天然气发电机在通信基站的应用

王 鹏

（中国移动通信集团设计院 河北分院，河北 石家庄050021）

目前，通信基站的后备电源保障主要靠小型风冷式柴油发电机，其主要燃料为柴油。柴油的使用有诸多的不便之处，比如质量大、噪声大、启动困难等。噪声以低频噪声为主，穿透力强。发动机长时间运行，温度和压力都较高，汽缸内会产生较多的烟灰和积碳，发动机油也容易氧化产生胶质，维护工作量大，且需要经常维护。尾气中含有大量的CO、煤烟和氮氧化合物，并且排放物的颗粒较大，所以很容易产生“黑烟”。

天然气发电机相比较来说，能够克服柴油发电机的很多缺点，比如静音减噪好，燃气燃烧干净，杂质少；动力均匀、温和，机件寿命较长，尾气不会在设备和机房内形成油污积累，是公认的绿色能源。燃料本身就是气体，燃烧前无需汽化，不会附着在燃烧室与火花塞上，无积碳，更不会污染润滑油，减少了日常维护、保养费用。因此，天然气发电机在通信基站的应用前景广阔。

1 天然气发电机的工作原理

天然气发电机组系统以汽油发电机组为原形，由专用的燃气通道输入到发动机气缸，从而使发动机做功带动发电机进行发电。

天然气发电系统固定安装于移动通信基站内，利用燃气发电，根据对市电有无或是否缺相等的智能判断自动对基站设备进行三相供电。整个系统通过进风口、排风口形成一个相对的密闭自循环系统，对基站内的空气和温度没有影响。

2 天然气发电机的系统组成

系统主要由燃气发电机主机、自动控制系统、静音减振系统和燃气系统组成。

2.1 燃气发电主机

燃气发电主机的工作原理同汽油发电机，经过可靠性能改造和提高，仅仅是燃料由汽油变为天然气，利用了成熟稳定的内燃机技术。经过发电机输出稳定可靠的交流电，电压（频率）的稳态调整率、波动率，不对称负载下线电压偏差，线电压波形正弦畸变率，瞬态电压（频率）调整率及稳定时间均满足国标要求。

2.2 自动控制系统

具备自动控制系统，能够实时监控机组的工作状态，真正的实现机房的无人值守。

自动化监控系统除与箱体内的可燃气体传感器配合外，还可和装设于室内的可燃气体传感器配合，传送告警到自动控制箱，并进而切断燃气管路，闭锁机组运行，确保机房整体的安全；同时自动化监控系统配合箱体内的温度传感器和机油油位传感器，密切检测机组运行的状态；当温度超过安全设定值时，直接停止机组运行、实行闭锁，并切断燃气管路。可通过RS232接口接受移动运维管理中心管理，集中监控各基站机组运行状态，包括：电压、电流、频率、温度、燃气、油位等信号和告警信息，并可由中心根据需要直接远程控制机组启停。

自动控制系统可实现如下安全保护功能：过压保护、欠压保护、过载保护、频率保护、燃气泄漏保护、机箱温度保护、机油油位低保护和冷却水温度保护。

2.3 静音减振系统

静音减振系统包含静音减振机箱和进出风消音器，采用静音系统大大降低了发动机的机械噪声，配合静音减振机箱和大型风道消音器，满足高静音需求。在采用增强型配置时噪声最低可达到45dB以下，满足各种环境使用的要求。

2.4 燃气系统

燃气系统主要由燃气储存罐和燃气控制组件组成，近年来成熟的燃气钢瓶存储技术为天然气发电机的推广创造了基本的条件，目前关于燃气钢瓶使用应符合国家安全标准要求。

2.5 天然气发电机的使用模型

天然气发电机以固定安装方式在通信基站使用，发电机输出交流电和现有基站交流输入配电箱进行连接。在市电停电的情况下，优先电池供电，待电池放电到一定程度（通过电压检测），天然气发电设备自动启动进行发电，启动后发电机可以带载基站内所有的用电设备。

天然气发电机自身的自动控制系统具备RS232智能输出接口，可直接接入完善成熟的监控网络。监控中心可以读取天然气发电机的各种运行数据和状态，例如：电压、电流、频率、温度、燃气、油位等信号和告警信息等。

天然气发电机是固定安装在基站内的，可以考虑应用在以下几种场合：

a.便携式柴油发电机无法进入发电的区域。

b.对于便携式柴油发电机的噪声比较敏感的地区。

c.距离发电保障中心较远的基站。

d.年停电次数较多，且单次停电时间较长的基站。

e.地理位置比较重要，经常举行重大活动而封路的基站。

3 天然气发电机组的使用成本分析

以10kW发电机为例，分析天然气发电机和普通柴油发电机的使用成本。10kW普通柴油发电机的购买成本为2.4万元，初始成本较低，但是后期的维护成本和使用成本较高。每次停电均需要人工去现场发电，发电的费用是工人费和发电费用的总计，即便是仅仅发10分钟的电也需要支付人工费用。而天然气发电机仅仅在燃气耗尽的情况下，由人工更换气罐，由于换气间隔时间较长可以大大减少人工费用，表1、表2为在三类和四类市电下对两种发电方式进行比较。

表1 三类市电模式下的成本分析（发电及运维费用）

表2 发电运维费用投入比较（五年收回投资）

年度发电总天数为29天的情况下，可以在5年内回收投资。

以上的停电次数和时间是在固定的模式下进行计算的，如果每月的停电次数大于上表的假设次数，而停电时长不变，成本回收期还会大大缩短。

天然气发电机为环保型发电机，上述成本回收为使用单位的实际支出成本，但是随着节能减排的观念进一步深入人心，天然气对于大气较少的污染而产生的社会价值是不可估量的。表3为污染物排放比较。

由于废气治理而产生的社会成本无法计算，所以污染物排放部分作为参考。

表3 污染物排放比较

4 结 论

天然气发电机的使用从成本方面分析仅仅是一个方面，由于其发电是无人值守状态，在某些特定的状况下，无人发电显得尤其必要，比如出现山体滑坡，人员无法进入时；一个区域大范围停电需要大量发电机，而人员不足时。所以在一些重要的基站，比如旅游线路、国家干线传输基站型节点、对噪声敏感地区等，安装天然气发电机应该为一个备选方案。

随着天然气发电机的推广，其价格必然进一步下降，成本回收期会大大缩短。

［1］钱伯章.石油和天然气技术与应用［M］.北京：科学出版社，2010.

［2］糜洪元，张继平.天然气发电技术特点和应用前景［C］.中国电机工程学会论文集，2008.