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马雁序:面向5G网络建设的站点供电技术应用与发展

4月24-26日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月25日下午的“储能电站与技术应用(三)”专场,中国移动通信集团设计院有限公司信息能源所所长马雁序在会上分享了主题报告《面向5G网络建设的站点供电技术应用与发展 》,以下为演讲实录:

马雁序:面向5G网络建设的站点供电技术应用与发展

马雁序:各位来宾,下午好!我是来自于中国移动通信集团设计院信息能源所的,我今天演讲的主题是《面向5G网络建设的站点供电技术应用与发展》。我这个演讲看起来好像是与今天大会的主题不相符。大家都知道我国所有的三家运营商里面所有基站达到了500万。基站里面大量运用电池。大量的电池用于备电,一年用不了几次。对于电池来说,是亚资源。这些亚资源我们在储能方面应该有什么应用呢?虽然今天我给不出什么答案,但是我想把我们在基站方面的供电情况跟大家介绍一下。希望在座专家们和我们共同找出一个比较好的解决方案,为整个行业提供一个支持。

我想从这三方面介绍一下基本情况。移动通信网络现状与发展、5G站点供电需求与挑战、5G站点供电技术应用与创新。在现状与发展方面,整个基站建设分三个阶段,第一阶段是2016-2017年,是数据业务迁移期。主要是4G的发展。大量用户要从2G3G转向4G。LTE的渗透率达到70%。中国移动基站在180万级量左右。第二阶段就是现在,是语音业务迁移期。我们普遍来说,大家都在用4G。这时候主要推广是VoLTE,语音通信要从2G转向4G。其实大家现在自己手机上有一个设置就是VoLTE的设置。大家普遍应该都在4G了。第三阶段是2019-2022年,全物联网运营期。随着国家5G的建设,要形成广域的物联网。理想值应该是万物互联的。这是基本建设的一个过程。5G可以把基站分成几个部分,就是宏站、杆站、微站、价值室分四个层面。第一部分就是宏站。宏站解决基本的扩容需求,第二部分杆站,实现快速完善深度覆盖,补充热点,分担话务。第三部分微站就是深度覆盖,局部热点话务分担。第四个就是高价值室内深度覆盖,分担室外站点话务。从无线站点的趋势发展来说,2G到3G到4G理论上没有太大的变化。传统的站还是这个形态。到了5G,基站形态发生了很大的改变。5G基站所带来的功能是2G/3G/4G所不具备的。总体来说,增加了很多频率。由于5G的加频加膜,站点功耗成倍增加。未来小微基站的建设应该逐步会成为主流。宏站一般在每平方公里一个站差不多了。小微基站是每平方公里十个以上。

第二部分,我想讲讲5G站点供电需求与挑战。5G的通信网络结构是一种多形态的架构。基本构成可能是四种。因为这是无线专业方面的,可能大家不用特别深究,知道有四种形态就可以了。由于这四种形态会形成供电的各种场景不同。这是4G基站和5G基站。5G基站机房有些设备要到天线上面。在天线上面怎么供电?5G基站总的设备功耗一般是3.6kW~5.8kW,大约是4G基站的2~3倍。造成功耗加大的原因主要是:高频衰减大,因此射频模块端口功率需要提升。通信信道增加了,造成了通信里面的芯片功耗成倍增加。另外容量增大了。5G可以是万物物联的通讯系统。其实通信业有一句话叫4G改变生活,5G改变社会。由于连接数量增加,也会使得整体的功耗增加。功耗增加,就对我们5G基站的供电带来了挑战。比如说直流电源容量的扩容、市电扩容、后备电池容量,还有机房面积,机房承重,各方面的困难都带来了。这些困难如何应对呢?这确实是一个比较大的难题。另外,未来有一个阶段是海量微站的阶段。海量小站的安装场景非常复杂。有时候在街边,有时在城中村、地铁隧道等。供电的条件非常参差不齐。右边是我们一个统计。BTS站点市电掉电警告,成都10000次、厦门12000、上海浦东4070次。

面对这些挑战,我们怎么办呢?我就讲讲第三部分,5G站点供电技术的应用创新。刚才说到了从无线通信网来说,5G跟4G是完全不同的网络。基于这一点,对于基站的供电也应该是一个全新的供电方式。绝对不能也不应该是4G简单地扩容。我们在这里面有一些思考。我们也给大家提供不了具体的解决方案。但是有一些解决方向的想法,可以跟各位共享一下。未来应该是这三个方面的发展,一个是节省,一个是高效,一个是智能。节省就是简单部署,高可靠免维护。第二就是高效,应该有众多的能源得到应用,比如说新能源等等各方面的能源得到应用。另外就是智能,智能和节省是相辅相成的,维护要智能,智能还有一个含义就是按需供电。这是三个方向。

我们提出一个新的概念,软件定义的电源。它的总概念就是把所现有的能源,新能源也好,市电也好,HVDC也好,油机也好,采用软件定义的方法,按需供电。供电也应该可软件定义。这张图比较明显,交流供电市电。这有一个大概念,瓦特跟比特的转换。什么意思呢?未来一定是按需供电。我们设备的供电需求用电需求其实是很动态的。今天在这儿开会,触发了一个事件大家都急着上网,这点站的供电就非常高。平常只是平均耗电,怎么做到高峰就能高峰供电?比特和瓦特如何转换?需要软件定义的电源系统。前面说的是电源系统。另外从整体来说,一个是供电系统的安全评估还有全生命周期的评估。这些都有赖于信息采集,形成大数据分析平台。从这几个方面对整个的基站供电的运行提供一个可靠的保障。比如设备的质量、运行环境、维护管理等这几个维度。还有一个能源优化,对能源设备、能源运行提供全生命周期管理。从建设到设备采购到设备供应到后评估,提供一个技术的保障监控。其实,电池储能在这里面是一个很小的一部分。但是电池未来在整个的网络中,它的保有量是非常大的。

这两天微信上有一篇文章,未来5G会带来155GWh的电池用量。这个数据我们没有进行过测算,但总体来说电池的保有量非常大。这些电池对于运营商来说只是当备电用。用什么方法把这些亚资源盘活,使其从运营商的成本变成收入?这就希望大家给我们提供支撑,提供更好的解决方案。我们中国移动成立了电源工作组,主要有五个目标。一个推动供电技术向数字化、智能化、网络化方向发展。2017年参加储能大会的时候,是第七届。当时我们提的概念是:数字化供电、数字化储能,要想智能化必先其数字化。现在电池对于我们来说还是一个模拟的量,怎么把模拟量变成数字量,用数字化进行管理,这也是一个方向。电力方面提出了泛在物联网的概念也有点类似。有很多是有相似的地方。

我们的工作总目标第二个就是通信设备供电接口的标准化,制定5G无线设备供电技术要求。

第三就是开展新技术、新产品应用研究匹配5G网络建设需求。

第四就是开展站点能效评估体系研究,提升全网能效。

第五,开展通信基础设施智能管控系统研发,实现对通信基础设施数字化管控,智能巡检运维。

我的演讲就这些,谢谢各位!

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