近日據(jù)報(bào)道，德國(guó)能源巨頭意昂集團(tuán)最近發(fā)布的一份研究報(bào)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(huì)使耗電量激增?我們又該如何收集、利用這些廢熱?針對(duì)上述問題，科技日?qǐng)?bào)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(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所副所長(zhǎng)、研究員陳海生對(duì)科技日?qǐng)?bào)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(hào)，AAU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)，然后通過功放單元(PA)放大至足夠功率后，由天線將信號(hào)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(yíng)商在廣州、深圳對(duì)不同廠家5G基站功耗的測(cè)試結(jié)果顯示，在4G網(wǎng)絡(luò)中，AAU滿載時(shí)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(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所研究員王亮在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說。
“2018年，全國(guó)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)中心共‘吃’掉了1608.89億千瓦時(shí)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?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)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(huì)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(huì)產(chǎn)生較多熱量。這些熱量如不能被及時(shí)“帶走”，會(huì)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(hào)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(lái)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(lái)。其中，通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是廢熱最主要的來(lái)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(jì)，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?cè)撊绾问占@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(duì)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(shí)就會(huì)“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(dòng)，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(duì)記者說，首先，5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的廢熱主要來(lái)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(lái)看是比較難解決的問題;其次，市政供暖熱對(duì)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(jí)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(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所凌浩恕博士對(duì)科技日?qǐng)?bào)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(jiǎn)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(guó)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(lái)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(duì)其進(jìn)行深入研究。”凌浩恕對(duì)記者說。(張 蘊(yùn))
