全球移動通訊技術(shù)，幾乎一直延續(xù)著10年一代的革新頻率，而每一次代際的演進，都能夠極大推動各行各業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級與經(jīng)濟社會發(fā)展。可以說，我們的工作效率與生活質(zhì)量，很大程度上取決于所處的移動通訊時代。

 

2019年6月6日，工信部向四大運營商頒發(fā)5G商用牌照，中國正式進入5G商用元年。5G 是第五代移動通訊技術(shù)的簡稱，是以“高速率、低時延和大連接”為特征的新一代寬帶移動通訊技術(shù)，是實現(xiàn)人機物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

 

 

作為新一代移動通訊技術(shù)，5G的優(yōu)勢顯而易見，但它也對其移動基站的建設(shè)，提出了幾項挑戰(zhàn)。

 

一是能耗高。一座5G基站的功耗為3kW- 4kW，是同配置4G的300%至350%。5G基站作為信息基礎(chǔ)設(shè)施核心，2025年用電量預(yù)計較2020年將增長1100億千瓦時。

 

二是密度大。5G由于頻點太高、信號穿透力差，基站的覆蓋半徑一般約為100-300米，為達到相同的覆蓋區(qū)域，5G基站數(shù)量會是4G的2倍以上。

 

三是維護成本高。為了網(wǎng)絡(luò)的高覆蓋，大量5G基站建在野外高山、民房制高點、高溫高濕區(qū)，不僅交流供電難度大，還導致雷擊機率升高、高溫高濕致使設(shè)備運行穩(wěn)定性及壽命降低、故障率升高。一旦出現(xiàn)問題，不僅人工干預(yù)維修及恢復(fù)的直接成本高，而且如未能及時發(fā)現(xiàn)而‘倒站’所帶來的客戶影響及間接損失也很大。

 

雖然難度較高，但由于密度高、數(shù)量大，5G基站的市場容量更大，具有較大發(fā)展空間。據(jù)工信部發(fā)布的《2020年通信業(yè)統(tǒng)計公報》顯示，2020年，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)穩(wěn)步推進，按照適度超前原則，新建5G基站超60萬個，全部已開通5G基站超過71.8萬個。

 

目前，我國距離2026年完成建設(shè)600萬座的目標還相差528.2萬座，每年需新增開通90萬座左右。5G基站的建設(shè)作為新基建的重要組成部分之一，未來幾年都將實現(xiàn)快速發(fā)展。而實現(xiàn) 5G基站的快速發(fā)展，供電模式靈活、高可靠性的一體化解決方案成為關(guān)鍵。

 

 

可再生能源的快速發(fā)展為移動基站的靈活供電提供了新選擇。但是，由于可再生能源發(fā)電的間歇性，并不能完全滿足基站對穩(wěn)定可靠的供電需求。可再生能源發(fā)電配置一定的儲能設(shè)備，解決了一部分可靠性的問題。

 

隨著5G甚至6G技術(shù)的成熟與發(fā)展，以及移動用戶數(shù)據(jù)需求量的增加，基站的用電功耗也越來越大，這就需要更先進、整合能力更強的解決方案，保障基站用電的可靠性。

 

金風科技依托多年分布式能源運營經(jīng)驗，研發(fā)的風光儲（氫）一體化運營模式，在技術(shù)層面體現(xiàn)了能源與信息的深度融合，具有更好地風光儲氫一體化運行控制能力和負荷適應(yīng)性，能夠更好地為基站提供服務(wù)。尤其是采用儲能與氫能進行雙重保證，提高了基站供電的可靠性。

 

金風科技低碳能源設(shè)計研究院創(chuàng)新研究部主任高超表示，根據(jù)應(yīng)用場景不同，風光儲（氫）混合能源基站一體化解決方案的供電系統(tǒng)包括太陽能風能發(fā)電、蓄電池儲能、氫燃料電池發(fā)電和智能控制等系統(tǒng)。風機、光伏板、電解槽、鋰電池、燃料電池和負荷一同連接到直流總線上，電解槽生成的氫氣儲存在儲氫罐 / 固態(tài)儲氫裝置中，燃料電池則利用儲氫裝置中的氫氣在必要時輸出電能。整體系統(tǒng)通過風、光作為一次能源，為基站運行提供電力供應(yīng)，利用鋰電池和燃料電池在風電光伏出力不足時保持供電，而在風光出力有余量時，進行充電和制氫。

 

 

↑通訊基站風光儲氫通訊系統(tǒng)

 

 

雖然風光儲（氫）混合能源基站一體化解決方案的原理看上去并不復(fù)雜，但若想使多種不同的能源一起高效發(fā)揮作用，必須對其技術(shù)逐個攻破。

 

以太陽能板的排布為例，為使其盡可能持續(xù)且穩(wěn)定的發(fā)電，“確定最佳傾角應(yīng)通過分別計算太陽光伏板處于不同傾角時的發(fā)電量并對其進行比較，通過科學的計算，最終使各月接收到的日照強度盡量均勻，以適合系統(tǒng)常年運行的需要。”高超說。

 

值得一提的是，發(fā)電系統(tǒng)裝機和儲能設(shè)備容量的最優(yōu)化匹配也十分重要。“系統(tǒng)中，燃料電池、儲能設(shè)備建設(shè)成本最高，而柴油發(fā)電成本最高” 高超解釋，“如果儲能設(shè)備容量太小，不能滿足特殊情況用電需求，用電成本較高；如果儲能設(shè)備容量過大，建設(shè)成本較高。同時要考慮燃料補充，運輸?shù)纫蛩亍?rdquo;

 

此外，金風科技風光儲（氫）混合能源基站一體化解決方案還采用了模塊化設(shè)計，集裝箱式安裝，在工廠內(nèi)將盡可能多的完成設(shè)備安裝，有效提高現(xiàn)場施工的效率，降低單位系統(tǒng)成本，提高市場化與規(guī)模化水平，保證安裝質(zhì)量。

 

目前，5G基站負載最大功率為10kW，考慮離網(wǎng)備用工作時間24小時，需要為基站統(tǒng)一提供負48VDC輸出，在系統(tǒng)中增加一套轉(zhuǎn)換效率85%的穩(wěn)壓電源，那么可實現(xiàn)平均用電負荷為6-7kW，考慮冗余，5G基站實際負荷需求為 7kW，每日發(fā)電量約為 197.65kWh。

 

為此，金風科技技術(shù)人員對配置有1kW風機、49kW光伏、30kW/100kWh 鋰電池、1kW 電解槽、10Nm3 儲氫裝置、1kW 燃料電池及控制系統(tǒng)的風光儲（氫）混合能源基站一體化解決方案進行了測試，結(jié)果顯示光伏為主要出力電源，風電次之，而燃料電池出力機會較少，但全年仍有出力35.5kWh。在測試過程中，金風科技也對該方案的規(guī)劃投資經(jīng)評指標進行了論證。

 

“一個有較大市場價值的解決方案，不僅在技術(shù)上需要足夠成熟，在整體經(jīng)濟性上，也需具有一定競爭力。”高超提到：“該方案在整體效率與可靠性大幅提高的基礎(chǔ)上，與傳統(tǒng)方案相比經(jīng)濟性相當。”這足夠使金風科技風光儲（氫）混合能源基站一體化解決方案，成為5G基站，乃至未來新一代基站解決方案的有力角逐者。