麻玉芝 孙广新
中国移动通信集团内蒙古有限公司
中国移动通信集团内蒙古有限公司
摘要： 巴彦淖尔牧区通信基站站点偏远，负荷小，采用风光互补发电系统供电，投资低，运行费用小，对节约常规能源、减少环境污染具有十分重要的作用，具有推广意义。
关键词：通信基站 风光互补 节能
1 工程背景
根据工业和信息化部及财政部的安排，2018年内蒙古自治区实施电信普遍服务试点工作，重点面向无4G基站的偏远行政村、重点边疆和海岛，提高4G网络覆盖，为脱贫攻坚和乡村振兴等提供重要基础支撑。内蒙古自治区积极申报， 9个盟市共计600多个行政村及3个边境站点纳入了2018年电信普遍服务试点范围，本批试点完工后，行政村4G网络覆盖率可达到98%[1]。中国移动通信集团内蒙古有限公司中标9个盟市共435个行政村的2018年电信普遍服务试点项目。
巴彦淖尔共有5个通信基站处于牧区，而巴彦淖尔牧区辽阔、牧民分散，但是这些通信基站负荷比较小，若采用市电引接供电，架设输电线路代价很大，造成能源浪费。同时，能源问题一直受到社会的广泛关注，而风能、太阳能作为清洁的可再生能源，对解决资源浪费起到了很大的作用。但是，风能和太阳能季节性明显，一般来说，白天阳光比较充足的时候风力较弱，晚间太阳能减弱时风力反而增强。因此，不论单独采用风力发电或者太阳能发电都具有很强的局限性，将两种能源合并，形成风光互补发电系统，用来提供更加稳定可靠的电能，且风光互补发电系统输出电能更加稳定[2]。牧区通信基站采用风光互补发电系统供电，可以自给自足，解决输电线路问题。
巴彦淖尔地区光照充足，光能资源丰富，年平均日照时数为3110～3300小时之间，是中国光能资源最丰富的地区之一。巴彦淖尔风能资源丰富，地处西风带，风速较大，风期较长，年平均风速2.5～3.4米/秒，年最大风速18～40米/秒[3]。
2 工程案例
2.1 案例基本情况
巴彦淖尔风光互补通信基站供电共涉及5个牧区站点，最近的供电站距离基站有15公里。
5个站点平均负载约为1200W，包括1个BBU（240W）、3个RRU（270W）以及基站配套传输和监控设备（150W）。故新建站点按照负载1200W为设计风光互补配置方案。直流负载按每天工作时间24小时，则负载每天用电量为1200（w）*24(h)=28.8(Kwh)，即28.8度电。考虑冗余量，负载用电量应为：28.8度*冗余系数1.3= 37度。
直流工作电压：－48V；蓄电池蓄电时间：按可供3天无风、无太阳能计算。
2.2 风光互补型配置（太阳能光板+风力发电机）
2.2.1 太阳能光板配置
太阳能组件实际需要容量的计算公式为：光板容量* 3.8（年平均有效日照时间）=日发电量
光板容量*3.8=37度 因此可计算光板容量= (37/3.8)*1000=9700WP；
根据太阳能光板尺寸及容量，选择采用300WP光板，则需要的光板数量计算公式应为：9700WP/300W=32.33块,取整为32块*300wp=9600wp。
故每个基站采用32块300wp的太阳能光板。
2.2.2风力发电机配置
考虑到巴彦淖尔气候环境及风力发电机的工作特性，每个站点配置一台2kw风力发电机作为风光互补供电系统的有效补充，在阴雨天等无光照天气与太阳能光板互为补充，为基站用电设备提供平稳安全的电源保障。
2.2.3 蓄电池配置
根据公司集采结果，蓄电池采用48V,50AH磷酸铁锂蓄电池。
蓄电池后备时间按3天考虑，即72小时无光无风计算。
因每个通信基站的负载为1200W,蓄电池的电压为48V,则蓄电池的容量应为 1200W/48V=25A*24小时=600AH,考虑放电深度系数为0.7，则计算公式应为：600AH/0.7=857AH。蓄电池至少应配置800AH。
2.3 站点配置明细
站点配置明细表
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2.4 太阳能光板安装地点
根据巴彦淖尔地区的经纬度及日照情况（地理坐标为东经105°12′——109°53′,北纬40°13′——42°28′，年平均日照时数为3110-3300小时之间），太阳能光板安装地点选择应符合以下要求：
太阳能光板安装方向角为正南偏西5°；
太阳能光板与地面夹角为45°—55°；
太阳能光板周围应无遮挡物，以免遮挡物造成阴影影响光板发电效率。
光板行列件应预留5cm左右的间隙，减少风阻，避免大风对太阳能光板支架组件的稳定性影响。
结合本项目配置情况，本次每站点32块光板按照八列四行的方式安装。
2.5 风机安装地点
风机的安装地点应该具有两个最基本的要求:较高的平均风速和较弱的紊流。
风的能量与风速的三次方成正比，平均风速越高，风机的发电功率和电量越大。如果风机的安装地点紊流严重，不但影响风机正常发电，并且会减少风机运行寿命。而树木及建筑物是造成紊流的主要因素，气流在这些障碍物四周会形成一个紊乱气流区域，因此，应该避免将风机装在有树木及建筑物密集的区域内，以减少紊流对风机的影响。
选择风机的安装地点的基本原则为：选择在风速高的区域。当下风向有较高障碍物时，障碍物距离越远对风速的影响越小。
当在高度为H的障碍物附近安装风机时，安装位置至少在障碍物前2H或者障碍物后20H距离外。
案例图片
3 能效分析及经济性评价
巴彦淖尔5处通信基站于2019年8月完工并投入使用，截止目前已运行一年半时间，平稳、安全、可靠、节能。截止目前，事故率为0。
3.1 风光互补供电节能率
太阳能和风能均为清洁的可再生新能源。安全，干净，既不会威胁到人类又不会破坏环境。风光互补基站采用直流发电系统直接给设备供电，省去了交直流转换的过程，提高了能源利用率。
按照单个通信基站功耗为1200W计算，因为采用了风光互补供电技术而减少的电力投入就为1200W，即节能率为100%；相当于单个基站每天节约28.8度电（1200W×24h=28.8KWh），则单个基站全年节约28.8*365=10512度电。
巴彦淖尔牧区采用风光互补供电的5个基站全年节约用电10512*5=52560度电。
3.2经济性评价
风光互补发发电系统投资费用及运行维护费用对风光互补发电系统的推广应用和发展有直接的影响。因此，对风光互补发电系统的经济性分析可以从以下两个方面进行，一是建设费用，二是运行费用。
3.2.1建设费用对比
通过市电引入的方式解决基站供电实现信号覆盖的问题，需要投入大量的投资，平均每公里需投入5～15万元[4] 。因此，采用风光互补发现系统供电的通信基站与传统采用市电引接方式供电比较，就巴彦淖尔牧区来说，距离市电引接最近基站为20公里，市电引接采用杆路方式，单个通信基站最少可节约投资65万元。
建设费用对比表
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3.2.2运行费用对比
单个风光互补基站每年可节约电能10512KWh，年运行费用可节约10152Kwh*0.633元/ Kwh =6426元。据统计，每节约1度电，相当于节约0.5Kg煤的能耗和4L水，同时还减少了1Kg二氧化碳和0.03Kg二氧化硫的排放量[5]。如此计算，单个风光互补基站每年可节约5256Kg标准煤。
单个基站运行费用对比表（电费按0.633元/ Kwh）
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从建设费用对比表及运行费用对比表可以看出，风光互补供电系统建设费用比传统市电引接供电建设费用少，实际节约成本根据基站与供电站的距离不等而节约费用不等；运行费用则节能率为100%。
4 结语
由于太阳能和风能具有间歇性和不稳定性的特点，要求风光互补发电系统具有相对高的标准，那么在运用风光互补时，特别需要注意适用地区的资源分布情况，包括太阳能分布、风能情况以及负载用电需求。分析计算表明，在巴彦淖尔牧区，风光互补供电系统与传统市电供电系统相比，节约了建设成本，节约了运行电费；平稳、安全、可靠运行一年之后表明，风光互补供电适用于巴彦淖尔牧区通信基站供电。巴彦淖尔太阳能资源较为丰富，这给当地充分、合理地利用太阳能、风能代替常规能源带来可能性，同时也对环境无公害，符合国家的方针政策，响应了巴彦淖尔市十三五坚持清洁火电和风电等新能源并举的规划：做清洁能源输出基地，依托丰富的风、光资源，坚持清洁火电和风电、太阳能发电、生物质能等新能源并举[6]。风光互补供电在巴彦淖尔的推广应用，对于节约常规能源、减少环境污染具有十分重要的现实意义。
参考文献
[1]http://www.miit.gov.cn/n1146290/n1146402/n1146450/c6439423/content.html
[2] 孟显娇 崔昊 《风光互补发电系统的研究》 财富时代，2019年
[3]http://www.bynr.gov.cn/sqgk/
[4]孟奇 《风光互补独立供电系统在通信基站中的应用》 技术与方法，2012年
[5] 马也骋，程超 《风光互补发电系统在通信基站的使用及其效果分析》 通信电源技术，2013年
[6]http://fgw.bynr.gov.cn/sites/fgw/wz_detail.jsp?KeyID=20160815093102622531426&ColumnID=16