潞安容海發(fā)電有限責(zé)任公司　郝永富

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通信基站中的新能源技術(shù)研究

潞安容海發(fā)電有限責(zé)任公司郝永富

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，新能源技術(shù)不斷成熟，在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。通信基站中，新能源技術(shù)也越來越引起人們的關(guān)注和重視。以太陽能、風(fēng)能為代表的新能源，具有綠色、環(huán)保、性能穩(wěn)定且維護(hù)成本低的特點(diǎn)，尤其適合作為位置偏遠(yuǎn)、周圍地形復(fù)雜的通信基站的供電能源。目前主要有太陽能供電基站、風(fēng)能供電基站以及結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)的風(fēng)光互補(bǔ)供電基站。

通信基站；新能源；太陽能；風(fēng)能；風(fēng)光互補(bǔ)

隨著科技的發(fā)展，人類在改造自然、改造世界方面取得了好大的成就，但同時(shí)也面臨環(huán)境惡化、資源枯竭的局面。為了保持持續(xù)高效的發(fā)展，以太陽能、風(fēng)能等為代表的新能源逐漸發(fā)展壯大，正在多方面的取代原有的傳統(tǒng)能源。在移動(dòng)通信基站中，新能源也同樣適用。通信基站很多都位于鄉(xiāng)間野外，遠(yuǎn)離市政供電，供電電纜費(fèi)用高昂。而作為新能源的太陽能、風(fēng)能卻能很好的解決這個(gè)問題。風(fēng)能、太陽能供電系統(tǒng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)不同，不需要架設(shè)遠(yuǎn)距離電力線，建成之后，動(dòng)力來源于自然界中的太陽光和風(fēng)，既不消耗資源又不會(huì)產(chǎn)生污染，性能穩(wěn)定、使用壽命長且維護(hù)成本較低，特別適合在移動(dòng)基站中使用。

一、太陽能供電基站

通信網(wǎng)絡(luò)要求基站等設(shè)備必須保持7×24小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行，而為了保障網(wǎng)絡(luò)盡可能的全覆蓋，基站設(shè)備不僅設(shè)立在市區(qū)，同時(shí)也常常設(shè)立在山頂、沙漠、海島等復(fù)雜的環(huán)境中。有些設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)常年有人駐守，這對(duì)電源的可靠性和壽命提出了很高的要求。而太陽能供電系統(tǒng)是將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，通過光伏組件的串并聯(lián)方式提供基站需要的電壓，實(shí)現(xiàn)能量的靜止變換，與具備機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件的發(fā)電機(jī)相比較，設(shè)備的維護(hù)成本低，在全球資源緊缺的情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本優(yōu)勢(shì)日益明顯。

通信基站太陽能供電系統(tǒng)主要包括光伏組件、匯線盒、陣列支架、充放電控制器、蓄電池組、逆變器等組成。組件一般采用單晶硅或多晶硅電池，每個(gè)電池輸出電壓為0.5V左右，一般組件由72個(gè)太陽電池串聯(lián)，為了達(dá)到43.2～56.4V電壓范圍，一般需要兩塊組件串聯(lián)使用。從功率等級(jí)角度來看，要盡量選取產(chǎn)量較大的規(guī)格，如165W、170W和175W等。因?yàn)榻M件規(guī)格過小會(huì)導(dǎo)致占地面積和支架設(shè)計(jì)成本增加，而組件規(guī)格過大的太陽電池成品率較低，電池成本相對(duì)比較高。我們實(shí)踐操作中，要根據(jù)負(fù)載容量和當(dāng)?shù)靥柲苜Y源情況選取組件并聯(lián)數(shù)。

近些年，光伏系統(tǒng)的發(fā)展方向由富液電池轉(zhuǎn)向了管狀正極板的膠體閥控式密封鉛酸蓄電池，主要原因是后者的技術(shù)維護(hù)更少。富液電池需要定期加水維護(hù)，如果電池得不到及時(shí)維護(hù)，使用壽命將會(huì)大大縮短，而將去離子蒸餾水運(yùn)輸?shù)竭呥h(yuǎn)地區(qū)的基站需要更高的成本。而膠體閥控式密封鉛酸蓄電池在通常工作條件下，僅析出微量的硫酸和氫氣，不需要專門建設(shè)機(jī)房和安裝專用通風(fēng)裝置，極大減少了維護(hù)工作量。同時(shí)，許多富液電池會(huì)因出現(xiàn)電解液分層而失效，此時(shí)需要采用過充電來消除，通常需要附加過充電高達(dá)15%。而膠體電池很少遭受與分層相關(guān)的失效。膠體閥控式密封鉛酸蓄電池失效的常見原因是欠充電。一般是由于光伏能量來源在雨季不穩(wěn)定時(shí)導(dǎo)致電池活性物質(zhì)中硫酸鉛晶體的積累和生長。與富液電池充電恢復(fù)能力為110%～115%相比，膠體電池的充電恢復(fù)僅為103%～105%，充電效率的提高，有利于節(jié)約光伏能源。

二、風(fēng)力發(fā)電基站

風(fēng)力發(fā)電在芬蘭、丹麥等國家早已流行多年，近幾年，我國政府也在大力推廣風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要包括機(jī)頭、轉(zhuǎn)體、尾翼、葉片等幾部分。發(fā)電機(jī)的機(jī)頭轉(zhuǎn)子是永磁體，通過切割磁力線產(chǎn)生電能；轉(zhuǎn)體主要負(fù)責(zé)讓機(jī)頭靈活轉(zhuǎn)動(dòng)來調(diào)整尾翼方向； 而尾翼又能使葉片始終保持來風(fēng)的方向，獲得最大的風(fēng)能；葉片接受風(fēng)力并通過機(jī)頭將之轉(zhuǎn)化為電能。

風(fēng)力發(fā)電不僅能獲得清潔的能源，還有以下優(yōu)勢(shì)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多安裝在靠近基站的地方，電纜的鋪設(shè)距離短，有效避免出現(xiàn)由于施工等因素造成的基站突然供電中斷的現(xiàn)象。這保證了設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行，減少人為因素影響。二是傳統(tǒng)的基站一旦出現(xiàn)故障，運(yùn)維成本較大，而風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)維成本會(huì)大大降低。同時(shí)，也可以有效避免雷擊，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電不需要架空線，發(fā)電機(jī)本身就是鐵殼，直接和大地相連接，風(fēng)機(jī)本體的接地電阻相當(dāng)小，同時(shí)風(fēng)力發(fā)會(huì)通過控制器，控制器里會(huì)有防雷避雷裝置，來保護(hù)后面的設(shè)備。

目前，我國探明的風(fēng)能理論儲(chǔ)量為32億多千瓦，在全世界排名第一，其中，陸地上可供開發(fā)利用的有2.6億多千瓦，海洋上的風(fēng)能有7.5億多千瓦。從自然條件來說，風(fēng)力發(fā)電不受與風(fēng)力無關(guān)的自然條件的限制，建設(shè)與投入使用非常靈活快捷，運(yùn)行中不受市電電網(wǎng)故障的影響。而且現(xiàn)今的自動(dòng)化技術(shù)與通信在控制與傳輸方面都已經(jīng)非常成熟?，F(xiàn)有的通信運(yùn)營傳輸設(shè)備與資源可以為我們提供現(xiàn)成的傳輸通道，成本大大降低。而且，還可以把風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接安裝到通信發(fā)射塔上來進(jìn)一步降低成本。

三、風(fēng)光互補(bǔ)供電基站

在實(shí)踐中風(fēng)能和太陽能都有自己的優(yōu)勢(shì)，但兩者也有共同的缺點(diǎn)，極易受氣候條件影響，而且這種局限性是客觀事實(shí)，技術(shù)無法改變。因此，這造成了風(fēng)能和太陽能在發(fā)電過程中也同樣不穩(wěn)定性，使得發(fā)電量極易受天氣影響。容易出現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)電與用電之間不平衡，蓄電池組經(jīng)常處于欠充狀態(tài)，引起系統(tǒng)失效。這種情況下，將太陽能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)研發(fā)成為了通信基站領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的新方向。

風(fēng)光互補(bǔ)的基本原理就是將風(fēng)能和太陽能進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，最大發(fā)揮兩者優(yōu)勢(shì)。從理論上看，風(fēng)能本質(zhì)上還是來源于太陽能，只是太陽能的另一種轉(zhuǎn)化形式。風(fēng)是由太陽照射地球引起溫度變化而產(chǎn)生的。在日常生活中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，白天的時(shí)候太陽光很強(qiáng)烈，但是風(fēng)力普遍較??；而夜晚恰恰相反。夏天的時(shí)候太陽光充足，但是風(fēng)力普遍較小；冬天恰恰相反。兩者是一個(gè)此消彼長的力量關(guān)系，因此具有很好的互補(bǔ)性。從而保障了各種氣候環(huán)境條件下，系統(tǒng)都能獲得足夠的力量來源，使得基站更加穩(wěn)定可靠。與單純的太陽能供電系統(tǒng)和單純的風(fēng)力供電系統(tǒng)比，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能電池組件、逆變器、風(fēng)光互補(bǔ)控制器、蓄電池組、卸荷器和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)這幾部分?；驹硎峭ㄟ^風(fēng)光互補(bǔ)控制器，支配風(fēng)能、光能的有效存儲(chǔ)及電量輸出，從而提供穩(wěn)定可靠的能源，保障各種環(huán)境氣候情況下通信基站的正常供電。

有統(tǒng)計(jì)資料表明，常規(guī)基站的年耗電量為一萬四千多度，而風(fēng)光互補(bǔ)型供電基站的年耗電量是四千多度電，每年能節(jié)約將近一萬多度電。一度電耗能相當(dāng)于4升水和0.5千克煤的能源，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生1克二氧化碳和0.03千克二氧化硫的排放量。利用風(fēng)光互補(bǔ)性供電基站，節(jié)約的電能是相當(dāng)可觀的，同時(shí)后期運(yùn)維成本也大大低于傳統(tǒng)基站。綜合來看，風(fēng)光互補(bǔ)型供電基站是通信基站未來技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)和方向。

近些年，國家對(duì)通信行業(yè)的節(jié)能減排也不斷提出新的要求，通信基站正向小型化、低功耗發(fā)展。新技術(shù)的不斷成熟，既能降低運(yùn)營維護(hù)成本又能減少對(duì)環(huán)境的污染，保持可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)引起我們的關(guān)注和重視。在通信基站中用電系統(tǒng)引進(jìn)新能源技術(shù)，可以有效降低通信設(shè)備對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，增強(qiáng)設(shè)備對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，將網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展范圍大大延伸，使得網(wǎng)絡(luò)部署更加方便。這是通信領(lǐng)域節(jié)能減排的一個(gè)重點(diǎn)突破口。

［1］吳文濤.新能源在移動(dòng)通信基站中的應(yīng)用研究［J］.凱里學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，12（6）.

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