中國移動江蘇公司宿遷分公司 | 成勇

中國移動已建成1500個超級基站氫燃料電池構筑超級應急通信網絡

中國移動江蘇公司宿遷分公司 | 成勇

為抗災而生的超級站已經發(fā)展多年，業(yè)界在其電池續(xù)航以及功能提升方面做了進一步改進，這或將顛覆通信傳統后備供電構架。

近年來世界范圍的地震、臺風、洪澇等各種地質氣象災害頻發(fā)。因供電中斷、光纜受損，通信失聯，極大影響抗災救險工作。中國移動集團在“5.12”大地震后首先提出建設一批可以對抗地震、水災、臺風、冰雪等地質氣象災害的特殊通信基站——超級基站。

目前，中國移動已經在全國部署建設了超過1500個抗災超級基站，分布在全國各地（江蘇約30多個）。超級基站作為中國移動在抗災減災、保障通信方面的有益探索正發(fā)揮積極的作用。據了解，超級基站的設計目的是“地震震不倒、洪水淹不著，臺風吹不垮、冰雪凍不壞”。

但是，超級基站依然受到供電續(xù)航能力的限制，引入綠色環(huán)保、節(jié)能減排、超長時間供電的新一代清潔能源氫（甲醇）燃料電池作為通信網絡的后備/應急電源，被認為是可行方式。中國移動江蘇公司宿遷分公司(宿遷移動)對此進行了試點，效果顯著。

與此同時，甲醇燃料電池裝備超級基站應用，雖然提升應急保障躍上新的臺階，但只能維持百人以內的緊急通話，而創(chuàng)新“超級應急通信網絡”的思路和預案，將原單一超級基站功能和容量將擴大至成千上萬倍。

超級基站供電能力存上升空間

當緊急狀態(tài)發(fā)生時，如地面超級基站傳輸與核心交換機房鏈路中斷時，傳輸可自動切換到衛(wèi)星鏈接2M通道，并支持本地交換、無線Abis傳輸、擁塞觸發(fā)HLR、接入等級控制等功能，可以維持該超級站覆蓋區(qū)域內指定授權手機間相互通話及并與外界通信。如果地區(qū)核心機房也遇故障或破壞，依然可以通過北京衛(wèi)通站進行聯絡，最后還有直接衛(wèi)星電話。

但這一切必須在有電的基礎上。超級基站其他抗災優(yōu)勢是：按照10級防震需求框架設計，抗震好；二層機房設備高于地面4米，防洪澇；大容量蓄電池+固定柴油發(fā)電機后備電源系統，配置高；供電續(xù)航能力基本滿足對抗自然災害的初期要求（其傳輸構架如圖1所示）。

因此，如果災難期間超級基站外部供電線路因災受損中斷，依賴大容量蓄電池為通信、傳輸和衛(wèi)星設備只能提供約20小時左右的電源，如外電難以短期恢復，則需要通信維護人員趕赴現場啟動小型燃油發(fā)電機連續(xù)發(fā)電，否則該站將停止運行。如果此時通信設備或傳輸光纜受損故障，通信部門可以立即組織搶修恢復，但供電故障只能等待供電部門解決。

圖1 宿遷地區(qū)超級基站基本網絡鏈接圖

宿遷移動試點甲醇燃料電池

江蘇省宿遷市位于我國四大地震活躍帶，又地處古黃河流域平原地勢，歷史上多曾遭遇洪澇。因此，宿遷移動建設了三座上述超級基站，于2013年8月在市區(qū)內的兩座配備了當今世界較先進成熟的新能源氫燃料電池（實為甲醇燃料電池）。

經過一年多測試和試運行，驗證了其一次性可維持約40~70小時連續(xù)供電等諸多優(yōu)越特性。如遇緊急狀態(tài)，外部供電難以短期恢復，兩天后只需維護人員趕到現場添加事先存放的燃料，供電將持續(xù)10天以上，無需人工值守則能保障該站按需運行，超級基站將發(fā)揮更大的作用。試驗期內又進行了連續(xù)1000小時不間斷發(fā)電的壓力測試，達到預期效果。

同時還對氫燃料電池在通信網絡各類型站點應用開展一系列有益的探索和嘗試，在替代鉛酸蓄電池和燃油發(fā)電機實現環(huán)保減排，在提升基站環(huán)境溫度減少空調運行節(jié)省電能，以及各類重要基站、湖心島站、傳輸匯接和寬帶接入節(jié)點等多個特殊場景供電保障等方面的應用，均取得良好的效果，并在提供優(yōu)質通信服務的基礎上為企業(yè)在帶來較高的經濟效益和社會效益。

通過實踐，新能源氫燃料電池推廣應用，將“顛覆通信傳統后備供電構架”和“變革通信行業(yè)能源消費結構”。

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甲醇較其他燃料更“純潔”

新能源氫燃料電池，其概念早在100多年前就由蘇格蘭人威廉姆.格羅夫（Willian R .Grove）提出，實際少量應用已始于20世紀后50年代的航天、軍事等軍工科技和高端工程科技領域。

到21世紀初至今的10多年里，歐美發(fā)達國家氫燃料電池開始涉足交通電動汽車動力源和通信設備后備電源，作為新能源開發(fā)利用替代已經普遍使用的燃油發(fā)動機、發(fā)電機和各類重金屬類蓄電池。尤其近幾年，國內相關機構也已高度關注并著手研發(fā)各類試驗樣機進行演示。

所有燃料（包括汽油、柴油、天然氣、甲醇（CH3OH）、乙醇、甲烷等）都可用于氫燃料電池，緣由它們都含有“氫”這個能夠產生能量的元素，類型所分，取決于如何從不同燃料中提取“氫氣”的方法、技術和裝備等。

相比之下，甲醇較其他燃料更“純潔”些。甲醇作為是氫的載體、一種清潔的氫燃料，常態(tài)液體，無需壓力罐裝，專業(yè)防腐料桶裝避免雜質污染，在運輸、存儲和添加過程中，比瓶裝純氫氣相對安全，因此，甲醇燃料電池更適合通信領域作為局房基站的后備/應急電源。

圖2 超級基站衛(wèi)星天線、大容量蓄電池和固定柴油發(fā)電機后備供電配置

圖3 超級應急通信網絡預案構架

通信氫燃料電池前景廣闊

專業(yè)通信用氫燃料電池，十多年前始于歐美發(fā)達國家作為清潔新能源利用而研發(fā)，但其因核能利用較普及、供電設施完善停電故障較少發(fā)生、以及通信服務規(guī)范不盡嚴格等因素，因而應用燃料電池產品較少，市場潛力較小。使用較多的是在相對欠發(fā)達的南非、南美、東南亞等缺電的國家，均有幾千套不同型號設備運行在各類通信網絡，但價格較貴，市場承受力低。

我國跟蹤研究燃料電池已有多年，但進展相對緩慢，尤其通信行業(yè)。只近幾年，國家相關部委、國內諸多科研機構、汽車制造企業(yè)、以及部分海歸創(chuàng)業(yè)團隊，已意識到氫燃料電池將會帶動節(jié)能減排、綠色環(huán)保、新能源發(fā)展等國家大戰(zhàn)略，紛紛投入資金和力量，引入概念吸收技術，已經研發(fā)3～5年，但目前仍處于起點較低的階段。

國家標準化委員會已出臺《通信局用氫燃料電池供電系統》（國標征求意見稿），財政部、科技部、工信部等已發(fā)布針對燃料電池在電動汽車應用的補貼政策，但扶持通信行業(yè)應用政策還是空白。國外先進成熟的燃料電池已在中國通信行業(yè)門口徘徊了5年以上，進展甚微。

其主要因素就是目前該產品研發(fā)投入未得到市場應用的回報，初期價格較高，單個應用難以接受，與低廉的蓄電池和發(fā)電機不可抗衡。但是氫燃料電池替代傳統鉛酸蓄電池與柴油發(fā)動機合并后備電源，實現綠色環(huán)保、節(jié)能減排是電源應用的革命、能源利用的跨越。

作為電源基礎設備，氫燃料電池裝備到國內所有通信基站、機房、醫(yī)院、銀行、交通、乃至軍用，都將發(fā)揮巨大的作用，因而政治意義重大，社會效益顯著，經濟效益不可估量。

通信領域是使用鉛酸蓄電池和燃油發(fā)電機最集中、量最大的行業(yè)，故率先推廣應用氫燃料電池、助力該技術國內快速發(fā)展，進而推動綠色新能源開發(fā)利用的國家戰(zhàn)略落地，責無旁貸！

超級應急通信網絡應運而生

由于近幾年國內東南沿海多省經常遭受臺風、暴雨等災害襲擊，云南等地頻發(fā)地震，都造成大面積供電中斷和光纜阻斷，大部分通信基站陷于停電退服，當地組織救援工作相當困難。加之多日不退洪水，震后道路破壞嚴重，供電一時難以修復，延緩并迫使各通信運營商出動大批人力、調集大量柴油發(fā)電機趟水或克服種種困難運至各通信基站搶，給搶修人員連續(xù)職守不間斷地發(fā)電、以及油料補給，都帶來極大的困難和危險。

超級基站雖配置了大容量蓄電池，一般只能維持一天，普通基站電池最多支撐2～3小時，難以為整個社會組織救災提供連續(xù)的有效的通信保障。甲醇燃料電池裝備超級基站應用，雖然提升應急保障躍上新的臺階，但只能維持百人以內的緊急通話，而創(chuàng)新“超級應急通信網絡”的思路和預案，將原單一超級基站功能和容量將擴大至成千上萬倍。

預案是預先指定一個抗8級地震超級基站、選擇若干區(qū)域中心重要基站和傳輸節(jié)點為基礎網元，完備其光纜雙路由備份和環(huán)路保護，至區(qū)域核心機房形成硬連接的特殊網絡（呈虛擬狀態(tài)），各指定網元站點作抗震防洪土建加固改造，并裝備甲醇燃料電池（取代原有的鉛酸蓄電池和固定燃油發(fā)電機），只利用一套衛(wèi)星傳輸通道和直接衛(wèi)星電話，即可構建成一個區(qū)域的、超強續(xù)航能力的、平戰(zhàn)結合的“超級應急通信網絡”。

平時，該應急通信網絡與大網并存互通承載正常通信業(yè)務，燃料電池待機作為基站常規(guī)后備電源使用。緊急狀態(tài)（即各種地質氣象災難突發(fā)，造成大面積停電、大多數基站退服）時，各網元燃料電池自動啟動發(fā)電，至少能夠支撐該應急通信網及設備連續(xù)運行兩天以上，能夠為覆蓋區(qū)域內成千上萬個移動手機提供相互通信和與外部聯絡的緊急服務。

超級應急通信網絡具備三大優(yōu)勢

相比之下,超級應急通信網絡具有三方面優(yōu)勢和效益。

一是甲醇燃料電池裝備的超級應急通信網絡，應對災難能力強，保障黃金救援時間通信，相比原單一超級基站覆蓋面積擴大100倍以上，通信容量擴大1000倍以上，通話從原100人擴大到幾萬人以上通信聯絡，政治意義重大；

二是甲醇燃料電池替代鉛酸蓄電池燃油發(fā)電機，減少鉛等重金屬污染和二氧化碳等次生物質排放5倍以上，推動清潔能源應用符合國家戰(zhàn)略，綠色環(huán)保，造福人類，社會效益巨大；

三是甲醇燃料電池穩(wěn)定高效，安全可靠，夯實通信基礎設施提升網絡運行質量，平時作后備電源待機，無能源消耗，節(jié)省空調用電，緊急狀態(tài)下供電時長由原來1~2天提升至10~20天提高10倍以上，保障通信服務社會，顯著提升企業(yè)效益和核心競爭力，如約履行社會責任。

總體而言，引入綠色環(huán)保、節(jié)能減排、超長時間供電的新一代清潔能源氫（甲醇）燃料電池作為通信網絡的后備/應急電源，以裝備衛(wèi)星傳輸設備的超級基站為中心，預選城域若干重要基站和傳輸節(jié)點為輔助，并加以抗震防洪設施改造，配置燃料電池取代大容量蓄電池，完善現行移動通信環(huán)網、雙路由傳輸保護，交換網管中心配以遠程監(jiān)控調度系統，可以構建“平戰(zhàn)”結合、超強續(xù)航能力的超級應急通信網絡。

平時在虛擬狀態(tài)，新型超級基站與所有基站一樣承載常規(guī)移動通信業(yè)務，安全高效、節(jié)能環(huán)保，顛覆了傳統落后低效能的蓄電池后備供電構架；緊急狀態(tài)（包括各種地質氣象災害、戰(zhàn)爭等突發(fā)事件）下，如供電、交通和局部通信光纜中斷，受多重保護的該網絡進入實戰(zhàn)狀態(tài)，能夠確保本地部分通信超長時連續(xù)運行，節(jié)點傳輸盡可能貫通，為覆蓋區(qū)域內眾多移動手機提供相互間通訊，并保障衛(wèi)星傳輸通道對外聯絡通道和直接衛(wèi)星電話的直接呼叫，為社會各界及時組織自救和互救，贏得生命救助和物資支援的72小時黃金時間。