天然氣發(fā)電機(jī)在通信基站的應(yīng)用

王 鵬

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院 河北分院，河北 石家莊050021）

目前，通信基站的后備電源保障主要靠小型風(fēng)冷式柴油發(fā)電機(jī)，其主要燃料為柴油。柴油的使用有諸多的不便之處，比如質(zhì)量大、噪聲大、啟動(dòng)困難等。噪聲以低頻噪聲為主，穿透力強(qiáng)。發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，溫度和壓力都較高，汽缸內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較多的煙灰和積碳，發(fā)動(dòng)機(jī)油也容易氧化產(chǎn)生膠質(zhì)，維護(hù)工作量大，且需要經(jīng)常維護(hù)。尾氣中含有大量的CO、煤煙和氮氧化合物，并且排放物的顆粒較大，所以很容易產(chǎn)生“黑煙”。

天然氣發(fā)電機(jī)相比較來說，能夠克服柴油發(fā)電機(jī)的很多缺點(diǎn)，比如靜音減噪好，燃?xì)馊紵蓛?，雜質(zhì)少；動(dòng)力均勻、溫和，機(jī)件壽命較長(zhǎng)，尾氣不會(huì)在設(shè)備和機(jī)房?jī)?nèi)形成油污積累，是公認(rèn)的綠色能源。燃料本身就是氣體，燃燒前無需汽化，不會(huì)附著在燃燒室與火花塞上，無積碳，更不會(huì)污染潤(rùn)滑油，減少了日常維護(hù)、保養(yǎng)費(fèi)用。因此，天然氣發(fā)電機(jī)在通信基站的應(yīng)用前景廣闊。

1 天然氣發(fā)電機(jī)的工作原理

天然氣發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)以汽油發(fā)電機(jī)組為原形，由專用的燃?xì)馔ǖ垒斎氲桨l(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。

天然氣發(fā)電系統(tǒng)固定安裝于移動(dòng)通信基站內(nèi)，利用燃?xì)獍l(fā)電，根據(jù)對(duì)市電有無或是否缺相等的智能判斷自動(dòng)對(duì)基站設(shè)備進(jìn)行三相供電。整個(gè)系統(tǒng)通過進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口形成一個(gè)相對(duì)的密閉自循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)基站內(nèi)的空氣和溫度沒有影響。

2 天然氣發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由燃?xì)獍l(fā)電機(jī)主機(jī)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、靜音減振系統(tǒng)和燃?xì)庀到y(tǒng)組成。

2.1 燃?xì)獍l(fā)電主機(jī)

燃?xì)獍l(fā)電主機(jī)的工作原理同汽油發(fā)電機(jī)，經(jīng)過可靠性能改造和提高，僅僅是燃料由汽油變?yōu)樘烊粴?，利用了成熟穩(wěn)定的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)。經(jīng)過發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定可靠的交流電，電壓（頻率）的穩(wěn)態(tài)調(diào)整率、波動(dòng)率，不對(duì)稱負(fù)載下線電壓偏差，線電壓波形正弦畸變率，瞬態(tài)電壓（頻率）調(diào)整率及穩(wěn)定時(shí)間均滿足國(guó)標(biāo)要求。

2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

具備自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控機(jī)組的工作狀態(tài)，真正的實(shí)現(xiàn)機(jī)房的無人值守。

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)除與箱體內(nèi)的可燃?xì)怏w傳感器配合外，還可和裝設(shè)于室內(nèi)的可燃?xì)怏w傳感器配合，傳送告警到自動(dòng)控制箱，并進(jìn)而切斷燃?xì)夤苈?，閉鎖機(jī)組運(yùn)行，確保機(jī)房整體的安全；同時(shí)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)配合箱體內(nèi)的溫度傳感器和機(jī)油油位傳感器，密切檢測(cè)機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)；當(dāng)溫度超過安全設(shè)定值時(shí)，直接停止機(jī)組運(yùn)行、實(shí)行閉鎖，并切斷燃?xì)夤苈??？赏ㄟ^RS232接口接受移動(dòng)運(yùn)維管理中心管理，集中監(jiān)控各基站機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，包括：電壓、電流、頻率、溫度、燃?xì)?、油位等信?hào)和告警信息，并可由中心根據(jù)需要直接遠(yuǎn)程控制機(jī)組啟停。

自動(dòng)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下安全保護(hù)功能：過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過載保護(hù)、頻率保護(hù)、燃?xì)庑孤┍Ｗo(hù)、機(jī)箱溫度保護(hù)、機(jī)油油位低保護(hù)和冷卻水溫度保護(hù)。

2.3 靜音減振系統(tǒng)

靜音減振系統(tǒng)包含靜音減振機(jī)箱和進(jìn)出風(fēng)消音器，采用靜音系統(tǒng)大大降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械噪聲，配合靜音減振機(jī)箱和大型風(fēng)道消音器，滿足高靜音需求。在采用增強(qiáng)型配置時(shí)噪聲最低可達(dá)到45dB以下，滿足各種環(huán)境使用的要求。

2.4 燃?xì)庀到y(tǒng)

燃?xì)庀到y(tǒng)主要由燃?xì)鈨?chǔ)存罐和燃?xì)饪刂平M件組成，近年來成熟的燃?xì)怃撈看鎯?chǔ)技術(shù)為天然氣發(fā)電機(jī)的推廣創(chuàng)造了基本的條件，目前關(guān)于燃?xì)怃撈渴褂脩?yīng)符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.5 天然氣發(fā)電機(jī)的使用模型

天然氣發(fā)電機(jī)以固定安裝方式在通信基站使用，發(fā)電機(jī)輸出交流電和現(xiàn)有基站交流輸入配電箱進(jìn)行連接。在市電停電的情況下，優(yōu)先電池供電，待電池放電到一定程度（通過電壓檢測(cè)），天然氣發(fā)電設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)行發(fā)電，啟動(dòng)后發(fā)電機(jī)可以帶載基站內(nèi)所有的用電設(shè)備。

天然氣發(fā)電機(jī)自身的自動(dòng)控制系統(tǒng)具備RS232智能輸出接口，可直接接入完善成熟的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控中心可以讀取天然氣發(fā)電機(jī)的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)，例如：電壓、電流、頻率、溫度、燃?xì)?、油位等信?hào)和告警信息等。

天然氣發(fā)電機(jī)是固定安裝在基站內(nèi)的，可以考慮應(yīng)用在以下幾種場(chǎng)合：

a.便攜式柴油發(fā)電機(jī)無法進(jìn)入發(fā)電的區(qū)域。

b.對(duì)于便攜式柴油發(fā)電機(jī)的噪聲比較敏感的地區(qū)。

c.距離發(fā)電保障中心較遠(yuǎn)的基站。

d.年停電次數(shù)較多，且單次停電時(shí)間較長(zhǎng)的基站。

e.地理位置比較重要，經(jīng)常舉行重大活動(dòng)而封路的基站。

3 天然氣發(fā)電機(jī)組的使用成本分析

以10kW發(fā)電機(jī)為例，分析天然氣發(fā)電機(jī)和普通柴油發(fā)電機(jī)的使用成本。10kW普通柴油發(fā)電機(jī)的購(gòu)買成本為2.4萬元，初始成本較低，但是后期的維護(hù)成本和使用成本較高。每次停電均需要人工去現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電，發(fā)電的費(fèi)用是工人費(fèi)和發(fā)電費(fèi)用的總計(jì)，即便是僅僅發(fā)10分鐘的電也需要支付人工費(fèi)用。而天然氣發(fā)電機(jī)僅僅在燃?xì)夂谋M的情況下，由人工更換氣罐，由于換氣間隔時(shí)間較長(zhǎng)可以大大減少人工費(fèi)用，表1、表2為在三類和四類市電下對(duì)兩種發(fā)電方式進(jìn)行比較。

表1 三類市電模式下的成本分析（發(fā)電及運(yùn)維費(fèi)用）

表2 發(fā)電運(yùn)維費(fèi)用投入比較（五年收回投資）

年度發(fā)電總天數(shù)為29天的情況下，可以在5年內(nèi)回收投資。

以上的停電次數(shù)和時(shí)間是在固定的模式下進(jìn)行計(jì)算的，如果每月的停電次數(shù)大于上表的假設(shè)次數(shù)，而停電時(shí)長(zhǎng)不變，成本回收期還會(huì)大大縮短。

天然氣發(fā)電機(jī)為環(huán)保型發(fā)電機(jī)，上述成本回收為使用單位的實(shí)際支出成本，但是隨著節(jié)能減排的觀念進(jìn)一步深入人心，天然氣對(duì)于大氣較少的污染而產(chǎn)生的社會(huì)價(jià)值是不可估量的。表3為污染物排放比較。

由于廢氣治理而產(chǎn)生的社會(huì)成本無法計(jì)算，所以污染物排放部分作為參考。

表3 污染物排放比較

4 結(jié) 論

天然氣發(fā)電機(jī)的使用從成本方面分析僅僅是一個(gè)方面，由于其發(fā)電是無人值守狀態(tài)，在某些特定的狀況下，無人發(fā)電顯得尤其必要，比如出現(xiàn)山體滑坡，人員無法進(jìn)入時(shí)；一個(gè)區(qū)域大范圍停電需要大量發(fā)電機(jī)，而人員不足時(shí)。所以在一些重要的基站，比如旅游線路、國(guó)家干線傳輸基站型節(jié)點(diǎn)、對(duì)噪聲敏感地區(qū)等，安裝天然氣發(fā)電機(jī)應(yīng)該為一個(gè)備選方案。

隨著天然氣發(fā)電機(jī)的推廣，其價(jià)格必然進(jìn)一步下降，成本回收期會(huì)大大縮短。

［1］錢伯章.石油和天然氣技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2010.

［2］糜洪元，張繼平.天然氣發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用前景［C］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)論文集，2008.