偏遠通信基站新能源供電方案及經濟價值的提升路徑

易金印

（中廣核太陽能開發有限公司，北京 100037）

0 引 言

隨著我國通信事業的快速發展和智能手機等移動終端設備的爆發式增長，各大通信運營商不斷加大對硬件設施的投入，如增加通信基站。為擴大通信覆蓋范圍，各大通信運營商積極推進偏遠地區的基站建設和信號全覆蓋，如高速鐵路、高速公路沿線和海島及山區等。基站需要用到各種設備，其用電累計量巨大[1]，而偏遠地區大多山高路遠，電網供電困難。可見，為偏遠地區提供一套經濟、穩定以及可靠的電源供應系統，是一個迫切需要深入研究的課題。

中廣核作為國內一流的清潔電力提供商和服務商，已率先開展了相關課題研究，探索了基于風光儲一體化系統的新能源供電技術和應用方案，并在鐵塔關鍵用戶的支持下，依托吉林省某新建鐵塔基站進行了試點建設（以下簡稱“吉林示范項目”），為后續鐵塔基站新能源供電的規模化應用積累了寶貴經驗。

1 偏遠鐵塔基站主要供電方式及其價值比較

1.1 用電特點

通信行業是關系國計民生的基礎性行業，故通信基站設備的持續、穩定運行至關重要。鐵塔基站用電具有負荷小和穩定性高的特點。中國目前擁有鐵塔基站超過592萬座[2]，額定用電功率多在幾到十幾千瓦。不設機房或機房不設空調的鐵塔基站，額定用電功率一般只有兩三千瓦。

偏遠鐵塔基站由于周邊缺少市網覆蓋，需采取特定措施解決用電問題，提高了用電成本。偏遠地區鐵塔基站的新建進度往往受制于用電成本，隨著偏遠地區鐵塔基站需求的增加，急需通過技術和商業創新解決用電貴的問題。

1.2 主要供電方式

目前，偏遠鐵塔基站的主要供電方式有3種：（1）新建供電線路實現市網供電；（2）采用柴油機現場發電并持續供電；（3）采用新能源發電，并通過儲能調節進行持續供電。目前，應用比較廣泛的方式是前兩種。

1.2.1 電網供電方式

電網供電方式是將電網直接引線到偏遠鐵塔基站進行電力供應的方式。利用電網供電，穩定性最高，可很好地適應負荷的較大波動。

該方式需重新建設電網線路。按照目前的平均水平，高壓引電成本每公里為15～16萬元，低壓引電成本每公里為12～13萬元。這種方式適用于與既有電網距離在兩三公里的地區。若距離過遠，則一次性用電投入極高，度電成本甚至將高達幾元到十幾元。這種方式只有在特定情況下方可實現，如旅游景區、邊防地區等。

1.2.2 柴油機供電方式

柴油機供電方式是通過柴油機現場發電為偏遠鐵塔基站供應電力的方式。此方式不僅需采購柴油機發電設備，還需定期添加柴油和維護設備，可廣泛應用于電網無法抵達的海島、高山等用電“剛需”地區。但是，它的用電成本較高，且存在環境污染和噪聲污染，不可作為優選方案，只能作為備選方案。

柴油機供電方式的用電成本與柴油價格和交通情況有關，一般每千瓦時為3～4元。從遠期來看，柴油價格將逐步提高，柴油機供電方式的用電成本將隨之升高。

1.2.3 新能源供電方式

新能源供電方式是依托風力和太陽光發電，并通過儲能調節設備和智能化管理系統持續穩定供電的一種方式，具備就地取材、維護簡便及綠色環保等特點。相比電網供電方式和柴油機供電方式，新能源供電方式的適應范圍更廣，可應用于風、光資源充足的地區。很多通信基站的站址具有地勢高、風力和太陽能資源好的特點，因此新能源發電可較好地適用于高速鐵路、高速公路沿線、山區、海島及邊防等地區，如圖1所示。

圖1 風、光資源充足的地區的新能源供電現場圖

新能源發電方式通常有光伏發電、風力發電、風光一體化、風光柴一體化及風光網一體化等多種形式[3]。風光網一體化模式是以已有市網接入為主，光伏和風電為輔，并按照“自發自用、余電上網”的原則建設運營的一種模式。其他發電模式下，光伏和風力存在發電不穩定的問題，故需配置適當的儲能調節設備和智能化調控系統進行自動調節供電。風光儲一體化方案很好地利用了光伏和風力的天然互補性，應用前景廣闊，因此本文討論的發電方式中未加以特別說明，均指風光儲一體化方式。

新能源供電方式隨光伏、風力發電成本的大幅下降，已陸續開展試點項目進行探索和應用。由于儲能成本仍處于高位，所以尚未大規模商業推廣。根據測算，風光儲一體化供電方式的折算電價在每千瓦時2～3元，但隨著儲能成本和發電成本的下降，其用電成本已明顯下降，商業化推廣為期不遠。

1.3 三種主要供電方式的價值比較

1.3.1 供電方式

電網供電和柴油機供電是偏遠鐵塔基站傳統的供電方式，新能源供電是新興的供電方式。

1.3.2 技術效益方面

電網供電穩定性最高，對負荷波動的適應能力最強，柴油機供電和新能源供電次之。電網和柴油供電技術已較為成熟，可提升空間有限。新能源供電技術快速更新，潛在的技術優化空間極大。

1.3.3 經濟效益方面

電網供電成本與引線距離基本呈現正相關關系，供電成本在一元到若干元不等。根據初步測算，引線距離在1～2 km經濟性較好，2～3 km可進行分析比較，大于3 km基本不具有經濟優勢。柴油發電成本相對穩定，但始終保持每千瓦時3～4元的較高水平，一般只在其他方式都不適宜時采用；新能源供電方式適應力較強，既可解決電網遠距離引線問題，也可彌補柴油發電方式高能耗、高成本的缺陷，測算電價在2～3元，顯示出良好的經濟競爭力。遠期看，電網供電成本將隨電價的緩慢提升而提升；柴油機供電成本也將隨柴油價格的逐步上漲而上漲；新能源供電成本將隨發電成本和儲能成本的降低而降低，并隨標準化、集約化發展而進一步降低。因此，新能源的供電成本有望降至2元以內，市場經濟競爭力最佳。

1.3.4 社會效益方面

新能源屬于清潔能源，是綠色低碳經濟的重要組成部分，符合節能環保的時代主題，且社會效益最高。電網供電方式和柴油機供電方式均存在不同程度的環境污染問題，無法與新能源供電方式相提并論。

傳統供電技術穩定但發展有限。新能源供電技術方興未艾，技術和經濟優越性逐步顯現。雖然傳統的供電方式仍是應用主流，但新能源供電方式正以幾何級數的發展速度逐步替代其他方式，成為未來偏遠鐵塔基站供電的主要方式。

2 基于風光儲一體化技術的典型應用方案及經濟性提升的有效路徑

2.1 典型應用方案及主要配置

2.1.1 系統方案研究

偏遠鐵塔基站的風光儲一體化供電系統的主要技術方案為：在基站附近地面安裝小型風力發電機；在基站的機房屋頂或者地面空地安裝太陽能電池組件；根據基站功耗情況，設計合適的風光裝機容量和蓄電池儲能裝置，達到風光互補離網供電的目的。

為實現風光互補離網供電，系統需配置光伏發電系統、風力發電系統、蓄電池系統及有關的微網控制系統、監控系統和輔助系統。通過設置，系統可優先示范光伏和風力發電，始終保持蓄電池充滿狀態，并在需要時供電。極端天氣下，蓄電池工作電壓將低于某一閥值。此時，控制系統應提前且持續發出告警，保證供運維人員有充足時間采取必要的應急措施。

2.1.2 示范項目設計及主要配置

吉林示范項目規劃的固定用電功率為2 kW，必要時開啟空調機的用電功率為3 kW。風光儲一體化供電方式如圖2所示，并預留油機接口。極端情況下，運維人員可攜帶應急油機至站點，并利用油機對蓄電池緊急充電。

圖2 風光儲一體化供電方式

按照設計方案，有光有風時，可同時使用光能和風能；有光無風時，可使用光能；無光有風時，可使用風能；無光、無風或者在風光能量不足時，則由蓄電池向負載供電。

示范項目的用電負荷主要包括通信設備用電和空調用電。經分析，空調開啟的時間不持續，往往與光伏發電的峰值相吻合，即夏季白天溫度高，空調開啟，用電負荷大。同時，夏季光照時間長、光照條件好，光伏發電量也大，可在發電時間和用電時間上實現很好的匹配。

根據業主需求，蓄電池容量按照2 d（48 h）后備時間、極限狀態時利用3個晴天在保障負載供電情況下恢復蓄電池虧欠電量的標準進行配置（即通常所說的“2天對3天”）。

為此，示范項目配置了54塊260 W光伏組件（1 404 W）、1臺5 kW的小型風機、48節2 V、1 500 A（144 kW·h）的鉛酸儲能裝置及相關配套的功能模塊。

2.2 主要成本構成和后續降低項目造價的有效路徑

示范項目的支出主要包括：太陽能電池板、小型風機和匯流箱及支架等主要設備費用約16萬元；鉛酸電池及其支架機柜等儲能費用約18萬元；控制模塊和線纜等輔助材料費用約7萬元；施工安裝和保險等工程類費用約8萬元。其中，儲能設備和發電設備費用占據項目投資的主要部分。

一套技術可行的方案能否被商業化、規模化推廣，關鍵在于其是否具有合理、可復制的經濟盈利能力。在售電收入固定的情況下，降低建設成本是最重要的路徑。吉林示范項目以技術驗證、展示和樹立關鍵用戶對新能源供電穩定性信心為主，采用較安全保守的技術配置，加上示范項目單一、管理成本較高，因此整體造價較高。吉林示范項目的整體造價可作為項目造價的上限值，后續項目可通過數據搜集分析和優化技術方案降低項目造價。

降低項目造價的有效路徑主要有4種。

第一，優化集成方案和容量配置。吉林示范方案固定用電功率2 kW（不含空調），光伏和風力發電功率達到19 kW，儲能配置為144 kW·h（48 h放完，72 h充滿）。這種配置在技術上留有較大余量，在缺少經驗數據期間十分必要。通過后續的數據收集，可在合理保證率下，進一步優化系統集成方案，降低發電和儲能容量，滿足用電情況的同時降低項目造價。

第二，標準化設計和規模化建設。吉林示范項目作為單一的建設項目，采購量少，采購成本、人工成本、物流運輸成本及管理成本都很高。后續項目可通過標準化設計、批量化生產及規模化建設實現規模經濟，提高議價能力，降低采購成本，從而降低項目總體造價。據了解，目前已有多個新能源省級分公司達成了當地鐵塔基站供電訂單，訂單數量已達到幾千個的數量級，已具備規模化建設的條件。

第三，加強供用電雙方協同且避免重復工作。鐵塔基站新能源供電是發電企業與鐵塔企業的共贏合作，需在設計和建設環節加強業務協同，避免重復工作。吉林示范項目的發電建設和鐵塔建設由兩家單位分開進行，協同性較低。后續項目可通過統一的招投標平臺和必要的工作委托，共同選定工程承包單位，實現技術協同、管理協同及發展協同，進而提升協同效益。

第四，創新商業模式并發揮蓄電池梯次應用優勢。吉林示范項目采用發電企業投資、用電企業購電的商業模式。后續項目可積極開展商業模式創新，開展發電企業與鐵塔企業的投資合作，共擔風險，共享收益。據了解，中國鐵塔集團將受國家有關部門的委托，承接電動汽車充電樁建設[4]和蓄電池的梯次利用任務，即技術要求等級較高的電動汽車蓄電池報廢后，可應用在技術要求等級較低的鐵塔基站上。儲能成本在鐵塔基站供電成本中的占比較高，這一政策優勢將很大程度上降低項目造價，提升項目收益。

2.3 優劣勢分析

2.3.1 優勢分析

風光儲一體化應用方案順應國家節能減排的戰略要求，提升了通信基站的節能環保性能，增加了基站現有的供電方式，促進了綠色通信基站的建設推廣。它在技術和經濟方面具有5個優勢。

（1）充分利用風能和太陽能的自然互補特性，優先使用風能和太陽能發電進行供電和蓄電池儲能。

（2）采用風光互補供電方式，設計合適的風光容量比配置蓄電池組，保障通信設備的用電需求。

（3）施工周期短，投入資金少，可在較短時間內為運營商節約通信基站的電費開支，具有良好的時效性和經濟性。

（4）利用微網控制技術實現遠程監控，提高了系統運行效率和智能化水平。

（5）通過試點項目可總結一套標準化的設計和建設方案，通過規模化建設降低項目造價，提升項目經濟效益。

2.3.2 潛在的不足

風光儲一體化應用方案在技術上不存在顛覆性障礙因素，在試點應用項目上已取得成功。它的主要不足是實踐應用相對較少，在集成優化方面缺少經驗數據的支撐，儲能關鍵技術尚未最終突破，商業模式創新不足，協同性不高，未形成規模化發展。

2.4 發展前景分析

2015年，中共中央出臺《關于進一步深化電力體制改革的若干意見（中發〔2015〕9號）文》，提出加快電力體制改革，穩步推進售電側改革，有序向社會資本放開售電業務，并建立分布式電源發展新機制。這在很大程度上激發了全社會參與售電業務的熱情，為發電企業建設風光儲一體化微網并直接向鐵塔基站用戶供電提供了政策支持。

隨著國家通信行業的蓬勃發展，鐵塔通信基站的用電越來越受到重視。新能源供電系統尤其是基于風光儲一體化的孤島微網系統的推廣應用，為我國綠色電力、綠色通信的長足發展提供了有力支撐。

3 結 論

（1）在偏遠鐵塔基站現有的供電方式中，新能源供電方式尤其是基于風光儲一體化技術的供電系統最具發展潛力。因此，需通過持續的深入研究和試點項目建設，不斷積累經驗，優化技術集成方案，推進新能源供電方式的規模化應用。

（2）受制于當下較高的儲能成本，新能源供電方案僅在距離市網較遠的基站中應用。隨著技術的進步，相關儲能設備價格將不斷降低，新能源供電方案將具備不可比擬的絕對優勢。因此，企業需保持高度關注，提前布局，在摸清外部需求、爭取優質客戶的同時，盡早建立適合自身特點的財務評價模型。

（3）國家電力改革已逐步深入推進，企業需緊跟電改步伐，積極參與通信基站的供電和售電業務，加強業務協同，推動建立、健全鐵塔基站供電市場交易體系，從而引領鐵塔供電基站的新能源創新發展。

（4）以風光儲一體化技術為基礎的供電模式，不僅適用于鐵塔基站用電，而且適用于其他市網無法覆蓋的偏遠地區用電，尤其是邊疆、海島等偏遠邊防哨所的照明和供暖用電。