风力发电在基站上的解决方案

风力发电在基站上的解决方案（含方案）请内行人指教第1章风力发电系统介绍1.1概述太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。它是地球其他能源的源泉。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。风能是太阳光能在地球表面的一种表现形式，由于地球表面的不同形态对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，从而引起大气对流运动产生了风能。风能是取之不竭用之不尽的一种能源。根据2002年国家权威机构出具的气象气候资料表明，我国陆地风能可利用量2.3亿千瓦时，海洋风能可利用量7.5亿千瓦时（距地十米高度），合计风能可利用量达到近十亿千瓦时。1.2风光互补发电系统应用人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期就知道利用铁制四面镜聚焦太阳光来取火；利用太阳来干燥农副产品。发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。风能是人类最早利用的能源之一，广泛应用于风力提水灌溉、磨面、帆船等领域。随着国际工业化的进程，环境污染日益严重。常规能源资源面临枯竭的危机。现代新能源和可再生能源的发展成为世界各国的挑战！清洁的风能资源有了更广泛的发展领域。目前，在欧洲、日本、美国等发达国家正在普及风力供电、光伏供电以及风光互补供电系统。风力供电系统是风能利用中最重要而又普遍的方式。它广泛应用于高原、牧区、偏僻山区等远离大电网、居住分散的地区。边疆哨所、移动基站、自然保护区、海上油田、路灯系统等领域把风力发电系统作为首选资源。1.3基站风光互补发电系统应用背现行基站存在的问题和需要解决的问题.通电盲区:随着通信行业的迅猛发展，人们对通信特别是移动通信的要求越来越高，其中对于网络覆盖的深度和广度尤为迫切。但是全国乃至全球的电网覆盖远远达不到“在任何时间任何地方”为通信设备提供可靠、稳定、小型、高效的电力支撑这四点要求。由于在现今竞争激烈的通信运营商之间，网络覆盖面积、投资运营成本等都已经纳入精细化管理之中了，通信已经普及了城乡之间，然而中国面前还有很多的乡村，至今是还是通电困难，这就给通信行业带来了一定的供电问题。在中国面前还有省的偏于啊地区没有通电，尤其是西、西南、东北等地。在通信日益发达的今天,随着通信覆盖面的扩展，很多通信站远离常规电网，新建通信站往往要延伸电网或就地发电。电网延伸代价很高,甚至是不可实现的。国际油价节节攀升、运输困难，还经常受到气候等条件的制约。在负荷小的情况下,柴油发电效率非常低，同时，柴油机需要很好的保养。用光电作为基站电源电力明显不足，光电一次性投入高，且冬天的效果非常差。很多通讯站位置都具有海拔高和地势较开阔的特点,往往拥有非常好的风力资源。而在中国大多数地方风力资源都比较丰富。加上小型风力发电机运输，安装方便，比较适合偏远地区，山区，海岛。电网电压波动由于通信行业的80%以上基站建设在乡村，而多数乡村电网管理人员，电工，技工等基本技能不能和市县相比，在负载的分配问题上不能做到分布均匀多数采用的大概评估，因此多数情况下电网的三相会不平衡，三相不平衡对基站的电源造成直接影响，这个影响直接和通信设备的通信质量相关，在农村尤其是播种，收个季节电网会出现较大的电压波动，过大的电压波动会引起，交直流配电单元频繁动作，交直流的频繁直接影响着通信设备的正常运转。风力发电不存在电网波动的给基站供电设备带来影响，风力发电机发出的电通过经过控制器之后直接给蓄电池充电，在由蓄电池给通信设备供电，（通过逆变器给基站空调）这样不会和第三方用电设备相关，风力发电本是一个独立的供电系统，因此不管是在农村，郊区等，均不会电网的影响。雷击破坏通过我们和别的省份运营商沟通了解发电基站雷击一般情况如下：（1）遭雷击的基站多数位于山上或郊外，采用架空供电线路将市电引入机房时，供电电压波动范围较大。（2）基站损坏最多的是防雷器件（3）基站的整流电源模块、空调、环境监控系统也有不同的雷击损坏情况（4）模块式避雷器采用相一地和零一地0个相同模块的安装方式，在相线电压异常升高时导致防雷模块损坏（5）由于供电电压波动幅度过大，长时间超过防雷器件的导通电压，导致防雷模块在尚未遭受雷击的情况下即已损坏。风力发电在雷击问题上的不会出现以上问题，首先风力发电不需要架空线，其次风力发电机本身就是铁壳，塔价和地基都是直接和大地想连接，因为塔价截面面积比较大，一次风机本体的接地电阻相当小，同时风力发会通过控制器，控制器里会有防雷避雷装置，来保护后面的设备。在传统的市电供电中由于电网的波动和相线不平衡也会一起避雷器模块损坏，但是风力发电机发出的电三相一直都是平衡的。基站供电线路遭受破坏基站的供电线路破坏有两种情况：一种是无意破坏，例如土建施工、城乡道路铺设，民房建设都曾出现过基站的供电中断，第二种是认为破坏，由于目前基站供电多数是采用的电缆供电，在一些山区由于架空比较困难，采用地面铺设，地面铺设电缆，会有部分不法分子，盗窃电缆的现象，在一些偏远的地区，基站距离市电超过3KM一般会增加一个变压器，而变压器多为铜线绕制而成，因此变压器也成为不法分子的盗窃的目标。风力发电机一般都是安装基站较近的地方，电缆的铺设距离相当短，这样就不会存在由于施工等因素造成的基站突然供电中断。在我们接触的几个省，在偏远的地区基站的供电设备（供电电缆、变压器等）均出现盗窃现象，盗窃分子主要是看重了供电线路采用的是铜线，还有变压器均为价格昂贵的金属，风力发电由于没有长距离供电所以不会出现偷盗供电这个隐患，风力发电机组本体是无法偷盗的。基站每年都需要对线路进行维护。基站蓄电池的维护在乡村由于条件的限制多数的基站采用一路供电，一旦发生基站出现市电断电现象，立即有蓄电池给通信设备供电，但是如果遇到基站不能及时修复市电供电，一般都是采用柴油机供电，但是由于柴油机比较重路途也比较远，同时运输也是一个比较大的问题，如果出现大面积的停电，很多基站无法使用，会给代维公司带来比较大的麻烦，一般代维公司，通信运营商很难在很短的时间内把柴油机运到基站，同时柴油的价格也一直在飙升，给基站的运行也增加不少的成本，一些在山上，和农田的基站一旦市电出现故障，基本上无法及时给基站供电，这样蓄电池就一直深度放电，蓄电池的深度放电会直接影响蓄电池的寿命，蓄电池本身的价格就比较贵，这样就基站的成本大大增加。我们公司在对蓄电池这一块采用多种方式充电，同时对基站的蓄电池做了大量的充放电实验，我们公司的控制器不光是对风机的控制还对蓄电池经行控制管理，不会让蓄电池出现过充和过放现象，由于采用了风力发电，每一天都会有风，在蓄电池一旦出现快要放电到我们的一个设定值，只要有风风力发电就是及时对蓄电池经行充电，而传统的市电无法做到这一点。一旦传统的基站出现大面积的断电，根本无法及时供电，如果是柴油机给基站供电，那就运维部门提出了极高的要求。柴油机的数量，人员的派遣，柴油机的运输等等，都是一个比较大的工作量。现在一般的基站建设当中，除了市电以外，还有柴油发电机，但是由于地理位置和自然条件的限制实际上在基站运行当中是很不现实的。也有很多采用光柴混合使用的基站，缺点：光伏组件价格昂贵，使用范围狭窄。我公司为通信网络畅通推出了全面的、绿色环保节能的、稳定可靠的电力供应解决方案一风光互补发电系统。统计资料显示，平均每个风光互补型的供电基站功耗为500多瓦，每年的耗电量是四千多度电，加上不用空调省下的费用，比常规基站节约将近一万多度电。按照每节约1度电，相当于节省0.5千克煤的能耗和4升水，同时节省了1千克二氧化碳和0.03千克二氧化硫的排放量。同时节约了后期的电的使用，就是用电这一块的电费等等的维护成本。节能减排已经是一个人们口头的话题，在全国各地均可见政府对节能减排的正对性措施。去年中国移动组织开了一个风光互补在基站上应用的研讨会，对全国的8个省进行试点，其中包括四川、湖南、甘肃、黑龙江等省份，面前本公司已经与四川、湖南、甘肃、上海、江苏等省份的通信运营商合作做了多个风力发电基站。一致得到运营商的好评。由于这次四川的汶川大地震给全国人民带来了灾难，在地震发生后的当天，国务院就提出两点，第一是救人，第二则是回复通信，可见通信行业在人们生活中的重要性，地震是几千个基站陷入瘫痪，供电线路完全遭到了破坏，如果重现铺设供电系统，是一个非常艰难，和需要很长的一段时间，上海致远在第一时间向四处灾区捐赠了多套风力发电供电系统，一个基站如果通过风力发电供电系统，恢复供电需要的时间只要10天左右，从时间上看比铺设电缆，通过电线杆架空线相比时间大大的缩短。小型风力发电的在通信行业的可行性研究2.1有利的自然条件小型风力发电机不受与风力无关的自然条件的限制,比如:白天或是黑夜，阴雨或是晴朗,寒冷与炎热等。虽然小型风力发电机受天气与风力地域分布的影响较大，但是小型风力发电机对于太阳能电池和市电有极大的互补性：一般太阳能电池不能工作的阴雨天气都会伴有大风，同时也是市电电网最容易出故障的时候。建设与投入使用非常灵活快捷。无论什么地域只要风力资源充足就“立竿见影”。我国探明风能理论储量为32.26亿千瓦，居世界首位,陆上可开发利用为2.53亿千瓦，近海可利用风能7.5亿千瓦。中国的风能资源丰富区主要集中在两个带状地区，一条是“三北”(东北、华北、西北)地区，终年在高空西风带控制之下,且又是冷空气侵入我国的必经之地，从新疆到东北,是我国连成一片的最大风能资源带。面积大、交通方便、地势较平坦,风速随高度增加很快，这是欧洲地区没法比的，年发电等效小时数一般为2700小时，新疆等一些地方可以达到3200小时。另一条是“沿海及其岛屿丰富带”，其风能功率密度线平行于海岸线。这些地区每年可利用风能的有效小时数约在7000〜8000小时;沿海夏秋还有热带气旋的影响,每当台风登陆可产生一次大风过程，是风机满负荷发电的一次机会。运行中不受市电电网故障的影响，并且相对太阳能发电来说初期投资要少得多。2切实可行的技术条件和现实条件现今的通信与自动化技术在传输与控制方面都是非常成熟的技术。现有的通信运营传输设备与资源冗余很大，有现成的传输通道可以利用,成本几乎可以不计。“三遥系统”有现成的厂家提供或在现有的基站环境监控系统上扩展功能即可，至于交直流远程遥控开关与可编程智能控制系统在现有的高频开关电源的基础上进行有针对性的改造即可。小型风力发电机的安装视功率大小可以直接安装到通信发射塔上，这样又可以进一步节约成本。技术要求要求所使用的小型风力发电机容量在125千瓦左右。具体容量选型应是基站容量的121.5倍。在质量方面必须有较高的质量保证,使用寿命应在10年以上，主要部件要保证能够免维护运行5年以上，而且对于风速的使用范围要广,能够适应高寒、高温、高湿等恶劣的自然条件!其次必须增加一套简单有效的远程监控系统和相应的一组可以进行远程遥控的电源转换开关！必须达到远程遥感、遥测、遥控(三遥)能力，以便可以对基站的各种设备包括小型风力发电机运行情况进行实时监控。在必要的情况下在远程对市电、太阳能电池、小型风力发电机、蓄电池等设备的供电电源之间做远程电力切换以及在用电设备之间做交、直流切换,即:将小型风力发电机的电能分别切换到蓄电池、空调、整流柜、UPS等设备，在此基础上可以使用控制系统完成主要工作。小型风力发电机在现今的通信网络电源中应该扬长避短，其最佳应用方向首先应该是移动通信网的边际网站房。因为边际网站房主要是“微蜂窝”、“直放站”，一方面,这些设备的功率小,网络要完全覆盖所需要的设备数量很大;另一方面,边际网站房大多分布在西北、东北、沿海岛屿等边远地区的农牧区，以及无市电或市电供应质量很差但风力资源较丰富的山区、海岛。这些地区经济受交通、通信的限制相对落后，对通信的需求很迫切但对通信质量的要求不是很高。随着小型风力发电机和通信技术的成熟，可以考虑将其应用在风力资源较丰富的城市郊区。供电实现方式通信用小型风力发电机的实现方式有如下几钟：(1)小型风力发电机+太阳能发电+两组蓄电池无市电的组合。白天日照正常时太阳能电池组给设备供电并给电池充电，同时小型风力发电机在有风时带动空调运行。夜间和阴天有风时小型风力发电机给所有设备供电,风小时仅给设备或电池供电。夜间和阴天并且风较小或无风时间由电池供电。这样相对于以太阳能为主，蓄电池和柴油发电机组作为备用电源的无人站，对于太阳能电池与蓄电池的冗余容量要求小得多,在投资与维护成本上更小。小型风力发电机+两组蓄电池无市电的供电组合,主要用于高山顶以微波为传输的直放站和微蜂窝。这些地方风力资源较丰富，这样做投资少，建设周期短，见效快。一般这里用户少，基本无固定用户，所以对于信号要求不高，完全可以操作。市电+小型风力发电机+两组蓄电池的供电组合。这是主要应用模式,因为我国疆域辽阔,大部分的山区，农牧区以及海岛市电都是小水电站,其为四类市电，经常昼夜停电,供电无保证,功率小、受季节影响大，有季节性长时间停电或无市电可用现象。目前这些地方大多数以市电+两组蓄电池的供电组合模式，电池由于经常反复充放电导致电池使用寿命大大缩短较长时间停电时用柴油机发电浪费了巨大的人力与物力，增加了维护成本,这种模式已经不能满足要求。而增加小型风力发电机不但可以降低维护费用，在风资源相对较好的地区使用,可以节省用电费用并且降低基站断站率。综合考虑，增加小型风力发电机所需要的成本远小于维护的费用以及因停电造成网络中断的损失！增加小型风力发电机与相应的“三遥系统”后可以在有市电时用小型风力发电机带动空调或换气扇运行以达到节电目的。在市电不稳或长时间停电时，视风力大小给设备和电池供电或给两组蓄电池轮流充电以保障设备的正常运行。在风力资源较丰富的市区，在现有的供电设备基础上安装垂直轴小型风力发电机(因为它的噪音小)，在风力稳定时独自为设备供电以节约电能，风力不足时自动切换到电池，将市电作为备用电源。如图上贴所示，风力发电机系统是由风力发电机组、智能控制器、蓄电池组、逆变器等组成。风力发电机将风能首先转换为交流电能，在通过控制器整流转换成直流电能，光伏组件将光能转化为不稳定的直流电能，将直流电能输送至蓄电池组和基站设备。蓄电池组用以存储电能，在无风阴雨时为基站设备等负载供电。柴油机作为辅助或后备电源，确保基站设备正常工作。2.5基于基站的风光互补发电系统优点我公司是国内唯一一家通过国家专业检测机构认证的、可提供全系列永磁风力发电组的企业。我公司是唯一一家有能力做基站风光互补发电系统成套设备的企业。其主要特点有：风力发电机组具有自动偏侧、风叶失速、电磁制动等多重保护，安全可靠。具有电池控制管理，即过压、欠压、过载等保护功能，运行稳定。整机结构简单，安装方便。经济效益明显，无需铺设输电线路，绿色环保。可与基站柴油发电机和现有设备无缝连接。对于不同基站，可优化配置不同容量的风力发电机组和光伏组件。无污染，噪音低、使用寿命长。案例介绍3章XXXX新建基站项目设计方案3.1项目概述：3.1.1项目名称：XXXX基站项目3.1.2负载设备运行情况及客户需求基站设备：额定工作电压：DC48V最大负载功率：400W工作时间：24小时连续工作3.1.3当地天气情况年平均风速4.2m/s日平均光照时间2.7h/d3.2项目设计参考标准《风力发电机组第1部分通用技术条件》GB/T19960.12005《小型风力发电机技术条件》GB10760.1-1989《离网型用户风光互补发电系统》GB/T19115.1-2003《风力发电机组用逆变器技术条件》JB/T10405-2004《风力发电机组塔架》GB/T19072-2003《离网型风力发电机组用控制器技术条件》JB/T6939.1-2004《移动电站通用技术条件》GB/T2819-1995《电工电子产品环境试验第2部分试验方法》GB/T2423-20013.3系统方案3.3.1负载评估基站负载每天用电量W=PH=400*24=9600（wh）=9.6度所需每天发电量为W=1.3W=1.3*9.6=12.48度3.3.2天气评估年平均风速4.2m/s，属于风能资源丰富区；日平均光照时间2.7h/d。初步可以确定风光互补发电系统以风力发电机为主，光伏组件为辅。3.3.3系统组成图2新建移动基站风光互补供电系统说明：1风力发电机组一一将风能转为直流电2光伏组件一一将太阳能转为直流电3蓄电池一一储存电能4柴油发电机一一后备电源5控制器一一保证风光互补系统输出的直流电压稳定6逆变器一一将直流电转为交流电，供给基站中的交流用电设备使用3.3.4设备选型及说明风力发电机a）FD4-2/9型风力发电机输出功率曲线：图32kW功率曲线b）性能参数：叶片数（片）3启动风速（m/s）3额定风速（m/s）9工作风速范围（m/s）3-25额定输出电压（V）DC48抗大风能力（m/s）50额定功率（kW）2最大输出功率（kW）3保护方式侧偏+失速发电机形式永磁低速三相交流发电机整机重量（kg）190根据风力发电机功率曲线（图3）,在4.2m/s风速下，发电机输出功率为200W。风力发电机每天发电量为：W=PH=200*24=4800wh=4.8度从上面两副图中可以看出，年平均风速在3.9m/s并不是风力发电机年输出功率的最大点，而是在风速7m/s附近达到了309kWh。因为发电机的输出功率是和风速的立次方成正比，所以，风力发电机真正发电量是在年平均风速下发电量的1.2-1.5倍。即：=1.4*4.8=6.72(度)风力发电机的台数为：n=W/W=12.48/6.72=1.86选择2台2kW风力发电机组。〕光伏组件光伏组件是整个系统的补充电源，有光无风时由光伏组件供电。我们配置风力发电机总功率和光伏组件总功率比例取4:1。即光伏组件的总功率为：P=0.25=0.25*4=1(kWp)〕蓄电池蓄电池起到稳压并储存能量的重要作用。无风阴雨天气时，蓄电池输出能量，保证基站设备工作正常。蓄电池的优化配置公式为：蓄电池串联节数=系统直流电压/蓄电池电压并联数=蓄电池数=并联数x串联节数自主天数：连续