分布式能源在5G基站中的應(yīng)用分析

閆啟明，熊昌全，張宇寧，詹 巍，單怡琳

（1.國家電投集團(tuán)西南能源研究院有限公司，四川 成都 610000；2.國家電投集團(tuán)四川電力有限公司，四川 成都 610200）

0 引 言

目前，基站采用的供電方式主要有3種，分別是直供電、轉(zhuǎn)供電、路燈電，其中以直供電方式最為普遍。直供電方式是直接從電網(wǎng)公司輸電線路側(cè)引380 V三相電或220 V單相電至基站，受到基站容量的限制，無法滿足5G基站的負(fù)荷要求，面臨著大規(guī)模改造的問題[1-5]。轉(zhuǎn)供電方式是從第三方（如小區(qū)物業(yè)處）引電至基站，容易受到業(yè)主方供電穩(wěn)定性和供電容量的影響，無法通過直接增容的方式來滿足5G基站建設(shè)需求。路燈電是從路燈箱式變電站引電至基站，無法滿足新增5G基站的負(fù)荷需求[6]。基于此，以分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，探索新型分布式能源（分布式光伏+分布式儲(chǔ)能）在5G基站中的應(yīng)用，利用新型分布式能源的能量管理策略來管理5G基站的電源供給，實(shí)現(xiàn)變壓器動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，解決市電擴(kuò)容困難的問題。

1 分布式能源系統(tǒng)

1.1 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是采用光伏組件將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，圍繞就近發(fā)電、就近并網(wǎng)、就近轉(zhuǎn)換、就近使用的原則運(yùn)行，不僅能夠有效提高同等規(guī)模光伏電站的發(fā)電量，還能有效解決電力長途傳輸過程中的損耗問題[7-9]。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)在于環(huán)保效益突出，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電用電并存，在一定程度上緩解局地的用電緊張狀況。

1.2 分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)

分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)以儲(chǔ)能技術(shù)為主要手段來實(shí)現(xiàn)用戶電源供給，具備完善的能量管理和監(jiān)控體系，其規(guī)?？梢愿鶕?jù)實(shí)際需求確定，建設(shè)方式與地點(diǎn)也呈現(xiàn)多樣化特征。分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)可以改善供電質(zhì)量，提高供電可靠性，實(shí)現(xiàn)分布式可再生能源消納[10]。分布式儲(chǔ)能電源為能源存儲(chǔ)設(shè)備，可以在5G基站中替代常規(guī)備電設(shè)備，同時(shí)利用儲(chǔ)能技術(shù)的控制策略和調(diào)度方式實(shí)現(xiàn)5G基站能源的綜合供給，提高基站用電的經(jīng)濟(jì)性。

2 分布式能源系統(tǒng)在5G基站中的接入

近年來，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的融合發(fā)展為實(shí)際供電系統(tǒng)解決了不少問題，利用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)解決發(fā)電問題，利用分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)解決電能儲(chǔ)存問題，形成發(fā)、儲(chǔ)、用一體化的獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)[11]。光伏發(fā)電系統(tǒng)配合儲(chǔ)能系統(tǒng)接入5G基站電源系統(tǒng)中，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理策略（Energy Management Strategy，EMS）實(shí)現(xiàn)光伏自發(fā)自用、余電存入電池、削峰填谷以及應(yīng)急備電等模式，為5G基站系統(tǒng)提供更優(yōu)的供電方案。

分布式能源系統(tǒng)在5G基站中的接入方案如圖1所示。

圖1 分布式能源系統(tǒng)在5G基站中的接入方案

3 分布式能源在5G基站中的應(yīng)用策略

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，提高自發(fā)自用率是衡量光伏電站經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的重要手段之一，可以通過分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的融合應(yīng)用實(shí)現(xiàn)電力最大化的自發(fā)自用。將光伏發(fā)電多余的電量存入電池系統(tǒng)，以供緊急電量需求或光伏不發(fā)電時(shí)使用[12]。

利用峰谷電價(jià)差，在峰時(shí)利用儲(chǔ)能電池放電提供負(fù)載能量，減少電網(wǎng)電能消耗；在谷時(shí)則采用電網(wǎng)供電，并對蓄電池進(jìn)行充電。通過反復(fù)循環(huán)的充放電，既保證了負(fù)載持續(xù)供電的需要，又大大降低了平均電價(jià)，給企業(yè)或用戶帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，降低了設(shè)備運(yùn)行成本。

在通信技術(shù)領(lǐng)域，供電系統(tǒng)應(yīng)急備電功能尤為重要。電池系統(tǒng)作為應(yīng)急供電的重要能量來源，其穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力是重要考核指標(biāo)。由于基站供電條件不同，受供電功率、停電時(shí)間、停電頻率等因素的影響，其備電時(shí)間長短也不相同，分布式能源系統(tǒng)可以根據(jù)不同基站的具體情況進(jìn)行備電電量設(shè)置，保證基站時(shí)時(shí)都有電可用[13-15]。

4 分布式能源在5G基站中的應(yīng)用案例分析

以多家通信運(yùn)營商共享的某宏基站為例，基站供電系統(tǒng)采用1套分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)和1套分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。實(shí)際配置分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出功率為30 kW，最長備電時(shí)間為3 h。根據(jù)地區(qū)時(shí)間光照情況，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電盡量被負(fù)載消納和存入儲(chǔ)能系統(tǒng)。

考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率為80%，結(jié)合光伏組件容量每年的衰減情況，預(yù)計(jì)該基站供電系統(tǒng)未來25年（含2022年）的發(fā)電量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 基站供電系統(tǒng)未來25年的分布式光伏發(fā)電數(shù)據(jù)

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)年平均發(fā)電量約24 356 kW·h，按照平均電價(jià)0.975 元/（kW·h）計(jì)算，年平均節(jié)約電費(fèi)約23 747元，25年總節(jié)約電費(fèi)約593 678元。結(jié)合投資成本分析，分布能源系統(tǒng)在5G基站中的應(yīng)用可以帶來一定的經(jīng)濟(jì)收益，對于基站發(fā)展十分有利。此外，基站儲(chǔ)能系統(tǒng)可以配合電力公司實(shí)現(xiàn)調(diào)峰、調(diào)頻、需求側(cè)響應(yīng)等內(nèi)容，充分體現(xiàn)分布式能源參與電網(wǎng)服務(wù)的重大意義。

5 結(jié) 論

隨著5G通信技術(shù)的快速發(fā)展，電源供給問題是當(dāng)前5G基站建設(shè)與改造面臨的重要問題。分布式能源系統(tǒng)在5G基站中的應(yīng)用已經(jīng)成熟，其采用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)來解決5G基站電源供給問題，實(shí)現(xiàn)基站的正收益。隨著分布式能源系統(tǒng)在5G基站中的大量應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)5G基站系統(tǒng)綠色高效發(fā)展的全新局面。