范俊宁

（中兴通讯股份有限公司，广东 深圳 518055）

1 5G时代加速到来

截止2020年底，中国移动共建设了3.9×105个5G基站，中国电信和中国联通合建了3.8×105个5G基站，5G基站数达到7.7×105个。2021年7月5日，工信部、中央网信办、国家发改委以及国家能源局等十部门印发《5G应用“扬帆”行动计划（2021ü 2023年）》，到2023年每万人拥有5G基站数超过18个。按照第七次人口普查数据，我国人口共1 411 78×109，按每万人18个5G基站，到2023年底，我国5G基站数量将超过2.54×106个。按照国家的产业布局，5G正加速到来，将会给各行各业带来深刻的影响[1,2]。

2 电信运营商5G建设、运营、碳排放面临巨大挑战

2.1 5G站点功耗增加

按照今年的集采规模，2021年四大运营商将新建5G基站7.2×105个，5G基站总数达到1.50×106个。到2023年底，5G基站总数将超过2.54×106个，2022年和2023年每年需新建约5.2×105个5G基站。

假设每个5G站点的平均功耗为2.5 kW，以中国电信为例，其2020年用电量为2.283 3×1010kW·h，CO2排放量为1.376×105t，净利润为2.085×1010元。2021年，中国电信和中国联通联合建设2.42×105个5G基站。假设其中60%由中国电信建设，则2021年中国电信将建设1.452×105个5G基站。

基站用电类别是一般工商业及其用电，电压等级为不满1 kV。以浙江为例，不分时段的电价为0.696 4元/（kW·h），中国电信2021ü2023年新建5G基站每年新增电费及与2020年净利润占比参见表1。

中国电信2020年营业收入增长率为4.74%，净利润增长率为1.62%，2021ü2023年由于新建5G基站一项，耗电年均增长超过12%，碳排放年均增幅超过20%，远远超过营收和利润的增长率。从表1看，到2023年底，2021ü2023年新建5G基站增加的电费将占2020年净利润的28.90%。电信运营商将面临巨大的OPEX、盈利和碳排放压力[3-5]。

2.2 市电容量不足

由于5G站点功耗大幅增加，导致我国大约有20%站点的现有市电容量不满足5G设备供电要求，对此需要进行扩容，但是扩容成本高且时间长。以某运营商为例，平均每个站点扩容市电成本约为30 000元，建设周期约需要6个月。

2.3 备电时间不足

由于增加5G设备，导致大约有37.8%的站点电池备电时间不足。若按传统备电方式，需更换电池，重新部署新的电池，造成大量在网电池浪费，大幅增加电池成本。假设某基站目前2G、3G、4G总功耗约为3 000 W，按3 h备电，则需配置48 V/300 Ah电池。而增加5G设备后，负载总功耗为5 500 W，仍按3 h备电，则需配置48 V/600 A·h电池。按中国移动2020年铅酸电池集采价格，48 V/600 A·h电池价格大约为10 000元。

2.4 电量计量不准

2.4.1 接线错误

塔商的直流电源具有按运营商配电分区及计量的功能，每个运营商的配电路数固定，但在实际接线中，经常出现接线错误。例如，在某个站点，A运营商负载较多，其配电已用完，但B运营商负载较少，还有不少剩余的配电，那么在A运营商扩容时，可能会将A运营商的负载接到B运营商的配电区，导致A运营商该负载的电量计量到B运营商中，致使电量计量不准，引起用电矛盾[6]。

2.4.2 上电不起租

由于所有运营商配电区的空开合闸即可取电，运营商增加负载时，在未向塔商申请就上站安装设备，导致塔商仅能收到该设备的电费，而收不到租金，从而影响塔商的收益[7]。

2.4.3 无法远程实现设备级精细化管理

目前，塔商的电源设备可由运营商实现对其一次下电配电区进行远程上下电控制，但不能对具体设备进行上下电控制，不能实现设备级的精细化管理。若某个运营商的某个设备退出服务，则需上站处理，导致上站成本高。

2.4.4 不支持节能下电

5G设备功耗大，目前主要还是手机上网业务和通话业务，增值业务较少。2G、3G设备使用率呈逐年下降的趋势，在话务闲时（23:00ü7:00），所有设备均处于工作状态，虽然比忙时耗电少，但还是会消耗大量电能，不利于节能减排[8-10]。

3 中兴通讯5G供电解决方案

中兴通讯最新开发的新一代智能电源能很好地解决运营商在5G建设时遇到的各种挑战，该产品具有下述显著优势。一是直流配电采用中兴通讯创新的全智能化空开，具有分路计量、分路授权以及分路控制等特点。二是采用模块化设计，满足前接线和前维护的要求，可在线扩展直流配电单元和功率模块安装单元。三是支持叠光，可根据站点的情况安装太阳能功率模块，实现无碳供电。四是具有智能削峰功能，解决站点市电容量不足的难题。五是具有智能错峰、定时通断控制以及差异化备电等功能，降低OPEX，提高运营商收益。六是具有远程授权、远程控制与用电稽核等功能，解决塔商与运营商用电矛盾。

3.1 节能减排解决方案

中兴通讯新一代智能电源可通过智能叠光、错峰用电以及定时通断等功能，助力运营商节能减排。

3.1.1 智能叠光

中兴通讯新一代智能电源的功率模块安装槽位，可兼容安装整流模块和太阳能光伏模块，实现智能叠光，降低OPEX，减少CO2排放。对于日照条件好的站点，可选配光伏模块。假设某站点配置1个50 A（3 000 W）的光伏模块及相应的太阳能组件，平均每天发电4 h，则每天可发电12 kW·h，全年可发电4 380 kW·h。光伏峰值发电时间段为10:00ü14:00，按浙江的电费，则每年可减少电费2 802.76元，减少CO2排放 4.37 t。

3.1.2 智能错峰

中兴通讯新一代智能电源具有智能错峰功能，降低电费支出，提高电力系统供电可靠性及效率。可设置多个电价尖峰、高峰以及低谷时段，选择每个时段的供电模式，如在尖峰及高峰时段不使用市电，由电池放电给负载供电，在低谷时段给负载供电，同时给电池充电。该功能可降低电网尖峰及高峰时的用电负荷，增加低谷时的用电负荷，使电网运行更平稳，可减少发、供电设备的建设投资，提高供电效率。

假设某站点只有4G和5G设备，在尖峰和高峰时段不使用市电，由电池给负载供电，低谷时段由市电供电，同时给负载供电和给电池充电，电池充放电效率为92%。按照中国移动的定义，7:00ü23:00为话务忙时，23:00ü7:00为话务闲时。话务忙时假设4G设备业务负荷为100%，5G设备为30%，话务闲时4G设备为30%，5G设备为空载。无错峰功能时，每天电费为56.41元。有错峰功能时，其中尖峰和高峰时段由电池放电时，已考虑电池的充放电效率，每天电费为32.89元。与无错峰功能相比，每个站点每天可节省23.53元，每年可节省电费8 587.53元。

3.1.3 定时通断功能

可根据业务情况，在话务闲时关闭相关设备以降低电费。例如，目前5G业务较少时，在话务闲时（23:00ü7:00）关闭5G基站，每天可节省电能7.59 kW·h，节省电费2.87元，全年可节省电能2 771.72 kW·h，节省电费1 048.82元，减少CO2排放2.76 t。

3.2 市电容量不足解决方案

中兴通讯新一代智能电源可通过智能削峰和智能叠光等功能，解决站点市电容量不足的问题。

3.2.1 智能削峰

站点新增5G负载后，大约有20%的站点存在市电容量不足的问题。中兴通讯新一代智能电源的智能削峰功能可设置市电容量限值，当负载功耗超过该阈值时，由电池补充放电满足负载用电需求，当负载功耗低于该阈值时，对电池充电。智能削峰示意如图1所示。

图1 智能削峰示意图

3.2.2 智能叠光

当市电容量不足且站点日照条件较好时，可选配太阳能光伏功率模块，解决市电容量不足的问题。整流器和太阳能功率模块实现混插，太阳能功率模块的MPPT跟踪精度达到99.5%以上。

3.3 电池备电容量不足解决方案

由于增加了5G设备，大约37.8%的站点电池备电不足，按照传统方法需更换新电池，这样会导致还可使用的电池浪费，增加运营商投资。为解决该问题，中兴通讯开发了智能锂电SmartLi。

该智能锂电内部自带BMS，采用特殊设计的DC/DC电路，结合软件控制技术，支持SmartLi与铅酸电池、常规锂电以及智能锂电的直接并联使用。当站点现有电池备电容量不足时，可利用原有电池，增加SmartLi，直接与旧电池并联使用，让电池使用价值最大化。

4 结 论

目前，各运营商均在加速5G网络建设。由于5G设备功耗大幅增加，运营商的电费大幅上升，远大于电信运营商营收及利润增幅，使得运营商面临巨大的盈利压力。同时，由于耗电大幅增加，导致CO2排放大幅增加，运营商也面临巨大的碳排放压力。

基于对运营商需求的深刻理解，中兴通讯开发了新一代智能通信电源，可有效解决运营商在建设5G网络时遇到的各种能源方面的问题，助力运营商降低OPEX、加速碳中和。