光伏发电用于建设“零碳”站点的探讨

孙文瑞，朱 海，荣细长，郭云峥，马腾霄

（1.中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司，广东 广州 510000；2.中国移动通信集团广东有限公司云浮分公司，广东 云浮 527300；3.中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100000）

0 引 言

信息通信行业是传统用能大户，根据统计，信息通信行业消耗的能源95%以上是电能消耗，如何尽快实现“碳达峰”和“碳中和”是信息通信行业必须深入研究和实践探索的问题。自2021年上半年起，各行业、各央企陆续发布了自己的“碳达峰”行动路线，各通信运营商也公布了对应的方案。根据公开数据，各运营商发布的年度总用电量中，通信基站的用电量占比超过70%，对通信基站“低碳”甚至“零碳”运行的探索研究具有十分重要的意义。

1 建设方案

为了积极响应上级号召，顺应信息通信行业节能降碳发展，笔者配合某运营商在广东省云浮市共同研究、建设了一处“零碳”基站，相关探索也取得了一定的成果。

广东云浮市新兴县水源山海拔高度1 137 m，为云浮市新兴县境内的最高山。因山上安装了几十台兆瓦级的风力发电风车，也被当地人称为风车山。水源山山高林密，空气中负离子含量较高，是“天然氧吧”，每月均有大量游客前往登山。由于其位置偏僻、取电困难，且通信运营商均没有做较高海拔区域的信号覆盖，因此登山人员一旦发生险情，将无法及时获得救援。

为了满足信号覆盖需求，某运营商与水源山管委会积极沟通后确定在水源山顶峰附近新建一处通信基站，以解决较高海拔区域的信号覆盖盲区问题。由于站点安装于海拔1 100 m的山顶，考虑到傍晚游客下山后较高海拔区域已无信号覆盖需求，因此建站方案可以考虑在晚间下电一部分通信设备，以降低引入的供电容量，减轻电源系统的备电压力。此外，站点的运维也应采用智能运维手段，以减少不必要的上站巡检。

由于站点位于山顶附近，无论是采用传统市电供电方式还是采用固定发电机组发电供电方式，都存在投资造价较高、方案难以实施、运维和故障排查困难等问题，还可能造成林区的安全隐患，因此该基站的建设方案要考虑以下4个因素。一是能保证站点供电安全和稳定；二是要保证方案可实施；三是要保证投资造价可承受；四是要保证一定的智能运维功能，减少非必要上站。

1.1 用电需求

为了做好较高海拔区域的信号覆盖，在该通信基站规划部署一套4G网络无线设备，包含1台室内基带处理单元（Building Base band Unit，BBU）和3台遥控射频单元（Remote Radio Unit，RRU），无线设备实际运行功耗约1 100 W。与周边基站的信号传输采用微波方式，实现本站与5 km外的通信基站的传输连接，微波设备运行功耗约200 W。所有近端通信设备、电源设备、电池设备集中安装于1～2台室外机柜中，并按发热量和备电要求配置对应制冷量的直流型空调，空调运行功耗约400 W。站点用电设备统计如表1所示。

表1 站点用电设备统计

根据该基站的覆盖需求，按照能够保障每天06:00—20:00共14 h的供电开展方案设计，其余时间可以将无线设备下电。

1.2 方案设计

根据前述分析，该站点的供电方案需有别于传统供电方案。根据公开资料，广东省云浮市全年日照时长为1 800～2 000 h，取中间值为1 900 h。广东省云浮市新兴县水源山区域年均有效日照时长为1 135 h，对应日均日照时长约5.2 h，日均有效日照时长约3.1 h，属于太阳能资源丰富地区[1]。因此，站点的供电方案考虑采用太阳能光伏发电方式。

站点按照每天14 h进行供电保障方案设计，在每天的有效日照时间内，需要充分利用光伏发电系统既为站点通信设备和空调供电，同时也为站点电池组充电，在无有效日照的11 h内需要依靠站点电池组为通信设备和空调供电[2]。

结合云浮的太阳能资源情况和建设该基站需要考虑的因素，该站点的配套供电系统应具备以下功能。一是支持太阳能发电系统接入；二是备电电池支持大电流充电和高循环寿命；三是支持定时下电和分级下电功能；四是支持智能运维功能。

通过对各方案的对比讨论后，站点的供电方案确定采用具备能源多输入多输出（Multi Input Multi Output，MIMO）功能的智能电源方案。该方案满足太阳能和应急发电机组等多能源的接入，通信主设备、电源、电池组一体化集成，配置支持大电流充放电和高循环寿命的智能锂电池，支持智能运维功能，可以实现“一站一柜”建设等。采用智能MIMO电源建设方案，将光伏发电作为主用供电，经专用的太阳能接入模块进入智能MIMO电源为通信设备供电并为电池组充电，方案可实现站点供电完全由太阳能光伏发电系统保障的“零碳”建设[3]。智能MIMO电源供电系统框架如图1所示。

图1 智能MIMO电源供电系统框架

经过核算，站点配置600 Ah的智能锂电池即可满足各用电设备的需求。为了保证白天的有效日照时长能够得到充分利用，考虑到光伏系统在为主设备和空调供电的同时需要将电池组充满以及多云天气时的云层遮挡等问题，在配置太阳能光伏电池组件时需留有一定的冗余[4]。实际该方案在水源山山顶附近向阳面共安装了32块单板功率为500 Wp的光伏电池组件，光伏发电系统的总输出功率可达16 000 W。水源山“零碳”站点实景如图2所示。

图2 水源山“零碳”站点实景

2 项目效益

2.1 经济效益

根据表1统计的各设备用电量和站点设备的用电时长进行计算，则该站点每日需求的最少交流市电用量约为25 kW·h。引入市电、建设固定发电机组以及光伏发电系统等方案的成本及优缺点如表2所示。其中，建设固定发电机组的方案因环保和防火安全等问题很难实施；而采用引入市电方案直接投资近百万元，投资过大；采用光伏发电方案相对于引入市电可直接节省投资近70万元，光伏发电系统使用寿命长，但发电量容易受天气影响，需要配置大容量蓄电池组。

表2 各供电方案对比

按日均有效日照时长3.1 h、光伏系统常态发电功率取峰值功率的85%计算，每天最多可生产的电能为42.3 kW·h，超出站点用电设备所需的25 kW·h。在该站点规划之初，已经预留了两个室外标准一体化机柜的安装位置。该站点建成投产后，如果实际需要保障的网络信号时长还需要增加，则可以再单独增加电池容量，现有的光伏发电系统容量还能满足新增200 Ah或300 Ah智能锂电池组的充电功率需求，可以保障该站点每日实际运行时长达到20 h以上。根据站点所在地区的天气预报情况，当预计会出现连续阴雨天气时，可以通过智能运维手段设置定时上下电或通过后台远程上下电，控制站点仅实现白天部分时段（09:00—16:00）的信号覆盖保障，以确保站点配置的蓄电池组可以满足连续2～3天阴雨天气时的设备供电，最大限度地保障上山人员的通信[5]。

该站点自2021年12月中旬开始规划讨论，至2022年1月27日完成光伏发电系统和电源配套建设，2月15日完成全站通信设备调测入网，开始提供无线网络服务。根据后台监控数据统计，站点在2022年3月份记录的最大日发电量为32 kW·h，2022年3月整月累计发电量约826 kW·h。按云浮当地白天电价1.04 元/（kW·h）计算，光伏发电系统3月份生产的电能对应电费约859元，年发电量对应电费超10 000元，每年减少碳排放约9.6 t。

2.2 社会效益

自该站点开始提供无线网络服务以来，实现了较高海拔山区区域的通信网络信号覆盖，及时响应人们的迫切需求，体现了通信运营商积极承担社会责任的担当，同时也为当地的云浮抽水蓄能电站项目的开工提前做好了信号覆盖。通过该“零碳”站点的部署，体现了运营商实现盲点网络覆盖的社会价值。该站点作为粤西片区第一个采用纯光伏发电的“零碳”站点，是运营商在通信站点层面进行节能降碳的一次积极探索和尝试，站点建成后为通信基站进行节能降碳树立了很好的榜样，也为广东省信息通信行业大规模开展通信基站的节能降碳提供了参考。

3 结 论

该站点采用光伏发电+智能电源的建设方案，方案集成化程度高，实现了站点的“一站一柜”极简建设、绿色用能以及智能运维。如果能在各运营商存量站点中结合场地资源情况，按照“应用尽用”和“即发即用”原则规模化开展站点叠加光伏发电系统建设，可以显著提升信息通信行业绿色能源的应用比例，降低信息通信行业的碳排放，助力国家早日实现“碳达峰”和“碳中和”。