中國移動已建成1500個超級基站氫燃料電池構(gòu)筑超級應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)

中國移動江蘇公司宿遷分公司 | 成勇

中國移動已建成1500個超級基站氫燃料電池構(gòu)筑超級應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)

中國移動江蘇公司宿遷分公司 | 成勇

為抗災(zāi)而生的超級站已經(jīng)發(fā)展多年，業(yè)界在其電池續(xù)航以及功能提升方面做了進一步改進，這或?qū)㈩嵏餐ㄐ艂鹘y(tǒng)后備供電構(gòu)架。

近年來世界范圍的地震、臺風(fēng)、洪澇等各種地質(zhì)氣象災(zāi)害頻發(fā)。因供電中斷、光纜受損，通信失聯(lián)，極大影響抗災(zāi)救險工作。中國移動集團在“5.12”大地震后首先提出建設(shè)一批可以對抗地震、水災(zāi)、臺風(fēng)、冰雪等地質(zhì)氣象災(zāi)害的特殊通信基站——超級基站。

目前，中國移動已經(jīng)在全國部署建設(shè)了超過1500個抗災(zāi)超級基站，分布在全國各地（江蘇約30多個）。超級基站作為中國移動在抗災(zāi)減災(zāi)、保障通信方面的有益探索正發(fā)揮積極的作用。據(jù)了解，超級基站的設(shè)計目的是“地震震不倒、洪水淹不著，臺風(fēng)吹不垮、冰雪凍不壞”。

但是，超級基站依然受到供電續(xù)航能力的限制，引入綠色環(huán)保、節(jié)能減排、超長時間供電的新一代清潔能源氫（甲醇）燃料電池作為通信網(wǎng)絡(luò)的后備/應(yīng)急電源，被認(rèn)為是可行方式。中國移動江蘇公司宿遷分公司(宿遷移動)對此進行了試點，效果顯著。

與此同時，甲醇燃料電池裝備超級基站應(yīng)用，雖然提升應(yīng)急保障躍上新的臺階，但只能維持百人以內(nèi)的緊急通話，而創(chuàng)新“超級應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)”的思路和預(yù)案，將原單一超級基站功能和容量將擴大至成千上萬倍。

超級基站供電能力存上升空間

當(dāng)緊急狀態(tài)發(fā)生時，如地面超級基站傳輸與核心交換機房鏈路中斷時，傳輸可自動切換到衛(wèi)星鏈接2M通道，并支持本地交換、無線Abis傳輸、擁塞觸發(fā)HLR、接入等級控制等功能，可以維持該超級站覆蓋區(qū)域內(nèi)指定授權(quán)手機間相互通話及并與外界通信。如果地區(qū)核心機房也遇故障或破壞，依然可以通過北京衛(wèi)通站進行聯(lián)絡(luò)，最后還有直接衛(wèi)星電話。

但這一切必須在有電的基礎(chǔ)上。超級基站其他抗災(zāi)優(yōu)勢是：按照10級防震需求框架設(shè)計，抗震好；二層機房設(shè)備高于地面4米，防洪澇；大容量蓄電池+固定柴油發(fā)電機后備電源系統(tǒng)，配置高；供電續(xù)航能力基本滿足對抗自然災(zāi)害的初期要求（其傳輸構(gòu)架如圖1所示）。

因此，如果災(zāi)難期間超級基站外部供電線路因災(zāi)受損中斷，依賴大容量蓄電池為通信、傳輸和衛(wèi)星設(shè)備只能提供約20小時左右的電源，如外電難以短期恢復(fù)，則需要通信維護人員趕赴現(xiàn)場啟動小型燃油發(fā)電機連續(xù)發(fā)電，否則該站將停止運行。如果此時通信設(shè)備或傳輸光纜受損故障，通信部門可以立即組織搶修恢復(fù)，但供電故障只能等待供電部門解決。

圖1 宿遷地區(qū)超級基站基本網(wǎng)絡(luò)鏈接圖

宿遷移動試點甲醇燃料電池

江蘇省宿遷市位于我國四大地震活躍帶，又地處古黃河流域平原地勢，歷史上多曾遭遇洪澇。因此，宿遷移動建設(shè)了三座上述超級基站，于2013年8月在市區(qū)內(nèi)的兩座配備了當(dāng)今世界較先進成熟的新能源氫燃料電池（實為甲醇燃料電池）。

經(jīng)過一年多測試和試運行，驗證了其一次性可維持約40~70小時連續(xù)供電等諸多優(yōu)越特性。如遇緊急狀態(tài)，外部供電難以短期恢復(fù)，兩天后只需維護人員趕到現(xiàn)場添加事先存放的燃料，供電將持續(xù)10天以上，無需人工值守則能保障該站按需運行，超級基站將發(fā)揮更大的作用。試驗期內(nèi)又進行了連續(xù)1000小時不間斷發(fā)電的壓力測試，達到預(yù)期效果。

同時還對氫燃料電池在通信網(wǎng)絡(luò)各類型站點應(yīng)用開展一系列有益的探索和嘗試，在替代鉛酸蓄電池和燃油發(fā)電機實現(xiàn)環(huán)保減排，在提升基站環(huán)境溫度減少空調(diào)運行節(jié)省電能，以及各類重要基站、湖心島站、傳輸匯接和寬帶接入節(jié)點等多個特殊場景供電保障等方面的應(yīng)用，均取得良好的效果，并在提供優(yōu)質(zhì)通信服務(wù)的基礎(chǔ)上為企業(yè)在帶來較高的經(jīng)濟效益和社會效益。

通過實踐，新能源氫燃料電池推廣應(yīng)用，將“顛覆通信傳統(tǒng)后備供電構(gòu)架”和“變革通信行業(yè)能源消費結(jié)構(gòu)”。

揚揚是從農(nóng)村逃婚出來的，老家是回不去了，再說，也早就厭倦了不分白晝的那種色情味很重的工作環(huán)境，遇到這樣一個有權(quán)有錢的帥氣男人要養(yǎng)自己，十分樂意。很快，揚揚就住進了尹愛群為她購買的6 0平的小樓里，豐衣足食，每天就是等著尹愛群下班和她纏綿。

甲醇較其他燃料更“純潔”

新能源氫燃料電池，其概念早在100多年前就由蘇格蘭人威廉姆.格羅夫（Willian R .Grove）提出，實際少量應(yīng)用已始于20世紀(jì)后50年代的航天、軍事等軍工科技和高端工程科技領(lǐng)域。

到21世紀(jì)初至今的10多年里，歐美發(fā)達國家氫燃料電池開始涉足交通電動汽車動力源和通信設(shè)備后備電源，作為新能源開發(fā)利用替代已經(jīng)普遍使用的燃油發(fā)動機、發(fā)電機和各類重金屬類蓄電池。尤其近幾年，國內(nèi)相關(guān)機構(gòu)也已高度關(guān)注并著手研發(fā)各類試驗樣機進行演示。

所有燃料（包括汽油、柴油、天然氣、甲醇（CH3OH）、乙醇、甲烷等）都可用于氫燃料電池，緣由它們都含有“氫”這個能夠產(chǎn)生能量的元素，類型所分，取決于如何從不同燃料中提取“氫氣”的方法、技術(shù)和裝備等。

相比之下，甲醇較其他燃料更“純潔”些。甲醇作為是氫的載體、一種清潔的氫燃料，常態(tài)液體，無需壓力罐裝，專業(yè)防腐料桶裝避免雜質(zhì)污染，在運輸、存儲和添加過程中，比瓶裝純氫氣相對安全，因此，甲醇燃料電池更適合通信領(lǐng)域作為局房基站的后備/應(yīng)急電源。

圖2 超級基站衛(wèi)星天線、大容量蓄電池和固定柴油發(fā)電機后備供電配置

圖3 超級應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)預(yù)案構(gòu)架

通信氫燃料電池前景廣闊

專業(yè)通信用氫燃料電池，十多年前始于歐美發(fā)達國家作為清潔新能源利用而研發(fā)，但其因核能利用較普及、供電設(shè)施完善停電故障較少發(fā)生、以及通信服務(wù)規(guī)范不盡嚴(yán)格等因素，因而應(yīng)用燃料電池產(chǎn)品較少，市場潛力較小。使用較多的是在相對欠發(fā)達的南非、南美、東南亞等缺電的國家，均有幾千套不同型號設(shè)備運行在各類通信網(wǎng)絡(luò)，但價格較貴，市場承受力低。

我國跟蹤研究燃料電池已有多年，但進展相對緩慢，尤其通信行業(yè)。只近幾年，國家相關(guān)部委、國內(nèi)諸多科研機構(gòu)、汽車制造企業(yè)、以及部分海歸創(chuàng)業(yè)團隊，已意識到氫燃料電池將會帶動節(jié)能減排、綠色環(huán)保、新能源發(fā)展等國家大戰(zhàn)略，紛紛投入資金和力量，引入概念吸收技術(shù)，已經(jīng)研發(fā)3～5年，但目前仍處于起點較低的階段。

國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會已出臺《通信局用氫燃料電池供電系統(tǒng)》（國標(biāo)征求意見稿），財政部、科技部、工信部等已發(fā)布針對燃料電池在電動汽車應(yīng)用的補貼政策，但扶持通信行業(yè)應(yīng)用政策還是空白。國外先進成熟的燃料電池已在中國通信行業(yè)門口徘徊了5年以上，進展甚微。

其主要因素就是目前該產(chǎn)品研發(fā)投入未得到市場應(yīng)用的回報，初期價格較高，單個應(yīng)用難以接受，與低廉的蓄電池和發(fā)電機不可抗衡。但是氫燃料電池替代傳統(tǒng)鉛酸蓄電池與柴油發(fā)動機合并后備電源，實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排是電源應(yīng)用的革命、能源利用的跨越。

作為電源基礎(chǔ)設(shè)備，氫燃料電池裝備到國內(nèi)所有通信基站、機房、醫(yī)院、銀行、交通、乃至軍用，都將發(fā)揮巨大的作用，因而政治意義重大，社會效益顯著，經(jīng)濟效益不可估量。

通信領(lǐng)域是使用鉛酸蓄電池和燃油發(fā)電機最集中、量最大的行業(yè)，故率先推廣應(yīng)用氫燃料電池、助力該技術(shù)國內(nèi)快速發(fā)展，進而推動綠色新能源開發(fā)利用的國家戰(zhàn)略落地，責(zé)無旁貸！

超級應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運而生

由于近幾年國內(nèi)東南沿海多省經(jīng)常遭受臺風(fēng)、暴雨等災(zāi)害襲擊，云南等地頻發(fā)地震，都造成大面積供電中斷和光纜阻斷，大部分通信基站陷于停電退服，當(dāng)?shù)亟M織救援工作相當(dāng)困難。加之多日不退洪水，震后道路破壞嚴(yán)重，供電一時難以修復(fù)，延緩并迫使各通信運營商出動大批人力、調(diào)集大量柴油發(fā)電機趟水或克服種種困難運至各通信基站搶，給搶修人員連續(xù)職守不間斷地發(fā)電、以及油料補給，都帶來極大的困難和危險。

超級基站雖配置了大容量蓄電池，一般只能維持一天，普通基站電池最多支撐2～3小時，難以為整個社會組織救災(zāi)提供連續(xù)的有效的通信保障。甲醇燃料電池裝備超級基站應(yīng)用，雖然提升應(yīng)急保障躍上新的臺階，但只能維持百人以內(nèi)的緊急通話，而創(chuàng)新“超級應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)”的思路和預(yù)案，將原單一超級基站功能和容量將擴大至成千上萬倍。

預(yù)案是預(yù)先指定一個抗8級地震超級基站、選擇若干區(qū)域中心重要基站和傳輸節(jié)點為基礎(chǔ)網(wǎng)元，完備其光纜雙路由備份和環(huán)路保護，至區(qū)域核心機房形成硬連接的特殊網(wǎng)絡(luò)（呈虛擬狀態(tài)），各指定網(wǎng)元站點作抗震防洪土建加固改造，并裝備甲醇燃料電池（取代原有的鉛酸蓄電池和固定燃油發(fā)電機），只利用一套衛(wèi)星傳輸通道和直接衛(wèi)星電話，即可構(gòu)建成一個區(qū)域的、超強續(xù)航能力的、平戰(zhàn)結(jié)合的“超級應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)”。

平時，該應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)與大網(wǎng)并存互通承載正常通信業(yè)務(wù)，燃料電池待機作為基站常規(guī)后備電源使用。緊急狀態(tài)（即各種地質(zhì)氣象災(zāi)難突發(fā)，造成大面積停電、大多數(shù)基站退服）時，各網(wǎng)元燃料電池自動啟動發(fā)電，至少能夠支撐該應(yīng)急通信網(wǎng)及設(shè)備連續(xù)運行兩天以上，能夠為覆蓋區(qū)域內(nèi)成千上萬個移動手機提供相互通信和與外部聯(lián)絡(luò)的緊急服務(wù)。

超級應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)具備三大優(yōu)勢

相比之下,超級應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)具有三方面優(yōu)勢和效益。

一是甲醇燃料電池裝備的超級應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)對災(zāi)難能力強，保障黃金救援時間通信，相比原單一超級基站覆蓋面積擴大100倍以上，通信容量擴大1000倍以上，通話從原100人擴大到幾萬人以上通信聯(lián)絡(luò)，政治意義重大；

二是甲醇燃料電池替代鉛酸蓄電池燃油發(fā)電機，減少鉛等重金屬污染和二氧化碳等次生物質(zhì)排放5倍以上，推動清潔能源應(yīng)用符合國家戰(zhàn)略，綠色環(huán)保，造福人類，社會效益巨大；

三是甲醇燃料電池穩(wěn)定高效，安全可靠，夯實通信基礎(chǔ)設(shè)施提升網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量，平時作后備電源待機，無能源消耗，節(jié)省空調(diào)用電，緊急狀態(tài)下供電時長由原來1~2天提升至10~20天提高10倍以上，保障通信服務(wù)社會，顯著提升企業(yè)效益和核心競爭力，如約履行社會責(zé)任。

總體而言，引入綠色環(huán)保、節(jié)能減排、超長時間供電的新一代清潔能源氫（甲醇）燃料電池作為通信網(wǎng)絡(luò)的后備/應(yīng)急電源，以裝備衛(wèi)星傳輸設(shè)備的超級基站為中心，預(yù)選城域若干重要基站和傳輸節(jié)點為輔助，并加以抗震防洪設(shè)施改造，配置燃料電池取代大容量蓄電池，完善現(xiàn)行移動通信環(huán)網(wǎng)、雙路由傳輸保護，交換網(wǎng)管中心配以遠(yuǎn)程監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，可以構(gòu)建“平戰(zhàn)”結(jié)合、超強續(xù)航能力的超級應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)。

平時在虛擬狀態(tài)，新型超級基站與所有基站一樣承載常規(guī)移動通信業(yè)務(wù)，安全高效、節(jié)能環(huán)保，顛覆了傳統(tǒng)落后低效能的蓄電池后備供電構(gòu)架；緊急狀態(tài)（包括各種地質(zhì)氣象災(zāi)害、戰(zhàn)爭等突發(fā)事件）下，如供電、交通和局部通信光纜中斷，受多重保護的該網(wǎng)絡(luò)進入實戰(zhàn)狀態(tài)，能夠確保本地部分通信超長時連續(xù)運行，節(jié)點傳輸盡可能貫通，為覆蓋區(qū)域內(nèi)眾多移動手機提供相互間通訊，并保障衛(wèi)星傳輸通道對外聯(lián)絡(luò)通道和直接衛(wèi)星電話的直接呼叫，為社會各界及時組織自救和互救，贏得生命救助和物資支援的72小時黃金時間。