隨著5G時(shí)代的到來(lái)，擺在通信行業(yè)面前的，除了以往的“進(jìn)場(chǎng)難、入場(chǎng)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(kù)表示，近期，我國(guó)每一周平均新開(kāi)通的基站都超過(guò)1.5萬(wàn)個(gè)，截至2020年6月，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通等3家運(yùn)營(yíng)商在全國(guó)已建設(shè)開(kāi)通的5G基站超過(guò)了40萬(wàn)個(gè)。而這么多的5G基站，背后的用電消耗和費(fèi)用，到底是一個(gè)怎樣的量級(jí)？

一邊，是我國(guó)5G建設(shè)的加速之勢(shì)，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(jià)用電這座大山，確實(shí)就成了一個(gè)壓在行業(yè)身上“喘不過(guò)氣來(lái)”的話題。

為什么5G用電會(huì)更多？

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

5G基站功耗

相較于4G，5G的基站功耗明顯上升。中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，目前主要運(yùn)營(yíng)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(jià)測(cè)算，以前一個(gè)4G基站每年的電費(fèi)是20280元，而一個(gè)5G基站每年的電費(fèi)將高達(dá)54600元，那么，50萬(wàn)（運(yùn)營(yíng)商2020年5G建設(shè)目標(biāo)）個(gè)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)為模擬信號(hào)，再調(diào)制成高頻射頻信號(hào)，然后通過(guò)PA放大至足夠功率后，由天線發(fā)射出去。在整個(gè)基站系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)處理信號(hào)編解碼的基帶單元（BBU）的功耗相對(duì)較小，而射頻單元（RRU/AAU）和散熱系統(tǒng)是功耗的主要來(lái)源。也就是說(shuō)，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(huì)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(guó)移動(dòng)2.6GHz頻段為例，5G基站信號(hào)帶寬為160MHz，可同時(shí)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(shí)，通道數(shù)多也帶來(lái)基帶計(jì)算量的增加，功耗也會(huì)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(shí)現(xiàn)更好更全的覆蓋，就需要更密更多的基站。同時(shí)，軟板廠發(fā)現(xiàn)，5G的帶寬增長(zhǎng)了10倍，雖然能源效率提高了，但要推動(dòng)這么大的數(shù)據(jù)流量，基站耗能還是會(huì)成倍增長(zhǎng)。

預(yù)計(jì)到2024年，5G小基站的數(shù)量將超過(guò)4G小基站；到2025年，得到商用部署的5G小基站將達(dá)到1310萬(wàn)個(gè)，占全球所有現(xiàn)網(wǎng)小基站的1/3以上。雖然一個(gè)小基站的能耗遠(yuǎn)低于一個(gè)傳統(tǒng)的宏基站，但是，要完成對(duì)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(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)預(yù)測(cè)，5G基站數(shù)量最終將是4G基站的1~2倍，達(dá)500~600萬(wàn)個(gè)。據(jù)此粗略估計(jì)，屆時(shí)運(yùn)營(yíng)商支出將在1150億至1800億，而2019年三大運(yùn)營(yíng)商利潤(rùn)之和僅為1384億人民幣。如果條件未曾改變，那么5G鋪開(kāi)之后，電費(fèi)成本一項(xiàng)或?qū)⑼钢н\(yùn)營(yíng)商所有利潤(rùn)。因此，對(duì)于運(yùn)營(yíng)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(dòng)通信基站機(jī)房均為全封閉機(jī)房，機(jī)房?jī)?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(lái)實(shí)現(xiàn)，為保障設(shè)備在恒溫下運(yùn)行，不因?yàn)闇囟冗^(guò)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(yíng)成本居高不下的重要原因之一?；咀詮恼Q生以來(lái)，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(lái)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(lái)，整個(gè)行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)都在為降低電費(fèi)開(kāi)支做努力。柔性電路板廠舉個(gè)例子，比如，降低基站發(fā)熱就是降低功耗的一個(gè)辦法，目前主要的應(yīng)對(duì)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(guò)AI技術(shù)對(duì)設(shè)備功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。例如華為、中興等設(shè)備商不斷開(kāi)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(yíng)商角度來(lái)看，如洛陽(yáng)聯(lián)通通過(guò)深度休眠降低5G基站能耗，以及中國(guó)鐵塔協(xié)同行業(yè)積極爭(zhēng)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(yíng)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(jì)，實(shí)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(wú)縫拼裝，能靈活安裝在抱桿、貼塔、墻面或者屋頂，“0”站址無(wú)需機(jī)房機(jī)柜，使基站的安裝像拼裝樂(lè)高積木一樣簡(jiǎn)單便捷。同時(shí)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(jí)，無(wú)需機(jī)房、機(jī)柜和空調(diào)，降低了運(yùn)營(yíng)成本。

中國(guó)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(lái)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(bào)警、設(shè)備退服等問(wèn)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(shí)，對(duì)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(lái)解決散熱問(wèn)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(wú)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(lái)解決散熱問(wèn)題，改造示意圖如圖5所示。

中國(guó)移動(dòng)：5G基站一體化能源柜

5G基站一體化能源柜是中國(guó)移動(dòng)基于“柔性、智能、高效”的設(shè)計(jì)理念，自主發(fā)明的數(shù)字智能供電產(chǎn)品，實(shí)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(jì)，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(chǎng)景的供電需求。同時(shí)，智能硬件可有效支撐高水平信息化平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)基于AI﹢大數(shù)據(jù)的多維度報(bào)表分析、業(yè)務(wù)建議及趨勢(shì)預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)能量的智能調(diào)度及運(yùn)營(yíng)，徹底改變當(dāng)前基站低水平人工運(yùn)維的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)站點(diǎn)能源的精細(xì)化管理。

基站智能鋰電錯(cuò)峰，節(jié)省用電支出

我國(guó)多數(shù)省份具有谷峰電價(jià)，如廣東省峰、平、谷電價(jià)時(shí)段分別為6、10、8小時(shí)，電價(jià)比例為1.65:1：0.5，其中高峰時(shí)段電價(jià)是低谷時(shí)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(cuò)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(guò)市電容量的限制，由鋰電池自動(dòng)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(shí)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(lái)站點(diǎn)剩余空間將由鋰電池填充，不但電費(fèi)降了下來(lái)，而且因?yàn)槌L(zhǎng)的備電時(shí)長(zhǎng)，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(shí)也帶來(lái)對(duì)電力系統(tǒng)的全新考驗(yàn)，因此，各級(jí)政府也紛紛出臺(tái)了相關(guān)政策來(lái)降低5G用電成本。

總得來(lái)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(méi)有補(bǔ)貼的情況下，直供電價(jià)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(jià)降至每千瓦時(shí)0.35元。貴州省對(duì)5G基站試行峰谷分時(shí)段電價(jià)政策，按對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)目錄電價(jià)及上下浮動(dòng)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(tái)政策開(kāi)放各類市政公共資源加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，針對(duì)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(lái)，5G的用電/耗能問(wèn)題還將長(zhǎng)期存在，仍需包括運(yùn)營(yíng)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(guò)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！