基站儲能建設方案淺析

王瑞琦，劉 浩

（河南省信息咨詢設計研究有限公司，河南 鄭州 450000）

1 基站儲能的意義

儲能系統是智能電網、互聯網+智慧能源、可再生能源高占比能源系統的重要組成部分，能夠為電網運行提供多種服務，如調峰、調頻、備用、黑啟動以及需求響應支撐等，同時可以很好地提升傳統電源系統的靈活性、經濟性以及安全性。此外，有效的儲能系統可以明顯提高風、光等可再生能源的消納能力，是推動基站主體電源由普通能源向可再生能源轉變的關鍵。

積極構建分布式電源網絡，實現以太陽能、風能等可再生能源為主的多能源協同發展。通過構建智能化電源系統的運行監測和管理平臺，使電源系統和用電終端基于網絡進行雙向通信和自動調節控制，實現分布式電源系統的及時有效接入和開放共享。基于此，高效的儲能系統是理解未來通信局站電源系統發展、搶占先進能源管理至高點的重點所在。運營商建設儲能基站具備得天獨厚的優勢，一是通信基站本身就是一個巨大的能源消費市場，不用為儲能尋找客戶；二是基站資源已初步具備儲能建設的基本條件，能夠實現外電引入，同時擁有電源配套設施；三是河南省各區縣都擁有電源配套的維護管理經驗和成熟的維護隊伍。基站儲能是運營商能源經營的重要組成部分，是實現節能降耗、提升公司效益的重要舉措[1-4]。

2 基站儲能的效益分析

目前，我國諸多省市已經開始實行有差別的電價供應，在高峰時段調高電價，低谷時段降低電價，以保證供需平衡。通過設置這種“消峰填谷”的激勵措施，鼓勵消費者在高峰時段減少電力消耗，轉為在非高峰時段使用電力資源。峰谷電價政策要求用戶在高峰時段支付較高的電費，非高峰時段支付低價電費，利用價格杠桿調節電力消費不均的情況，有利于電力公司降低生產成本，均衡電力供應，減少能源消耗，同時有效避免部分發電機組頻繁關機和重啟帶來的設備損耗等問題[5]。

河南省部分運營商的基站儲能充分利用峰谷電價的價差進行分時充放電節能化管理，電源系統在電價低谷時自動為基站蓄電池組充電，在電價峰谷時自動切換為放電模式，不僅有效減少了基站運行的電費支出，并且使過去僅用于備電的蓄電池組在基站中發揮更大的作用。以平均每個基站直流負載3.5 kW、儲能損耗5%、高峰電價1.050 25 元/kWh、低谷電價0.356 35 元/kWh為例，每天（按8 h算）節省電費3.5×8×（1.050 25-0.356 35）×（1-5%）≈18.457 7元，每月（按30天算）節省約553.7元，每年（按365天算）可節省6 737元。梯次電池充放電按2 000次壽命計算，可以使用約5年半的時間，期間節省費用共計約3.7萬元。全省基站約3.6萬個，每年節省電費約2.4億元。

3 單站儲能建設方案

建設儲能基站，需要利用梯次電池對蓄電池組進行擴容（見圖1），當不同容量、不同時期、不同品牌以及不同電壓的蓄電池同時使用時，需要加裝蓄電池共用管理器。由于用電低谷時開關電源既要滿足負載功耗，又要對蓄電池組完成充電，因此需要同時對開關電源進行擴容。為了實現“谷電峰用”，需要搭建能源管理系統，并在基站端安裝遠端智能控制模塊（圖2）。

圖1 電池擴容系統圖

圖2 能源管理系統圖

儲能工況電池容量配置標準為

式中：Q為電池容量，Ah；K為安全系數，取1.25；P1為一次下電側通信設備實際工作功率，W；P2為二次下電側通信設備實際工作功率，W；T1為一次下電側設備備電總時長，h；T2為二次下電側設備備電總時長，h；T3為削峰填谷時長，h；a為溫度調整系數，取1.0。

當采用0.1C充電電流時，開關電源容量為

式中：P為通信設備實際工作功率，W；Q總為蓄電池組總容量，Ah；η為容量系數，取0.95。

當采用0.2C充電電流時，開關電源容量為

為了保障負荷安全運行，新建開關電源的整流模塊應采用n+1配置方式（n≤10）。

蓄電池共用管理器安裝在開關電源與電池組之間，作為多組電池接入開關電源的合路設備，保證電池組之間無環流。蓄電池共用管理器可以控制各組電池的充電電流和放電電流，保證每組電池的工作平衡。管理器可以為多組電池同時充電或分組充電，同時各組電池也通過蓄電池共用管理器同時向負載供電。

4 儲能與5G

眾所周知，5G設備的天線通道數量和站點容量較4G大幅提升，導致基站整體功耗上升，對基站電源配套中的外市電、蓄電池組以及室外機柜等均造成較大影響，5G基站供備電系統亟需升級擴容。

在儲能系統中，使用體積更小、重量更輕、能量密度更高、壽命更長以及其他性能更優的鋰電池來替代鉛酸電池已是大勢所趨。5G時代通信基站環境更加復雜、要求更加嚴苛，僅在儲能系統中采用普通鋰電替代鉛酸電池已然不夠。針對5G時代對站點儲能的多維需求，各電信設備廠家基于對5G網絡演進趨勢的深刻理解，紛紛推出了智能儲能系統，免增機柜，解決了電信行業長期面臨的站點獲取難、機房空間小、站點租金高以及工程進度慢等問題。基于傳感技術、通信技術以及云計算技術等，系統可以實現過壓保護、欠壓保護、過流保護、高溫保護、低溫自動保護以及高精度均衡等，提升了電池使用效率，降低了運維成本，也能滿足通信機房的安全運行需求。同時，通過本地電池管理系統（Battery Management System，BMS）與站點子系統間的站內協同，可以實現儲能系統從單一備電轉向綜合應用、從無協同轉向智能協同。由于5G設備額定功耗相較于以往有所提升，考慮電源配套時必須加大創新力度，從而更好地實現低成本、高質量的目標。為了突破以往“一站一電”的供電方式，可以在具備條件的地區以基站群為基礎進行整體供電方案設計，打造低成本、高可靠的基站能源網絡。

5 儲能與疊光

基站疊光方案是在基站傳統電源基礎上疊加太陽能供電，安裝僅滿足通信負載功率需求的太陽能電池板，優先使用太陽能供電。在傳統基站供電方案中，柴油發電機組是蓄電池組+移動油機方案中的應急電源，只有當市電停電且蓄電池的后備時間無法滿足供電需求時才用以應急供電。當采用站點疊光方案時，不再優先使用柴油發電機組，當市電發生故障時采用太陽能光伏發電系統來保障基站的正常供電。在無市電供應的海島和邊遠地區，較大容量的太陽能光伏發電系統還可以作為主供電系統來保障基站的正常供電。為了保障基站的可靠運行，也可以將柴油發電機組作為備用電源。光伏發電管理系統如圖3所示。

圖3 光伏發電管理系統

與無市電地區的疊光方案不同，市電穩定地區的太陽能不作為唯一的能量輸入源，而是作為節能的手段，有時需要電網與光能結合供電，站點對供電可靠性的要求也相對更高。現有的站點一般都配有備電電池，通過監控根據不同環境實現太陽能模塊、整流模塊與備用電池的綜合可靠調度，從而很好地實現節能效益和供電可靠性之間的平衡。疊光后，如果基站停電發生在有日照的時段，則不需要應急發電。由于深夜通信業務較少，夜晚上站發電相對危險，因此實際很少夜間發電。經過測算，采用疊光方案的站點可以減少80%以上的上站應急發電成本，并降低應急發電不及時帶來的斷站風險。通常來說，3～5年是通信系統中比較合理的投資回收周期。例如疊光方案總投資2.2萬元，只要每年節省超過4 400元，就值得投資。一個2 kW站點年省電按2 920元計算，只需要每年節省1 480元應急發電費用即可滿足5年投資回報要求。按每次發電成本380元計算，對于年上站應急發電需求4次以上的站點，都值得投資疊光方案。1個單運營商2G/4G站點或2個運營商單制式共享站典型負載平均功率接近2 kW，可以配置1個3 kW太陽能模塊和（9×250）W太陽能電池板，只需要凈占地面積13 m2，經濟效益較好。

6 結 論

目前基站通信系統電源改造多從節流入手，通過提高站點設備與電源的效率，使站點的PUE值盡可能接近1。結合集中儲能、微電網等新模式，采用風、光等可再生能源，不僅可以進一步優化站點PUE，還可以為站點的可持續化發展提供綠色且高效的新型解決方案，為基站節能和儲能提供新思路。