4G から 5G へ: 既存のバックアップ電力はまだ十分ですか?

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2023年9月27日

5G AAU は 4G RRU よりもはるかに多くの電力を消費するため、4G 用に設計された 4 時間のバックアップは、5G サイトではわずか 90 分しか提供されない可能性があります。この記事では、温度と経年変化を補正した正しいランタイム計算を提供し、高レートと大容量のテクノロジ ルートを分離し、3 段階の改修パスを設定します。

電力プロファイルが変更されました

シンガポール、マレーシア、タイ、フィリピン、ベトナム、インドネシアでの大規模な 5G 導入は 2021 年から 2023 年に集中し、多くの拠点のバックアップ容量は 4G 時代に合わせて調整されました。問題は構造的なものです。一般的な 3 セクターの 4G サイト (ベースバンド ユニットと 3 つの RRU) は、およそ 800 W ～ 1,200 W を消費します。ベースバンド ユニットと 3 つの AAU を備えた 3 セクター 5G サイトは通常 2,000 W ～ 3,500 W を消費し、大規模な MIMO ビームフォーミングとより広い帯域幅によりピーク需要はさらに増加し​​ます。この変化は線形ではなく構造的なものです。AAU は無線機とアンテナを統合し、パワーアンプは機器室よりも熱条件の悪いタワーの上に設置され、熱により消費量はさらに増加し​​ます。その結果、4G サイトを 4 時間伝送したのと同じバッテリー ストリングが 5G サイトを伝送できるのは、わずか 90 分から 2 時間になります。正確に、現在より重要なトラフィックが伝送されているサイトでは、停止によるコストが 4G 時代よりも高くなっています。

ランタイムを正しく計算する

実行時間はデータシートから読み取れる数値ではありません。それは計算されなければなりません。基本的な式は次のとおりです。稼働時間 (時間) = 使用可能なバッテリー容量 (kWh) × 放電深度 × 温度補正 × 経時変化補正 ÷ サイトの平均負荷 (kW)。よく起こる問題は 4 つあります。まず、使用可能な容量は、10 時間定格ではなく、実際の放電率での容量である必要があります。率が高いほど、供給される容量は低くなります。第二に、放電の深さは 100% になることはありません。鉛酸は通常 60% ～ 80% で設計されており、100% にするとサイクル寿命が崩壊します。 3 番目に、温度補正です。45 °C では、バッテリーが実際に供給できるエネルギーは定格を下回りますが、同じ熱により劣化が促進されます。2 つの影響が重なって発生します。 4 つ目は、経年劣化の補正です。耐用年数が終了した容量は初期の 80% にすぎない可能性があるため、新しいバッテリの容量に基づいてサイズを設定したバックアップは 3 年目には目標を達成できません。 4 つの要素すべてを使って再計算すると、多くの 5G サイトでの実際のランタイムは銘板の数字の約半分であり、これが計画すべき数字です。

高レートと大容量: 2 つの異なる問題

実行時間を増やすには 2 つのテクノロジ ルートがあり、それらはさまざまな問題を解決しますが、それらを組み合わせるとコストが無駄になります。高レートルートでは、短い時間枠で大電流を供給できるバッテリが使用されます。たとえば、2V 高レートシリーズ (GFMHR、定格 15 分で 500W ～ 2,700W、19 モデル、設計寿命 12 年) です。その値は短時間の大電流です。サイトの負荷が 3kW で、バックアップが 1 時間以内にカバーする必要がある場合、高レートのセルは、より少ないユニットとより少ない設置面積でその義務を満たします。大容量ルートでは、標準 2V セル (GFM、200 ～ 3,000Ah、設計寿命 15 年) または 12V フロント端子モノブロックを使用し、容量からランタイムを構築します。比較的安定した負荷で 4 時間以上を必要とするサイトに適しています。テストは簡単です。kW 単位の負荷に目標時間を掛けます。結果として生じる放電率が 1C を超える場合は、高率ルートを選択します。 0.3C 未満の場合は、大容量の方が経済的です。その中間では、どちらでも機能し、コストに対するフットプリントが比較されます。

3 段階の改造

既存の 4G サイトのバックアップを 5G 用にアップグレードすることは、単一の交換プログラムではなく、3 つのステップで実行できます。ステップ 1 は計算前の測定です。サイトに電力ロガーを設置し、7 日間の負荷プロファイルを記録し、ピークと平均を取得し、上記の式を適用して実際の実行時間を取得します。これだけでも、実際にはまだ十分なサイトの重要なシェアが除外されます。多くの 4G サイトは元々オーバープロビジョニングされていました。ステップ 2 は交換前の解放です。本当に短いサイトでは、サイクル数が許す範囲で放電深度を控えめな 50% から 70% に緩和し、端子の接触抵抗を清掃し、キャビネットの温度を下げることで、まず低コストで容量を回復します。これらの措置により、多くの場合、有効容量の 20% ～ 30% が解放されます。ステップ 3 では、測定されたギャップを拡張します。ギャップが 50% 未満の場合は並列文字列を追加し、50% を超える場合は文字列を新しい計算に置き換えます。このように分散すると、設備投資は 2 会計年度または 3 会計年度にまたがり、すべての増分は測定データによって裏付けられます。

階層型バックアップ: 重要な場所に費やす

5G 時代にやってはいけないことの 1 つは、すべてのサイトに同じランタイムを与えることです。代わりに地所を階層化します。サイトを 3 つのクラスにグループ化します。クラス A は、コア ノード、送信集約ポイント、および企業専用線または緊急通信を伝送するサイトをカバーし、リモート監視とジェネレーター インターフェイスを備えた 8 時間以上を対象としています。クラス B は都市のマクロ サイトと重要な交通路を 4 時間でカバーします。クラス C は、郊外、田舎、交通量の少ない現場を 2 時間でカバーします。目標は、送電網が復旧するまでではなく、作業員が到着するまで生き残ることです。階層化により、同じ予算でより多くのサイトをカバーできるようになります。インドネシアとフィリピンの状況では、クラス C のバックアップを 8 時間から 2 時間に短縮することで、十分なバッテリ容量が解放され、クラス A の 2 倍になり、ネットワーク重視の可用性が向上します。前提条件は、サービス層を備えたクリーンなサイト リストです。技術的な困難はありませんが、定義について合意するために運用、計画、および調達が必要です。

改修による収益の計算

予算会議ではバックアップ電源の改修が最初に削減される項目となるが、その理由は、提案書には見返りが明記されていないためである。リターンは直接計算できます。メリットは 3 つあります。まず、回避された停止損失は、停止回数の減少 × 停止あたりの損失に等しくなります。ここで、停止あたりの損失は、影響を受ける加入者 × 期間 × 単位時間あたりの補償として見積もることができます。この数値は、推測ではなく、SLA に基づいてすでに記載されています。 2 つ目は、8 年間の交換回数の違いから、バッテリーの価格、輸送、労力、廃棄を含むバッテリー交換コストを回避することです。第三に、検査頻度×訪問あたりのコストの違いから、現場訪問コストが回避されます。コスト面では、資本の改修と毎年の増分メンテナンスが必要です。 3 つの利益の流れを 1 つの率で共通の年に割引き、投資額と比較して回収額を取得します。実際には、クラス A サイトは通常 2 ～ 4 年で返済し、クラス B は 4 ～ 6 年で、クラス C は 8 年を超える場合があります。これがまさに階層化が重要な理由です。すべてのサイトが改修する価値があるわけではありませんが、改修する価値があるサイトであれば、その見返りは計算可能です。この計算をビジネスケースに置き換えると、「より大きなバッテリーを購入する」ことを「お金が戻ってくるとき」に変換するため、この計算は技術的な議論よりもはるかにうまく財務を説得します。 View Telecom Backup Power Selection