风光互补基站供电系统设计思路与应用探讨

吴学宾　胡富

【摘 要】风光互补供电系统可以解决引接普通农电成本高、供电不稳定等难题。通过对基站风光互补供电系统的技术原理进行简要分析，并以中国联通内蒙古阿拉善地区风光互补基站为例，详细阐述了风光互补基站供电系统的设计思路与应用。

【关键词】风光互补 基站 蓄电池 节能减排

中图分类号：TM614；TM615 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-03-0149-04

1 引言

内蒙古地处我国北部，幅员辽阔，各地环境复杂多样，阿拉善郊区和农村基站供电以农电为主，引电距离远且成本高。电力缺乏是开展通信网络建设的巨大障碍，而且后期电力供应的稳定性和维护的难易程度也关系到基站的正常运行和后期投入。

由于阿拉善地区具有丰富的风光资源，可采用风光互补供电系统来解决传统供电线损大、成本高的难题。这样不但缓解了电力紧张局面，同时也实现了绿色能源的利用，开发了再生能源，促进了循环经济的发展。

2 技术原理分析

2.1 风光互补供电系统结构

太阳能风光互补供电系统主要由太阳能电池、风力发电机、蓄电池和控制器组成。其结构原理框图如图1所示。

2.2 风光互补电源供电系统的运行方式

（1）在阳光照射时，由太阳能电池发电供电；

（2）在无光照而有风时，由风力发电机发电供电；

（3）在既有阳光照射又有风时，被确定为优先供电的太阳能优先供电，在必要时投入风力发电机，以便加强或接替先供电的能源，维持供电；

（4）在既无阳光照射又无风时，则由蓄电池放电供电，直到光照或风力出现，蓄电池放电损失的能量得到补充。

3 风光互补供电系统设计思路及应用实例

3.1 风光互补供电系统设计思路

具体设计思路如下：

（1）根据当地太阳能资源和气象条件；

（2）根据当地风力资源条件；

（3）根据基站负荷功率；

（4）根据基站目前电源配置情况；

（5）综合以上条件合理配置太阳能/风能电站的功率。

3.2 内蒙古阿拉善地区风光互补设计及应用实例

（1）阿拉善盟（阿左旗）地区简介

阿拉善盟地处内蒙古自治区最西端，地理坐标为东经97°10'～106°52'，北纬37°21'～42°47'。该区域的太阳能资源较为丰富，年日照时数达2 600～3 500h。由于气象意义上的日照时数并不能完全对应太阳能电源设计时所应考虑的有效日照数，而是以日照能够产生阴影为衡量标准，其计时起始时间为日出、终止时间为日落，因此计算实际日照时数应以气象日照时数减去3～4h为宜，即本案太阳有效日照按每天5.5h计算。阿拉善盟地区风力资源也较为丰富，加之地处高空西风环流区，全盟多大风天气，年平均风速为3.7m/s，年平均风速变化幅度为2.9～5.0m/s，全年平均七级以上大风日数为16～58天。

（2）阿拉善盟（阿左旗）地区风光互补系统配置情况

两种能源的特点如下：

◆太阳能资源的季节性变化相对较稳定，但太阳能昼夜稳定性较差，只能在白天发电，发电时间相对较短；

◆风能资源的季节性变化相对不稳定，但风能昼夜稳定性较好，只要有风全天24h都可以发电。

以上两种能源各自有其优缺点，要想百分百的依靠太阳能或者风能发电，其系统供电的稳定性都是不太理想的。其实这两种能源存在着非常好的互补性，因此要充分利用它们的互补性，合理地优化配置风力发电机与太阳能电池的子系统容量是风光互补电源供电系统设计的关键问题。

根据内蒙古当地的气象情况，太阳能资源丰富且相对稳定，而风力资源较不稳定且与风机本身的性能密切相关，可控性不高。因此，选太阳能作为主用能源，且风、光按3：7的比例配置。

1）太阳能电源配置

太阳能电源配置可按以下公式计算：

S=JU（IT+24NI）/NHρ （1）

其配置情况具体如表1所示：

若按7：3的比例配置太阳能和风能电源，则对应的太阳能光伏板容量为：6614.35×70%≈4630Wp。

T选择72h是为了保证当地连续阴雨天数达不到3天时系统仍能可靠供电。要求补足蓄电池极限能耗的选取时间，则应结合工程投资额度进行调整。

风机提供电能为：6614.35×30%≈1984kW，配置风力发电机（含塔杆）：2套1kW，合计2kW。

2）蓄电池组配置：采用风光互补系统站的蓄电池组，与普通基站的蓄电池容量选择不同。应重点考虑当地连续无风阴雨天数，并结合通信设备的重要程度、工程投资确定蓄电池持续供电时间。

蓄电池组容量的配置可按照YD/T5040-2005《通信电源设备安装工程设计规范》中规定的计算方法，并结合蓄电池持续供电时间。阿拉善盟地区考虑蓄电池持续供电时间为72h，经计算选择48V/1 000Ah蓄电池2组。

至此，48V/15A负载的配置情况如表2所示：

表2 48V/15A风光互补系统的配置情况

序号 设备名称 配置参数

1 PV 4.6kWp

2 风机 1kW，2台

3 太阳能控制器 300A系统1套

4 风能控制器 2台

5 蓄电池组 48V/1 000Ah 2组

4 风光互补基站供电系统应用分析

4.1 经济性分析

在内蒙古阿拉善地区，对于一个功率500W的基站，市电引入距离超过20公里，前期引电投资较大，平均每公里费用约3万元，仅拉电费用就超过60万元；变压器费用、机房以及电源设备费用、空调费用超过13万元。建设初期，投资总费用超过70万元，且开通基站后平均每年电费1.5万元，传统农电的费用存在前期投资大的问题。此外，拉电的建设周期长，一般从申请到开通需要1～2个月的时间，而且还经常受到停电的制约。endprint

风光互补基站由于供电能量有限，尽量不使用空调。为了保证基站和蓄电池组的正常工作，一般采用风光互补供电系统基站的机房都建成了地下或半地下的机房，通过地热辅助设备调节机房温度，且风光互补基站尽量使用胶体电池。

农电基站与风光互补基站投资对比具体如表3所示。

而对于采用太阳能风光互补型的基站，建设周期短，产权归局方所有。除去建设初期投入的太阳能风光互补以及机房等配套设施的费用，后期系统每年还可以节省1.5万元的电费。如果一套风光互补系统在网20年，则可以节省30万元的电费以及高额的引电费用。

4.2 节能分析

目前各行业都在贯彻国家节能减排计划，国务院还印发了关于《节能减排综合性工作方案》。电力消耗在通信运营企业能源消耗成本中占据很大比例。中国联通内蒙古阿拉善地区每个风光互补型的供电站功耗约为500W，每年的耗电量超过4 000kWh，加上不用空调省下的费用，比常规基站节约将近一万多度电。据统计资料显示，按照每节约1kWh电相当于节省0.36kgce的能耗，即相当于节省了1kg废水的排放量，同时节省了0.959kg二氧化碳和6.5g二氧化硫的排放量。一个基站每天可以节约9.86kgce，一年就是3.6tce，可减少二氧化碳排放量9.59t。具体如表4所示。

我国是能源消耗大国，也是二氧化碳等温室气体的排放大国，大幅削减二氧化硫等污染物排放的压力很大。采用太阳能风光互补技术，可为实现能源结构多元化、解决好节能降耗和生态环境保护问题作出贡献。

4.3 注意事项

（1）适用在市电无法引入、市电不稳或市电引入建设成本高的站点建设风光互补供电系统；

（2）由于风机的机械运动，系统不可避免地会有一定的磨损，其使用寿命将较低且维护难度较大，因此使用时要慎重，应制定风光互补供电系统的监控系统标准，确保能够实时监测系统的运行状况，并更加重视该站点的防盗技术手段；

（3）风光互补供电系统比普通站点所配置的电池容量要大，且通常使用胶体电池，成本较普通铅酸电池高；

（4）受地域和气候限制，选址时对自然环境（风能和太阳能资源）要求较高。

5 结论

在太阳能、风能资源比较丰富且互补性好的地区，太阳能风光互补系统要比引接传统市电体现出更好的经济性，且节能效果较好，可为节能减排工程作出一定的贡献。选择风光互补系统，应在经济性和可靠性方面做出评估，做好系统配置。

参考文献：

[1] 马勇. 基站风光互补供电系统——设计思路、推广应用情况[A]. 通信电源新技术论坛——2008通信电源学术研讨会论文集[C]. 2008.

[2] 朱振宇. 通信基站风光互补供电系统设计[J]. 浙江水利水电专科学校学报， 2009（4）： 38-41.

[3] 马也骋. 风光互补发电在通信基站节能中的应用[J]. 通信电源技术， 2012（6）： 43-45.

[4] 刘志宁，刘颖，刘和平，等. 浅析阿拉善盟风能资源特征与区划[J]. 内蒙古气象， 2002（3）： 32-34.

[5] 何淼. 48V风光互补独立电源系统研究与开发[D]. 合肥： 中国科学技术大学， 2011.★endprint

风光互补基站由于供电能量有限，尽量不使用空调。为了保证基站和蓄电池组的正常工作，一般采用风光互补供电系统基站的机房都建成了地下或半地下的机房，通过地热辅助设备调节机房温度，且风光互补基站尽量使用胶体电池。

农电基站与风光互补基站投资对比具体如表3所示。

而对于采用太阳能风光互补型的基站，建设周期短，产权归局方所有。除去建设初期投入的太阳能风光互补以及机房等配套设施的费用，后期系统每年还可以节省1.5万元的电费。如果一套风光互补系统在网20年，则可以节省30万元的电费以及高额的引电费用。

4.2 节能分析

目前各行业都在贯彻国家节能减排计划，国务院还印发了关于《节能减排综合性工作方案》。电力消耗在通信运营企业能源消耗成本中占据很大比例。中国联通内蒙古阿拉善地区每个风光互补型的供电站功耗约为500W，每年的耗电量超过4 000kWh，加上不用空调省下的费用，比常规基站节约将近一万多度电。据统计资料显示，按照每节约1kWh电相当于节省0.36kgce的能耗，即相当于节省了1kg废水的排放量，同时节省了0.959kg二氧化碳和6.5g二氧化硫的排放量。一个基站每天可以节约9.86kgce，一年就是3.6tce，可减少二氧化碳排放量9.59t。具体如表4所示。

我国是能源消耗大国，也是二氧化碳等温室气体的排放大国，大幅削减二氧化硫等污染物排放的压力很大。采用太阳能风光互补技术，可为实现能源结构多元化、解决好节能降耗和生态环境保护问题作出贡献。

4.3 注意事项

（1）适用在市电无法引入、市电不稳或市电引入建设成本高的站点建设风光互补供电系统；

（2）由于风机的机械运动，系统不可避免地会有一定的磨损，其使用寿命将较低且维护难度较大，因此使用时要慎重，应制定风光互补供电系统的监控系统标准，确保能够实时监测系统的运行状况，并更加重视该站点的防盗技术手段；

（3）风光互补供电系统比普通站点所配置的电池容量要大，且通常使用胶体电池，成本较普通铅酸电池高；

（4）受地域和气候限制，选址时对自然环境（风能和太阳能资源）要求较高。

5 结论

在太阳能、风能资源比较丰富且互补性好的地区，太阳能风光互补系统要比引接传统市电体现出更好的经济性，且节能效果较好，可为节能减排工程作出一定的贡献。选择风光互补系统，应在经济性和可靠性方面做出评估，做好系统配置。

参考文献：

[1] 马勇. 基站风光互补供电系统——设计思路、推广应用情况[A]. 通信电源新技术论坛——2008通信电源学术研讨会论文集[C]. 2008.

[2] 朱振宇. 通信基站风光互补供电系统设计[J]. 浙江水利水电专科学校学报， 2009（4）： 38-41.

[3] 马也骋. 风光互补发电在通信基站节能中的应用[J]. 通信电源技术， 2012（6）： 43-45.

[4] 刘志宁，刘颖，刘和平，等. 浅析阿拉善盟风能资源特征与区划[J]. 内蒙古气象， 2002（3）： 32-34.

[5] 何淼. 48V风光互补独立电源系统研究与开发[D]. 合肥： 中国科学技术大学， 2011.★endprint

风光互补基站由于供电能量有限，尽量不使用空调。为了保证基站和蓄电池组的正常工作，一般采用风光互补供电系统基站的机房都建成了地下或半地下的机房，通过地热辅助设备调节机房温度，且风光互补基站尽量使用胶体电池。

农电基站与风光互补基站投资对比具体如表3所示。

而对于采用太阳能风光互补型的基站，建设周期短，产权归局方所有。除去建设初期投入的太阳能风光互补以及机房等配套设施的费用，后期系统每年还可以节省1.5万元的电费。如果一套风光互补系统在网20年，则可以节省30万元的电费以及高额的引电费用。

4.2 节能分析

目前各行业都在贯彻国家节能减排计划，国务院还印发了关于《节能减排综合性工作方案》。电力消耗在通信运营企业能源消耗成本中占据很大比例。中国联通内蒙古阿拉善地区每个风光互补型的供电站功耗约为500W，每年的耗电量超过4 000kWh，加上不用空调省下的费用，比常规基站节约将近一万多度电。据统计资料显示，按照每节约1kWh电相当于节省0.36kgce的能耗，即相当于节省了1kg废水的排放量，同时节省了0.959kg二氧化碳和6.5g二氧化硫的排放量。一个基站每天可以节约9.86kgce，一年就是3.6tce，可减少二氧化碳排放量9.59t。具体如表4所示。

我国是能源消耗大国，也是二氧化碳等温室气体的排放大国，大幅削减二氧化硫等污染物排放的压力很大。采用太阳能风光互补技术，可为实现能源结构多元化、解决好节能降耗和生态环境保护问题作出贡献。

4.3 注意事项

（1）适用在市电无法引入、市电不稳或市电引入建设成本高的站点建设风光互补供电系统；

（2）由于风机的机械运动，系统不可避免地会有一定的磨损，其使用寿命将较低且维护难度较大，因此使用时要慎重，应制定风光互补供电系统的监控系统标准，确保能够实时监测系统的运行状况，并更加重视该站点的防盗技术手段；

（3）风光互补供电系统比普通站点所配置的电池容量要大，且通常使用胶体电池，成本较普通铅酸电池高；

（4）受地域和气候限制，选址时对自然环境（风能和太阳能资源）要求较高。

5 结论

在太阳能、风能资源比较丰富且互补性好的地区，太阳能风光互补系统要比引接传统市电体现出更好的经济性，且节能效果较好，可为节能减排工程作出一定的贡献。选择风光互补系统，应在经济性和可靠性方面做出评估，做好系统配置。

参考文献：

[1] 马勇. 基站风光互补供电系统——设计思路、推广应用情况[A]. 通信电源新技术论坛——2008通信电源学术研讨会论文集[C]. 2008.

[2] 朱振宇. 通信基站风光互补供电系统设计[J]. 浙江水利水电专科学校学报， 2009（4）： 38-41.

[3] 马也骋. 风光互补发电在通信基站节能中的应用[J]. 通信电源技术， 2012（6）： 43-45.

[4] 刘志宁，刘颖，刘和平，等. 浅析阿拉善盟风能资源特征与区划[J]. 内蒙古气象， 2002（3）： 32-34.

[5] 何淼. 48V风光互补独立电源系统研究与开发[D]. 合肥： 中国科学技术大学， 2011.★endprint