基站风光互补电源系统配置策略研究

仝海飞 颉亚伟

（1.中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司，陕西 西安 710021；2.中国移动通信集团甘肃有限公司，甘肃 兰州 730030）

1.前言

随着我国经济的快速发展，农村居民人均收入快速提高，通信费的支出逐年增加，对通信的需求更加旺盛。为了满足市场需要，提高企业竞争力，运营商在网络覆盖率不断提高，覆盖面积不断扩大。目前行政村的覆盖率目前已经达到95%以上，自然村覆盖率还在不断提升之中，同时，对公路、铁路等交通干线的覆盖率也在不断提升，通过对某省电信运营相关数据统计如下：

我国地域辽阔、地形复杂，电网覆盖远远不能满足通信设备的电力供应要求，很多偏远地区的供电方式仍然以小水电方式或还没有升级的农村电网供电，电力供应很不稳定，为我们的通信建设带来诸多不便和隐患，风光互补供电系统可以解决这一隐患，其特点在于风力资源和光资源的互补利用。

因此，如何科学的配置风光互补发电系统，以达到资源的合理互补利用，是发电系统能否提供可靠电源的前提条件，本文将就该问题重点论述。

2.风光互补供电系统简介

风光互补发电系统由太阳能电池、小型风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成。风光互补发电系统弥补了以往单一风力发电系统或光伏发电系统的不足，达到互为补充的效果，使得供电系统更为稳定。但是，发电系统各部分容量的合理配置对保证发电系统的可靠性非常重要。

风光互补供电系统的主要组成部分和供电系统连接图如下图所示。

3.基站风光互补发电系统配置策略

风力资源和光能资源是自然能源，取之不尽、用之不竭，是理想的绿色能源。但是，不同的地区，有不同的自然条件，风力资源和光能资源分布并不均匀，各有特点，而且，风光互补发电系统较为昂贵，因此，科学的配置风光发电系统，即可以保证后期供电系统的稳定性，还可以节约建设投资，在整个工程建设环节中意义重大。

表1-1 农村地区相关信息统计

表3.1-1 分光发电系统综合造价表

科学的配置风光互补系统，重点应该考虑以下几个因素：

(1)风光互补发电系统的选点原则

(2)功率需求的确定

(3)风光资源的分布状况;

(4)有效输出功率的计算与匹配；

以下，将通过四个方面对风光互补发电系统在基站中的应用进行论述。

3.1 风光互补发电系统的选点原则

风光互补发电系统在站址选择的过程中，应该经济性和可行性两个方面考虑。

(1)经济性：风力互补发电系统如前所述，主要包含风力发电机、太阳能电池及控制器，总体平均价格如下：

通常市电安装费用每公里4万-6万，不包含建设变压器费用（市电引接的费用各地区差别较大，此价格仅为某西部省份的调查结果）。

从经济性考虑，是否选用风光互补供电系统，决定于市电安装的费用。

（2）可行性：风光互补发电系统相对于传统供电，需要增加风力发电机和太阳能电池板，安装位置空间有较高要求。因此，在选择风光互补发电系统时，需综合考虑实际的可行性问题。

风机的安装位置需求：通常我们选择的风机有1KW、2KW、5KW三种，安装位置需求如下：

风机占地空间需求如下：

太阳能电池板的安装位置需求：光伏发电的能量来源就是太阳，因此太阳能电池板的安装首先要避免有树荫等遮蔽情况发生，要朝南安装（北半球）；其次，要有足够的安装空间，具体需求如下：

总的安装空间需求计算方式：（太阳能总容量/单板容量）*单板面积

3.2 功率需求的确定

风力资源和光能资源是自然能源做为一种常见自然资源，蕴含丰富，但是风力发电设备和太阳能电池板仍然属于新能源、新技术领域，较为昂贵，如果要提供较大功率的电力供应，需要付出较大投资。

从通信工程建设的实际情况统计分析，目前需要应用风光互补供电系统的基站大多处于比较偏远的山区，用户相对较少，因此，大多选用较低配置，设备耗电较少，对电力资源的要求也较低。

综合考虑以上问题，在提出功率需求时，首先，确定基站无线设备的基本配置耗电（无线设备BP）；其次，确定配套设备中必须配置设备耗电（传输、监控设备SP）；最后，确定基站中可选设备的配置功耗（空调等）。那么，一般情况，我们只需要考虑BP SP即可。

最终，计算总能耗需求Q(KWh)如下：

Q=(BP+SP）*24

3.3 风光资源分布情况调研

不同的区域有不同资源分布，风光资源分布并不均匀，因此，在风光互补电源系统配置时，要掌握基站所在地区的风光资源的分布情况，首先可通过查阅中国风力资源分布表和中国太阳能分布表。

通过查阅资源分布情况，可大体了解，基站所在区域的风光资源情况，对后期的风光资源配置提供指导。

3.4 风光互补系统配置计算方法

根据查阅基站所在区域风光资源分布表，已经在大体了解了该区域的风光资源分布情况，在配置时，要注意多配置资源丰富的发电设备，以保证发电系统的稳定性。

在大环境了解的条件下，我们可根据基站所在的经纬度，通过NASA系统，查阅基站所在地区的实际风光资源具体数据，以进行下一步计算配置。一般查阅资料输出如下：

根据相关要求，风光资源配置根据资源分布情况，将分光发电比例控制在2：8-5:5之间，可以达到良好的互补效果，发电总量QM是需求总量Q的2倍以内，可实现建立稳定供电系统的目的。通过以上信息，我们可进行如下计算，实现最终科学配置：

表3.1-3 风机实际安装空间需求

表3.1-4 太阳能电池板单板安装空间需求

表3.4-1 查阅NASA系统输出结果样表

（1）平均值法：QM=｛P1（a对应风机输出功率）*24+P2（太阳能电池板功率）*b｝

（2）光照最差月法：QM=｛P1（c对应风机输出功率）*24+P2（太阳能电池板功率）*d｝

（3）风速最差月法：QM=｛P1（e对应风机输出功率）*24+P2（太阳能电池板功率）*f｝

根据以上三种方法，我们可以选择出不同的风力发电机和太阳能电池板配置，再通过不同的造价、基站的站点位置，综合考虑确定最经济、合理的配置。

结论

通过以上分析，在风光互补供电系统的的设计中，要充分考虑风力资源、太阳能资源的具体情况，依据设备用电需求，科学合理的选择供电系统配置方案，达到科学、稳定、经济的目的，实现绿色能源的有效利用。

[1]李文慧《风光互补发电系统优化配置及应用》农村牧区机械化2009.06期