Oggi riportiamo un' interessante articolo di Carmine Lubritto del Dipartimento di Scienze Ambientali, II Università di Napoli. Lo sviluppo delle reti di telefonia mobile e della concomitante domanda di servizi in mobilità ha portato negli ultimi anni ad un costante accrescimento degli impianti fissi di trasmissione del segnale (Stazioni Radio Base - SRB),

necessari a garantire la qualità e la copertura territoriale del servizio. La riduzione dei consumi energetici di una SRB rappresenta uno dei fattori critici del mercato delle telecomunicazioni, sia per consentire un significativo risparmio di risorse economiche ai gestori di telefonia mobile, che per realizzare uno sviluppo “sostenibile” delle tecnologie di telecomunicazione a vantaggio dell’ambiente e dell’intera collettività.

Con queste premesse nasce il progetto di ricerca “Impianti per telecomunicazioni: Ottimizzazione Energetica e Controllo Ambientale” realizzato dal Dipartimento di Scienze Ambientali della Seconda Università di Napoli (DSA-SUN) e dall’Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA) in collaborazione con i gestori di telefonia mobile ed i fornitori di apparati e strumentazioni.

Obiettivo generale del progetto di ricerca è studiare un insieme di soluzioni che consentano:

a) di ottenere una razionalizzazione dei consumi di una Stazione Radio Base per telefonia mobile mediante interventi di risparmio energetico;

b) di produrre, nei luoghi in cui sono posizionate le SRB, energia da fonte rinnovabile allo scopo di ridurre le emissioni di inquinanti in atmosfera;

c) di implementare sistemi intelligenti di controllo dei consumi energetici e dei relativi impatti ambientali.

Il progetto è stato suddiviso nelle seguenti fasi:

1) Studio ed analisi dei consumi energetici di una stazione radio base.

2) Valutazione dell’uso di fonti rinnovabili (fotovoltaico, eolico, sistemi ibridi) su infrastrutture o per situazioni di grid-off (ossia impianti staccati dalla rete elettrica e quindi alimentati con gruppi elettrogeni).
 

3) Sviluppo di centraline di gestione ed ottimizzazione dei consumi energetici.

Consumi energetici ed azioni di risparmio energetico

Per ottenere una analisi dettagliata dei consumi energetici di una stazione per le radio telecomunicazioni, è stata realizzata, in collaborazione con i gestori di telefonia mobile, una campagna di misura sia dei consumi di energia che di altri parametri ambientali e di funzionamento.

Il campione statistico analizzato è formato da oltre 100 siti con intervallo temporale di oltre 1000 giorni effettivi di monitoraggio. I siti studiati sono localizzati sull’intero territorio nazionale (Nord, Centro e Sud) e sono differenziati per tipologia impianti (room, shelter, outdoor) e per tecnologia degli impianti (Gsm, UMTS, DCS).

I risultati di tale campagna di misure hanno consentito di stabilire che:

• Il consumo medio annuo di una SRB è uguale a circa 35000 kWh, associabile al consumo medio di 10 famiglie;

• Se si considera che in Italia sono presenti circa 60.000 SRB (dati 2007 Osservatorio CEM – ISPRA), il consumo medio annuo totale di tutti gli impianti SRB presenti sul nostro territorio è pari a circa 2,1 TWh/anno; che risulta essere lo 0,7 % dell’intero consumo elettrico nazionale (fonte dati TERNA 2006);

• In termini di impatto economico ed ambientale sul nostro territorio, il tutto si può tradurre in circa 300 M€ di bolletta energetica annua a carico dei gestori e circa 1,2 Mton di CO2eq all’anno immesse in atmosfera;

• I consumi energetici di una stazione radio base sono generati per 2/3 dalla necessità di alimentazione degli apparati (consumi per trasmissione) e per 1/3 dalla contemporanea esigenza di climatizzazione degli apparati e degli ambienti che li contengono (consumi per climatizzazione).

• Se si effettua una analisi dei consumi energetici medi associati alle diverse tecnologie risulta che la tecnologia Gsm ha consumi energetici notevolmente superiori alla tecnologia UMTS, come d’altronde ci si aspetta a causa delle differenti caratteristiche dei protocolli di comunicazione per le due tecnologie.

• Emerge chiaramente che non c’è correlazione tra consumi energetici e traffico telefonico di una stazione per radiotelecomunicazione, cosa che denota che al momento non viene preso in considerazione alcun intervento che regoli l’alimentazione delle portanti delle stazioni per radiotelecomunicazione in funzione del carico di queste ultime.

Partendo dai risultati della analisi dei consumi, si è puntato alla individuazione di interventi possibili sia per un risparmio dei consumi di trasmissione che per quelli di climatizzazione, tenendo conto anche che, seppure agiscono in maniera separata, hanno un effetto di feedback l’una sull’altra componente: il risparmio di energia nelle funzioni di trasmissione genera minore riscaldamento degli apparati e degli ambienti che li contengono e quindi una contemporanea diminuzione della esigenza di climatizzazione.

Sono quindi stati studiati e sperimentati algoritmi, messi a punto dai fornitori di tecnologia, che consentono la ottimizzazione della gestione, in termini di accensione e spegnimento delle portanti in funzione del traffico telefonico di cella.

Tale intervento può comportare, al variare della tipologia e della localizzazione della stazione radiobase, un risparmio che va dal 10 al 15% dei consumi di trasmissione. Inoltre sono stati presi in considerazione algoritmi “intelligenti” per la ottimizzazione e regolazione dinamica delle funzioni di climatizzazione.

Tale intervento consente una stima di risparmio energetico che va dal 5 al 10% dei consumi di climatizzazione.

In conclusione il risparmio energetico totale annuo, considerando i processi di feedback delle due componenti, è pari a circa il 20%, con il vantaggio economico di circa 1000 €/anno risparmiati per ogni SRB che significa che il settore completo della telefonia mobile ha un potenziale di risparmio di circa 50 M€ per anno, a cui si aggiunge il vantaggio ambientale di non emettere in atmosfera per ogni anno 240000 Ton di CO2eq.

Fonti rinnovabili e impianti per le telecomunicazioni

Nella seconda fase del progetto di ricerca sono stati ottenuti risultati relativi alla valutazione dell’uso di fonti rinnovabili (fotovoltaico, eolico, sistemi ibridi) su infrastrutture di impianti per le telecomunicazioni.

In questa fase progettuale sono state analizzate le più avanzate soluzioni tecnologiche nel settore del fotovoltaico (pannelli monocristallini, policristallini, silicio amorfo, film sottili) e delle altre fonti rinnovabili, che potrebbero essere utili ai fini della produzione di energia in considerazione delle condizioni di funzionamento e delle caratteristiche strutturali di una stazione per radiotelecomunicazione.

Sono stati anche studiati gli effetti sull’ambiente derivanti da tali azioni in termini di riduzione delle emissioni di gas serra e di miglioramento dell’impatto paesaggistico e di emissioni elettromagnetiche e acustiche.

E’ stato scelto di studiare interventi in siti con condizioni sperimentali differenti per ognuno dei gestori, in modo da progettare e realizzare impianti fotovoltaici per stazioni radio base in zone urbane e in condizioni di raw-land, di prevedere l’utilizzo di celle a combustibile per sostituire le batterie tampone presenti presso un sito a microcelle o ancora analizzare l’utilizzo di differenti fonti rinnovabili per stazioni radio base poste in condizioni di non connessione con la rete elettrica (gridoff) ed alimentate mediante gruppo elettrogeno.

In particolare sui siti a tipologia raw-land è stata avviata la sperimentazione per la co-alimentazione delle stazioni tramite pannelli fotovoltaici, posizionati in due diverse configurazioni: si è ipotizzata di utilizzare la superficie dello shelter della SRB o di utilizzare, invece, il palo di sostegno degli apparati di trasmissione.

La superficie dei moduli fotovoltaici policristallini installati varia fra i 16 e i 20 m2 per garantire una autoproduzione variabile fra 2,0 e 2,5 kWp (nominali) a seconda dello spazio disponibile in situ e sono stati accuratamente evitati effetti di ombreggiamento.

Altro elemento importante della applicazione è stato quello di attivare e completare, da parte del gestore che ha realizzato l’intervento, l’intera procedura per l’ottenimento dell’incentivo “Conto Energia” prevista dalla normativa vigente.

Si tenga infine presente che una applicazione di questo tipo genera un vantaggio ambientale di circa 3 Ton di CO2eq/anno non emesse per ogni singola SRB, oltre che la riduzione di inquinamento da altri agenti fisici.

Sistemi di controllo e monitoraggio ambientale

La terza fase del progetto ha permesso di sviluppare un sistema complesso di gestione energetica degli impianti, che registra i consumi energetici e i parametri di funzionamento di una SRB (es. energia consumata per intera stazione e per trasmettitori, corrente apparati radio, etc.) e monitora alcuni parametri ambientali che possono influire sui relativi consumi energetici, quali ad esempio:

temperatura interna shelter, temperatura esterna, radiazione solare, temperatura sul modulo fotovoltaico, corrente prodotta dal singolo modulo e dalla singola stringa all’interno del modulo, valori di campo elettromagnetico e di pressione sonora.

Per entrambi i sistemi è stata realizzata una interfaccia software che consente, sia ai tecnici che agli utenti finali non necessariamente esperti (enti e/o cittadini privati che vogliono conoscere in tempo reale il funzionamento del proprio sistema fotovoltaico), di avere a disposizione una struttura che renda comprensibile i risultati del monitoraggio e consenta la realizzazione di report e/o statistiche per una valutazione ottimale dei parametri monitorati.

I risultati del progetto di ricerca sono stati presentati il giorno 1 Luglio 2009 in un convegno che si è tenuto a Roma presso la sede dell’ISPRA in Via Curtatone, con la partecipazione dei gestori di telefonia mobile, i rappresentanti delle imprese fornitrici di apparati, i rappresentati delle agenzie regionali per l’ambiente, del mondo accademico e dei ministeri dell’Ambiente e dello Sviluppo Economico.

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