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全球移動通信技術幾乎始終延續(xù)著十年一代的創(chuàng)新頻率，每一次代際演變都能極大地推動各行各業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟社會發(fā)展?？梢哉f，我們的工作效率和生活質量，在很大程度上取決于移動通信時代。
2019年6月6日，工業(yè)和信息化部向四大運營商頒發(fā)了5G商用牌照，正式進入我國5G商用元年。它是以“高速、低延遲、大連接”為特點的新一代寬帶移動通信技術。它是實現(xiàn)人機、物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡基礎設施。
市場挑戰(zhàn)機遇并存
作為新一代移動通信技術，5G具有明顯的優(yōu)勢，但也對其移動基站的建設提出了一些挑戰(zhàn)。
一是能耗高。一個5G基站將消耗3KW-4kW的電量，是相同4G配置的300%至350%。作為信息基礎設施的核心，5G基站預計到2025年將比2020年增加1100億千瓦時的用電量。
二是密度。由于高頻點高，信號滲透差，5G基站的覆蓋半徑一般在100-300米左右。為了達到相同的覆蓋區(qū)域，5G基站的數(shù)量將是4G的兩倍以上。
第三，維護費用高。為了實現(xiàn)高覆蓋率的網(wǎng)絡中,大量的5 g基站建立野生山,平民房屋的制高點,高溫和高濕度地區(qū),這不僅使交流供電困難,但也會導致雷擊的概率增加,高溫和高濕度,降低了設備的運行穩(wěn)定性和使用壽命，增加了故障率。一旦出現(xiàn)問題，不僅人工干預維護和恢復的直接成本高，而且如果不及時發(fā)現(xiàn)“下線”給客戶帶來的影響和間接損失。
雖然難度較大，但5G基站密度大、數(shù)量多，市場容量大，發(fā)展空間大。根據(jù)工業(yè)和信息化部發(fā)布的《2020年通信統(tǒng)計公報》，2020年5G網(wǎng)絡建設穩(wěn)步推進，按照適度推進的原則建設5G基站60多萬個，全國5G基站已建成71.8萬多個。
目前，中國距離到2026年建成600萬幢的目標還差528.2萬幢，每年需要新建90萬幢左右。作為新基礎設施的重要組成部分，5G基站建設將在未來幾年實現(xiàn)快速發(fā)展。要實現(xiàn)5G基站的快速發(fā)展，靈活的供電方式和高可靠性的集成解決方案成為關鍵。
混合基站取長補短
可再生能源的迅速發(fā)展為移動基站柔性供電提供了新的選擇。但由于可再生能源間歇性發(fā)電，不能完全滿足基站穩(wěn)定可靠的供電需求。可再生能源發(fā)電配備了一定的儲能設備，部分解決了可靠性問題。
隨著5G甚至6G技術的成熟和發(fā)展，以及移動用戶對數(shù)據(jù)需求的增加，基站的功耗也在不斷增加，這就需要更先進、更集成的解決方案來保證基站功耗的可靠性。
金風科技依托多年分布式能源運營經(jīng)驗，形成了儲風儲氫一體化運營模式，在技術層面體現(xiàn)了能源與信息的深度融合。具有較好的儲風儲氫綜合運控能力和負荷適應性，可為基站提供較好的服務。特別是利用儲能和氫能的雙重保障，提高了基站供電的可靠性。
金風低碳能源設計研究院創(chuàng)新研究部主任高超表示，根據(jù)不同的應用場景，太陽能和風能儲能(氫)混合能源基站一體化解決方案的供電系統(tǒng)包括太陽能和風能發(fā)電，電池儲能、氫燃料電池發(fā)電及智能控制系統(tǒng)。風扇、光伏板、電解槽、鋰電池、燃料電池和負載均連接到直流母線上。電解電池產(chǎn)生的氫氣儲存在儲氫罐/固態(tài)儲氫裝置中，燃料電池在必要時利用儲氫裝置中的氫氣輸出電能。整個系統(tǒng)以風和光為一次能源，為基站運行提供電源。鋰電池和燃料電池用于風電和光伏輸出不足時維持供電，風電和光伏輸出過剩時充電產(chǎn)氫。
通訊基站風光儲氫通訊系統(tǒng)
全面打通關鍵環(huán)節(jié)
雖然太陽能儲存(氫)混合基站的綜合解決方案的原理可能看起來并不復雜，但要使多種不同的能源有效地協(xié)同工作，這些技術必須一次解決一個。
以太陽能電池板的配置為例，為了使發(fā)電盡可能的連續(xù)穩(wěn)定，“最佳傾斜角度應分別計算在發(fā)電時太陽能光伏電池板處于不同角度并進行比較，通過科學的計算，最終使月間接受的陽光強度盡量均勻，以適應系統(tǒng)全年運行的需要?！币涣鞯恼f。
值得一提的是，發(fā)電系統(tǒng)安裝與儲能設備容量的優(yōu)化匹配也十分重要?！霸谠撓到y(tǒng)中，燃料電池和儲能設備的建設成本最高，柴油發(fā)電成本最高?！比绻麅δ茉O備的容量過大，施工成本高。我們還需要考慮燃料補給和運輸。
此外，金風科技景觀儲(氫)混合能源基站集成解決方案還采用模塊化設計，集裝箱安裝，在工廠內將完成同等多的設備安裝，有效提高現(xiàn)場施工效率，降低單元系統(tǒng)成本，提高市場化水平和規(guī)模，確保安裝質量。
目前5G基站的最大負載功率為10kW?？紤]離網(wǎng)待機工作時間為24小時，需向基站提供負48VDC輸出。如果在系統(tǒng)中增加一套轉換效率為85%的穩(wěn)定電源，可實現(xiàn)平均電力負荷為6-7kW。日發(fā)電量約為197.65千瓦時。
為此，金風科技的技術人員測試了太陽能儲能(氫)基站的整體解決方案，該基站配備1kW風機、49kW光伏、30kW/100kWh鋰電池、1kW電解電池、10Nm3儲氫裝置、1kW燃料電池和控制系統(tǒng)。結果表明，光伏是主要的輸出電源。風力發(fā)電位居第二，燃料電池發(fā)電機會較少，但年產(chǎn)量仍為35.5千瓦時。在測試過程中，金風科技還對方案的規(guī)劃投資評價指標進行了論證。
“一個具有市場價值的解決方案不僅需要技術成熟，還需要在經(jīng)濟上具有競爭力?！薄霸谡w效率和可靠性提高的基礎上，該方案在經(jīng)濟上可與傳統(tǒng)方案相媲美，”高說。這足以使金風科技視覺存儲(氫)混合能源基站集成解決方案，成為5G基站，乃至下一代基站解決方案的有力競爭對手。
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