问题，到底该如何解决呢我们该如何进行节能减排5G，数据中心这些电老虎，真的有办法驯服吗

节能减排的思路演变

办法当然是有的。

事实上，通信网络的节能减排，业界已经研究了很多年，并且也积累和沉淀了一些经验和方法。

伴随着时代的快速发展，通信网络的规模变得越来越大，能耗也越来越大。

于是，通信行业在传统经验方法的基础上，提出了更宏观，更科学的通信网络节能减排思路，归纳为两个词，分别是:网络全生命周期，端到端。华为5G产品线总裁彭红华发表了题为;5GDMN智慧矿山创新解决方案，重定义地下通信网络;的主题演讲。

所谓网络全生命周期节能减排，是指在设计和规划节能减排方案时，从宏观上进行整体规划，覆盖通信设备从研发，生产，建设到维护的各个环节，进行全面提效降能。

而端到端，则是站在产品和设备类型的角度，将节能减排落实到终端，接入网，承载网，核心网，数据中心等通信网络的各个领域。

新的节能减排思路强调整体思维，以及多维度的协同合作，带来了节能效率的大幅提升，逐渐被越来越多的运营商和设备商接受，成为行业趋势。

节能减排的具体举措

接下来，我们就按照网络全生命周期的角度，逐一介绍通信网络的节能举措。

先看看产品研发设计环节。

在产品研发设计阶段进行设备功耗控制和改良，相当于从源头上进行了节能减排。

这是效果最直接的方式，也是难度最大的方式，对企业的研发能力要求很高企业需要需要投入大量的资源进行创新和试错，这里面可以提升的空间也越来越小

以 5G 基站为例5G 基站的能耗问题，一直都是人们关注的焦点因为引入了 AAU 有源天线以及 Massive MIMO 技术，5G 基站的能耗相比 4G 有明显的增加5G 单站的功耗，大约是 4G 的 2.5~3.5 倍

2019 年 4G / 5G 基站功耗对比

为了压低 5G 基站的工作功耗，设备商可以说是绞尽脑汁。

在产品设计阶段，厂商们就需要将能耗指标摆在和性能指标同等重要的位置。

为了满足能耗要求，他们会通过采用自研高性能芯片，更合理的产品结构设计，更先进的材料和工艺，实现产品的极致能效。

接下来，是产品生产制造环节。

如何降低工业制造过程中的能耗，不仅是通信行业的问题，更是整个工业界的共性问题。

以往的节能方式，主要集中在设备的工艺升级和能源的改造替换上。

现在，这种方式的节能空间越来越小于是，引入 5G，工业互联网，MEC，AI 等多种数字智能技术，进行智能制造，成为工业界的新选择

智能制造车间

智能制造实现了高度数字化，智能化，无人化，大幅提升了生产效率，减少了生产过程中的碳排放。

再接下来，我们重点说说通信网络建设和运维环节这两个环节现在是整个行业关注的节能减排重点，发展潜力很大

我们还是先看看基站侧。

对于运营商来说，5G 能耗的 70%，来自于 RAN因此，站点侧的节能降耗，是他们的首要任务

基站站点的能源模型

基站的节能，通常包括以下几种方式:站点组网方案的改进，清洁能源的使用，AI 技术的引入，等等。

站点的集中化，绿色化，小型化，是这些年的主流趋势尤其是 C—RAN 被提出之后，伴随着技术的升级，基站的组网部署方式开始发生明显变化

包括中兴，华为在内的主流设备商，都提出了极简站点的方案。

方案中，基站的建设模式从分布式向集中式转变，从几何叠加向逻辑集成转变例如，设备小型化，集成化，将机房变机柜，机柜变杆站，尽量减少设备空间占用，减少机房数量，从而减少机房租赁成本以及空调费用

在能源方面，基站主要的节能举措就是:采用大量的清洁能源，市电变绿电，降低电费支出，减少碳排放。

具体的做法包括:

• 一，尽量采用太阳能光伏电源，实现太阳能，交流电源，蓄电池等多路供电保障。

白天高峰用电时段，由光伏与储能电池设备供电，储能电池利用夜间的低谷用电时段进行储能，达到削峰填谷的目的。

安徽六安移动的 5G 绿色基站

• 二，采用锂电池代替铅酸电池。

传统的铅酸电池面临很多问题，如体积大，重量重，循环寿命短，且对环境要求严苛，温度太高会缩减寿命，太低则影响使用性能。

相比之下，锂电不仅体积小，重量轻，而且更环保锂电的能量体积密度和能量重量密度是铅酸电池的 4—5 倍，循环寿命更是有 10—20 倍的提升

以往锂电主要用于备电现在，围绕锂电有了很多智能储能系统方案

智能储能系统

这类系统采用更精准的电化学模型，引入数字化智能化技术，提升储能管理精度，可以实现和电网更好的协同它还可以针对阶梯电价，进行错峰用电管理，实现错峰运营效率最大化

除了网络架构和能源改造之外，对通信网络进行节能减排的最有效手段，就是智能化运维。

也就是说，部署智能化的能源管理工具，通过多层级能效提升，预防性维护，多维度运营管理等功能，提升网络运维效率，降低无效上站成本和站点宕站风险，减少网络维护费用。

说到智能化，当然离不开 AI。

AI 技术这几年发展非常迅速，而通信技术对 AI 的引入，重点就在于运维阶段。

基于 AI 和大数据技术，通过智能算法对通信业务进行预测，调度与分配，可以在保障用户体验的前提下，能够实现每比特的能耗最优。

基站节能最有效的手段就是关断。

前几年，流行过这么一个说法，说运营商在网络低峰期，会关闭 5G 基站，节约电费这个说法当时引起了社会的一片哗然

其实，频繁开关基站电源，对设备寿命的影响很大现在运营商进行设备关断，并不是简单地关掉整个设备的电源，而是基于对业务负荷的精准分析和预测，进行多维度多粒度的节能关断

换句话说，就是更聪明地关断 —— 不关基站，可以关载波，关天线通道，甚至关子帧，关符号。。

亚帧关断

通道关断

载波关断

4G / 5G 共模基站协作关断

数据中心的节能减排

除了基站之外，数据中心的节能减排，我也简单和大家聊一聊。

伴随着国家东数西算战略的推出，数据中心成为了整个社会的关注重点作为算力的主要载体，它同样面对严峻的能耗问题根据数据显示，2020 年，全国数据中心共耗电 2045 亿千瓦时，占全社会用电量的 2.7%，非常惊人

数据中心的节能减排方案，和基站有很多共通之处，例如新能源的引入，AI 运维的采用但是，因为数据中心本身的大体量，大规模特点，它的节能方案又有很多特殊的地方

之前我介绍东数西算的时候说过，数据中心专门有一个指标叫做 PUEPUE = 数据中心总能耗 / IT 设备能耗，这个值越接近 1，则表明该数据中心的非 IT 设备耗能越少，即能效水平越高

除了 IT 业务设备之外，数据中心最大的能耗开销，集中在散热制冷上。

所以，数据中心的节能思路集中在两个方面:

• 一，使用更清洁的电能，提高可再生能源比例，

• 二，采用新的制冷技术和方法，提高制冷效率。

可再生能源比例，这个就不用多说了国家政策正在引导数据中心建设往风电，水电，太阳能更充沛的地区发展，就是为了更好地利用新能源，降低对化石能源的依赖

除了外部能源之外，数据中心也努力进行内部储能系统的改造，采用HVDC + 市电的方案，替代传统的UPS + 市电方案。

HVDC 是 High Voltage Direct Current，高压直流输电HVDC + 市电的可靠性和安全性更高，供电效率强于UPS + 市电，是不间断电源的主流发展趋势

现在很多数据中心服务商，重点打造柔性用能电力模块，把用电，备电，储能进行场景的设备整合和智能调动，形成数据中心能源网的本地路由器说白了，就是从单一市电变为多能互补，什么电都能用，灵活适配

值得一提的是，直流现在正成为更多数据中心的选择因为直流的损耗更小，对电能的利用率更高，符合现在数据中心高算力下的高能耗需求

我们重点看一下散热制冷。

数据中心传统的散热方式是风冷由机房空调或机房空气处理单元产生的冷空气，通过送风通道，输送至设备所在位置，进行冷却

以前的风冷，都是房间级，也就是对整个机房进行吹风制冷这种方式制冷路径太长，效率太低

现在流行的是池级，排级和机柜级风冷，也就是说，以一个机柜池，一排机柜或者单个机柜为中心，进行散热设计。

机柜排级散热，以一排机柜为对象，进行风道设计。

很显然，气流路径越短，散热效率越高。

除了风冷之外，现在逐渐开始流行水冷，液冷。

液体的导热能力是空气的 25 倍，相同体积下，液体带走的热量是空气的近 3000 倍从噪音角度来看，同等散热水平下，液冷的噪音比风冷降低 20—35 分贝从能耗的角度来看，液冷比风冷节约电量 30%—50%

液冷分为两种一种是液体没有与散热器件进行直接接触的，还有一种是液体制冷剂直接与散热器件进行接触的后者的制冷效率最高，几乎可以做到 PUE 为 1.04，但是成本和技术难度也最高

数据中心还有几种制冷技术越来越火，例如背板空调和间接蒸发冷却等。

间接蒸发冷却空调

除了可再生能源和制冷技术创新之外，数据中心还采用了很多其它的节能减排手段例如，大规模采用预制模块化数据中心，缩短建设工期，简化建设流程

预制模块化数据中心

再例如，和基站一样，引入 AI 技术，对数据中心的能源管理和运维系统进行智能化升级，进行节能和健康度的建模，利用 AI 算法进行数据训练，最后形成最佳参数寻优。

结语

面向未来，我们国家正处于数字经济加速启动的关键阶段各行各业的数字化转型逐渐铺开，对 ICT 数字基础设施有强烈的需求

如何在确保双碳目标的前提下，完成对这些需求的支撑，是摆在整个行业面前的难题。

希望行业企业能够继续加大节能领域的研发投入，探索出更多的节能技术创新，走出一条独具特色的绿色通信发展之路。