En comparación con los centros de datos, los requisitos de energía de las torres celulares individuales son una miseria. Un sitio celular típico de 4kW palidece en comparación con las densidades de rack de 20-50kW que estamos viendo ahora.
Pero con más de 400 000 sitios de torres celulares solo en los EE. UU., superan en número a los centros de datos y su huella de energía totaliza unos no despreciables 21 millones de megavatios hora (MWh) de energía por año.
A medida que los precios de la energía se disparan, ESG continúa creciendo en importancia y se avecina una mayor demanda de energía de 5G, varios propietarios de torres celulares y operadores de telecomunicaciones están considerando implementar sistemas de generación de energía eólica y solar en los propios sitios celulares.
¿Estamos cerca de sitios celulares autosuficientes a escala, o incluso de una posible transición a torres celulares fuera de la red en masa?
Turbinas eólicas en sitios celulares
A principios de este año, Vantage Towers, propiedad de Vodafone, anunció planes para instalar 750 aerogeneradores en 52 de sus torres celulares en Alemania. El proyecto creará una capacidad de generación de hasta 650 MWh por año.
La instalación de los micro aerogeneradores está prevista para finales de año, siempre que para entonces se hayan emitido todos los permisos necesarios.
“Al generar energía renovable directamente en el sitio, creamos una forma rentable y fácil de mantener para reducir los costos de energía para nuestros clientes y, al mismo tiempo, acelerar la digitalización sostenible de Europa”, dice Enrico Schadock, gerente senior de desarrollo comercial de Vantage Towers, que está gestionando el lanzamiento de Mowea.
Schadock explica que se instalarán 4, 8 o 16 turbinas en cada torre según los requisitos de potencia de la torre en cuestión combinados con la cantidad y la velocidad del viento. Cada par de unidades de turbina tiene una capacidad nominal de 1kW en vientos de 3,5m/s o más; las unidades tienen una producción de energía aproximada de 1.500kWh por año.
Vantage opera alrededor de 83.000 macrositios en Europa, por lo que 52 sitios es todavía una pequeña prueba. Pero suponiendo que el proyecto piloto salga bien, las empresas pretenden expandirse a más ubicaciones en Alemania y otros mercados de Vantage Towers en Europa.
Probando la potencia de la torre celular en el sitio
Si bien los operadores en los mercados emergentes donde la red está menos desarrollada o es menos confiable han implementado durante mucho tiempo la energía solar y eólica en los sitios de celdas, solo en los últimos años las empresas están comenzando a considerar implementaciones similares en mercados más desarrollados como Europa.
Y a diferencia de los mercados en desarrollo, los altos precios de la tierra y el poco espacio combinados con redes de energía resilientes pueden dificultar la justificación del costo. Agregue el hecho de que muchos mercados del norte de Europa no reciben mucho sol durante gran parte del año y surgen más desafíos.
Pero la prueba de Vantage es una de una serie de pilotos y proyectos a pequeña escala en torno al despliegue de energía renovable in situ en torres de telefonía móvil en Europa y en otros lugares. Si bien los resultados parecen prometedores por sí solos, ninguna de las empresas está implementando tales soluciones a escala todavía.
También en Alemania, Deutsche Telekom se está asociando con Ericsson para probar torres celulares autosuficientes. La empresa de telecomunicaciones alemana y el OEM sueco han realizado una prueba en un sitio en vivo en Alemania, donde pudo operar completamente con energía eólica y solar generada por paneles y turbinas en el sitio.
El sitio, en el municipio bávaro de Dittenheim, a unos 120 km al norte de Múnich, se ha alimentado parcialmente con energía de 12 metros cuadrados de módulos solares instalados hace más de un año. Desde entonces, las dos compañías agregaron una turbina eólica, capaz de proporcionar hasta cinco kilovatios de energía adicional, como segunda fuente de energía renovable.
Las pruebas iniciales mostraron que en los días ventosos, se podía generar más energía renovable de la que consumían las operaciones del sitio.
En el Reino Unido, Vodafone ha estado trabajando con Crossflow Energy durante dos años para utilizar la tecnología de turbinas eólicas de este último en combinación con tecnologías solares y de baterías para crear una torre de red móvil autoalimentada.
Fundada en 2008, Crossflow Energy ha desarrollado una turbina eólica de eje transversal única diseñada para generar energía a partir de "pequeños vientos"; energía eólica generada localmente para ubicaciones individuales. Creada en colaboración con la Universidad de Swansea, la turbina incorpora un escudo patentado que ofrece un rendimiento óptimo de sustentación y arrastre en una amplia gama de velocidades del viento, manteniendo una velocidad de rotación baja y una vibración mínima.
Las empresas dijeron que las Eco-Towers permitirán el despliegue de nuevos sitios móviles en ubicaciones remotas, sin la dificultad y el costo habituales de conectarse a la red eléctrica. Los nuevos sitios serán propiedad y estarán gestionados por Cornerstone Telecommunications Infrastructure Limited y no formarán parte de la propia red de torres de Vodafone.
En Australia, Telstra instaló una solución de almacenamiento de batería y energía solar fuera de la red en una de sus torres de telefonía celular en Mount Ney, al este de Esperance, Australia Occidental. La compañía se asoció con la empresa de energía local Horizon Power y su subsidiaria Boundary Power para hacer la transición torre móvil de una fuente de alimentación aérea a un sistema de energía independiente (SPS).
La unidad SPS funciona con paneles solares de ocho kilovatios (kW), una batería de 16,8 kW por hora y un generador de respaldo de 26 kW, que juntos pueden entregar 12 kW de energía continua. Las compañías dijeron que se implementarán al menos seis SPS de torre móvil más en toda el área de servicio de Horizon Power durante los próximos 24 meses.
Richard Webb, director de infraestructura de red, CCS Insight, le dijo a DCD que estima que menos del 10 por ciento de las torres de telefonía celular tienen al menos parte de su energía generada directamente en el sitio de la celda por energía renovable, posiblemente tan bajo como "un dígito bajo". Pero señala que el interés y la demanda existen como parte de los impulsos de sostenibilidad más amplios de estas empresas.
“La energía es una gran parte del gasto operativo de los operadores”, dice. “Así que todos quieren reducir sus facturas de energía; si reduces los costos, estás mejorando las ganancias”.
“Creo que hay un desafío para cambiar [el statu quo], porque si tienes energía y funciona, y estás contento con ella, es un costo para ti como operador decidir cambiarlo. Por lo tanto, es una gran decisión operativa basada en el gasto de capital”.
Las empresas de telecomunicaciones enfrentan un desafío OPEX a medida que aumenta el precio de la energía
Si bien muchas de las principales empresas de telecomunicaciones están firmando acuerdos de compra de energía (PPA) para adquirir energía renovable a nivel de red, reducir los costos de la red de energía siempre es una prioridad para los operadores que buscan reducir su OPEX. En un momento en que los precios de la energía se disparan, es cada vez más urgente generar más energía in situ en los sitios celulares.
“El interés en soluciones de energía sostenible dentro de la industria definitivamente ha aumentado en los últimos años; Los operadores de redes móviles (MNO) han estado tratando de reducir su consumo total de energía durante años”, dice Schadock de Vantage. “Al generar energía sostenible directamente en el sitio, hemos encontrado una forma rentable de satisfacer esta demanda y el aumento actual en los precios de la energía acelera aún más este desarrollo”.
La empresa de telecomunicaciones letona LMT ha tenido una pequeña prueba de estaciones base alimentadas por energía solar en funcionamiento durante varios años. La compañía descubrió que durante los meses de verano, los sitios de torres celulares pueden cubrir sus requisitos de energía por un total de alrededor de un mes, pero casi no generan energía durante los meses de invierno. Tal como están las cosas actualmente, LMT no tiene la opción de funcionar completamente con energía solar.
Sin embargo, Aigars Benders, director técnico de LMT, dijo a DCD que a raíz del aumento de los costos de energía este año, la compañía exploró la viabilidad de implementar paneles solares en sus 1.500 sitios.
Y encontró que el retorno de la inversión para los sitios de menos de 3kW todavía era efectivamente cero y, por lo tanto, aún era difícil de justificar desde una perspectiva de costos. Pero algunos sitios con cargas de alrededor de 6 KW comienzan a generar un retorno de la inversión positivo después de 8 a 15 años. Si los precios continúan aumentando, más sitios comienzan a mostrar un ROI positivo.
“Hace cinco años, el motivo de este experimento era descubrir oportunidades para ser más respetuosos con el medio ambiente. Ahora, con el aumento de los gastos de energía, tiene un significado completamente diferente desde una perspectiva comercial e incluso desde la gestión de riesgos”, dice. "Cuanto más grande sea el sitio, mejor será el caso de negocios, esa es la conclusión".
Vantage nos dijo que no planea donar la energía que genera en los sitios de celdas a la red; si se genera más energía de la que se consume, las turbinas serán estranguladas por los sistemas de control de la turbina. Sin embargo, el LMT de Letonia está considerando un rumbo diferente.
La empresa de telecomunicaciones espera crear granjas solares para alimentar las estaciones base múltiples equivalentes. La compañía tiene grandes terrenos en alrededor de 10 sitios donde se podrían implementar proyectos solares más grandes.
“Al construir una gran granja solar podemos alimentar muchos sitios. Los próximos cambios en la legislación dirán que si, por ejemplo, construimos un sitio solar con 100 kilovatios de potencia (no existen tales sitios de estaciones base), podemos devolver la electricidad a la red eléctrica”, dice Benders de LMT.
Torres preparadas para el futuro para las demandas de energía de 5G
El apagado de las redes 3G heredadas y el hardware RAN de mayor eficiencia energética podrían ayudar a reducir algunos de los requisitos de energía de los sitios de torres celulares, pero es probable que el futuro sea una red que consuma más energía.
El hardware 5G es actualmente una pequeña parte del tráfico total administrado por los operadores, pero a medida que continúa el despliegue, pronto se convertirá en la fuente principal de los requisitos de energía del panorama móvil. No solo el hardware requerirá potencialmente más energía, sino que habrá más sitios, lo que agravará la demanda de energía.
“La eficiencia energética de 5G es significativamente mayor que la de las generaciones anteriores de teléfonos móviles (por ejemplo, UMTS o LTE), por lo que el
requisito de energía por megabyte es significativamente menor con 5G, pero el consumo general en el sitio aumenta debido a los anchos de banda posibles mucho más altos.”, dice Schadock de Vantage. “Esta es otra razón por la que Vantage Towers está trabajando en soluciones para desarrollar un suministro de energía 100% autosuficiente con una combinación de energía eólica, solar, hidrógeno y GNL”.
Un sitio típico de estación base de 3 sectores que contiene hardware de varios operadores podría consumir entre 2,5 y 10 kW, pero normalmente se ubicaría en algún punto intermedio. MTN Consulting estima que los operadores gastan alrededor del 5-6 por ciento de sus gastos operativos, excluyendo la depreciación y la amortización, en costos de energía.
Pero la firma analista dice que una estación base 5G típica consume hasta el doble o más de energía que una estación base 4G; señala que el consenso de la industria es que 5G duplicará o triplicará el consumo de energía para los operadores móviles, una vez que las redes escalen. Asimismo, ABI Research predice que se espera que el consumo de energía aumente un 160% entre 2020 y 2030 debido a las demandas de energía de elementos de red como MIMO masivo, la proliferación de sitios de celdas 5G y la flexibilidad de las redes 5G en casos de uso de consumidores y empresas.
En el futuro, ABI predice que un sitio típico de 3,5 GHz que implemente MIMO masivo con cuatro transmisores y cuatro receptores, que también admite 2G, 3G y 4G, podría consumir 14 kW en promedio y hasta 19 kW con carga máxima.
En 2019, el vicepresidente ejecutivo de China Mobile, Li Zhengmao, dijo que sus costos de electricidad estaban aumentando rápidamente, ya que los sitios 5G experimentaron un aumento de cinco veces en el tráfico en comparación con LTE, y dijo que las empresas de telecomunicaciones chinas necesitan precios de electricidad preferenciales o subsidios para ayudar al despliegue de la red 5G.
Los datos de Huawei de FierceWireless sugieren que el sitio 5G típico tiene necesidades de energía de más de 11,5 kW, casi un 70% más que una estación base que implementa una combinación de radios 2G, 3G y 4G.
Si bien la eficiencia energética mejora constantemente a medida que los OEM introducen nuevas iteraciones de hardware, un beneficio de 5G es la aplicación de una mayor inteligencia a la gestión de la red; el hardware se puede apagar durante las horas de menor actividad, lo que significa que los sitios requerirán menos energía durante los períodos más tranquilos del día. Todavía no está claro en qué medida una gestión de red más inteligente compensará una mayor demanda de datos.
“Ayer fue el momento de actuar si aún no lo han hecho”, advierte Webb de CSS. “Cualquier operador que no se esté tomando muy, muy en serio la reducción de sus facturas de energía, utilizando todas las herramientas disponibles, está sentado sobre una bomba de relojería”.
La paradoja de las energías renovables in situ
Sin embargo, el despliegue práctico de 5G plantea un problema. El hardware 5G que consume mucha energía se implementará inicialmente en áreas metropolitanas donde el espacio es escaso y las redes eléctricas son más confiables.
Esto hace que sea más difícil encontrar sitios donde sea práctico implementar turbinas o paneles solares, y aún más difícil hacer que los costos funcionen. El desafío adicional de que es más probable que los sitios se alquilen también se suma a las complicaciones.
Por el contrario, es posible que más sitios de celdas rurales tengan espacio disponible a un costo razonable, pero un menor tráfico de datos significa menores requisitos de energía y, por lo tanto, hace que el costo de implementación sea más difícil de justificar.
Pero a medida que los paneles solares se vuelven más eficientes y más capaces de generar mayores cantidades de energía en espacios más pequeños, el ROI inevitablemente se vuelve más fácil de justificar. Lo mismo se aplica al almacenamiento de la batería.
“Toda la industria necesita estar más enfocada ahora en esas fuentes de energía alternativas. La solución completa es energía solar, eólica, baterías de respaldo, además de la red”, dice Benders de LMT. “La industria realmente necesita analizar diferentes aspectos y unirse y discutir sobre qué más se puede hacer”.