Visiona tietoliikenteen nollaenergia

Voisivatko tietoliikenteessä käytettävät tekniset ratkaisut kehittyä niin, että meillä olisi joskus käytössä 0-energiatietoliikenne? Asiakaspäällikkö Tapio Rauma käy käsiksi kysymykseen.

Tapio Rauma VTT

Sähköisen tietoliikenteen historia on pitkä, mutta vielä riittää insinööreillä kehittämistä.

Ensimmäisistä lennättimen versioista kului kymmeniä vuosia ensimmäiseen puhelinkeskusteluun, jossa puhelimen keksijä Graham Bell lausui kuuluisat sanat ”Mister Watson, come here, I need you” apulaiselleen Thomas Watsonille.

Nyt näyttää siltä, että hädin tuskin ehditään ottaa käyttöön 4G, ennen kuin 5G jo työntyy katukuvaan. Vajaan kymmenen analogisen ja digitaalisen puhelinjärjestelmän kehityskulkuun on kulunut likimain sama aika kuin lennättimestä ensimmäiseen puheluun. Samaan aikaan tiedonsiirto on siirtynyt yhä enemmän langassa kulkevasta sähkömagneettisesta säteilystä langattomaksi ilmassa siirrettäväksi radioliikenteeksi.

Langaton tietoliikenne ei lopulta ole langatonta. Jopa taskussa kulkeva mobiililaite toimii vain rajoitetun ajan itsenäisesti, ja se täytyy lataamisen vuoksi kytkeä tunneiksi sähköverkkoon säännöllisin väliajoin. Se siitä langattomuudesta.

Tukiasema, johon mobiililaite ottaa radioteitse yhteyttä, toimii myös sähköllä eli on liitetty sähköverkkoon. Tukiasema saattaa jo nykyisin kommunikoida eteenpäin langattomasti, mutta ilman sähköjohtoa se ei toimi. Sähkön merkitys vain kasvaa, kun huomioidaan tukiasemia ja muita verkon komponentteja ohjaamaan tarvittavat järjestelmät.

Taustalla suuret energiamäärät

Tietoliikennejärjestelmien osuutta energiankulutuksessa ja hiilidioksidipäästöjen tuottajana on arvioitu monin tavoin. Yleensä tietoliikenne on tehdyissä arvioissa yhdistetty ICT-järjestelmien kokonaisuuteen, johon se luontevasti liittyykin. ICT-laitteiden hiilijalanjälki on vielä alle 5 % kokonaisuudesta, mutta sen osuus kasvaa koko ajan. Yleisesti uskotaan, että jatkossakin kulutus kaksinkertaistuu noin viiden vuoden sykleissä.

Tällä hetkellä Euroopassa toimivien tietoliikenneverkko-operaattoreiden sähkölasku on noin 20 % kulubudjetista (OPEX). Suomalaisten operaattoreiden vuotuinen kulutus on yli 0,5TWh, mikä vastaa Kemijoen suurimman vesivoimalaitoksen vuosituotantoa ja Loviisassa käytettävän ydinreaktorityypin noin 1,5 kuukauden tuotantoa.

Sitä saa mitä tilaa

Tietoliikenteen vaatimaa energiankulutusta ei oikeasti ole vielä optimoitu. Voimavarat on käytetty tavoiteltujen suurten tiedonsiirtokapasiteettien aikaansaamiseen, ja sen eteen on luonnollisesti tehty kaikki voitava.

Tavoitteiden saavuttamiseksi on tarvittu tehokkaampia moniydinprosessoreilla varustettuja laskentakomponentteja, ja ne on vieläpä sijoitettu yhä pienempiin koteloihin. Seurauksena on suurempi energiankulutus ja lämpenemisongelmien vuoksi suurempia sähköä kuluttavia jäähdytystarpeita. Lisäksi aiempaa korkeampien taajuuksien käyttöönotto edellyttää tiheämpää tukiasemaverkkoa, jolloin sähköä kuluttavien tukiasemien määrä kasvaa.

Mistä apua vaivaan?

Kymmeniä vuosia sitten rakennusteollisuudessa oli tilanne, jossa aikansa teknologialla hyvin rakennettu omakotitalo kulutti nykymittapuun mukaan huomattavasti energiaa lämmitykseen. Materiaaleja parantamalla, säätelyn kautta puuttumalla ja ennen kaikkea ihmisten energiatietoisuuden kasvamisen seurauksena nykyisin voidaan normaalikeinoin rakentaa hyvin vähän energiaa kuluttava rakennus. Jos asiaan panostetaan vielä enemmän, saattaa rakennus jopa tuottaa energiaa. Kyseessä on tuolloin +-energiarakennus.

Rakennusten muuttuminen +-energisiksi on tapahtunut useiden teknisten parannusten ja apuvälineiden myötä. Sellaisia ovat esimerkiksi ikkunoiden kehittyminen, eristyksien laadullinen ja määrällinen lisääminen, lämmitysteknologioiden hyötysuhteen parantaminen, lämpöpumpputeknologian käyttöönotto ja lisäksi erilaisten talokohtaisten uusien energialähteiden, kuten auringon ja tuulen, hyödyntäminen.

Mutta voisivatko tietoliikenteessä käytettävät tekniset ratkaisut kehittyä niin, että meillä olisi joskus käytössä 0-energiatietoliikenne? Vastaus on tietysti kyllä. Esimerkiksi laitteiden energiankulutusta voidaan pienentää nykyistä vähemmän energiaa kuluttavalla elektroniikalla. Kehittynyt akkuteknologia yhdessä energian harvestoinnin (aurinko, tuuli, värähtelyt, jne.) auttaa kohti sähkölangatonta tietoliikennettä. Laitteissa käytettäviä ohjelmistoja ei ole optimoitu juurin lainkaan. Lisääntyneeseen jäähdytystarpeeseen on reagoitu rakentamalla aiempaa parempia jäähdyttimiä.

0-energiatietoliikenne täytyy käsittää tilanteeksi, jossa tietoliikennelaitteet toimivat energian näkökulmasta optimaalisesti ja kykenevät toimimaan huomattavan pitkiä aikoja ilman ulkoista energialähdettä. Termi energia-autonominen laite tulee yhä tutummaksi. Kehitystyötä on monella suunnalla jo nyt käynnissä.

J. F. Kennedyn kuuluisaa kuumatkaan liittyvää puhetta erittäin vapaasti lainaten: ”Emme me tutki tätä siksi, että se on helppoa. Me tutkimme tätä siksi, kun se on erittäin vaikeaa. Tämä on niin suuri haaste, että se kelpaa meille.”

Tapio Rauma, asiakaspäällikkö
Twitter: @TapioRauma

One thought on “Visiona tietoliikenteen nollaenergia

  1. Yksi mahdollisuus ympäristökuorman pienentämiseen on myös käyttää syntyvä lämpö kiinteistöjen tai läheisten prosessien lämmitykseen. Näin tehdään kasvavissa määrin jo nyt esim.datasaleissa. Myös muissa teollisuuden kohteissa jäähdytystä ja lämmitystä yhdistelemällä saadaan taloudellisesti kannattavia ja ympäristön kannalta kestäviä ratkaisuja. Miksi ei näissäkin?

    Like

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s