常亞峰

（中國電信股份有限公司泰興分公司，江蘇 泰興 225400）

0 引 言

在5G國家戰(zhàn)略下，中國電信股份有限公司加大了核心網(wǎng)、5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等基礎(chǔ)建設(shè)，5G業(yè)務(wù)增長導(dǎo)致能源消耗劇增。2021年，國務(wù)院政府工作報告將“碳中和”與“碳達峰”列為政府工作的重要目標(biāo)，并制定了2030年前“碳達峰”、2060年前“碳中和”的行動方案?！半p碳”戰(zhàn)略對通信新基建的發(fā)展帶來挑戰(zhàn)，如何降低能源消耗、打造低碳通信網(wǎng)絡(luò)并建設(shè)安全、高效、智慧運營的綠色基礎(chǔ)設(shè)施是當(dāng)前亟需解決的問題[1]。為了響應(yīng)國家“雙碳”目標(biāo)，實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能降耗的工作要求，中國電信股份有限公司泰興分公司在江蘇省泰興市城北商井無線基站實施分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)項目試點應(yīng)用實踐。

1 可行性分析

1.1 氣候可行性

太陽能屬于可再生能源，具有清潔性、安全性、相對廣泛性、免維護性以及資源充足性等優(yōu)點。太陽能光伏發(fā)電既不直接消耗化石資源，又不釋放污染物、廢料、廢水，同時不產(chǎn)生溫室氣體破壞大氣環(huán)境，是一種綠色可再生能源。

泰興市位于北緯31°58′12′′～32°23′05′′，東經(jīng)119°54′05′′～120°21′56′′，屬于3類地區(qū)（資源較富帶）。年峰值日照時數(shù)約1 417.1 h，全年輻射量在4 200～5 400 MJ/m2，能夠為光伏發(fā)電提供充足的光照資源，具備建設(shè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的氣候條件。

1.2 技術(shù)可行性

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)利用太陽能光伏板組件將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電，再通過逆變器將直流電逆變成50 Hz/380 V的三相交流電。逆變器的輸出端通過配電柜與基站的市電輸入端并聯(lián)，為負載供電。如果光伏發(fā)電電量充足并富有余量，逆變器主動降低輸出功率，防止電能倒送至電網(wǎng)，保證供電安全。該供電方式安全簡單，具有投資少、建設(shè)周期短、見效快以及維護量小等特點[2]。

1.3 經(jīng)濟可行性

經(jīng)過測算統(tǒng)計，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)投資回收周期通常為7～10年，而太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作壽命長達15年。利用基站房頂區(qū)域安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以享受至少5～8年的正收益，投資回報率高。同時，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)每年可以減少大量溫室氣體等的排放，具有顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益[3]。

2 實施方案

2.1 局站選擇

本次應(yīng)用實踐選擇泰興市城北商井基站為試點基站。該基站為D類綜合機房，位于城北商井電信綜合樓三樓，為自有獨立機房，擁有電信產(chǎn)權(quán)。主體大樓呈東西方向，機房屋頂面積約300 m2，四周無遮擋，光照充足。機房主要承載4G、5G無線業(yè)務(wù)和固網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)等，現(xiàn)基站市電專變引入，直流負載電流約100 A，后備蓄電池組采用兩組500 Ah雙登蓄電池，配備1臺3P格力柜機，機房總負載約9 kW。

2.2 建設(shè)方案

試點采用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要由太陽能光伏組件、光伏支架、逆變器、并網(wǎng)箱、防逆流裝置以及配套組件構(gòu)成[4]。在有太陽輻射的條件下，太陽能光伏組件陣列將太陽能轉(zhuǎn)換輸出的電能經(jīng)過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由逆變器逆變成交流電供基站通信設(shè)備使用，不足的電力通過連接國家電網(wǎng)來補充和調(diào)節(jié)。

本文設(shè)計的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)包括10 kW太陽能光伏組件一套、10 kW逆變器一臺、并網(wǎng)箱、防逆流裝置以及配套組件等。建成后的基站光伏并網(wǎng)供電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 光伏并網(wǎng)供電系統(tǒng)

2.3 建設(shè)現(xiàn)狀

目前，泰興城北商井基站已建成分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)且正常發(fā)電運行，通信負載設(shè)備工作正常。太陽能光伏板安裝如圖2所示，逆變器與并網(wǎng)箱安裝如圖3所示。

圖2 太陽能光伏板安裝

圖3 逆變器與并網(wǎng)箱安裝

本系統(tǒng)自發(fā)自用、余電上網(wǎng)，為了規(guī)避供電安全風(fēng)險，加裝防逆流裝置，如圖4所示。

圖4 防逆流裝置

當(dāng)光伏發(fā)電功率小于實際設(shè)備使用功率時，光伏發(fā)電全部自用。當(dāng)檢測到光伏發(fā)電功率大于實際用電使用功率時，該裝置發(fā)出控制信號，逆變器主動降低光伏發(fā)電輸出功率，確保沒有余電倒送國家電網(wǎng)，從而保證供電安全。

2.4 電量計量

該試點太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)建成后，可以通過逆變器App監(jiān)測并記錄太陽能發(fā)電量。App發(fā)電量查詢界面如圖5所示。

圖5 光伏系統(tǒng)App截屏

為了精確測算并計量光伏發(fā)電實際電量，實行第三方數(shù)據(jù)認(rèn)證，對該光伏發(fā)電系統(tǒng)加裝計費級計量電表，如圖6所示。

圖6 加裝計費級電表

該電表通過物聯(lián)網(wǎng)卡自動實時上報發(fā)電電量數(shù)據(jù)至遠端綜合能源預(yù)付費管理系統(tǒng)，實行數(shù)據(jù)自動抄表、存儲，從而達到精準(zhǔn)計量、第三方計量認(rèn)證的目的。綜合能源管理系統(tǒng)電量查詢界面如圖7所示。

圖7 綜合能源管理系統(tǒng)電量查詢

3 成效評估

3.1 供電安全評估

本試點應(yīng)用的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)采用光伏+市電供電模式，光伏優(yōu)先供電。

當(dāng)晴天及白天光照充足時，光伏正常發(fā)電，光伏電能優(yōu)先給機房負載和其他負載設(shè)備供電。如果光伏發(fā)電電量足夠充足并富有余量，逆變器主動降低輸出功率，防止電能倒送至國家電網(wǎng)，從而保證供電安全。當(dāng)陰雨天氣及早晚間光照不足導(dǎo)致光伏不發(fā)電或發(fā)電量不足以帶動全部負載時，缺口電量由市電進行補充。當(dāng)市電停電時，無論光照如何，為了防止光伏電能倒送國家電網(wǎng)引發(fā)安全隱患，光伏系統(tǒng)停止發(fā)電，此時通信設(shè)備由后備蓄電池放電，通信網(wǎng)絡(luò)無影響。

通過該分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)，相當(dāng)于為基站引入了新的第二路主用電源。同時，光伏并網(wǎng)箱中配備有電壓保護器、防雷器等，光伏組件線槽、外殼等金屬部分通過地線與基站的聯(lián)合接地體可靠連接，大大提高防雷安全性[5]。

3.2 投資回收評估

在原單路市電供電系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行分布式光伏發(fā)電供電改造，投資建設(shè)成本主要由太陽能光伏組件、逆變器、并網(wǎng)箱、防逆流裝置、太陽能光伏板支架、電力電纜以及設(shè)備安裝調(diào)試施工等費用組成，項目通過公開招標(biāo)方式進行。

根據(jù)App記錄數(shù)據(jù)，以2021年12月為例，該光伏發(fā)電系統(tǒng)日發(fā)電量如表1所示。

表1 太陽能光伏日發(fā)電量

以2021年12月—2022年5月為例，電費單價按0.7元/（kW·h）計算，太陽能光伏月發(fā)電量及節(jié)電費用如表2所示。

表2 太陽能光伏月發(fā)電量

由于測試時間光照強度偏弱且時長偏短，導(dǎo)致實際發(fā)電量偏小。按保守年發(fā)電量約12 000 kW·h計算，光伏發(fā)電年節(jié)約電費8 400元，約需6年便可收回投資成本。太陽能光伏組件的設(shè)備更新周期為15年，則光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)約9年的正收益。綜合考慮實際發(fā)電量超出現(xiàn)有計算值和供電電費單價等因素，投資回收周期將進一步縮短，正收益時間更長。

3.3 雙碳減排評估

太陽能為綠色能源，不產(chǎn)生污染氣體排放。每節(jié)約1 kW·h電力資源，就相應(yīng)節(jié)約了0.4 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，同時減少污染排放0.272 kg碳粉塵、0.997 kg二氧化碳（CO2）、0.03 kg二氧化硫（SO2）、0.015 kg氮氧化物（NxOy）。該分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的試點應(yīng)用按年發(fā)電量12 000 kW·h計算，年節(jié)約4 800 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，減少3 264 kg碳粉塵、11 964 kg二氧化碳（CO2）、360 kg二氧化硫（SO2）、180 kg氮氧化物（NxOy）排放。

4 創(chuàng)新優(yōu)勢

（1）建站靈活快速，系統(tǒng)適應(yīng)性強。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)建站遵循因地制宜、清潔高效、分散布局以及就近利用的原則，具有占地面積小、建站靈活快速、適應(yīng)性強的特點。中國電信具有數(shù)量眾多的野外基站，基站的屋頂就是絕佳的光伏板安裝地點，發(fā)電用電并存，基站設(shè)備就地消耗，部署迅速且維護量小，值得推廣。

（2）投資回報率高，經(jīng)濟效益顯著。該分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)正收益時間約9年，投資回報率約為162.5%，經(jīng)濟效益顯著。綜合考慮供電電費單價等因素，投資回收周期將進一步縮短，正收益時間更長，投資回報率更高。

（3）雙碳減排顯著，社會效益突出。太陽能是一種綠色可再生能源，項目在發(fā)電過程中既不直接消耗化石資源，也不產(chǎn)生溫室氣體破壞大氣環(huán)境，降低了標(biāo)準(zhǔn)煤消耗，節(jié)約運營成本，減少電費支出，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。

5 結(jié) 論

綜合分析分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的試點應(yīng)用，從供電安全方面來看，其具有供電可靠、運行穩(wěn)定、維護量小等優(yōu)點；從成本分析來看，其具有投資小、維護成本低、回收周期短以及投資回報率高等優(yōu)勢；從節(jié)能減排方面來看，其減少了基站市電使用電量，降低了標(biāo)準(zhǔn)煤消耗，減少了二氧化碳等氣體的排放，清潔環(huán)保?；谝陨蟽?yōu)勢，該方案對國家“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)具有積極的推動作用，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。