王瑞琦，刘 浩

（河南省信息咨询设计研究有限公司，河南 郑州 450000）

1 基站储能的意义

储能系统是智能电网、互联网+智慧能源、可再生能源高占比能源系统的重要组成部分，能够为电网运行提供多种服务，如调峰、调频、备用、黑启动以及需求响应支撑等，同时可以很好地提升传统电源系统的灵活性、经济性以及安全性。此外，有效的储能系统可以明显提高风、光等可再生能源的消纳能力，是推动基站主体电源由普通能源向可再生能源转变的关键。

积极构建分布式电源网络，实现以太阳能、风能等可再生能源为主的多能源协同发展。通过构建智能化电源系统的运行监测和管理平台，使电源系统和用电终端基于网络进行双向通信和自动调节控制，实现分布式电源系统的及时有效接入和开放共享。基于此，高效的储能系统是理解未来通信局站电源系统发展、抢占先进能源管理至高点的重点所在。运营商建设储能基站具备得天独厚的优势，一是通信基站本身就是一个巨大的能源消费市场，不用为储能寻找客户；二是基站资源已初步具备储能建设的基本条件，能够实现外电引入，同时拥有电源配套设施；三是河南省各区县都拥有电源配套的维护管理经验和成熟的维护队伍。基站储能是运营商能源经营的重要组成部分，是实现节能降耗、提升公司效益的重要举措[1-4]。

2 基站储能的效益分析

目前，我国诸多省市已经开始实行有差别的电价供应，在高峰时段调高电价，低谷时段降低电价，以保证供需平衡。通过设置这种“消峰填谷”的激励措施，鼓励消费者在高峰时段减少电力消耗，转为在非高峰时段使用电力资源。峰谷电价政策要求用户在高峰时段支付较高的电费，非高峰时段支付低价电费，利用价格杠杆调节电力消费不均的情况，有利于电力公司降低生产成本，均衡电力供应，减少能源消耗，同时有效避免部分发电机组频繁关机和重启带来的设备损耗等问题[5]。

河南省部分运营商的基站储能充分利用峰谷电价的价差进行分时充放电节能化管理，电源系统在电价低谷时自动为基站蓄电池组充电，在电价峰谷时自动切换为放电模式，不仅有效减少了基站运行的电费支出，并且使过去仅用于备电的蓄电池组在基站中发挥更大的作用。以平均每个基站直流负载3.5 kW、储能损耗5%、高峰电价1.050 25 元/kWh、低谷电价0.356 35 元/kWh为例，每天（按8 h算）节省电费3.5×8×（1.050 25-0.356 35）×（1-5%）≈18.457 7元，每月（按30天算）节省约553.7元，每年（按365天算）可节省6 737元。梯次电池充放电按2 000次寿命计算，可以使用约5年半的时间，期间节省费用共计约3.7万元。全省基站约3.6万个，每年节省电费约2.4亿元。

3 单站储能建设方案

建设储能基站，需要利用梯次电池对蓄电池组进行扩容（见图1），当不同容量、不同时期、不同品牌以及不同电压的蓄电池同时使用时，需要加装蓄电池共用管理器。由于用电低谷时开关电源既要满足负载功耗，又要对蓄电池组完成充电，因此需要同时对开关电源进行扩容。为了实现“谷电峰用”，需要搭建能源管理系统，并在基站端安装远端智能控制模块（图2）。

图1 电池扩容系统图

图2 能源管理系统图

储能工况电池容量配置标准为

式中：Q为电池容量，Ah；K为安全系数，取1.25；P1为一次下电侧通信设备实际工作功率，W；P2为二次下电侧通信设备实际工作功率，W；T1为一次下电侧设备备电总时长，h；T2为二次下电侧设备备电总时长，h；T3为削峰填谷时长，h；a为温度调整系数，取1.0。

当采用0.1C充电电流时，开关电源容量为

式中：P为通信设备实际工作功率，W；Q总为蓄电池组总容量，Ah；η为容量系数，取0.95。

当采用0.2C充电电流时，开关电源容量为

为了保障负荷安全运行，新建开关电源的整流模块应采用n+1配置方式（n≤10）。

蓄电池共用管理器安装在开关电源与电池组之间，作为多组电池接入开关电源的合路设备，保证电池组之间无环流。蓄电池共用管理器可以控制各组电池的充电电流和放电电流，保证每组电池的工作平衡。管理器可以为多组电池同时充电或分组充电，同时各组电池也通过蓄电池共用管理器同时向负载供电。

4 储能与5G

众所周知，5G设备的天线通道数量和站点容量较4G大幅提升，导致基站整体功耗上升，对基站电源配套中的外市电、蓄电池组以及室外机柜等均造成较大影响，5G基站供备电系统亟需升级扩容。

在储能系统中，使用体积更小、重量更轻、能量密度更高、寿命更长以及其他性能更优的锂电池来替代铅酸电池已是大势所趋。5G时代通信基站环境更加复杂、要求更加严苛，仅在储能系统中采用普通锂电替代铅酸电池已然不够。针对5G时代对站点储能的多维需求，各电信设备厂家基于对5G网络演进趋势的深刻理解，纷纷推出了智能储能系统，免增机柜，解决了电信行业长期面临的站点获取难、机房空间小、站点租金高以及工程进度慢等问题。基于传感技术、通信技术以及云计算技术等，系统可以实现过压保护、欠压保护、过流保护、高温保护、低温自动保护以及高精度均衡等，提升了电池使用效率，降低了运维成本，也能满足通信机房的安全运行需求。同时，通过本地电池管理系统（Battery Management System，BMS）与站点子系统间的站内协同，可以实现储能系统从单一备电转向综合应用、从无协同转向智能协同。由于5G设备额定功耗相较于以往有所提升，考虑电源配套时必须加大创新力度，从而更好地实现低成本、高质量的目标。为了突破以往“一站一电”的供电方式，可以在具备条件的地区以基站群为基础进行整体供电方案设计，打造低成本、高可靠的基站能源网络。

5 储能与叠光

基站叠光方案是在基站传统电源基础上叠加太阳能供电，安装仅满足通信负载功率需求的太阳能电池板，优先使用太阳能供电。在传统基站供电方案中，柴油发电机组是蓄电池组+移动油机方案中的应急电源，只有当市电停电且蓄电池的后备时间无法满足供电需求时才用以应急供电。当采用站点叠光方案时，不再优先使用柴油发电机组，当市电发生故障时采用太阳能光伏发电系统来保障基站的正常供电。在无市电供应的海岛和边远地区，较大容量的太阳能光伏发电系统还可以作为主供电系统来保障基站的正常供电。为了保障基站的可靠运行，也可以将柴油发电机组作为备用电源。光伏发电管理系统如图3所示。

图3 光伏发电管理系统

与无市电地区的叠光方案不同，市电稳定地区的太阳能不作为唯一的能量输入源，而是作为节能的手段，有时需要电网与光能结合供电，站点对供电可靠性的要求也相对更高。现有的站点一般都配有备电电池，通过监控根据不同环境实现太阳能模块、整流模块与备用电池的综合可靠调度，从而很好地实现节能效益和供电可靠性之间的平衡。叠光后，如果基站停电发生在有日照的时段，则不需要应急发电。由于深夜通信业务较少，夜晚上站发电相对危险，因此实际很少夜间发电。经过测算，采用叠光方案的站点可以减少80%以上的上站应急发电成本，并降低应急发电不及时带来的断站风险。通常来说，3～5年是通信系统中比较合理的投资回收周期。例如叠光方案总投资2.2万元，只要每年节省超过4 400元，就值得投资。一个2 kW站点年省电按2 920元计算，只需要每年节省1 480元应急发电费用即可满足5年投资回报要求。按每次发电成本380元计算，对于年上站应急发电需求4次以上的站点，都值得投资叠光方案。1个单运营商2G/4G站点或2个运营商单制式共享站典型负载平均功率接近2 kW，可以配置1个3 kW太阳能模块和（9×250）W太阳能电池板，只需要净占地面积13 m2，经济效益较好。

6 结 论

目前基站通信系统电源改造多从节流入手，通过提高站点设备与电源的效率，使站点的PUE值尽可能接近1。结合集中储能、微电网等新模式，采用风、光等可再生能源，不仅可以进一步优化站点PUE，还可以为站点的可持续化发展提供绿色且高效的新型解决方案，为基站节能和储能提供新思路。