風光綠色能源技術(shù)在通信基站中的應(yīng)用

王曉雨

華能廣西清潔能源有限公司，廣西 南寧 530021

0 引言

太陽能主要依靠太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的一種可再生能量，是十分典型的可再生能源。太陽能自身具有清潔無污染和可再生的特點，從狹義角度來看，太陽能的利用限于太陽能輻射能的光能、熱能以及光化學的直接轉(zhuǎn)換；從廣義角度來看，太陽能所涉及的范圍非常廣泛。在我國通信基站建設(shè)發(fā)展過程中，合理利用太陽能和風能十分重要。然而，這兩種能源的穩(wěn)定性均較低，如何更好地收集風能與光源能，并將其應(yīng)用于通信基站建設(shè)中是基站設(shè)備長期穩(wěn)定供電的必要保障。

1 風力發(fā)電的基本原理

在風力發(fā)電過程中不會出現(xiàn)燃料問題，也不會造成輻射污染與空氣污染。風力發(fā)電機是典型的低碳經(jīng)濟發(fā)電設(shè)備。其中，永磁直驅(qū)電機是比較適合用于通信基站的風力發(fā)電機。該電機通常有兩種形式，分別是轉(zhuǎn)子線圈/定子磁鋼以及定子線圈/轉(zhuǎn)子磁鋼，只需要轉(zhuǎn)子保持轉(zhuǎn)動，磁力線就會切割線圈產(chǎn)生電能[1]。

風力發(fā)電系統(tǒng)主要包括風力發(fā)電機組和控制器，風力機組一般由風輪機構(gòu)、發(fā)電機、尾舵機構(gòu)以及回轉(zhuǎn)機構(gòu)組成。永磁直驅(qū)風力發(fā)電機組的風輪機構(gòu)可以與發(fā)電機轉(zhuǎn)子直接相連，進而使風力帶動風輪轉(zhuǎn)動中，可以帶動發(fā)動機的轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動，最終完成風力發(fā)電。此外，尾舵機構(gòu)可以使葉片始終對著來風的方向，以最大限度地獲得風能，回轉(zhuǎn)機構(gòu)可以使風能靈活轉(zhuǎn)動，完成尾舵機構(gòu)調(diào)節(jié)方向的功能。通常情況下，總體輸出功率不超過10 kW的風力機組，都可以采用上述機械結(jié)構(gòu)。從通信基站建設(shè)角度來看，通常都會采用5 kW以下的風力發(fā)電機組。隨著風速的變化和風持續(xù)時間的不同，風力機組輸出的功率與電能也存在明顯差異。

2 光伏發(fā)電的基本原理

光伏發(fā)電主要是通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，再通過控制器完成蓄電池的充電，最后利用逆變器來完成供電的一套系統(tǒng)。在夜間或太陽能電池電力不足時，會通過蓄電池放電來提供備用能源。太陽能電池組件一般是由多個晶體硅電池單體串聯(lián)或并聯(lián)組成，并經(jīng)過嚴格封裝制作而成，而電池單體在太陽光直接照射下就會產(chǎn)生一定的電壓與電流，經(jīng)過電纜傳輸?shù)匠潆娍刂破鱗2-3]。通過光發(fā)電的明顯優(yōu)點就是具有可靠性較高的供電系統(tǒng)，運行維護成本投入較低，但在安裝布點過程中需要重點考慮太陽能板防盜問題。

3 風光互補綠色能源技術(shù)的應(yīng)用特點與優(yōu)勢

單獨的風力與光伏發(fā)電技術(shù)都有一個缺陷，就是不確定的資源致使發(fā)電和用電負荷產(chǎn)生了不平衡，并且這兩種方式都需借助蓄電池蓄能才能夠持續(xù)穩(wěn)定地供電，而且日常發(fā)電量還會受到自然環(huán)境如天氣因素的影響，進而使系統(tǒng)蓄電池一直處于虧電的狀態(tài)，這也是造成蓄電池使用壽命不高的關(guān)鍵原因。

風光互補綠色能源技術(shù)主要由風力與太陽能兩種能源共同組成，在蓄電池儲能系統(tǒng)中，經(jīng)過逆變器設(shè)備為負載進行供電，從而優(yōu)化現(xiàn)有供電方式，使兩個主要組成構(gòu)建能夠形成一個完整的系統(tǒng)整體，進而更好地體現(xiàn)出二者不同的優(yōu)勢與特征，從而盡最大可能借助于自然太陽能與風能這兩種綠色能源來產(chǎn)出電能。在風能與太陽能這兩種能源相對豐富的地區(qū)當中，風光互補供電無疑是一個最正確的選擇。因為太陽能能夠充分與風能互補，風光互補發(fā)電這種方式可以促進資源上的缺陷互補，進而節(jié)約大量的發(fā)電能源。另外，風電與光電這兩種系統(tǒng)當中的蓄電池與逆變環(huán)節(jié)往往是通用的，因此風光互補這種綠色能源技術(shù)具有更低的使用成本。

風光互補發(fā)電技術(shù)也可以結(jié)合基站的實際負荷情況及資源現(xiàn)有條件合理配置系統(tǒng)容量，從而大大提升供電穩(wěn)定性與可靠性，也能夠在一定程度上降低發(fā)電成本。風光互補技術(shù)還能夠為系統(tǒng)設(shè)計提供良好的方案。借助于不同形式的風光互補綠色能源技術(shù)針對綠色可再生能源加以利用，從而建立更多的邊緣地區(qū)發(fā)電站，以最低的發(fā)電成本，實現(xiàn)最好、最合理的獨立電源供電[4]。

4 風光綠色能源技術(shù)在通信基站中的具體應(yīng)用

4.1 太陽能供電基站

常見的通信基站建設(shè)要求通信網(wǎng)絡(luò)在運行過程中保持連續(xù)7 d的穩(wěn)定狀態(tài)，同時，為了最大限度地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，不僅要在市區(qū)建立基站，還需在沙漠、海島等復雜環(huán)境中建立基站。部分設(shè)備所建設(shè)的環(huán)境常年無人駐守，這對電源的安全性與可靠性提出了嚴格的要求。太陽能供電系統(tǒng)可以直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過串聯(lián)的方式將光伏組件整合在一起，以此來為通信基站提供基本的電壓能源，完成能量的靜止轉(zhuǎn)換，在此過程中投入的發(fā)電機維護成本費用較低。在全球資源緊張的形勢下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點十分突出。

通信基站中的太陽能用電系統(tǒng)主要由匯線盒、蓄電池組等組成。這些組件大多采用多晶硅電池，每塊電池都能夠輸出大約0.5 V的電壓，組件通常是由72個太陽能電池串聯(lián)組成，為了實現(xiàn)大面積的電壓分布，一般會將不同的組件串聯(lián)在一起進行使用。從功率等級方面來看，需盡可能選擇生產(chǎn)量較大的規(guī)格，以減少投入成本。從實際應(yīng)用情況來看，光伏發(fā)電系統(tǒng)正逐漸朝管狀正極板的膠體閥控式酸蓄電池方向發(fā)展。以往的富液電池需要定期加水進行維護，如果電池維護不及時，會明顯縮短其使用壽命，而使用膠體閥控式酸蓄電池，可以在常見的工作環(huán)境下，析出硫酸與氫氣，不再需要單獨建設(shè)機房或安裝通風設(shè)施，顯著減少了后期維護的工作量。

4.2 風力發(fā)電基站

風力發(fā)電機一般安裝在靠近通信基站的位置，電纜鋪設(shè)距離較短，能夠有效避免通信基站供電中斷問題。在一定程度上增加了設(shè)備運行的穩(wěn)定性和連續(xù)性，減少了人為因素的影響。傳統(tǒng)通信基站的維護成本較高，運用風力發(fā)電裝置能夠有效減少運維成本。從風力發(fā)電基站的工作原理來看，風力發(fā)電基站能夠?qū)幽苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C械動能，再轉(zhuǎn)化為電力動能，從而起到良好的發(fā)電效果。目前，由于風力發(fā)電基站不需要使用燃料，也不會產(chǎn)生較強的輻射和污染，因此在世界范圍內(nèi)都有著較為廣泛的運用。

4.3 風光互補供電基站

風能與太陽能都具有自身的優(yōu)點，也存在一定的缺陷，很容易受外界氣候因素的干擾，而通過技術(shù)操作難以解決這一問題，因此容易出現(xiàn)風能與太陽能在發(fā)電期間出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，導致發(fā)電量會隨天氣變化而發(fā)生改變，容易出現(xiàn)與實際發(fā)電不相符的情況。蓄電池在長期欠充狀態(tài)中，發(fā)電系統(tǒng)很容易出現(xiàn)失效問題。為此，將太陽能與風能優(yōu)勢進行補充，設(shè)計出綜合發(fā)電系統(tǒng)，成為當前通信基站技術(shù)發(fā)展的主要方向。從理論角度來看，風能本就源于太陽能，是太陽能的另一種轉(zhuǎn)化形式。通過觀察日常生活可知，白天的陽光十分強烈，但是風力普遍偏小，但是夜晚則恰好相反。夏季的太陽光充足，但是風力普遍偏小，而冬季則正好相反，兩者屬于一種相互的作用力關(guān)系，擁有良好的互補性，從而可以保證在不同的氣候條件下，使供電系統(tǒng)獲得充足的力量來源，使通信基站建設(shè)變得更加可靠。與單獨的太陽能和光能相比，風電綠色能源互補技術(shù)具有更高的社會效益和經(jīng)濟效益[5-6]。

如今，我國對通信行業(yè)的節(jié)能環(huán)保應(yīng)用理念提出了十分嚴格的要求，通信基站建設(shè)正朝著低能耗的方向發(fā)展。各種創(chuàng)新技術(shù)也在降低運維成本的基礎(chǔ)上，減少了對周邊環(huán)境的污染，保持可持續(xù)發(fā)展趨勢。為此，通信基站也需要全面應(yīng)用風電綠色能源技術(shù)，減少通信設(shè)備對傳統(tǒng)能源的依賴性，加強設(shè)備對外界環(huán)境的適應(yīng)能力，將網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積不斷擴大，確保網(wǎng)絡(luò)部署能夠更加方便。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，資源使用變得越來越多，進而導致可利用的資源在不斷減少，環(huán)境條件也因此變得越來越差。在通信基站建設(shè)期間合理利用風光綠色能源技術(shù)，可以將風能發(fā)電技術(shù)與光能發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢結(jié)合在一起，體現(xiàn)出綠色節(jié)能環(huán)保的理念，促使通信建設(shè)能夠滿足現(xiàn)代化綠色環(huán)保的要求，從而有效降低通信基站的日常運營和維護成本。