PDF《华为公司节能减排》

华为公司节能减排 解决方案白皮书 提升网络能效、降低排放、降低TCO 华为公司节能减排解决方案白皮书 内容摘要

1 概述

2 无线节能

3 宽带节能

6 云节能

8 设备生产过程降耗与LCA方法

10 ICT协助全社会降耗

11 结论

12 术语列表

13 提升网络能效、降低排放、降低TCO

1 内容摘要 据国际能源机构(IEA)的最新统计,由于经济危机的影响,2009全球能源消 耗约有2%的小幅下降,但是不能改变长期向上的趋势,在2010-2015年,每年将以 超过2.

5%的速度持续增长,并且化石能源仍占主流.主流科学家认为能源的消耗 导致了温室效应和一系列的自然灾害,保护环境、防治气候变化成了人类面临的重 要的挑战.另外,从70年代以来,能源价格一路上涨,给工业、制造业带来的成本 压力一直上升,全社会比以往更重视节能. 从全球范围来看,与煤炭、钢铁、有色等行业相比,电信行业并不是能耗/排 放问题最突出的行业.但是,许多电信企业上市公司年报及CSR中披露的数据显 示:部分通信企业的能源消耗也不低,某些运营商在全国企业能耗排行榜中处于前 几位.随着ICT技术在各行各业的进一步应用,这一情况会加重. 社会、公众对运营商的压力,政府在国际组织上的节能承诺转化成对运营商的 节能压力.上述提到的全球资源价格持续上涨,尤其是油价、煤炭价格持续上涨导 致电费上调,各国推出耗能惩罚措施,如:差别定价,也实际地提高了能源价格. 在需求方面,由于通信企业整体仍处于发展阶段,新兴市场用户的增加以及发达市 场带宽的提升必然带来网络的扩容.网上运行设备容量的增大导致了能耗需求也不 断扩大.能源单价上涨及设备总能耗上升给运营商带来了长期的财务压力. 同时,为了企业的可持续发展,主流运营商、设备商先后启动节能减排计划, 应对气候变化及能耗的挑战,在过去的10年间,电信行业取得了很大的进步,技术 与产品的更新换代使单位能耗持续下降,领先的运营商取得了超过50%的节约.同时,在协助其它行业节能减排的过程中也发挥了关键作用 华为与运营商在不同的领域进行了节能减排的研究与实践.我们的研究发现, 在电信产品的生命周期中,能耗及排放最大的阶段在于运营阶段,其碳排放大约占 80%.在运营阶段,如果从华为公司提供的产品族为维度进行分析,能耗及排放 最大的部分是移动和宽带的接入部分,这部分在不同的运营环境中能耗占比各有不 同,一般可达50%~70%. 随着通信网络与IT网络的进一步融合,网络将简化为:云、管和端,这个白皮 书将讨论管和云的节能减排重点. 管道部分的节能减排重点是接入网络,随着网络的进化,移动宽带接入和固定 ? 宽带接入将是未来发展的重点,自然地,它们也成为了节能减排的重点,包括 接入设备及配套措施,特别是冷却部分.通常讨论到的新能源的使用也主要应 用在这个部分. 随着大量的私有网络的云化,以及大量共有云的推出,这个网络的上层部分也 ? 成为了能耗管理的重点. 此外,从供应的角度来看,整个制造过程,包装运输也是普遍关注的一个环节.

2 概述 从全局的角度来看,电信业务的发展减少了全社会的能耗和二氧化碳排 放,电话、会议电视等电信手段减少了企业所需的旅行次数;

SMS,Internet等电 子电信手段的发展也减少了人与人之间交往需要的实体媒介,诸如:明信片, 贺卡,信等.类似业务的持续发展,将持续减少个人和企业的碳足迹(Carbon Footprint). 简而言之,绿色GDP及和谐社会的发展过程中,电信业务有一定的支撑和贡 献.在最近几年的实践中,ICT被证实了是有效降低行业能耗的解决方案,在电 力、交通、医疗等领域,以智能电网为例,在几个能耗大国,中、美、印,智能 电网的部署能协助相应的国家降低5%左右的二氧化碳排放. 电信企业除了提供合适的业务帮助降低全社会碳排放以外,另外一个挑战是 不断提升自身的能源效率(Energy Ef?ciency),减低自身的碳足迹 / 能源消耗. 华为认为,电信企业本身的节能减排,不仅是从绿色GDP发展的角度出发, 争取达到企业碳中和(Carbon Neutral),而且是长期以来电信企业降低成本的 一个重要方面.我们认为,网络节能减排的方案设计需要跟TCO(Total Cost of Ownership)的评估结合起来,经济可行性高的降耗方案才是优选的解决方案. 从通信产品生命周期碳排放的角度出发,华为对自产设备做了生命周期评 估(LCA),重点是在移动网络的基站产品和固定网络的宽带接入产品.我们的 LCA评估主要结论是:碳排放最大的阶段在于运营阶段,该阶段碳排放约占整体 生命周期的80%,换句话说,排放主要是设备耗电产生的,所以产品节能是关键. 从能源消耗的角度出发,华为根据多个客户的现网数据进行了能耗重点分 析,发现运营商消耗的能源主要形式为电能,而电的消耗主体是在接入网部分, 包括无线站点和宽/窄带接入站点,多家移动运营商的无线站点能源消耗为70% 以上,固定运营商在接入部分的能耗相比移动稍低,但普遍也在40%以上.另外:由于ICT不断地服务更多的行业和企业, 云 部分能耗,也将给运营商网 络和企业、行业网络带来更大的能耗压力. 综上所述,网络节能(管道)的重点在于接入网站点部分;

云作为未来发展 方向,也应受关注.针对制造业相同的包装与运输问题,通过新的物流技术,可 以达到节能降耗的目的.最后,随着越来越多的政府和行业认识到ICT作为绿色 使能器(Enabler)的作用,这部分也应该受到适当的关注. 本文将就以上主题展开阐述在移动宽带,固定宽带和云三个网络部分的能效 提升关键点,同时也将探讨在设备制造阶段节能降耗的方法以及ICT如何能协助 其它行业节能降耗.

3 无线节能 在移动网络中,无线站点能耗一般占移动网络75%以上.移动网络的节能 首先是站点的节能.一般来说,站点的节能可以从网络拓扑和网元这两个层次来 分析. 首先看网络拓扑这一层次的节能,即:通过减少站点,提升单位话务量能 效实现节能.业界减少站点的方法有两个,第一个方法是通过网络规划来提高覆 盖效率,降低无效的系统开销,以最少的站点服务最大的用户/话务量.第二个 方法就是提高基站设备本身的覆盖能力,通过Transmitting Diversity,AMR,High Receive Sensitivity等技术,将设备本身的覆盖半径提高,从而提升覆盖的能力. 第二种方法在广覆盖的场景之下,往往能够发挥关键作用.在实践中,通常需要 两种方法共同使用,适宜的网络规划和较强覆盖能力的设备配合下,能实现广覆 盖场景下25%以上的能耗节约,带来TCO的可观下降. 相比网络拓扑节能,网元级别的节能适应更多的场景,受客观条件限制更 少.移动站点中通常有基站、传输、空调和电源等耗能设备,其中基站的功耗远 大于其它设备,是降耗的痛点.此外,在节能范畴,还需考虑配套的冷却系统能 耗,我们对部分客户现网分析的结果是:在一个带有空调的典型站点中,空调能 耗一般占总能耗50%,所以冷却系统也是降耗的重点.在站点节能中值得一提的 还有新能源的应用,在偏远的场景下引入新能源系统从减排角度和成本角度分析 都是可行的.本章接下来重点讨论站点节能的基站节能、冷却系统节能和新能源 系统. 基站设备节能: 如果把基站设备分成基带和射频、馈线三部分的话,其中耗能最大的是射 频部分,超过80%.在射频部分中,又以功放耗能为最大,约占射频部分的 50%,所以,提高功放效率是提升基站设备能效的关键点之一.我们认为:基 于宽带MCPA(多载波功放)和各种节能软特性技术,在不同频段的射频输出功 率和载波等系统资源完全共享,可以根据运营商的需要和用户发展来进行灵活配 置,达到资源最大化利用.我们的研究和实现证明:相对传统支持多频段的拼凑 型RRU,宽带RRU的各项性能指标均有大幅提升,器件数目可以减少40%,故障 率下降60%以上,功耗降低20%以上,体积重量减少30%以上,在绿色节能、快 速部署等方面具有明显优势. 华为认为,未来的移动网必将是Single RAN解决方案,这种方案采用统一平 台的第四代基站、基站控制器、传输和统一的网管系统,支持包括LTE在内的各 种无线接入技术,真正实现GSM/UMTS向未来网络的平滑演进. 对运营商来说, Single RAN的出现使得技术选择和网络演进变得简单,避免建设多种无线接入网 的投资,也大幅降低了站址获取、机房建设、传输等配套方面的成本.特别是对 于欧洲等发达国家,经过多年运营,运营商面临设备陈旧,能源消耗居高不下,

4 维修成本高昂等困难.使用Single RAN解决方案对GSM网络进行绿色改造,使用 绿色能源减少温室气体排放,帮助运营商提升网络性能,降低运维成本. 基站产品能效提升的另一个方面是减少浪费.移动网络话务量在闲时和忙 时极不平均,如何解决网络闲时功耗下降是第二个节能关键点,即:如何利用智 能关断技术实现优化功率分配.在典型的GSM双频网中,最直接有效的关断技术 是 站点级 关断,在低话务量的情况之下,将高频的网络站点断电,在话务量 回升到开启门限后,设备重新上电,基站的整体断电使得设备的功耗实现显著下 降.基站的关断技术还包括有载频关断和时隙关断,差别在于颗粒度的大小,时 隙关断相对比载频关断更能实现低流量的精细化管理、更节能. 基站设备节能的第三个关键点是减少馈线浪费.馈线部分的自身功耗并不 大,但是它对基站覆盖能力的影响却比较大,原因是它大大降低了塔顶功率,使 得基站效率大幅下降,特定站点场景中,馈线可导致约50%的功率损失.分布式 架构基站和小基站的设计可以解决馈线问题,在我们实际网络部署中发现,分布 式基站替换传统宏站,可以在机顶功率不变的情况下实现40%以上的功耗节约. 除此以外,我们早期主张的分布式基站:体积小、重量轻,自然散热,也能带来 租赁机房和配套冷却系统的节约,直接、间接地降低了站点的功耗.高效的基站 产品和分布式构架可以带来TCO的明显下降,一般网络情况下,这两种场景均可 实现大约10%的网络TCO下降. 基站配套节能与新能源系统: 移动网络发展到今天,在大多数的国家,主流城区覆盖已经基本完成,未来 的10亿新用户将主要来自郊区及边远区域;

然而边远区域没有覆盖的原因是覆 盖效率问题,尤其是人员较为分散的场景,电力提供难以保证,采用油机成本、 排放........