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技術(shù)
中國節(jié)能網(wǎng)

通信基站節(jié)能減排新能源供電系統(tǒng)技術(shù)解決方案

   2014-07-21 中國節(jié)能網(wǎng)4990
核心提示:節(jié)能減排新能源供電系統(tǒng)充分考慮通信基站供電系統(tǒng)的特點,以最直接的方式將新能源供電引入通信基站,其定位非常明確,就是作為基站原有市電供
節(jié)能減排新能源供電系統(tǒng)充分考慮通信基站供電系統(tǒng)的特點,以最直接的方式將新能源供電引入通信基站,其定位非常明確,就是作為基站原有市電供電系統(tǒng)的補充供電方式,通過使用新能源減少基站對常規(guī)能源的消耗,并減少因使用常規(guī)能源而產(chǎn)生的碳排放和污染氣體排放,充分利用新能源。
 
2.1技術(shù)方案簡述
 
  節(jié)能減排新能源供電系統(tǒng)采用直流接入方式。在原有市電供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上按照減排需要增加一定容量的風(fēng)力發(fā)電機和配套的控制器,新能源供電系統(tǒng)與原系統(tǒng)在整流器輸出直流母線處并接,將新能源直接為蓄電池充電和負載供電。技術(shù)方案框圖如下圖所示,該方案配置了2套1kW風(fēng)力發(fā)電機組為原供電系統(tǒng)補充新能源電能。風(fēng)機控制器配置通訊接口,可將風(fēng)力發(fā)電機組的運行參數(shù)上傳至監(jiān)控中心,也可將監(jiān)控中心的操作命令下傳至控制器。
 
2.1.1標準方案
  該系統(tǒng)分為綠色能源供電系統(tǒng)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)兩個部分。
 
  綠色能源供電系統(tǒng):主要由2臺風(fēng)機、1套風(fēng)機控制器、2臺泄荷器組成。
 
  遠程監(jiān)控系統(tǒng):由遠程監(jiān)控模塊、系統(tǒng)服務(wù)器、GSM網(wǎng)絡(luò)(或者CDMA網(wǎng)絡(luò))組成。遠程監(jiān)控模塊實時讀取風(fēng)機控制器的運行信息,并通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)反饋給系統(tǒng)服務(wù)器。
 
2.1.2 供電評估系統(tǒng)方案
 
  該系統(tǒng)分為綠色能源供電系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)和綠色能源供電評估系統(tǒng)三個部分。
 
  綠色能源供電系統(tǒng):主要由2臺風(fēng)機、1套風(fēng)機控制器、2臺泄荷器組成。
 
  綠色能源供電評估系統(tǒng):包括風(fēng)速測量模塊和計量監(jiān)控模塊
 
  風(fēng)速測量模塊:包括風(fēng)速儀、風(fēng)資源評估模塊,測量現(xiàn)場實時風(fēng)速通過遠程監(jiān)控進行記錄,可有效了解現(xiàn)場的風(fēng)資源情況;
 
  計量監(jiān)控模塊:此模塊包含三相交流電表,測量開關(guān)電源與通信負載消耗的市電電量;監(jiān)測基站供電運行情況,切換模塊,用于市電和綠色能源供電之間的切換
 
  遠程監(jiān)控系統(tǒng):由遠程監(jiān)控模塊、系統(tǒng)服務(wù)器、GSM網(wǎng)絡(luò)(或者CDMA網(wǎng)絡(luò))組成。遠程監(jiān)控模塊實時讀取風(fēng)機控制器的運行信息,并通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)反饋給系統(tǒng)服務(wù)器。
 
2.2 工作原理簡述
  新供電系統(tǒng)在保證原供電系統(tǒng)不變的情況下,增加風(fēng)力發(fā)電作為補充供電部分,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)只增加風(fēng)力發(fā)電機、風(fēng)機控制器部分,不需增加儲能用蓄電池,系統(tǒng)容量可根據(jù)基站的功耗、節(jié)能減排比例和安裝地的風(fēng)力資源狀況靈活確定。
 
  風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通過控制器輸出直流電并接入到系統(tǒng)電壓直流母線,以蓄電池電壓作為能量輸出控制點,略高于開關(guān)電源模塊的輸出電壓,高出值可控制在1V以內(nèi),不影響蓄電池的浮充性能,也不影響直流配電單元對通信負載的正常供電。
 
新能源供電系統(tǒng)運行時,可以按下述幾種狀態(tài)對系統(tǒng)的供電流向進行分析:
 
(1) 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有直流輸出但功率較小時:由于風(fēng)機控制器的輸出電壓較開關(guān)電源模塊略高,其輸出電能被優(yōu)先配置給負載使用,剩余不足部分功率將會由開關(guān)電源模塊自動補足。
 
(2) 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有直流輸出且功率較大時:由于輸出電能被負載優(yōu)先使用,此時負載用電全部來自風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),原有開關(guān)電源模塊的輸出將基本降為零功率或處于待機狀態(tài)。
 
(3) 當(dāng)出現(xiàn)無風(fēng)天氣時,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無功率輸出:負載用電全部來源于原有開關(guān)電源系統(tǒng),即恢復(fù)到原有供電方式;此時風(fēng)機控制器處于待機狀態(tài)。
 
(4) 以上各種供電狀態(tài)均為系統(tǒng)內(nèi)部的無縫切換,同時風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與原有市電系統(tǒng)互為熱備份,在減少原有系統(tǒng)用電的同時進一步增強了系統(tǒng)供電穩(wěn)定性和可靠性。
 
  綜上所述,只要風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工作,其所產(chǎn)生的電能都將被負載優(yōu)先使用,使節(jié)能減排的效益最大化。而在無風(fēng)條件下,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不工作時,原有供電系統(tǒng)繼續(xù)正常供電,新增系統(tǒng)對正常供電不產(chǎn)生任何影響。
 
2.3 系統(tǒng)特點
 
  節(jié)能減排新能源供電系統(tǒng)深入分析了基站供電系統(tǒng)的應(yīng)用特點,充分利用原有設(shè)備的特性,不需要對原系統(tǒng)進行任何改造,僅需按需要增加風(fēng)力發(fā)電機組的數(shù)量即可輕松實現(xiàn)減排,是基站節(jié)能減排“開源”的優(yōu)選方案。新能源供電系統(tǒng)緊密結(jié)合基站供電特點,具體表現(xiàn)在:
(1) 通信基站原有供電系統(tǒng)已經(jīng)配置了一定數(shù)量的蓄電池組,新能源供電系統(tǒng)可充分利用原有設(shè)備,無需額外增加投資。
 
(2) 通信基站的負荷連續(xù)平穩(wěn),新能源供電系統(tǒng)可隨時向負荷提供電能,實時消耗,無需較大容量的電能儲存。
 
(3) 新能源供電系統(tǒng)通過風(fēng)機控制器控制開關(guān)電源模塊的輸出電能,實時調(diào)整供電與用電之間的平衡,通過控制開關(guān)電源模塊的輸出特性,使新能源發(fā)電能夠優(yōu)先被負荷消耗。風(fēng)機控制器實現(xiàn)了新能源供電與市電供電之間的合理調(diào)度,調(diào)度的目標是新能源發(fā)電量最大化和節(jié)能減排效果最大化。
 
  大型風(fēng)力發(fā)電機組往往采用并網(wǎng)發(fā)電方式,將風(fēng)電直接并入電網(wǎng)。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的日趨成熟,小型風(fēng)力發(fā)電機組也逐步采用并網(wǎng)技術(shù),但作為并網(wǎng)設(shè)備的并網(wǎng)逆變器不僅價格較高,而且可靠性不高。通信基站節(jié)能減排新能源供電方案充分利用了負載連續(xù)運行的特點,將基站負載等效為局部小型電網(wǎng),通過風(fēng)機控制器實時調(diào)度常規(guī)能源發(fā)電設(shè)備(市電)和新能源發(fā)電設(shè)備(風(fēng)力發(fā)電機)在局部小型電網(wǎng)內(nèi)的供電比例,維持整個系統(tǒng)的正常有效運行。其結(jié)果是新能源幾乎以全部利用的方式給負載供電,很好地解決了離網(wǎng)型新能源供電系統(tǒng)普遍存在的問題。因此,可以說,節(jié)能減排新能源供電系統(tǒng)將離網(wǎng)式風(fēng)力發(fā)電機和電網(wǎng)巧妙地結(jié)合在一起,既避免了風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的沖擊,不需要昂貴的并網(wǎng)逆變器,又充分利用了風(fēng)電,節(jié)約了電網(wǎng)的電能,基本達到了風(fēng)電并網(wǎng)的效果。
 
2.4 風(fēng)力發(fā)電機組的額定功率與額定風(fēng)速
  雖然風(fēng)能本身并不需要使用費用,但作為實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換過程的發(fā)電設(shè)備卻需要成本,在節(jié)能減排新能源供電系統(tǒng)中,風(fēng)力發(fā)電機組的效率直接關(guān)系減排的效果,也直接關(guān)系投資的回報。
 
  相同額定功率的風(fēng)力發(fā)電機組,額定風(fēng)速不同時,發(fā)電量差別非常大。風(fēng)力發(fā)電機組的額定功率必須與額定風(fēng)速聯(lián)系起來才有意義。以9m/s額定風(fēng)速與11m/s額定風(fēng)速的兩臺1kW額定功率風(fēng)力發(fā)電機組比較,在5m/s的年平均風(fēng)速和瑞利分布風(fēng)速條件下,9m/s額定風(fēng)速機組年發(fā)電量約2628kWh,而11m/s額定風(fēng)速僅為1825kWh,低額定風(fēng)速機組比高額定風(fēng)速機組多發(fā)了44%的電能。下圖給出了當(dāng)年平均風(fēng)速分別為4、5、6、7m/s時,低額定風(fēng)速機型與高風(fēng)速機型的年發(fā)電量差別。

  當(dāng)以節(jié)能減排為目的新能源供電系統(tǒng)大規(guī)模推廣時,安裝地點的風(fēng)速資源參差不齊,但普遍來講,低風(fēng)速資源較多,風(fēng)速資源豐富區(qū)少,因此,選擇低風(fēng)速機型尤顯重要。
 
  在風(fēng)力發(fā)電機組額定功率的選擇上,考慮到一般通信基站的功耗在幾百至幾千瓦不等,1kW額定功率的風(fēng)力發(fā)電機是比較合適的。相對于較大功率的風(fēng)力發(fā)電機,1kW風(fēng)力發(fā)電機重量較輕,一般為幾十公斤,運輸和安裝都非常方便。不同容量的新能源供電系統(tǒng)可根據(jù)基站的功耗、減排比例和安裝地的風(fēng)速條件靈活選擇1kW風(fēng)力發(fā)電機組的數(shù)量。
 
  單純以風(fēng)力發(fā)電機組額定功率評估風(fēng)力發(fā)電機組的最重要的要看同等風(fēng)速下的發(fā)電而不是額定功率。一般基站的功耗在幾百至幾千瓦不等。作為一種可大量推廣的標準方案,風(fēng)力發(fā)電機組的單機容量選擇非常重要。對于基站的用電規(guī)模,選擇1kW作為標準單機容量應(yīng)該是合適的。通過選擇不同的單機數(shù)量,非常容易適合大多數(shù)基站的供電需求。并且,相對于較大功率的風(fēng)力發(fā)電機,1kW風(fēng)力發(fā)電機重量輕,一般為幾十公斤,運輸和安裝都非常方便??珊唵蔚馗鶕?jù)基站的功耗、當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)速狀況和減排比例,選擇合適的單機數(shù)量。
 
2.5 風(fēng)力發(fā)電機組安裝方式
 
  風(fēng)力發(fā)電機組的通用安裝方式有斜拉桿式、斜拉索式、獨桿式,塔架形式又可分為單管塔、圓管桁架塔、角鋼塔三種形式,安裝方式的選擇與應(yīng)用場合有關(guān)。
 
  通信基站一般都設(shè)置有較高通信桿塔。針對通信基站應(yīng)用的特點,如果利用基站的通信桿塔直接將風(fēng)力發(fā)電機組安裝合適的高度,那么風(fēng)力發(fā)電機組的整體成本將有較大幅度的下降,而且也省去了因安裝風(fēng)力發(fā)電機而產(chǎn)生的繁瑣的征地程序。另外,將風(fēng)力發(fā)電機直接安裝于通信桿塔從形象上凸顯了運營商踐行綠色通信的決心和行動。
 
  風(fēng)力發(fā)電機組通信桿塔直接安裝方式的關(guān)鍵問題是安裝是否會影響桿塔本身的安全。附錄1《角鋼塔安裝1kW風(fēng)力發(fā)電機組的可行性分析》對塔上直接安裝方式進行了詳細的載荷計算,證明了標準通信塔桿上直接安裝1kW風(fēng)力發(fā)電機組的可行性。同時,針對非標準通信桿塔,給出了塔上直接安裝相關(guān)建議。
 
下面給出了風(fēng)力發(fā)電機組塔上安裝的三種方式
 
1、單管塔
安裝高度12-25米,兩套風(fēng)機總塔架重量為:300kg
 
2、圓管桁架塔(三角、四角)
安裝高度12-25米,單套風(fēng)機塔架重量為:190kg,兩套總共約380kg
 
3、角鋼塔安裝(三腳、四角)
安裝高度12-25米,單套風(fēng)機塔架重量為:220kg,兩套總共約440kg
 
2.6 新能源供電監(jiān)控系統(tǒng)
 
  新能源供電監(jiān)控系統(tǒng)是節(jié)能減排新能源供電系統(tǒng)的重要組成部分。監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測新能源供電系統(tǒng)運行數(shù)據(jù),遠程控制供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
 
  監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi),所有的風(fēng)機運行信息都一目了然,自動故障報警可大大減少人工巡檢的工作量,保障風(fēng)機設(shè)備的連續(xù)可靠運行。作為節(jié)能減排效果評估的最有效方式,遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以提供大量的原始數(shù)據(jù),真正實現(xiàn)節(jié)能減排目標的監(jiān)測和評估。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,能夠為節(jié)能減排的有效推進提供寶貴的經(jīng)驗。
 
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