Часть распределённой базовой станции
Энергосберегающие технологии, или «зелёные технологии» — это один из приоритетов нашей сферы. Я расскажу о том, что именно мы уже сделали и как работают конкретные решения, которые позволяют экономить довольно много энергии.
Многие считают что «зелёная энергетика» — это только ветроэлектрогенераторы, солнечные батареи и гидроэлектроэлектростанции. На практике сегодня к этой технологии можно отнести также всё то, где используется анализ данных и любые решения, позволяющие экономить энергию.
Почему ветряк или солнечная батарея — это экзотика?
На территории России достаточно мест, где можно применить «зеленую» электроэнергетику и получить выгоду, но только при правильной оценке возможностей региона. В большинстве ситуаций электроустановки на ветряках и солнечных батареях дороже, чем обычное питание от электросети общего пользования (50 Гц). Дорогое не только само оборудование: для создания электроустановки требуется проведение масштабных исследований, которые позволяют определить, какое именно оборудование будет оптимально для использования именно в этом месте. Эти исследования включают анализ рельефа местности, параметров ветров, солнечной активности.
Как правило, данные о климатических характеристиках региона предоставляются местными отделениями Гидрометеоцентра, при условии наличия у них в нужном месте пунктов наблюдения. В итоге, на основании совокупных данных, осуществляется общий расчет энергетического потенциала данного региона. Плюс рассчитывается мощность резервных генераторов на жидком топливе, оптимальные запасы топлива, на основе статистических данных о продолжительности времени с неблагоприятными климатическими факторами. Оцениваются возможности подъездных путей к БС для обеспечения резервным топливом. Если не произвести этот анализ, то есть риск установить либо недостаточно мощное оборудование, либо наоборот, с избыточным потенциалом. Соответственно, никакой экономии в этом случае не будет.
Большую часть стоимости электроустановки на ветряках и солнечных батареях составляет стоимость специальных аккумуляторов с повышенным циклом заряд/разряд (выработка водорода на данный момент является экспериментальной технологией, промышленных решений нет).
На сегодняшний день ситуация такова, что проблему электрообеспечения объектов связи удается решать без масштабного привлечения альтернативных источников энергии. Даже в местах, где нет электросети общего пользования, есть альтернативы природным источникам энергии. Возможные варианты:
- Места, где есть абоненты, но куда сложно подвести питание. Например, острова в дельте Волги, где есть турбазы. База отдыха обычно имеет собственную подстанцию, от которой логично питать и базовую станцию. Было бы интересно поставить ветряк (ветра там очень частые), но грунт не позволяет это сделать.
- Федеральные трассы. На них действительно сложно обеспечить питание базовой станции, однако в большинстве случаев удаётся договориться с другими службами. Например, на _проекте Амур_ часть станций на момент запуска работала от дизеля, но позже все они были переведены на питание от линий РЖД, от местных энергетиков и так далее.
- Во всех других случаях действует тот же принцип: где есть люди, там есть инфраструктура и питание, которое можно использовать для базовых станций.
Существуют базовые станции и с ветряками, и с солнечными батареями, и с другой экзотикой — но все они с трудом могут пойти в серию и быть промасштабированы на всю сеть. Поэтому основные работы ведутся в других направлениях. Рассмотрим наиболее интересные варианты, но начнём с привычных солнечных батарей.
Энергия солнца
Солнечные батареи отдают энергию, преобразуя солнечный свет, заряжают аккумулятор и питают оборудование. Ночью батареи не работают, и оборудование питается от аккумулятора. Если утром поднимется туман или начнётся дождь — батареи не смогут заряжаться, аккумулятор не будет заряжен, и станция перестанет работать. У нас есть действующая станция на солнечных батареях, но даже в регионе с весьма солнечным климатом она довольно часто переходит на дизель, когда выдаётся несколько пасмурных дней подряд.
Результат — для коммерческой эксплуатации солнечные батареи без второй линии пока непригодны. Учитывая, что стоимость второй линии обычно в разы меньше, чем стоимость батарей (если только топливо не подвозится вертолётом), то область их применения очень и очень ограничена.
Ситуацию может изменить два фактора: во-первых, появление «долгоиграющих» ячеек, а, во-вторых, появление более ёмких, и, что важнее, более приспособленных к перепадам температур батарей. Дело в том, что ячейки, которые существуют сейчас, могут очень хорошо показывать себя на первом году эксплуатации, но существенно снижать показатели потом. Сейчас кое-где проводятся тесты нового поколения, но нужно ждать ещё год до оценки результата. Как раз хорошие дешевые батареи большой ёмкости сделают для зелёной энергетики очень много: обычно они являются самой дорогой и капризной частью комплекса, поэтому изменения в технологии сделают целесообразными многие проекты.
BTS Power Saving
Больше всего электроэнергии в составе базовой станции потребляют передатчики с достаточно низким коэффициентом полезного действия. Здесь принцип очень простой: если нужно обеспечить определенное покрытие (необходимую величину сигнала для уверенного приема на расчетном расстоянии от антенны), то нужно давать определённую мощность сигнала. Сами передатчики трогать с целью уменьшения мощности передачи и экономии электропотребления нельзя. Схемотехника передатчиков, фактически, достигла пределов КПД. Но! Передатчики на базовых станциях работают массивами: чем больше телефонов и других терминалов в соте, тем больше передатчиков требуется. Очевидное решение — активировать прямо на базовой станции программное обеспечение, которое будет выключать неиспользуемые передатчики и оптимально использовать включённые.
Опция BTS Power Saving представляет собой дополнительный функционал, предлагаемый вендором БС и активируемый с помощью ПО. Примерно пару лет назад мы начали тесты такого функционала. Запустили по десятку базовых станций на оборудован6ии разных вендоров, полгода фиксировали с них данные, а потом начали переход на этот функционал на всей сети. Последний год все новые базовые станции «ВымпелКома» ставятся с BTS Power Saving.
Распределённые базовые станции
Примерно половина энергопотребления базовой станции может приходиться на охлаждение. Охлаждение нужно в первую очередь для передатчиков. Соответственно, в какой-то момент появилась идея вынести передатчики наружу, чтобы они охлаждались внешним воздухом.
Итог — единый модуль управления устанавливается в аппаратной. Удаленные RRU закрепляются рядом с антенной и соединяются с модулем оптоволоконной линией передачи. Модуль управления размещен в специальном термобоксе, охлаждение которого обеспечивается за счет теплообмена с внешним воздухом. Такие распределенные базовые станции отлично показали себя в средней полосе, и в условиях севера.
Принцип построения обычной БС слева, распределённой — справа.
Оптоволоконные системы имеют значительно меньшие потери сигнала, чем медные. За счет увеличения излучаемой мощности в антенне мы можем увеличить зону покрытия базовой станции. Сама замена медного кабеля является еще одним большим преимуществом распределенных БС. Медь заменяется на оптику — это значит, что экономятся природные ресурсы. Учитывая довольно большое сбережение электричества, новые базовые станции распределённого типа сейчас устанавливаются в сети там, где позволяют условия эксплуатации.
Фрикулинг
Про то, как работает система приточно-вытяжной вентиляции (фрикулинг), довольно подробно расписал мой коллега в топике про охлаждение дата-центра. Если коротко — правильный выбор региона с нужным климатом и правильное охлаждение за счёт внешнего воздуха даёт возможность экономить несколько мегаватт электроэнергии при реализации на сети в целом. Это пример большого проекта, но фрикулинг внедряется и на базовых станциях. Технология применима практически на всей территории России. Сейчас фрикулинг постепенно внедряется повсеместно.
Динамические ИБП
Еще одно экологическое решение — использование кинетических накопителей энергии источников бесперебойного питания взамен традиционных аккумуляторов. Это генераторы, оснащенные инерциальными системами. В момент, когда отключается основное питание, накопленная энергия позволяет поддержать работу системы в течение небольшого промежутка времени, пока не подключится резервный источник. Технология более эффективная и современная в сравнении с классическими ИБП. Эта технология применима в первую очередь на крупных объектах, для базовых станций она не оправдана.
Можно снизить потери на передачу электроэнергии на пути от трансформатора до ИТ-нагрузки на несколько процентов, плюс сэкономить не менее 25% площадей под размещение силового оборудования. Батарейный комплект (в данном случае -кинетический накопитель) не нуждается в замене – значит, не нужна и сложная утилизация.
Экономия на температуре аккумулятора
Как известно, аккумуляторы довольно капризны в плане допустимого диапазона температур эксплуатации. На каждые 10 градусов повышения температуры относительно нормы срок службы аккумуляторных батарей сокращается в 2 раза, но, при этом, ёмкость увеличивается. Соответственно, на поддержание температуры требуются системы, обеспечивающие автоматический режим охлаждения, либо обогрев.
Незначительное повышение температуры в аппаратной, с +22 до +25 градусов, практически не влияет на срок службы аккумуляторов, но при этом позволяет экономить электроэнергию. Мы провели подобные исследования и уже экономим 2-3% энергопотребления от всей сети именно на таком изменении режима. Может показаться, что 2-3% — это мало, но учитывая просто колоссальные объёмы энергии, нужной для питания сети — это реально того стоит.
Для поддержания нужной температуры аккумуляторы также могут помещаться в специальные термобоксы, при этом тратится и меньше энергии на поддержание нужного режима в аппаратной. Если аккумулятор защищен термобоксом, то температура в аппаратной может быть и выше, чем это раньше предполагалось (когда в ней стоял аккумулятор) – на работоспособность системы это не влияет.
Термобокс
Статистика
- Опция BTS Power Saving — даёт 3% экономии.
- Установка систем Free Cooling — в среднем 12%.
- Изменение настроек кондиционеров на базовой станции до +25 градусов — до 3,5%.
- Применение распределенных базовых станций — 30-35% экономии.
В плане используемых при строительстве БС материалов, экологические требования к оборудованию и материалам тоже играют не последнюю роль. Поставки комплектующих регулируются законодательством России и стран производителей, поэтому использование каких-то не соответствующих экологическим стандартам элементов просто невозможно. В некоторых аспектах российское законодательство даже жестче зарубежного. Все комплектующие проходят санитарно-экологическую сертификацию в соответствии с законодательством РФ и стран-поставщиков.
Параллельно мы внедряем различные организационные меры на уровне IT — например, в крупном центральном офисе компьютеры в ночное время автоматически переводятся в спящий режим (многие оставляют компьютеры включёнными).
Ближайшие ожидаемые технологии
Все отрасли, включая связь, с нетерпением ждут все, что связано с увеличением ёмкости батарей, их удешевлением или, что тоже очень важно, увеличением срока службы (потому что они требуют еще и утилизации). Мы контролируем информацию международного рынка, собираем со всех поставщиков и производителей оборудования данные по возможностям для энергосбережения. Затем, каждая возможность просчитывается, интересные решения запускаются в тест. Для качественного тестирования нужно от полугода до года — чтобы пройти весь сезонный цикл и увидеть, что бывает с оборудованием в различных погодных условиях и после достаточно долгой нагрузки. Обязательно учитываются протоколы испытаний поставщиков с подтверждением соответствующих сертифицирующих органов. Кроме того, мы дополнительно проверяем оборудование в тех погодных условиях, которые возможны в конкретных регионах России.
Автор: DmitryUryvaev
