隨著5G時代的到來，擺在通信行業(yè)面前的，除了以往的“進(jìn)場難、入場貴”難題，還有一座5G能耗/用電“大山”。工信部新聞發(fā)言人聞庫表示，近期，我國每一周平均新開通的基站都超過1.5萬個，截至2020年6月，中國移動、中國電信、中國聯(lián)通等3家運(yùn)營商在全國已建設(shè)開通的5G基站超過了40萬個。而這么多的5G基站，背后的用電消耗和費(fèi)用，到底是一個怎樣的量級？

一邊，是我國5G建設(shè)的加速之勢，一邊，是高額的基站用電。電池FPC小編認(rèn)為，在這樣的背景下，如何跨越5G天價用電這座大山，確實就成了一個壓在行業(yè)身上“喘不過氣來”的話題。

為什么5G用電會更多？

首先，需要我們搞清楚的是，為什么5G用電會更多？這個問題，可以從三個層面來解釋，一是5G基站的功耗問題，二是5G基站的覆蓋問題，三是5G基站的配套設(shè)施問題。

5G基站功耗

相較于4G，5G的基站功耗明顯上升。中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示，目前主要運(yùn)營商的5G基站主設(shè)備空載功耗約2.2~2.3kW，滿載功耗約3.7~3.9kW，是4G單站的3倍左右。

據(jù)此，假如以平均1.3元/度的轉(zhuǎn)供電價測算，以前一個4G基站每年的電費(fèi)是20280元，而一個5G基站每年的電費(fèi)將高達(dá)54600元，那么，50萬（運(yùn)營商2020年5G建設(shè)目標(biāo)）個5G基站的年度電費(fèi)將達(dá)到273億！

5G基站主要由基帶單元（BBU）、射頻單元（AAU）、饋線、散熱系統(tǒng)等組成。BBU和AAU是5G基站的主要部分，AAU就是RRU+天線的組合。BBU主要負(fù)責(zé)基帶數(shù)字信號處理，如FFT/IFFT，調(diào)制/解調(diào)、信道編碼/解碼等。AAU主要由DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換）、RF（射頻單元）、PA（功放）和天線等部分組成，主要負(fù)責(zé)將基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)為模擬信號，再調(diào)制成高頻射頻信號，然后通過PA放大至足夠功率后，由天線發(fā)射出去。在整個基站系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)處理信號編解碼的基帶單元（BBU）的功耗相對較小，而射頻單元（RRU/AAU）和散熱系統(tǒng)是功耗的主要來源。也就是說，天線、功放等射頻器件都是“耗電大戶”。

由于5G比4G傳輸速率大，天線數(shù)量多，功耗也隨之增大，耗能當(dāng)然也會增多。其中，射頻單元能耗高，主要原因是5G小區(qū)帶寬是4G的5倍以上，且室外主要使用復(fù)雜度較高的32/64通道Massive MIMO設(shè)備。

以中國移動2.6GHz頻段為例，5G基站信號帶寬為160MHz，可同時提供4G和5G服務(wù)，相比4G帶寬為60MHz，5G帶寬是4G帶寬的2.67倍，發(fā)射功率是4G的2倍，導(dǎo)致總功耗增加，并且，5G Massive MIMO典型的32/64TR設(shè)備通道數(shù)是4G網(wǎng)絡(luò)8TR設(shè)備通道數(shù)的數(shù)倍，射頻單元功耗增加顯著，同時，通道數(shù)多也帶來基帶計算量的增加，功耗也會上升。

5G基站覆蓋

相比于4G，由于5G采用的是更高的頻率，單站覆蓋的范圍更小，要實現(xiàn)更好更全的覆蓋，就需要更密更多的基站。同時，軟板廠發(fā)現(xiàn)，5G的帶寬增長了10倍，雖然能源效率提高了，但要推動這么大的數(shù)據(jù)流量，基站耗能還是會成倍增長。

預(yù)計到2024年，5G小基站的數(shù)量將超過4G小基站；到2025年，得到商用部署的5G小基站將達(dá)到1310萬個，占全球所有現(xiàn)網(wǎng)小基站的1/3以上。雖然一個小基站的能耗遠(yuǎn)低于一個傳統(tǒng)的宏基站，但是，要完成對一片區(qū)域的連續(xù)覆蓋，就需要較大數(shù)量的5G小基站。

據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)預(yù)測，5G基站數(shù)量最終將是4G基站的1~2倍，達(dá)500~600萬個。據(jù)此粗略估計，屆時運(yùn)營商支出將在1150億至1800億，而2019年三大運(yùn)營商利潤之和僅為1384億人民幣。如果條件未曾改變，那么5G鋪開之后，電費(fèi)成本一項或?qū)⑼钢н\(yùn)營商所有利潤。因此，對于運(yùn)營商而言，5G的高能耗甚至成為了制約5G基站建設(shè)的首要原因。

5G基站機(jī)房制冷

當(dāng)前，移動通信基站機(jī)房均為全封閉機(jī)房，機(jī)房內(nèi)的電源設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、傳輸設(shè)備等都是較大的發(fā)熱體。要保持機(jī)房一定的工作環(huán)境溫度主要靠空調(diào)來實現(xiàn)，為保障設(shè)備在恒溫下運(yùn)行，不因為溫度過高而宕機(jī)，制冷系統(tǒng)就要不間斷地為基站降溫，也是導(dǎo)致運(yùn)營成本居高不下的重要原因之一。基站自從誕生以來，基本上便一直采用傳統(tǒng)的空調(diào)制冷方式，且占據(jù)了基站總能耗的30%~40%左右。

綜上所述，在5G通信系統(tǒng)中，基站可謂是能耗大戶，大約80%的能耗來自于基站。相較于4G網(wǎng)絡(luò)，5G不僅功耗提升了3倍以上，并且由于覆蓋范圍的減少，5G基站的數(shù)量又成倍增加，以及配套機(jī)房設(shè)施制冷方面的不可避免的耗能，總體上導(dǎo)致了5G高耗能的局面。

“5G高耗能”下的多方嘗試方案

一直以來，整個行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)都在為降低電費(fèi)開支做努力。柔性電路板廠舉個例子，比如，降低基站發(fā)熱就是降低功耗的一個辦法，目前主要的應(yīng)對舉措包括：采用更高工藝制程的芯片、更節(jié)能的器件材料，引進(jìn)更科學(xué)的散熱方法，以及通過AI技術(shù)對設(shè)備功率進(jìn)行動態(tài)控制。例如華為、中興等設(shè)備商不斷開發(fā)新的技術(shù)以及芯片，從設(shè)備層面降低能耗。從運(yùn)營商角度來看，如洛陽聯(lián)通通過深度休眠降低5G基站能耗，以及中國鐵塔協(xié)同行業(yè)積極爭取各種優(yōu)惠政策等，各方都在積極推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，想方設(shè)法降低電費(fèi)等運(yùn)營成本，助力5G低成本規(guī)模部署。

某廠商：刀片式基站

某廠商刀片式基站解決方案采用統(tǒng)一的模塊化設(shè)計，實現(xiàn)基站主要元素如射頻、基帶、電源、電池、微波、傳輸?shù)牡镀?，不同模塊間的任意快速拼裝組合無縫拼裝，能靈活安裝在抱桿、貼塔、墻面或者屋頂，“0”站址無需機(jī)房機(jī)柜，使基站的安裝像拼裝樂高積木一樣簡單便捷。同時刀片式基站采用自然散熱，滿足室外55℃高溫環(huán)境，IP65防護(hù)等級，無需機(jī)房、機(jī)柜和空調(diào)，降低了運(yùn)營成本。

中國鐵塔：一體化機(jī)柜散熱優(yōu)化改造方案

戶外一體化機(jī)柜使用通風(fēng)熱交換設(shè)備或機(jī)柜自帶空調(diào)設(shè)備來降溫。新增5G設(shè)備后，如存量機(jī)柜制冷設(shè)備制冷量不能滿足散熱需求，容易造成機(jī)柜內(nèi)設(shè)備損壞、高溫報警、設(shè)備退服等問題，嚴(yán)重影響設(shè)備使用壽命和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

當(dāng)一體化機(jī)柜內(nèi)配置的空調(diào)滿足現(xiàn)有設(shè)備散熱量時，對于后期新增5G設(shè)備可采用新增模塊化溫控機(jī)柜的方式來解決散熱問題，模塊化溫控機(jī)柜制冷量為3000W，可滿足5G設(shè)備的散熱需求。如原有一體化基站站址空間不足，無法新增模塊化溫控機(jī)柜，可采用替換原有機(jī)柜的方式來解決散熱問題，改造示意圖如圖5所示。

中國移動：5G基站一體化能源柜

5G基站一體化能源柜是中國移動基于“柔性、智能、高效”的設(shè)計理念，自主發(fā)明的數(shù)字智能供電產(chǎn)品，實現(xiàn)了電源功能的軟件可定義，基于系統(tǒng)化思維，聚焦整站性能，面向整站系統(tǒng)的一體化設(shè)計，運(yùn)用更多智能技術(shù)加速綠色能源規(guī)模應(yīng)用。

電源柜靈活的模塊化多輸入多輸出電源能夠滿足各類場景的供電需求。同時，智能硬件可有效支撐高水平信息化平臺建設(shè)，實現(xiàn)基于AI﹢大數(shù)據(jù)的多維度報表分析、業(yè)務(wù)建議及趨勢預(yù)測，實現(xiàn)能量的智能調(diào)度及運(yùn)營，徹底改變當(dāng)前基站低水平人工運(yùn)維的現(xiàn)狀，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)對站點(diǎn)能源的精細(xì)化管理。

基站智能鋰電錯峰，節(jié)省用電支出

我國多數(shù)省份具有谷峰電價，如廣東省峰、平、谷電價時段分別為6、10、8小時，電價比例為1.65:1：0.5，其中高峰時段電價是低谷時段的3倍以上。如果是直供電站點(diǎn)，便可以采用智能電源，讓站點(diǎn)錯峰運(yùn)行。根據(jù)預(yù)設(shè)的市電容量，限制電源系統(tǒng)的輸出功率，使電源的輸入功率不超過市電容量的限制，由鋰電池自動為電源輸出功率缺口補(bǔ)充供電。由于鋰電池成本的下降，5G時代站點(diǎn)可能將普遍使用鋰電池，而直供電已經(jīng)是站點(diǎn)供電主流，將來站點(diǎn)剩余空間將由鋰電池填充，不但電費(fèi)降了下來，而且因為超長的備電時長，可使當(dāng)前高昂的應(yīng)急發(fā)電成本大幅下降。

5G電費(fèi)新政策

毋庸置疑，高能耗的同時也帶來對電力系統(tǒng)的全新考驗，因此，各級政府也紛紛出臺了相關(guān)政策來降低5G用電成本。

總得來看，“轉(zhuǎn)供電改直供電”是降低用電成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在沒有補(bǔ)貼的情況下，直供電價成本比轉(zhuǎn)供電大約低20%左右。例如貴州印發(fā)《降低我省5G基站用電成本政策措施》以降低5G基站用電成本，確保5G基站2020—2022年運(yùn)行電價降至每千瓦時0.35元。貴州省對5G基站試行峰谷分時段電價政策，按對應(yīng)電壓等級目錄電價及上下浮動40%確定。

除直接改供電方式降低建網(wǎng)運(yùn)維成本外，在政策層面，不少地方政府在5G戰(zhàn)略規(guī)劃中提出了調(diào)降電費(fèi)等定向支持，各地出臺政策開放各類市政公共資源加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，針對5G的高投入，資金支持也成為地方政策支撐的重點(diǎn)。

此外，政府還在基站電費(fèi)優(yōu)惠、稅收減免及數(shù)據(jù)中心的用地用水用電保障、建設(shè)審批、能耗指標(biāo)要求等方面加大政策支持力度。

未來，5G的用電/耗能問題還將長期存在，仍需包括運(yùn)營商、鐵塔公司、設(shè)備商、供應(yīng)商在內(nèi)的全行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈各方共同探索，通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和綜合節(jié)能方案應(yīng)用，一起走出“5G能耗”的新路！

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