孫文瑞，朱 海，榮細長，郭云崢，馬騰霄

（1.中國移動通信集團設(shè)計院有限公司廣東分公司，廣東 廣州 510000；2.中國移動通信集團廣東有限公司云浮分公司，廣東 云浮 527300；3.中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100000）

0 引 言

信息通信行業(yè)是傳統(tǒng)用能大戶，根據(jù)統(tǒng)計，信息通信行業(yè)消耗的能源95%以上是電能消耗，如何盡快實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”是信息通信行業(yè)必須深入研究和實踐探索的問題。自2021年上半年起，各行業(yè)、各央企陸續(xù)發(fā)布了自己的“碳達峰”行動路線，各通信運營商也公布了對應(yīng)的方案。根據(jù)公開數(shù)據(jù)，各運營商發(fā)布的年度總用電量中，通信基站的用電量占比超過70%，對通信基站“低碳”甚至“零碳”運行的探索研究具有十分重要的意義。

1 建設(shè)方案

為了積極響應(yīng)上級號召，順應(yīng)信息通信行業(yè)節(jié)能降碳發(fā)展，筆者配合某運營商在廣東省云浮市共同研究、建設(shè)了一處“零碳”基站，相關(guān)探索也取得了一定的成果。

廣東云浮市新興縣水源山海拔高度1 137 m，為云浮市新興縣境內(nèi)的最高山。因山上安裝了幾十臺兆瓦級的風(fēng)力發(fā)電風(fēng)車，也被當?shù)厝朔Q為風(fēng)車山。水源山山高林密，空氣中負離子含量較高，是“天然氧吧”，每月均有大量游客前往登山。由于其位置偏僻、取電困難，且通信運營商均沒有做較高海拔區(qū)域的信號覆蓋，因此登山人員一旦發(fā)生險情，將無法及時獲得救援。

為了滿足信號覆蓋需求，某運營商與水源山管委會積極溝通后確定在水源山頂峰附近新建一處通信基站，以解決較高海拔區(qū)域的信號覆蓋盲區(qū)問題。由于站點安裝于海拔1 100 m的山頂，考慮到傍晚游客下山后較高海拔區(qū)域已無信號覆蓋需求，因此建站方案可以考慮在晚間下電一部分通信設(shè)備，以降低引入的供電容量，減輕電源系統(tǒng)的備電壓力。此外，站點的運維也應(yīng)采用智能運維手段，以減少不必要的上站巡檢。

由于站點位于山頂附近，無論是采用傳統(tǒng)市電供電方式還是采用固定發(fā)電機組發(fā)電供電方式，都存在投資造價較高、方案難以實施、運維和故障排查困難等問題，還可能造成林區(qū)的安全隱患，因此該基站的建設(shè)方案要考慮以下4個因素。一是能保證站點供電安全和穩(wěn)定；二是要保證方案可實施；三是要保證投資造價可承受；四是要保證一定的智能運維功能，減少非必要上站。

1.1 用電需求

為了做好較高海拔區(qū)域的信號覆蓋，在該通信基站規(guī)劃部署一套4G網(wǎng)絡(luò)無線設(shè)備，包含1臺室內(nèi)基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）和3臺遙控射頻單元（Remote Radio Unit，RRU），無線設(shè)備實際運行功耗約1 100 W。與周邊基站的信號傳輸采用微波方式，實現(xiàn)本站與5 km外的通信基站的傳輸連接，微波設(shè)備運行功耗約200 W。所有近端通信設(shè)備、電源設(shè)備、電池設(shè)備集中安裝于1～2臺室外機柜中，并按發(fā)熱量和備電要求配置對應(yīng)制冷量的直流型空調(diào)，空調(diào)運行功耗約400 W。站點用電設(shè)備統(tǒng)計如表1所示。

表1 站點用電設(shè)備統(tǒng)計

根據(jù)該基站的覆蓋需求，按照能夠保障每天06:00—20:00共14 h的供電開展方案設(shè)計，其余時間可以將無線設(shè)備下電。

1.2 方案設(shè)計

根據(jù)前述分析，該站點的供電方案需有別于傳統(tǒng)供電方案。根據(jù)公開資料，廣東省云浮市全年日照時長為1 800～2 000 h，取中間值為1 900 h。廣東省云浮市新興縣水源山區(qū)域年均有效日照時長為1 135 h，對應(yīng)日均日照時長約5.2 h，日均有效日照時長約3.1 h，屬于太陽能資源豐富地區(qū)[1]。因此，站點的供電方案考慮采用太陽能光伏發(fā)電方式。

站點按照每天14 h進行供電保障方案設(shè)計，在每天的有效日照時間內(nèi)，需要充分利用光伏發(fā)電系統(tǒng)既為站點通信設(shè)備和空調(diào)供電，同時也為站點電池組充電，在無有效日照的11 h內(nèi)需要依靠站點電池組為通信設(shè)備和空調(diào)供電[2]。

結(jié)合云浮的太陽能資源情況和建設(shè)該基站需要考慮的因素，該站點的配套供電系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能。一是支持太陽能發(fā)電系統(tǒng)接入；二是備電電池支持大電流充電和高循環(huán)壽命；三是支持定時下電和分級下電功能；四是支持智能運維功能。

通過對各方案的對比討論后，站點的供電方案確定采用具備能源多輸入多輸出（Multi Input Multi Output，MIMO）功能的智能電源方案。該方案滿足太陽能和應(yīng)急發(fā)電機組等多能源的接入，通信主設(shè)備、電源、電池組一體化集成，配置支持大電流充放電和高循環(huán)壽命的智能鋰電池，支持智能運維功能，可以實現(xiàn)“一站一柜”建設(shè)等。采用智能MIMO電源建設(shè)方案，將光伏發(fā)電作為主用供電，經(jīng)專用的太陽能接入模塊進入智能MIMO電源為通信設(shè)備供電并為電池組充電，方案可實現(xiàn)站點供電完全由太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)保障的“零碳”建設(shè)[3]。智能MIMO電源供電系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 智能MIMO電源供電系統(tǒng)框架

經(jīng)過核算，站點配置600 Ah的智能鋰電池即可滿足各用電設(shè)備的需求。為了保證白天的有效日照時長能夠得到充分利用，考慮到光伏系統(tǒng)在為主設(shè)備和空調(diào)供電的同時需要將電池組充滿以及多云天氣時的云層遮擋等問題，在配置太陽能光伏電池組件時需留有一定的冗余[4]。實際該方案在水源山山頂附近向陽面共安裝了32塊單板功率為500 Wp的光伏電池組件，光伏發(fā)電系統(tǒng)的總輸出功率可達16 000 W。水源山“零碳”站點實景如圖2所示。

圖2 水源山“零碳”站點實景

2 項目效益

2.1 經(jīng)濟效益

根據(jù)表1統(tǒng)計的各設(shè)備用電量和站點設(shè)備的用電時長進行計算，則該站點每日需求的最少交流市電用量約為25 kW·h。引入市電、建設(shè)固定發(fā)電機組以及光伏發(fā)電系統(tǒng)等方案的成本及優(yōu)缺點如表2所示。其中，建設(shè)固定發(fā)電機組的方案因環(huán)保和防火安全等問題很難實施；而采用引入市電方案直接投資近百萬元，投資過大；采用光伏發(fā)電方案相對于引入市電可直接節(jié)省投資近70萬元，光伏發(fā)電系統(tǒng)使用壽命長，但發(fā)電量容易受天氣影響，需要配置大容量蓄電池組。

表2 各供電方案對比

按日均有效日照時長3.1 h、光伏系統(tǒng)常態(tài)發(fā)電功率取峰值功率的85%計算，每天最多可生產(chǎn)的電能為42.3 kW·h，超出站點用電設(shè)備所需的25 kW·h。在該站點規(guī)劃之初，已經(jīng)預(yù)留了兩個室外標準一體化機柜的安裝位置。該站點建成投產(chǎn)后，如果實際需要保障的網(wǎng)絡(luò)信號時長還需要增加，則可以再單獨增加電池容量，現(xiàn)有的光伏發(fā)電系統(tǒng)容量還能滿足新增200 Ah或300 Ah智能鋰電池組的充電功率需求，可以保障該站點每日實際運行時長達到20 h以上。根據(jù)站點所在地區(qū)的天氣預(yù)報情況，當預(yù)計會出現(xiàn)連續(xù)陰雨天氣時，可以通過智能運維手段設(shè)置定時上下電或通過后臺遠程上下電，控制站點僅實現(xiàn)白天部分時段（09:00—16:00）的信號覆蓋保障，以確保站點配置的蓄電池組可以滿足連續(xù)2～3天陰雨天氣時的設(shè)備供電，最大限度地保障上山人員的通信[5]。

該站點自2021年12月中旬開始規(guī)劃討論，至2022年1月27日完成光伏發(fā)電系統(tǒng)和電源配套建設(shè)，2月15日完成全站通信設(shè)備調(diào)測入網(wǎng)，開始提供無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。根據(jù)后臺監(jiān)控數(shù)據(jù)統(tǒng)計，站點在2022年3月份記錄的最大日發(fā)電量為32 kW·h，2022年3月整月累計發(fā)電量約826 kW·h。按云浮當?shù)匕滋祀妰r1.04 元/（kW·h）計算，光伏發(fā)電系統(tǒng)3月份生產(chǎn)的電能對應(yīng)電費約859元，年發(fā)電量對應(yīng)電費超10 000元，每年減少碳排放約9.6 t。

2.2 社會效益

自該站點開始提供無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以來，實現(xiàn)了較高海拔山區(qū)區(qū)域的通信網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋，及時響應(yīng)人們的迫切需求，體現(xiàn)了通信運營商積極承擔(dān)社會責(zé)任的擔(dān)當，同時也為當?shù)氐脑聘〕樗钅茈娬卷椖康拈_工提前做好了信號覆蓋。通過該“零碳”站點的部署，體現(xiàn)了運營商實現(xiàn)盲點網(wǎng)絡(luò)覆蓋的社會價值。該站點作為粵西片區(qū)第一個采用純光伏發(fā)電的“零碳”站點，是運營商在通信站點層面進行節(jié)能降碳的一次積極探索和嘗試，站點建成后為通信基站進行節(jié)能降碳樹立了很好的榜樣，也為廣東省信息通信行業(yè)大規(guī)模開展通信基站的節(jié)能降碳提供了參考。

3 結(jié) 論

該站點采用光伏發(fā)電+智能電源的建設(shè)方案，方案集成化程度高，實現(xiàn)了站點的“一站一柜”極簡建設(shè)、綠色用能以及智能運維。如果能在各運營商存量站點中結(jié)合場地資源情況，按照“應(yīng)用盡用”和“即發(fā)即用”原則規(guī)模化開展站點疊加光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)，可以顯著提升信息通信行業(yè)綠色能源的應(yīng)用比例，降低信息通信行業(yè)的碳排放，助力國家早日實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”。