5G網(wǎng)絡(luò)廢熱多,通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備占耗電大頭 但用它取暖尚不現(xiàn)實(shí)
近日據(jù)報道,德國能源巨頭意昂集團(tuán)最近發(fā)布的一份研究報告顯示,5G網(wǎng)絡(luò)將大幅增加數(shù)據(jù)中心的耗電量,由此產(chǎn)生的廢熱可用于市政供暖。
那么,5G網(wǎng)絡(luò)為何會使耗電量激增?我們又該如何收集、利用這些廢熱?針對上述問題,科技日報記者采訪了業(yè)內(nèi)相關(guān)專家。
通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備占耗電大頭
“5G網(wǎng)絡(luò)大幅增加了數(shù)據(jù)中心的耗電量,這主要由于其通信網(wǎng)絡(luò)、電源、環(huán)境調(diào)控等設(shè)備耗費(fèi)了較多的電量。”中國科學(xué)院工程熱物理研究所副所長、研究員陳海生對科技日報記者說,占耗電量大頭的,是通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,它主要由基帶處理單元(BBU)和有源天線處理單元(AAU)組成。BBU主要負(fù)責(zé)處理基帶數(shù)字信號,AAU主要負(fù)責(zé)將基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)為模擬信號,再調(diào)制成高頻射頻信號,然后通過功放單元(PA)放大至足夠功率后,由天線將信號發(fā)射出去。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比,5G通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的AAU耗電量更大。
“例如,某通信運(yùn)營商在廣州、深圳對不同廠家5G基站功耗的測試結(jié)果顯示,在4G網(wǎng)絡(luò)中,AAU滿載時的耗電量是289.7瓦,換成5G網(wǎng)絡(luò),其耗電量就升至1127.3瓦;5G通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備耗電量基本是4G的2倍至3倍。”中國科學(xué)院工程熱物理研究所研究員王亮在接受科技日報記者采訪時說。
“2018年,全國范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)中心共‘吃’掉了1608.89億千瓦時的電量。”北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院研究員吳玉庭在接受科技日報記者采訪時表示,相比4G網(wǎng)絡(luò),5G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心使用了更多的中央處理器(CPU),耗電量也會隨之增加。5G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的中央處理器及內(nèi)存,會產(chǎn)生較多熱量。這些熱量如不能被及時“帶走”,會導(dǎo)致中央處理器和內(nèi)存溫度不斷升高,進(jìn)而可能導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備受損。
此外,陳海生補(bǔ)充道,5G基站的信號覆蓋面積要遠(yuǎn)小于4G基站。要達(dá)到相同的覆蓋效果,5G基站數(shù)量需要是4G的1.5倍至2倍,這也導(dǎo)致5G網(wǎng)絡(luò)的耗電量進(jìn)一步增加。
廢熱溫度或難達(dá)到供暖標(biāo)準(zhǔn)
“從目前已有的5G網(wǎng)絡(luò)耗電量資料來分析,相關(guān)廢熱主要從通信網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境調(diào)控、電源等設(shè)備中來。其中,通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是廢熱最主要的來源,特別是其組成部分——AAU設(shè)備,它是產(chǎn)生廢熱的‘大戶’。”王亮說,在AAU設(shè)備中,其功放單元是最耗電、效率最低的器件。據(jù)統(tǒng)計,AAU設(shè)備的功放單元消耗了通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備40%到50%的用電量,且一半以上的用電量都產(chǎn)生了廢熱。
我們該如何收集這些廢熱呢?
“可以用空氣、水等換熱介質(zhì)收集5G網(wǎng)絡(luò)廢熱。”陳海生對記者說,空氣收集方式,是利用肋片、熱管等裝置將廢熱進(jìn)行傳導(dǎo),空氣流過這些裝置時就會“帶走”廢熱,以實(shí)現(xiàn)廢熱的收集。而水收集方式,是利用基站室內(nèi)熱空氣流過空氣—水換熱器,將廢熱傳遞給水,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)廢熱收集;也可在基站設(shè)備中增加換熱管道,水在換熱管道內(nèi)流動,就可吸收由設(shè)備產(chǎn)生的廢熱。
那么,目前能否將收集到的廢熱,用于市政供暖呢?
“理論上可行,但實(shí)際操作存在很大難度。”王亮對記者說,首先,5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的廢熱主要來源于AAU設(shè)備,而AAU位于室外通信鐵塔上,如何高效收集其產(chǎn)生的廢熱,目前來看是比較難解決的問題;其次,市政供暖熱對溫度要求較高,通常要在70攝氏度到120攝氏度之間,而工業(yè)級電子元器件一般能耐受的溫度不超過85攝氏度,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的廢熱溫度目前可能難以達(dá)到市政供暖標(biāo)準(zhǔn)。
“目前,市政供暖主要有熱空氣、熱水和蒸汽這幾種方式。”中國科學(xué)院工程熱物理研究所凌浩恕博士對科技日報記者表示,熱空氣供暖方案,是利用加熱設(shè)備產(chǎn)生熱空氣直接送入建筑進(jìn)行供暖,技術(shù)原理簡單。熱水供暖方案,主要是利用熱泵、供熱鍋爐等產(chǎn)生熱水,再結(jié)合風(fēng)機(jī)盤管、散熱器、輻射地板進(jìn)行供暖,是我國最常用的供暖方式。蒸汽供暖方案,則是利用電廠水蒸氣進(jìn)行供暖,可以滿足多種用熱需要;這種方式的適用范圍廣,常被用于工業(yè)廠區(qū)供暖。
“目前來看,這幾種市政供暖方式,很難‘兼容’由5G網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的廢熱。若想有效利用5G廢熱,還需要從技術(shù)上對其進(jìn)行深入研究。”凌浩恕對記者說。
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