通信网络六环节能耗模型与能效基线

网络能源设备提供商不断提升产品能源效率，而运营商关注全网能效提升。建立网络能效基线，有利于评价全网能源效率；建立能耗模型，可以据此分析网络能源系统耗能环节，选择合理的能效改进方案，并引导设备效率提升的方向。

设备商和运营商对能源效率关注点有显著差别

可靠性和经济性是运营商对网络能源的基本要求，能源效率是设备的关键指标之一。设备商为了增强产品竞争力，贴合用户需求，不断提高能源效率，以通信电源为例，从线性电源、相控电源、开关电源发展到第四代全数字高效电源，高效电源整流效率达到96％以上，华为2013年发布业界首款效率高达98%的整流模块，表明设备能源效率正在逼近极限。

随着通信网络不断演进，运营商能耗快速增长，能源成本增长速度远高于收入增长速度，节能成为运营商当前重要课题，能源效率成为设备标书中的重点指标，如欧洲运营商从2011年起，采购的电源整流模块效率均要求96％以上。电源自身能耗仅占运营商全网能耗的3～8％，更多的能源消耗发生在其它环节，运营商更加关注在有限的投资条件下提升全网能源效率的途径。

网络能耗可以归纳到六个环节

从网络供电与环境保障全流程来看，可以分为发电、配电、变换、负载、温控和维护管理六个部分。油机、电池、风能与太阳能系统等属于发电部分，在市电差的区域，由于柴油发电机能源效率低，发电环节成为能耗的最大组成部分。对于电网质量较好的一类电网区域，如果站点平均每月停电达到5小时，发电能耗超过3％，也是值得关注的节能环节。

变压器、配电柜、电缆、补偿器、滤波器、防雷器等属于配电部分，电力变压器多存在于核心机房，少数站点也可能配置。变压器效率一般在98％左右，加上配电柜、电缆等损耗，配电部分能耗可能超过4％。电源、UPS、逆变器、DC/DC二次电源等属于电能变换环节，在网设备多已老旧且负载率低，通信电源效率平均不超过90％，UPS和逆变器效率仅为80％左右，在电网质量较好的区域，变换环节能耗最高可超过8％。

负载包括主设备、传输、网管、服务器等通信网络必要组织部分，能耗占通信网络总能耗的比例接近50％。温控系统包括空调、通风、热交换等，如果不考虑差市电区域发电环节能耗，温控部分能耗仅次于主设备，约占35～50％，是节能减排的重点。维护管理部分能耗包括动力环境监控系统耗电、机房照明耗电、下站维护车辆耗油、消防设备耗电等，占比不超过总能耗的3％。为了比较和评价网络能源效率，不宜将占比约15％的办公、生活等能耗计入通信网络能耗。由于全网能源消耗发生在这六个环节，各环节能耗的比例，就是网络能耗模型。针对单个站点或机房中六个环节能耗的比例，就是站点或机房的能耗模型。

数据中心能效指标PUE未包含发电与维护管理环节能耗

PUE是数据中心能源效率指标，其值是数据中心总能耗与主设备能耗的比值，PUE越低，表示能源效率越高。数据中心多建设在市电供电稳定的地方，鲜有应急发电事件产生，发电环节能耗基本忽略不计。由于有人值守，维护工作本身很少存在能源消耗，监控系统能耗所占比例很小，维护管理能耗被忽略。

对于海量站点的通信网络来说，站点供电质量差，应急发电频繁，发电能耗不但不可忽略，而且比例很高，如四类电网区域经常使用油机发电，发电环节能耗比例超过70％。站点数量众多，除站点动环监控设备有一定能耗外，下站巡检、维护、应急发电时均有燃油消耗，相比数据中心，维护管理能耗也不可忽略。

因此，PUE不能用来表征通信网络全网能效。

网络能源效率NEE真实反映全网能源效率

在六环节能耗模型中，负载能耗在总输入能量中所占的比例，可以表征全网能源效率，用NEE（Network Energy Efficiency）表示。负载能耗占比越高，NEE越大，表明有效能源占比高，能源效率也高。

不同于PUE模型中所有能耗都可用电耗kWh直接表示，NEE模型中能耗包括有柴油、汽油等能源消耗，需要统一单位。最合适表示能量的单位是焦耳（J），如1kg柴油的热量为46MJ，1kWh电能为3.6MJ。由于燃油效率有高有低，在计算总能耗时，需要按热量换算，能耗的单位仍以最广泛使用的电能单位kWh为佳。

为了比较站点或机房能源效率，将不包含应急发电、下站巡检等非常态情况下的能源效率定义为静态NEE，事实上，静态NEE基本与PUE倒数一致。例如，三个总交流输入功率都是2kW、主设备1kW的站点，常规情况下分别采用市电、油机和太阳能逆变供电，约油机燃油效率为10％，则一个小时总能耗分别是7.2MJ、72MJ（1.84L柴油）、3.6MJ，NEE分别为50％、5％、∞。可以看出，无市电区域油机供电能效非常低，如果采用混合供电系统改造，可将燃油效率提升至30％或以上，NEE可由5％提升至15%。采用太阳能等可再生能源，可以显著提高能源效率。因而，NEE越高，网络能源效率越高，越绿色。

典型网络全网NEE与六环节节能措施影响

采用传统供电模式，全网NEE与电网质量直接相关，根据六环节能源能耗模型与全网NEE分析，一至四类电网的无线运营商典型NEE分别为57％、51％、29％、20％。对于四类电网，如果所有站点采用油电混合供电，NEE可由20％提升至31％；如果所有站点采用太阳能方式供电，全网NEE高达84％。

针对不同网络类型、电网质量和供电模式，站点、机房六环节能耗都会有所区别。针对其中某一个环节进行节能优化，都将对全网NEE产生影响。为了说明通信网各环节对NEE的影响，我们以每周平均停电5小时的二类电网区域综合运营商为例，现网NEE为50.9％，通过单一对某一环节进行改造，NEE变化如下表所示。
不同网络类型、电网质量和供电模式，站点、机房六环节能耗

由上表得出结论，对除主设备外的网络能源系统五个环节采取一定的节能措施，全网NEE从50.9％提升至64.9％，网络能源相关能耗降低56％以上，并仍有较大节能空间。从全部六个环节来看，显示出温控、变换、主设备是节能的重点。此外，电网越差，减少发电环节能耗越重要。

建立全网NEE基线，节能可度量可预测可管理

华为在与通信运营商长期合作过程中提出NEE能效基线，发展了六环节节能理论，与运营商一起共同降低通信网络各环节能耗。NEE升高就意味着能源效率提高，是网络绿色指数。运用NEE基线，可以评估运营商网络能源效率。

在NEE定义中，主设备能耗是分子，主设备节能优化反而带来全网NEE降低，因此在建立和测量全网NEE时，需要区别对待。对于负责整个网络的节能主管来说，同时考核主设备能耗和全网NEE是合适的；对于网络能源维护管理部门来说，可以直接考核全网NEE。当主设备能耗下降时，需要迅速优化其它五个环节，使NEE不致下降影响绩效的达成。

降低全网六环节能耗，都存在增加投独资或增大网络风险的可能。长期以来，电信级就是可靠的象征，如果要求通信网络中所有站点具备相同的可靠性，可能并非最佳商业之道，在提高NEE的同时，保障相应的可靠性仍是必然的选择。

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