通信基站光伏系統(tǒng)投資的可行性研究

摘要：在全面推進(jìn)節(jié)能降碳的今天，積極開發(fā)使用新能源技術(shù)，并將其應(yīng)用到通信基站上，可以有效節(jié)省基站運(yùn)營的開支。該文對通信基站太陽能供電系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，并就基站光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行了探討。光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益與光照條件、市電價(jià)格、消納情況、建設(shè)運(yùn)維成本等因素密切相關(guān)，在基站光伏建設(shè)進(jìn)程中應(yīng)綜合考慮相關(guān)因素。

關(guān)鍵詞：通信基站；光伏發(fā)電系統(tǒng)；投資；可行性

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.05.052

中圖分類號：TM 615；TN 929.53" " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）05-0-03

Feasibility Study on Investment in Photovoltaic Systems for Communication Base Stations

LI Guoqiang， ZHAO Hao， REN Chuanyang， SUN Guangqun

（China Mobile Communications Group Shandong Co.， Ltd.， Ji’nan 250001， China）

Abstract： In today's comprehensive promotion of energy conservation and carbon reduction， actively developing and using new energy technologies and applying them to communication base stations will effectively save the operating expenses of base stations. The article introduces the solar power supply system of communication base stations and explores the photovoltaic power generation system of base stations.

Keywords： communication base station; photovoltaic power generation system; investment; feasibility

1" "研究背景

中國移動發(fā)布的《C2三能——中國移動碳達(dá)峰碳中和行動計(jì)劃白皮書》提出，到“十四五”期末，單位電信業(yè)務(wù)總量綜合能耗和單位電信業(yè)務(wù)總量碳排放下降率均應(yīng)不低于20%的目標(biāo)。隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展，通信基站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的密度將越來越高，而通信設(shè)施的高能耗和整個通信行業(yè)綠色能源使用率低的問題將日益凸顯[1]。如果不積極開發(fā)和使用新能源技術(shù)，將導(dǎo)致能源消耗的快速增長和能源成本的快速增加，從而進(jìn)一步增加基站運(yùn)營的開支。

2" "通信基站太陽能供電系統(tǒng)

2.1 并網(wǎng)型交流光伏供電系統(tǒng)

通信基站主要用電設(shè)備為直流供電ICT設(shè)備及交流供電空調(diào)設(shè)備，本系統(tǒng)針對通信基站機(jī)房綜合用電降耗設(shè)計(jì)，并網(wǎng)型交流光伏供電系統(tǒng)的建設(shè)模式為當(dāng)下中國光伏建設(shè)選擇最多的方式，依托于電網(wǎng)，具有技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠性高等特點(diǎn)。

對于有市電引入且可辦理并網(wǎng)手續(xù)的基站，可采用并網(wǎng)型交流光伏供電系統(tǒng)。光伏組件經(jīng)陽光照射后產(chǎn)生直流電，逆變器將直流電逆變?yōu)榉想娋W(wǎng)要求的交流電（單相或三相），通過并網(wǎng)箱并入市電系統(tǒng)。由于光伏所發(fā)電力電壓較市電電壓略高，因此光伏所發(fā)電力可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先供基站機(jī)房交流負(fù)載使用（直流負(fù)載通過開關(guān)電源系統(tǒng)間接使用光伏電力），電量不足部分由市電補(bǔ)充，電量多余部分可上網(wǎng)售電。

2.2 離網(wǎng)型直流疊光供電系統(tǒng)

隨著環(huán)境溫度的變化，通信基站內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)用電差異較大，而基站內(nèi)直流負(fù)載用電量則呈現(xiàn)全年相對穩(wěn)定的狀態(tài)[2]。本系統(tǒng)依托較為穩(wěn)定的直流設(shè)備負(fù)荷，配置相對應(yīng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，可使光伏發(fā)電系統(tǒng)達(dá)到消納最大化，減少棄光損失。同時(shí)，與并網(wǎng)型交流光伏供電系統(tǒng)相比，安裝離網(wǎng)型直流疊光供電系統(tǒng)不需要向供電部門申請并網(wǎng)手續(xù)，建設(shè)更為簡單。

對于有市電引入但因產(chǎn)權(quán)資料等不齊全導(dǎo)致無法辦理并網(wǎng)手續(xù)的基站，可采用離網(wǎng)型直流疊光供電系統(tǒng)。光伏控制器將光伏組件發(fā)出的直流電穩(wěn)壓輸出為符合ICT設(shè)備要求的直流電，控制器輸出端并聯(lián)接入基站原有開關(guān)電源母排[3]。由于光伏控制器輸出電力電壓較開關(guān)電源輸出電壓略高，因此光伏所發(fā)電力可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先供基站機(jī)房直流負(fù)載使用，電量不足部分由市電通過開關(guān)電源整流后補(bǔ)充。

3" "示范基站光伏發(fā)電系統(tǒng)

3.1 發(fā)電系統(tǒng)方案選擇

在實(shí)際建設(shè)過程中發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)型交流光伏供電系統(tǒng)存在以下建設(shè)難點(diǎn)。

（1）大部分基站產(chǎn)權(quán)手續(xù)不齊全，導(dǎo)致光伏備案及并網(wǎng)困難。

（2）基站點(diǎn)位分散，站點(diǎn)零星分布在山東全省百余個縣、縣級市和市轄區(qū)，各區(qū)縣備案及并網(wǎng)政策不一致，進(jìn)一步導(dǎo)致光伏備案及并網(wǎng)困難。

（3）基站屋面可用面積小，可利用面積所建光伏基本只可滿足基站直流負(fù)載使用。

（4）光伏組件發(fā)出的直流電經(jīng)過逆變器逆變?yōu)榻涣麟姾螅柙俅谓?jīng)過開關(guān)電源整流方可供直流負(fù)載使用，能源利用效率低。

（5）逆變器自帶防孤島功能，當(dāng)市電停電后，光伏系統(tǒng)不能繼續(xù)發(fā)電，浪費(fèi)光照資源，影響發(fā)電收益，且不能起到延長蓄電池備電時(shí)長的作用。

綜合考慮上述因素，在后續(xù)的基站光伏建設(shè)推進(jìn)中，優(yōu)先考慮采用離網(wǎng)型直流疊光供電系統(tǒng)[4-5]。

3.2 發(fā)電系統(tǒng)配置方案

以山東濰坊移動某基站為例，經(jīng)現(xiàn)場勘查，基站屋面四周無遮擋，屋面可利用尺寸為5 m×6 m，開關(guān)電源直流輸出電壓約為53.50 V，直流輸出電流約為68 A，直流負(fù)載約為3.64 kW。經(jīng)過專業(yè)軟件建模分析，預(yù)留四周檢修運(yùn)維通道后，基站屋面可安裝8片550 Wp光伏組件，裝機(jī)容量為4.40 kWp，考慮到光伏系統(tǒng)效率80%，最大可支撐3.52 kW直流負(fù)載使用，光照充足情況下，基本滿足基站內(nèi)直流負(fù)載供電。示范基站采用離網(wǎng)型直流疊光供電系統(tǒng)，主要使用以下設(shè)備及材料。

（1）光伏組件。共使用8片550 Wp單晶硅光伏組件，組件尺寸為1 134 mm×2 278×35 mm。

（2）光伏支架。使用Q235B熱鍍鋅材質(zhì)，采用屋面混凝土預(yù)制塊安裝形式，傾角朝南30°布置。

（3）光伏控制器。選用MPPT光伏控制器，最大功率點(diǎn)跟蹤精度＞99.5%，光伏控制器集成MPPT光伏控制模塊、監(jiān)控模塊、防雷模塊、無線傳輸模塊、計(jì)量電表等部分。

（4）電纜。光伏輸入電纜采用PV1-F-4 mm2光伏專用電纜，導(dǎo)體材質(zhì)為鍍錫銅絞線；光伏輸出電纜采用ZA-RVV-0.6/1 kV-25 mm2，導(dǎo)體材質(zhì)為銅線。

3.3 發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行情況

示范基站的光伏發(fā)電系統(tǒng)于2023年8月4日正式運(yùn)行，投運(yùn)當(dāng)天，技術(shù)人員進(jìn)行了逐時(shí)電流值的測量，可以看出，隨著光伏系統(tǒng)的發(fā)電輸出電流增加，基站內(nèi)原有開關(guān)電源的輸出電流明顯下降。截至2023年12月31日，試點(diǎn)基站光伏系統(tǒng)共發(fā)電2 230 kW·h，相當(dāng)于減少二氧化碳排放2 200 kg，取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)測算

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 50797-2012光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中的發(fā)電量計(jì)算公式為：

（1）

式中，為光伏系統(tǒng)總發(fā)電量/kW·h；為水平面太陽能總輻照量/kW·h/m2；為光伏電站裝機(jī)總?cè)萘?kW；為標(biāo)準(zhǔn)條件下的輻照度（常數(shù)=1 kW/m2）；為系統(tǒng)修正系數(shù)（本文取80%）。

基于示范基站光伏系統(tǒng)配置和當(dāng)?shù)毓庹諚l件，本文對上述示范基站光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析，所采用的各項(xiàng)參數(shù)如下。

①最佳斜面總輻射量：1 561 kW·h/m2（濰坊）。

②裝機(jī)容量：4.4 kWp。

③組件功率衰減：首年衰減2%，后續(xù)每年衰減增加0.55%。

④示范站原始市電電價(jià)：0.62元/kW·h。

⑤系統(tǒng)修正系數(shù)：80%。

⑥光伏電站工程造價(jià)：4.5元/Wp（參照行業(yè)水平）。

⑦維護(hù)費(fèi)用：首年0.1元/Wp，后續(xù)每年增加1%。

⑧年資金利息：0.5%。

基于上述參數(shù)，本次示范基站光伏發(fā)電系統(tǒng)的全生命周期經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

由上述測算可知，示范基站的投資回收期約為8.2年，全生命周期收益為42 308元，IRR（內(nèi)部收益率）為11.47%，基站光伏項(xiàng)目投資收益可觀。

4" "山東省基站光伏經(jīng)濟(jì)指標(biāo)測算

在光伏發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)配置及建設(shè)運(yùn)維單價(jià)一致的情況下，各地區(qū)由于光照條件差異，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)存在顯著差別。就山東地區(qū)而言，臨沂、德州等10個地市經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于全省指標(biāo)平均值，煙臺光照條件最好，其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最佳。

同時(shí)，市電電價(jià)對基站光伏經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響較大，當(dāng)電價(jià)從0.62元/kW·h提升至0.70元/kW·h時(shí)，基站光伏投資效益顯著提升。

5" "結(jié)束語

在黨和國家政策的積極引導(dǎo)下，光伏發(fā)電行業(yè)取得了高速發(fā)展，光伏電站整體建設(shè)及運(yùn)維成本相較往年有大幅下降。作為用電能耗大戶的通信行業(yè)，響應(yīng)國家號召，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，將是中國移動的必然選擇，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展基站光伏必將成為中國移動節(jié)能降耗的重要舉措。

參考文獻(xiàn)

[1] 閆富平．一種獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真研究[J]．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2022（24）：20-22．

[2] 田世芳．光伏發(fā)電的發(fā)展應(yīng)用[J]．農(nóng)村電工，2022，30（07）：30-31．

[3] 郭文豪．混合光伏的5G基站多源微電網(wǎng)系統(tǒng)方案研究[D]．南寧：廣西大學(xué)，2022．

[4] 李華偉．鐵塔基站微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．光源與照明，2021（11）：126-128．

[5] 王詩雅，王慶瑋，柴少鋒，等．太陽能光伏供電系統(tǒng)在通信端局的應(yīng)用研究[J]．郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2021（10）：83-87．