中国移动已建成1500个超级基站氢燃料电池构筑超级应急通信网络

中国移动江苏公司宿迁分公司 | 成勇

中国移动已建成1500个超级基站氢燃料电池构筑超级应急通信网络

中国移动江苏公司宿迁分公司 | 成勇

为抗灾而生的超级站已经发展多年，业界在其电池续航以及功能提升方面做了进一步改进，这或将颠覆通信传统后备供电构架。

近年来世界范围的地震、台风、洪涝等各种地质气象灾害频发。因供电中断、光缆受损，通信失联，极大影响抗灾救险工作。中国移动集团在“5.12”大地震后首先提出建设一批可以对抗地震、水灾、台风、冰雪等地质气象灾害的特殊通信基站——超级基站。

目前，中国移动已经在全国部署建设了超过1500个抗灾超级基站，分布在全国各地（江苏约30多个）。超级基站作为中国移动在抗灾减灾、保障通信方面的有益探索正发挥积极的作用。据了解，超级基站的设计目的是“地震震不倒、洪水淹不着，台风吹不垮、冰雪冻不坏”。

但是，超级基站依然受到供电续航能力的限制，引入绿色环保、节能减排、超长时间供电的新一代清洁能源氢（甲醇）燃料电池作为通信网络的后备/应急电源，被认为是可行方式。中国移动江苏公司宿迁分公司(宿迁移动)对此进行了试点，效果显著。

与此同时，甲醇燃料电池装备超级基站应用，虽然提升应急保障跃上新的台阶，但只能维持百人以内的紧急通话，而创新“超级应急通信网络”的思路和预案，将原单一超级基站功能和容量将扩大至成千上万倍。

超级基站供电能力存上升空间

当紧急状态发生时，如地面超级基站传输与核心交换机房链路中断时，传输可自动切换到卫星链接2M通道，并支持本地交换、无线Abis传输、拥塞触发HLR、接入等级控制等功能，可以维持该超级站覆盖区域内指定授权手机间相互通话及并与外界通信。如果地区核心机房也遇故障或破坏，依然可以通过北京卫通站进行联络，最后还有直接卫星电话。

但这一切必须在有电的基础上。超级基站其他抗灾优势是：按照10级防震需求框架设计，抗震好；二层机房设备高于地面4米，防洪涝；大容量蓄电池+固定柴油发电机后备电源系统，配置高；供电续航能力基本满足对抗自然灾害的初期要求（其传输构架如图1所示）。

因此，如果灾难期间超级基站外部供电线路因灾受损中断，依赖大容量蓄电池为通信、传输和卫星设备只能提供约20小时左右的电源，如外电难以短期恢复，则需要通信维护人员赶赴现场启动小型燃油发电机连续发电，否则该站将停止运行。如果此时通信设备或传输光缆受损故障，通信部门可以立即组织抢修恢复，但供电故障只能等待供电部门解决。

图1 宿迁地区超级基站基本网络链接图

宿迁移动试点甲醇燃料电池

江苏省宿迁市位于我国四大地震活跃带，又地处古黄河流域平原地势，历史上多曾遭遇洪涝。因此，宿迁移动建设了三座上述超级基站，于2013年8月在市区内的两座配备了当今世界较先进成熟的新能源氢燃料电池（实为甲醇燃料电池）。

经过一年多测试和试运行，验证了其一次性可维持约40~70小时连续供电等诸多优越特性。如遇紧急状态，外部供电难以短期恢复，两天后只需维护人员赶到现场添加事先存放的燃料，供电将持续10天以上，无需人工值守则能保障该站按需运行，超级基站将发挥更大的作用。试验期内又进行了连续1000小时不间断发电的压力测试，达到预期效果。

同时还对氢燃料电池在通信网络各类型站点应用开展一系列有益的探索和尝试，在替代铅酸蓄电池和燃油发电机实现环保减排，在提升基站环境温度减少空调运行节省电能，以及各类重要基站、湖心岛站、传输汇接和宽带接入节点等多个特殊场景供电保障等方面的应用，均取得良好的效果，并在提供优质通信服务的基础上为企业在带来较高的经济效益和社会效益。

通过实践，新能源氢燃料电池推广应用，将“颠覆通信传统后备供电构架”和“变革通信行业能源消费结构”。

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甲醇较其他燃料更“纯洁”

新能源氢燃料电池，其概念早在100多年前就由苏格兰人威廉姆.格罗夫（Willian R .Grove）提出，实际少量应用已始于20世纪后50年代的航天、军事等军工科技和高端工程科技领域。

到21世纪初至今的10多年里，欧美发达国家氢燃料电池开始涉足交通电动汽车动力源和通信设备后备电源，作为新能源开发利用替代已经普遍使用的燃油发动机、发电机和各类重金属类蓄电池。尤其近几年，国内相关机构也已高度关注并着手研发各类试验样机进行演示。

所有燃料（包括汽油、柴油、天然气、甲醇（CH3OH）、乙醇、甲烷等）都可用于氢燃料电池，缘由它们都含有“氢”这个能够产生能量的元素，类型所分，取决于如何从不同燃料中提取“氢气”的方法、技术和装备等。

相比之下，甲醇较其他燃料更“纯洁”些。甲醇作为是氢的载体、一种清洁的氢燃料，常态液体，无需压力罐装，专业防腐料桶装避免杂质污染，在运输、存储和添加过程中，比瓶装纯氢气相对安全，因此，甲醇燃料电池更适合通信领域作为局房基站的后备/应急电源。

图2 超级基站卫星天线、大容量蓄电池和固定柴油发电机后备供电配置

图3 超级应急通信网络预案构架

通信氢燃料电池前景广阔

专业通信用氢燃料电池，十多年前始于欧美发达国家作为清洁新能源利用而研发，但其因核能利用较普及、供电设施完善停电故障较少发生、以及通信服务规范不尽严格等因素，因而应用燃料电池产品较少，市场潜力较小。使用较多的是在相对欠发达的南非、南美、东南亚等缺电的国家，均有几千套不同型号设备运行在各类通信网络，但价格较贵，市场承受力低。

我国跟踪研究燃料电池已有多年，但进展相对缓慢，尤其通信行业。只近几年，国家相关部委、国内诸多科研机构、汽车制造企业、以及部分海归创业团队，已意识到氢燃料电池将会带动节能减排、绿色环保、新能源发展等国家大战略，纷纷投入资金和力量，引入概念吸收技术，已经研发3～5年，但目前仍处于起点较低的阶段。

国家标准化委员会已出台《通信局用氢燃料电池供电系统》（国标征求意见稿），财政部、科技部、工信部等已发布针对燃料电池在电动汽车应用的补贴政策，但扶持通信行业应用政策还是空白。国外先进成熟的燃料电池已在中国通信行业门口徘徊了5年以上，进展甚微。

其主要因素就是目前该产品研发投入未得到市场应用的回报，初期价格较高，单个应用难以接受，与低廉的蓄电池和发电机不可抗衡。但是氢燃料电池替代传统铅酸蓄电池与柴油发动机合并后备电源，实现绿色环保、节能减排是电源应用的革命、能源利用的跨越。

作为电源基础设备，氢燃料电池装备到国内所有通信基站、机房、医院、银行、交通、乃至军用，都将发挥巨大的作用，因而政治意义重大，社会效益显著，经济效益不可估量。

通信领域是使用铅酸蓄电池和燃油发电机最集中、量最大的行业，故率先推广应用氢燃料电池、助力该技术国内快速发展，进而推动绿色新能源开发利用的国家战略落地，责无旁贷！

超级应急通信网络应运而生

由于近几年国内东南沿海多省经常遭受台风、暴雨等灾害袭击，云南等地频发地震，都造成大面积供电中断和光缆阻断，大部分通信基站陷于停电退服，当地组织救援工作相当困难。加之多日不退洪水，震后道路破坏严重，供电一时难以修复，延缓并迫使各通信运营商出动大批人力、调集大量柴油发电机趟水或克服种种困难运至各通信基站抢，给抢修人员连续职守不间断地发电、以及油料补给，都带来极大的困难和危险。

超级基站虽配置了大容量蓄电池，一般只能维持一天，普通基站电池最多支撑2～3小时，难以为整个社会组织救灾提供连续的有效的通信保障。甲醇燃料电池装备超级基站应用，虽然提升应急保障跃上新的台阶，但只能维持百人以内的紧急通话，而创新“超级应急通信网络”的思路和预案，将原单一超级基站功能和容量将扩大至成千上万倍。

预案是预先指定一个抗8级地震超级基站、选择若干区域中心重要基站和传输节点为基础网元，完备其光缆双路由备份和环路保护，至区域核心机房形成硬连接的特殊网络（呈虚拟状态），各指定网元站点作抗震防洪土建加固改造，并装备甲醇燃料电池（取代原有的铅酸蓄电池和固定燃油发电机），只利用一套卫星传输通道和直接卫星电话，即可构建成一个区域的、超强续航能力的、平战结合的“超级应急通信网络”。

平时，该应急通信网络与大网并存互通承载正常通信业务，燃料电池待机作为基站常规后备电源使用。紧急状态（即各种地质气象灾难突发，造成大面积停电、大多数基站退服）时，各网元燃料电池自动启动发电，至少能够支撑该应急通信网及设备连续运行两天以上，能够为覆盖区域内成千上万个移动手机提供相互通信和与外部联络的紧急服务。

超级应急通信网络具备三大优势

相比之下,超级应急通信网络具有三方面优势和效益。

一是甲醇燃料电池装备的超级应急通信网络，应对灾难能力强，保障黄金救援时间通信，相比原单一超级基站覆盖面积扩大100倍以上，通信容量扩大1000倍以上，通话从原100人扩大到几万人以上通信联络，政治意义重大；

二是甲醇燃料电池替代铅酸蓄电池燃油发电机，减少铅等重金属污染和二氧化碳等次生物质排放5倍以上，推动清洁能源应用符合国家战略，绿色环保，造福人类，社会效益巨大；

三是甲醇燃料电池稳定高效，安全可靠，夯实通信基础设施提升网络运行质量，平时作后备电源待机，无能源消耗，节省空调用电，紧急状态下供电时长由原来1~2天提升至10~20天提高10倍以上，保障通信服务社会，显著提升企业效益和核心竞争力，如约履行社会责任。

总体而言，引入绿色环保、节能减排、超长时间供电的新一代清洁能源氢（甲醇）燃料电池作为通信网络的后备/应急电源，以装备卫星传输设备的超级基站为中心，预选城域若干重要基站和传输节点为辅助，并加以抗震防洪设施改造，配置燃料电池取代大容量蓄电池，完善现行移动通信环网、双路由传输保护，交换网管中心配以远程监控调度系统，可以构建“平战”结合、超强续航能力的超级应急通信网络。

平时在虚拟状态，新型超级基站与所有基站一样承载常规移动通信业务，安全高效、节能环保，颠覆了传统落后低效能的蓄电池后备供电构架；紧急状态（包括各种地质气象灾害、战争等突发事件）下，如供电、交通和局部通信光缆中断，受多重保护的该网络进入实战状态，能够确保本地部分通信超长时连续运行，节点传输尽可能贯通，为覆盖区域内众多移动手机提供相互间通讯，并保障卫星传输通道对外联络通道和直接卫星电话的直接呼叫，为社会各界及时组织自救和互救，赢得生命救助和物资支援的72小时黄金时间。