面向能源優化的網路現代化

如果要盡可能減少ICT基站能耗同時最大化利用永續能源，就需要朝向智慧能源設置和能源管理的整體方法轉變，這其中需要與能源公用事業部門的密切合作。

資訊和通信技術（ICT）基站向智慧能源設置的演進是打造彈性、穩健且具成本效益無線接取網路（RAN）的關鍵因素。 同時，通過為電力系統（電網）提供輔助服務，還可以為ICT基站擁有者開闢新的收入來源。

能源效率始終是網路發展的一項重要考慮因素，而5G提供的一套強大工具讓電信營運商（CSP）能夠最大程度減少網路能耗。 5G能源演繹雖然讓人矚目，但在ICT產業應對能源挑戰的解決方案中也只是其中一部分。 完全應對挑戰需要在整個ICT網路採取包括能源設置演進在內的全面行動，才能確保與智能電網的需求保持一致。

ICT網路與電網之間存在多種相互依存關係。 ICT基站擁有者與電力公司之間的協調與合作不僅為ICT基站擁有者開創全新服務和收入的可能性，同時也有助於打造更具彈性和更加穩健的電網。

對於氣候變化意識的不斷增強[1]正在推動ICT產業心態轉向採用更為整體的方法對網路中的能源需求進行基準測試，隨之而來的則是透過對電信設備進行現代化的意願來提升能源效率。 除了採用100%的可再生能源外，這一轉變還包括更加重視優化現場能源設置。其目的在於以網路高可用性履行服務保證，實現意圖式的能源管理，最終目標則是實現淨零能源成本。

隨著ICT網路的成熟，ICT基站擁有者始終都有機會從能源設置的角度考慮可能進行的改進。 而且儘管在建設新的ICT基站時有各種方案可選擇，但降低傳統基站的能源成本也不乏很多方法。

圖1 介紹了愛立信對於網路現代化能源方面的綜合看法，其所關注的重點在實現淨零能源成本的過程中不斷演進。 ICT基站擁有者的關注點在第一階段只是單純的能源消耗，到第二階段轉變為賦能智慧能源，最終在第三階段轉變為獲得新的收入。

正如圖1所示，邁向淨零能源成本乃至更高程度發展總共分為五個步驟：

1. 探索降低每個網路能耗的可能性
2. 優化實現更低的網路能耗
3. 確保能源使用在營運中具備自主、彈性和整體性
4. 打造電網與ICT之間的相互依存性，確保高可用性
5. 透過為電網提供輔助服務（如公開能源投標和清算支持）開闢新的收入來源。

這些步驟不但提供了降低能源成本的機會，而且也拓展了將能源生產轉化為新收入來源的潛力。

減少能源消耗的方法

在減少網路能源消耗時必須考慮四點：

1. 硬體現代化和新軟體功能
2. 節能軟體以及人工智慧（AI）賦能的自動化
3. 網路能源優化服務
4. 數位分身支援

硬體現代化和新軟體功能

迄今為止，網路能耗最大幅度的降低要歸因於新硬體的引入以及舊系統的退役。

大規模硬體現代化通常由新發佈的頻譜和/或新興網路技術（如5G）所推動。 展望未來，對於CSP和基礎設施服務提供者（ISP，也稱Tower company）而言，加快實現淨零能源成本的最佳方式之一即在網路規劃階段進行流量模擬時將能源消耗納入考慮。

節能軟體和人工智慧（AI）賦能的自動化

5G應用範圍不斷擴大，複雜性不斷增加，需要對網路提出更高要求才能確保高可用性、超高可靠性、低時延和高度安全性。 更深程度的自動化對於滿足這些需求至關重要。想要取得成功，自動化就必須建立在對網站能力、容量、性能、使用者需求、天氣條件和任何時間點能源可用性的充分理解之上。

5G的節能軟體功能夠讓CSP和ISP在低流量期間最大限度減少能源消耗，減少高峰流量時段的能源浪費，同時在適當時間點開啟和關閉設備[2]。AI的軟體功能將可提高CSP/ISP對能源觀點的理解，找出效率差強人意的根本原因，並採取自主行動在必要時開啟和關閉設備。

更先進的軟體功能可以減少人力工作、及早發現故障，並最大程度提高網路可用性。 在每個基站使用感測器測量溫度、濕度和電氣特性值可以獲得當地環境條件的重要資訊，並以此優化能源利用以及盡可能延長基站設備的生命週期。

需要使用能夠處理複雜流程的智慧型代理才能優化權衡代理行為的長期利益與立即採取措施的短期利益之間的利弊；例如，如何逐步優化網路，如何營運網路。 這些過程必須要在沒有人為干預的情況下進行自主學習。

網路能源優化服務

網路能源優化服務可以説明CSP/ISP尋找降低各項技術網路（如4G和5G）能源消耗的所有可能。 通過瞭解如何利用優化週期、無線KPI監控以及追蹤消費者體驗大數據確保網路淨推薦值保持較高水準，CSP/ISP就能夠獲得啟用RAN能源效率功能的信心。 網路能源優化服務還可通過分析系統嵌入式能源計量和網路的硬體安裝基礎評估硬體現代化的需求。

數位分身支援

對於希望避免初期探索的不穩定對即時行動網路造成影響的ICT基站擁有者來說，數位分身是一個理想解決方案。能夠說明這個解決方案非常有用的一個例子是，按無線細胞層面配置的網路參數可能會對周圍細胞的性能造成很大影響。 這些參數的變化也會影響到周圍細胞所服務的使用者。

為這些參數找到最佳配置是相當複雜的工作。 而數位分身可以在外部實體上測試和模擬即時網路行為。 一旦代理從數位分身中獲得所有必要知識，就可以將得出的策略安全地應用於實時網路。

展望未來，人工智慧將成為很多行業數位化轉型的基礎，原因在於其能夠通過優化或引入新服務更加有效地使用能源、規劃和預測維護。

優化ICT基站的能源設置

據能源專家推測，電網未來將更加頻繁地受到野火、暴雨和洪水等極端氣候條件的干擾。 對可再生能源的依賴以及電動汽車的普及預計也會對電網造成不穩定的影響。 有鑒於此，想要在不增加能源成本的情況下確保網路高可靠性的CSP/ISP，就應該評估其ICT基站的能源設置能力，並尋找機會提高彈性。

通過採取以下三項核心行動，ICT基站擁有者不但可以確保強大可靠的ICT網路，同時還可最大程度減少對氣候和環境的影響：

1. 引入本地可再生能源發電（太陽能和/或風能）並增加天氣預報等服務，同時利用AI預測儲能控制，優化可再生能源的使用。
2. 通過減少轉換步驟的次數、提高效率/設備和/或增加系統電壓來提高電力系統的整體效率。
3. 建立智慧能源設置能力，根據電網、儲能和資源狀況確定現場能源可用性，並優化現場設備的利用。

圖2 介紹了我們為ICT基站推薦的能源系統設置。 建立強大的自主能源解決方案讓ICT基站擁有者即便在最偏僻的基站也能確保能源的可用性。

傳統上，電信網路只在網路基站擁有無線和核心設備，並依靠資料中心提供運算。隨著5G及未來引入更多高階案例，遠端網路基站的計算需求將會增加，而網路基站將轉變為ICT基站。這意味著基站能源系統需要並行發展，這樣才能確保以智慧化方式完成可用能源的分配。智慧能源設置將成為實現彈性和永續能源使用的關鍵。

能源儲存和獲取技術

電網是現今ICT基站能源設置中最常見的能源來源，但在必要的時間和地點也會使用補充性能源。 雖然乙醇和液化石油氣在一些國家正在取代柴油，但在自主電力站點以及存在季節性變化的基站，以柴油為燃料的內燃機仍然是主要的補充性能源。在空間允許的情況下，有時也會使用光伏（PV）電池板。 儘管鉛酸電池仍然是最常見的備用電池首選方案，但基於鋰離子（Li-ion）技術的電池正在日趨普及。

為了讓基站能源設置更具永續性，可以採用多種演化路徑，但其中一些可能會受到限制。為了減少柴油的使用，還可以使用以氣體、液體或固體為燃料的燃料電池。內燃機也可使用溫室氣體排放量較低的替代燃料。未來幾年鋰離子電池的需求將超越其生產能力，這將會打開新型化學電池的新局面。光伏面板將通過串聯電芯或其他化學方法提高發電效率。即便低成本薄膜光伏技術的效率低於傳統技術，但仍然能夠獲得市場份額並在場地受限較少的地區得到應用。

在太陽能發電過剩的地點，未來可能會使用過剩電力生產氫氣，並儲存作為長期備用。 可使用氫氣作為燃料的內燃機也有望問世。 未來的風電機組不但低風速情況下也可以發電，同時牢固程度還將足以承受強風，這些因素讓風電機組能夠為ICT基站能源組合助一臂之力。

ICT設備的能源設置將包含具有遠端訪問和間歇調峰能力的電源裝置。能源的演化發展將讓通過綜合控制和智慧功能影響峰值負載成為可能。系統工作電壓可能會從54VDC（伏特直流電）變為57VDC，其中包括DC/DC（直流電）備用電壓。 下一步則是從48VDC發展到號稱400VDC。更高的系統電壓將減小電纜截面積，並降低ICT基站直流配電的部署成本。

通過合作獲得更大的彈性和穩定性

發電從中心化模式轉向以生產和儲存大量可再生能源為特徵的去中心化模式帶來了新的挑戰，並因此需要對電力市場進行改革。展望未來，輸電系統營運商[3]不僅有責任確保電網的彈性和穩定性，還要實現更大範圍的電力部門/社區的活動。

政府策略將對能源市場如何在國際、國家和區域層面發揮能源服務的靈活性產生重大影響。 藉此機會，ICT網路有可能在減少能源擁堵和確保頻率穩定方面發揮重要作用。

需要通過合作確保經過優化且互通的路徑，讓ICT基站的基礎設施能夠適應能源消耗，從而為國家的能源服務平衡做出貢獻。

ICT與電網相互依存

很多對ICT網路運行性能的要求與對能源公用事業的要求非常相似，特別是對於來自輸配電系統營運商的新型去中心化電網。 兩者都需要具備能夠生產和儲存可再生能源、提高營運效率以及提高彈性和可靠性的能力。

在可再生能源和資源儲存方面，需要適應和利用邊緣或局部地區現有的小規模間歇性生產資源，並減少/增加能源消耗。提高營運效率需要具備優化資產和利用率以及提供網路和服務高可用性的能力。 利用自動化減少服務中斷和停電以及發生災難時重新定向流量/電力流動是確保彈性和可靠性的關鍵。

圖3 說明ICT網路和電網之間的相互依存關係。在ICT網路和電網之間進行通信與服務協作可以實現可觀的互惠互利。可靠性、可用性和彈性對於確保網路高可用性和服務保證以及提高穩定性和改善可維護性至關重要，並且從長遠來看還可以降低總擁有成本。

ICT網路和電網可以通過在多個交叉點共用相關性能和狀態資訊，在各自的服務領域互惠互利，在網站受到野火等極端條件威脅的情況下尤為如此。這種方式可以讓兩個網路均可在所在地理區域保持正常服務，進而確保在最需要的時候能夠為當地居民和企業提供支援。

為電網提供輔助服務

ICT基站擁有者現在還可做好準備滿足電網不同類型輔助服務的需求，藉此開闢新的收入來源[4]。 這些可以通過五個步驟完成：

1. 建立基站能源配置檔並優化基站電力系統容量。
2. 針對諸如ICT網路備份、輔助服務等不同用途引入儲能分段使用能力。考慮通過增加儲存提高能源輔助服務的收入潛力。
3. 優化ICT基站自身的能源消耗和本地能源生產，同時與基站儲能進行平衡。
4. 將多個併網ICT基站的能耗作為一個整體進行管理，最大程度提高對電網的影響。
5. 通過在ICT基站生產能源並在必要時與電網共用的方式進行能源套利。

高效的部署需要通過基於AI的自動化更好地優化業務意圖，支援ICT網路和電網的智慧能源功能[5]。

支援能源產業的數位轉型

能源公用事業目前還在使用包括固網、光纖、微波和行動在內的多種電信技術。根據營運策略，能源服務必須可靠且平衡，因此任何情況下通信都必須安全且高度可用。

展望未來，顯然能源公用事業部門的數位轉型將受益於LTE/5G技術的引入[6]。這些技術讓ICT基站可以向能源公用事業提供按地理分佈的低壓電網電力中斷和性能下降特徵的洞察能力。此外，在AI代理的協助下，LTE/5G網路還可以幫助預測性能下降/偏差及其潛在影響。

5G網路尤其適合用於智能電網管理[7]。 5G網路既可採用商業網路，也可選擇專用網路，具體取決於能源公司的偏好。有了5G網路，能源公用事業就能夠確保以彈性、可靠和安全的方式實現關鍵功能。5G網路也是能源公用事業通過具有成本效益的策略連接大範圍地理區域電網的最有效方式。電網中的所有新設備都可使用無線技術進行通信。另外有賴於電信部門的長生命週期要求，長期、穩定的技術演進也可以得到保證。

結論

每當本地或區域產生對ICT基站進行現代化改造的需求時，新的能源相關機會就會應運而生。 整體方法則是在整個服務生命週期中最大程度降低現有和未來ICT網路能耗的關鍵。想要取得成功，ICT基站擁有者就必須儘早研究和確定降低能耗的候選方案，最好在網路規劃階段開始。 在部署階段，針對低能耗進行的建構和優化至關重要。在服務營運方面，通過基於人工智慧的自動化與主動網路能源優化相結合，可在不對網路服務品質（QoS）造成負面影響的情況下最大程度減少能源消耗。

在規劃未來時，ICT基站擁有者還需要考慮發電和配電領域正在發生的巨大變革。這些變革以及新的能源消費模式將會為電力產業帶來多重挑戰。緩解替代方案成本高昂且需要很長時間才能部署到位。通過在ICT基站投資智慧能源設置，ICT基站擁有者不但可以獲得將能源成本降至淨零的彈性能源，同時還可通過連接智慧電網開闢具前景的全新收入來源。

1. GSMA，行動網路淨零：2021年氣候行動產業現況
2. 愛立信技術評論，以人工智慧確保網路能源效率，2021年4月13日，Vandikas, K; Hallberg, H; Ickin, S; Nyström, C; Sanders, E; Gorbatov, O; Eleftheriadis, L
3. 2019年6月5日歐洲議會和理事會關於內部電力市場共同規範的第2019/944號指令和第2012/27/EU號修訂指令
4. 愛立信白皮書，利用行動網路電力基礎設施為公用事業提供輔助服務，Eleftheriadis, L; Pettersson, J; Hallberg, H; Palma-Serrano, M
5. IEA，國際能源署2021年能源和碳追蹤報告
6. 愛立信，能源公用事業
7. UBBA，公用事業網路：無所作為的內在風險