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下載手機(jī)APP的認(rèn)識來說，5G的應(yīng)用可能就是網(wǎng)速更快，看視頻更順暢，但如果5G僅限于這些應(yīng)用，那就太浪費(fèi)了。”中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司信息能源所所長馬雁序在多個(gè)場合強(qiáng)調(diào)，5G網(wǎng)絡(luò)主要為工業(yè)服務(wù)，其中就包括能源系統(tǒng)中的儲能。
中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，2019年我國新增5G基站13萬個(gè)，相應(yīng)新增儲能需求約為1.9～3.1吉瓦時(shí)。另據(jù)日前發(fā)布的《2020儲能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究報(bào)告》(以下簡稱《報(bào)告》)，預(yù)計(jì)今年年底我國5G基站數(shù)量將超過60萬個(gè)。
“預(yù)計(jì)2020年底，5G基站帶來的備用電源儲能需求約為10億瓦時(shí)/年級別。”中國化學(xué)與物理電源協(xié)會儲能應(yīng)用分會產(chǎn)業(yè)政策研究中心副主任、教授級高工江衛(wèi)良表示。
功耗為4G的3～4倍
5G網(wǎng)絡(luò)作為下一代經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，備受世界各國重視。在近日舉行的5G創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇上，中國移動研究院副院長黃宇紅介紹，目前全球已有超過100個(gè)運(yùn)營商使用5G網(wǎng)絡(luò)，其中中國的貢獻(xiàn)巨大。即使在疫情期間，僅中國移動就在全國340個(gè)城市建成超過30萬個(gè)5G基站，并計(jì)劃在年底達(dá)到35萬個(gè)。
“隨著5G基站建設(shè)速度加快，我國至少需要新建或改造1438萬個(gè)基站。”專家表示，基站本身可以存儲低谷電，所以5G基站也是重要的儲能裝置。
5G具有高寬帶、高流量和高發(fā)射功率等特點(diǎn)，同時(shí)收發(fā)通道數(shù)明顯增加，但這也導(dǎo)致其功耗的增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，5G設(shè)備的功耗為同配置4G的3～4倍。
也就是說，以4G時(shí)代基站能效水平來運(yùn)行5G網(wǎng)絡(luò)，能源浪費(fèi)將翻倍。
根據(jù)《報(bào)告》，由于現(xiàn)網(wǎng)疊加5G建設(shè)，現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)主要面臨供電容量不足的問題，導(dǎo)致90%存量電源需擴(kuò)容改造，投入高、工期長;而對于新建站點(diǎn)，也面臨選址、市電引入、安裝工程等費(fèi)用高的問題，其占建設(shè)費(fèi)用的90%以上。
江衛(wèi)良表示，在2G、3G、4G時(shí)代，站點(diǎn)電源以被動響應(yīng)為主，缺乏主動規(guī)劃，導(dǎo)致多套電源疊加建設(shè)，電源、配電、空間不匹配，系統(tǒng)運(yùn)行效率低，多套電源運(yùn)行維護(hù)工作大等問題。“若5G時(shí)代仍延續(xù)傳統(tǒng)建設(shè)方案，將帶來大量基礎(chǔ)設(shè)施改造和資源閑置浪費(fèi)。”
與此同時(shí)，面對5G網(wǎng)絡(luò)海量站點(diǎn)，目前大多數(shù)運(yùn)營商每站年均運(yùn)維成本從數(shù)萬元到幾十萬元人民幣不等。如果采用傳統(tǒng)的運(yùn)維方式，依賴人工上站維護(hù)，成本將極大增加。
5G基站建設(shè)的另一個(gè)痛點(diǎn)來自于電源支持多。
“一個(gè)站內(nèi)有2G、3G、4G、5G不同的系統(tǒng)，2G、3G并不是我國主導(dǎo)的，主要購買外國設(shè)備，一個(gè)國家設(shè)備一個(gè)樣，供電很復(fù)雜。”更令馬雁序擔(dān)憂的是，基站的空間沒有了，無法增加新的設(shè)備，而機(jī)房的承重也不夠。
因此，對于5G基站而言，如何提高供電方案能效水平、控制成本迫在眉睫。
磷酸鐵鋰電池受歡迎
目前基站蓄電池主要有鉛酸電池和鋰電池兩種類型，前者體積大、重量重，對機(jī)房空間和載重要求高，正逐步被體積小、重量輕的鋰電池所替代。磷酸鐵鋰電池因其安裝成本低、使用壽命長等特點(diǎn)備受歡迎，并且已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)踐。
更為關(guān)鍵的是，磷酸鐵鋰電池充放電次數(shù)可達(dá)3500～5000次;能量密度可達(dá)到100～110瓦時(shí)/千克，皆高于鉛蓄電池。
中國鐵塔股份有限公司2020年以來已在20個(gè)省市發(fā)布了24項(xiàng)招標(biāo)通知，總預(yù)算超過8945萬元，多項(xiàng)招標(biāo)要求采購磷酸鐵鋰電池。中國移動通信集團(tuán)有限公司在2020年3月初也發(fā)布了1.95吉瓦時(shí)磷酸鐵鋰電池的采購訂單。
北方工業(yè)大學(xué)儲能技術(shù)工程研究中心教授李建林等人撰文介紹，鋰電池在4G時(shí)代應(yīng)用于運(yùn)營站點(diǎn)儲能系統(tǒng)，但5G時(shí)代通信基站的環(huán)境更加復(fù)雜，對儲能系統(tǒng)的要求更為苛刻。
柔性、智能、高效是關(guān)鍵
《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)了解到，基于“柔性、智能、高效”設(shè)計(jì)理念，業(yè)界提出“融合發(fā)展、動態(tài)匹配”的智能數(shù)字供電技術(shù)，具體表現(xiàn)在多能源融合發(fā)展、電源設(shè)備數(shù)字化和電池設(shè)備智能化。
以多能源融合發(fā)展為例，江衛(wèi)良表示，可以將市電、新能源、存量電源等多路能源整合到一套系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對能源輸入智能調(diào)度，優(yōu)先利用新能源及低成本能源;同時(shí)接入存量電源余量，平滑演進(jìn)，提升資源利用率，降低建設(shè)投資。
而在輸出配電方面，可考慮實(shí)現(xiàn)多電壓等級智能輸出，匹配業(yè)務(wù)設(shè)備供電需求，按需配置，靈活擴(kuò)展。
中國移動設(shè)計(jì)院自主研發(fā)的5G基站一體化能源柜是一種智能數(shù)字能源產(chǎn)品。據(jù)悉，該產(chǎn)品主要由智能多輸入多輸出電源單元、智能鋰電池單元和機(jī)柜組成，可實(shí)現(xiàn)能源多輸入、多輸出，支持新舊電源并機(jī)輸出，有效解決供電容量不足等問題。
“產(chǎn)品具有免市電改造、免電源改造和免電池改造的特點(diǎn)。”馬雁序說，“例如，原來一個(gè)基站建設(shè)需要各個(gè)廠家設(shè)備到位以后，施工隊(duì)在現(xiàn)場安裝接電路和電線，一個(gè)基站的供電設(shè)備安裝時(shí)間一般需要2～3天，而現(xiàn)在一體化能源柜僅需兩三個(gè)小時(shí)。”
值得一提的是，與傳統(tǒng)建設(shè)方案相比，采用5G基站一體化能源柜，能將改造周期縮短約90%、資本性支出降低30%～40%，整站能效提升8%～17%。
據(jù)悉，中國移動設(shè)計(jì)院持續(xù)積極拓展港澳臺及海外多元化市場，在前不久中國移動召開的iConnect Week全球運(yùn)營商線上研討會后，南非、泰國、阿聯(lián)酋等海外客戶已表達(dá)明確購買意向，泰國甚至已開始按照運(yùn)營商True的要求進(jìn)行采購前的設(shè)備測試。 中國科學(xué)報(bào) 作者： 秦志偉
