《移动通信基站太阳能供电系统的可行性研究》

精品文章《移动通信基站太阳能供电系统的可行性研究》北京邮电大学硕士学位论文姓名：郎琪申请学位级别：硕士专业：项目管理指导教师：舒华英202x-05-01北京邮电大学工程硕_上专业学位论文摘要随着国家的不断进步，移动通信行业业务范围也在不断发展，加强海域附近和偏远地区的通信覆盖对当地通信环境的改善无疑是非常重要的，然而这些地方市电供应状况较差，甚至没有市电供应，如何保障这些基站的供电是一个很大的挑战。太阳能光伏供电系统的能源几乎全部来自太阳能这种无污染的绿色能源，采用独立型（又叫离网型）光伏发电系统作为基站电源，除设备一次性投资费用及维护费用外，不需额外追加开支费用，既解决了供电问题，也符合国家大力倡导的节能减排政策。本文以移动通信基站太阳能光伏供电电源系统作为研究对象，对独立型太阳能光伏供电系统进行了分析，讨论了移动通信基站电源的要求、容量设计原则及方法，并对移动通信基站应用太阳能光伏供电系统的可行性进行了分析。文章首先介绍了可行性研究的相关理论及可行性研究的主要内容和方法，为详细分析移动通信基站太阳能供电系统提供了理论指导。然后从需求、技术、经济和风险四个方面，详细论证了该系统的可行性。关键词：太阳能光伏发电移动通信基站可行性研究北京邮电大学工程硕士专业学位论文thefeasibilityofthesolarpoⅥ吧rstati弟一章绪论1.1论文的背景、目的与意义1.1.1论文的背景随着科学技术的不断发展，近年来我国的经济呈现快速增长的现象，在众多建设领域取得了巨大的成就。不幸的是，在取得辉煌成就的同时，我国的资源和环境却受到了不同程度的浪费和污染，经济增长与环境保护以及节约能源之间的矛盾日趋激化。这种局面与我国不合理的经济结构以及粗线条的经济发展方式密不可分。只有加快调整经济结构的步伐、转变增长方式的思路，才能有效解决我国日趋紧张的资源问题，并带动下一个阶段的经济发展。从电能消耗情况来看，我国电力的利用效率非常低，单位gdp耗电量是发达国家的3～5倍，如果采用先进的节约型管理方式，节电降耗、提高能效，那么我国在节能方面将有巨大的挖掘潜力。做出了巨大的贡献。目前，我国移动通信网络的建设规模与用户数量高居世界首通信行业作为国家支柱产业，在近20年的高速发展中为经济和社会的发展位。随着网络规模不断扩大，用户不断增加，能耗也与日俱增。在盈利增长变缓，市场竞争更加激烈的背景下，降低能耗、节约开支、控制成本无疑是提升企业利润、提高企业竞争力的有效途径。移动通信基站数量众多，占移动通信企业能耗比例大，是节能的重点关注对象。目前，移动通信企业已经陆续开展了节能减排的多项工作，分别从主设备节能、供电设备节能、空调设备节能入手，采用各种节能措施（例如基于时隙的pa关断、变频空调、新风热交换技术等）并建立了相应规模的试点，通过理论和实际相结合的尝试，总结了一套适应于移动通信无线网络的节能方法和建设规范。究和实验阶段，如何有效地利用太阳能代替电能，不单是技术上的创新、成本上的控制，更能大大的减轻对环境的污染，对能源的消耗，不仅对企业有利，对社会有利，更是对人类的可持续性发展做出了巨大的贡献。第1页移动通信基站使用太阳能发电解决市电引入的技术手段和应用场景仍在研北京邮电大学工程硕士专业学位论文总之，无论从国家宏观经济发展、国家政策方面，还是从移动通信行业的可持续发展，以及从移动运营商战略发展角度考虑，开展移动通信基站应用太阳能发电技术的研究具有很重要的意义。1.1.2论文的目的与意义本文通过对移动通信基站太阳能供电系统的内外因素深入分析，对其投资的可行性进行了深入的探讨，为移动通信基站太阳能供电系统的实施提供参考。本文的完成将具有理论和现实两方面意义，理论上是太阳能技术在移动通信基站应用手段上的又一个发展，对丰富和拓展太能技术的应用范畴提供有价值的参考，从技术上论证移动通信基站使用独立的太阳能光伏供电系统的可行性；同时通过对移动通信基站太阳能供电系统进行投资可行性分析，结合风险分析，从政策因素、市场环境、经济效益等方面对如何建立一个稳定、可靠、节能的太阳能基站进行了阐述，可以为太阳能基站在移动通信网络中的jif购j推广提供依据，具有很强的现实意义。1.2国内外研究现状1.2.1可行性研究国内外研究现状1.2.1.1国外研究现状面的、系统的调查研究和综合论证，其目的是要判断工程项目是否可行，需要建设或不需要建设，为投资决策者提供确实有效的依据。随着经济和管理科学的发展在大概一百年前可行性研究工作产生了，最早大概在一九三几年，美国人在田纳西河流域开展建设时，正式提出将可行性研究作为整个建设流程中的一个环节。项目的可行性研究从主要采用财物分析方法发展到同时从微观和宏观角度评价项目的经济效益，1978年联合国工业发展组织编写了《工业可行性研究手册》；2年后该组织又编写了《工业项目评价手册》，把社会效益也纳入了项目评价的标准之中，《工业可行性研究手册》中对项目评价提出了以下10个方面的内容：1.总论，内容包括项目的背景以及研究工作的依据和范围；可行性研究是在建设前期对工程项目的一种考察和鉴定，对拟建项目进行全第2页北京邮电大学工程硕士专业学位论文需求预测和计划建设规模；3.资源、原材料、及公共设施；4.建厂条件和厂址方案；5.设计方案；6.环境保护；7.企业组织和人员培训；8.实施进度建议；9.投资估算和资金筹措；10.社会及经济效果评价；《工业可行性研究手册》为世界各国特别是发展中国家开展工程建设可行性研究工作创造了范本n1。1.2.1.2国内研究现状我国可行性研究工作是从20世纪80年代初期开始的，国务院在xx年颁布的《关于加强基本建设体制管理、控制基本建设规模若干规定》中明确规定：“所有新建、扩建大中型项目以及所有利用外资进行基本建设的项目都需要有可行性研究报告。”中华人民共和国国家计划委员会（现名发改委）颁发的《关于建设项目可行性研究的试行管理办法》中规定了可行性研究报告应包括的内容，该规定与上一节中提到的《工业可行性研究手册》中要求的内容基本相同。这一阶段，项目经济分析评价成为可行性研究的核心，各行业及建设银行、投资银行都先后制定了各自的评价方法并评价了一些项目，为我国的项目经济分析评价工程积累了经验。xx年国家计委在理论研究的基础上，根据我国国情，编制并且颁布了《建设项目经济评价方法》、《关于建设项目经济工作的若干规定》、《建设项目经济评价参数》、《中外合资经营项目经济评价方法》四个文件，在xx年出版的《建设项目经济评价方法与参数》（第二版）中，国家计委重申了建设项目经济评价的概念、主要方法及相关参数，并一直沿用至今。王国玉在xx年12月主编了《投资项目评估学》一书，书中将可行性研究的内容概括为市场研究、技术研究和经济效益分析三个主要方面乜3；广东商学院金融系林文俏教授202x年撰写了《项目投资决策经济分析》一书，将项目经济评价分为财务分析评价和国民经济评价两个层次，讲述了财务分析评价对投入物和产出物采用财务价格，国民经济分析评价采用影子价格的不同评价方法∞1。综上所述，国内外的可行性研究开始都比较早，大多数可行性研究都对项目建设的一些主要方面，如市场需求、资源条件、原材料、燃料、动力的供应情况、交通运输、厂址选择、建厂规模、工艺技术方案的确定、设备选型等重大问题进第3页北京邮电大学工程硕士专业学位论文行全面系统地分析，并对投资的经济和社会效益进行分析对比。1.2.2光伏发电的国内外现状进入二十一世纪之后，根据国际能源机构预测。全世界煤炭能使用220年、油气开采高峰在202x年附近，并在30—60年后消耗殆尽。我国的能源形势更加严峻。据统计：我国是储煤大国，但是剩余煤炭仅仅可供我国开采80年，而石油和天然气只够开采20年。（近几年来，我国已经完成了从石油和天然气出口国向进口大国的转变。）大规模使用化石燃料已经对地球生态环境造成了巨大的破坏，为了更好的保护人类的生存环境，全球185个国家和地区参与制定了《京都议定书》。我国xx年正式加入《京都议定书》，同意以法规的形式来限制二氧化碳等温室气体的排放，并以支付履约金的形式处罚那些超出排放限制的国家。所以，建立在煤炭、石油、天然气等传统燃料之上的常规能源体系将逐步升级为以太阳能等新型可再生能源为主的能源体系。为此，各国政府都推出了一些政策来鼓励和开发新型可再生能源。1.2.2.1国外现状l、美国的“百万房项计划”xx年6月26日美国政府颁布了太阳能光伏发电的“百万房顶计划”（millionsolarroofsinitiative），计划在超过100万座建筑的房顶上安装太阳能板进行光伏发电作为原有电网的另一套电力来源。在美国政府的大力支持下，此计划目前己基本完成，现在美国一些主要地区，太阳能已经成为当地能源供给的主要形式。2、日本的“阳光计划”日本是一个资源匮乏的岛国，从国土面积、人口总数总量己远远超过了同等经济水平的美国和欧盟。1）作为国策、从长远出发、坚持不懈日本在xx年，通产省把发展光电作为改善城乡环境和抑制地球生态恶化的主要措施制定了“阳光计划”。202x年日本政府又颁布了《循环型社会建设基速发展太阳能光伏发电。通过“阳光计划”，日本从xx---202x年，共耗资30亿美元，推动“住宅第4页来看，它的太阳能发电本法》，明确要求加大增北京邮电大学工程硕士专业学位论文屋顶光电系统”。现在日本的“住宅屋顶光电系统”已经逐渐替代火力发电成为主要发电系统。3、德国的“十万房项发电计划”德国是现在世界上最大的使用太阳能发电的国家，德国政府在202x年实施了“十万房顶发电计划”。目前，在德国到处可见⋯一在自家屋顶上安装的小型太阳能光伏电站，每家转换的电量汇集在一起并入公共电网，国家以家庭为单位给予一定比例的补助。1.2.2.2国内现状我国能源结构以煤炭为主，二氧化碳排放量已经处于世界最大，并且受《京都议定书》的制约，我国的限排压力很大，火力发电发展的优势已经完全丧失。同时，作为世界上众多太阳能资源较丰富的国家之一，我国国土面积超过65％以上的地区年日照时数大于2200小时，具有很大的发展潜力。我国在202x年2月28日举行的第十届全国人大会第14次会议上，通过了《中华人民共和国可再生能源法》，并于202x年1月1日起正式开始颁布。我国花了xx年时间，由国家发展改革委员会牵头实施了一个“光明计划项目”，共筹集100亿元，在202x年到202x年期间利用太阳能技术，总共解决了超过202x万户用户的用电问题，累计发电总量达到300m1】l／。202x年8月8号，举世瞩目的第34届夏季奥运会在北京开幕。北京市政府本着“人文奥运、绿色奥运"的宗旨，在奥运场馆上大量采用了太阳能发电设施。具体情况可见下表：袁1-1奥运期间太阳能使用情况表编号1主要场馆光伏发电总功率（删）151004001000500、奥运主体育场（鸟巢）奥运游泳馆（水立方）奥运沙滩排球场2345北京奥组委办公楼绿色奥运专项路灯奥运篮球馆北京南站blpv678910奥运森林公园市发改委太阳能照明工程202x年在上海举办的世博会，太阳能光伏发电的规模已达到当年城市建设第5页北京邮电大学工程硕士专业学位论文中的最大规模，世博会的主要场地均采用太阳能光伏照明。另外，全亚洲最大的太阳能光伏发电项目于202x年12月8号在云南昆明开工建设，总占地面积为5600亩，设计功率166兆瓦，年发电量为2亿度；中国北方城市一河北保定市，立足打造中国第一光电城市，现己建设成为北方最大的光伏产业基地。中国最大的农村太阳能基地示范村一上海市崇明岛前卫村，现已建设1mw电.站。1.3研究思路和方法1.3.1研究思路本文以太阳能技术理论、通信技术、经济学和管理学等多学科知识作为基础，探讨移动通信基站太阳能光伏供电系统的特点和成立的条件。从国家政策到市场环境，运用投资回收期、净现值等工程经济学指标，对移动通信基站太阳能光伏供电系统的建设进行了多方面的事前测评，以判定该系统是否能够达到预期目标和可能产生的经济效益，正确的评价其投资的合理性。1.3.2研究方法1.文献阅读与实地考察相结合的方法。在大量阅读太阳能项目、项目投资可行性分析、风险管理的相关书籍的基础上通过实地勘察延庆2铺、延庆黄土梁、平谷玻璃台、延庆花盆等移动通信基站，调研在移动通信基站中应用太阳能发电是否可行的相关资料。2.定性与定量相结合的办法。运用调查分析等方法对建设需求、风险等进行定性分析、运用计算投资回收期、净现值等数学指标对投资效益等进行定量分析。第6页北京邮电大学工程硕士专业学位论文第二章相关基础理论综述2.1可行性研究基本内容及方法2.1.1可行性研究的基本内容可行性研究报告，简称可研，是在制订生产、基建、科研计划的前期，通过全面的调查研究，为分析论证某个建设或改造工程、某种科学研究、某项商务活动切实可行而提出的一种书面材料。根据项目的性质和投资类别不同，可研的内容有很大的差别，但一般应包含以下内容：第一是市场需求，根据市场调查及预测的结果，以及有关的产业政策等因素，论证项目投资建设的必要性。这是项目可研的前提和基础，如果产品没有市场，那么项目也就没有存在的必要了。第二是技术研究，主要指从技术实现角度，论证项目正常实施的可能性问题；第三是经济指标的研究，这是为了解释投资项目的合理性问题。最后是研究项目的风险并制定应对方法，主要是对项目潜在的技术、经济、法律及社会等风险因素进行评价，制定相应的应对策略。综上所述，可行性研究报告的主要作用就向投资决策者汇报项目实施的紧要性、可行性以及是否盈利，为项目的后续实施提供理论依据。2.1.2可行性研究的常用方法2.1.2.1项目投资的市场需求评估1.宏观评估对市场需求进行宏观性评估时，要从国家、行业以及地区的长期规划角度进行论证，研究项目与长期规划的一致性，并且从长期规划发展的角度说明规划目前的进度己到达本项目所处的环节，应该进行本项目的建设。2.微观评估对市场需求进行微观性评估时，应首先从企业发展的角度说明项目的实施与企业发展保持高度的一致性，然后要从市场的角度进行需求的全方位的分析，主第7页北京邮电大学工程硕士专业学位论文要包括。调查、预测以及竞争对比。2.1.2.2项目投资的技术研究项目投资的技术研究主要是对项目可能使用到的技术进行理论探讨，对于太阳能基站来说，包括太阳能方阵的设计、建设、电源保障等，此外，还包括先进的移动通信设备选型，这对太阳能基站能否成功起到了决定性的作用。2.1.2.3项目投资的经济效益估项目经济效益评估是根据国家现行财税制度、市场价格体系和项目评估的有关规定，从项目的财务角度分析计算项目直接发生的财务效益和费用，编制财务报表，计算财务评估指标，对项目的基本生存能力、盈利能力、偿债能力等财务状况进行分析评估，据以判断项目的财务可行性，明确项目对投资主体的价值贡献，为项目投资决策提供科学依据心1。。评估的步骤如下：|嘉嚣薹蠢＼顶嚣建浚蕞覆算分橱计冀枫瓣络秘爿生产条转生产娩辏桶撕|技米分析℃系统建设分拆设备透墅与采购矜析l射盈麓鼬i搠万蔫硼l数器测算工王上i土t和运爝衰ll铡澜爱l现垒菠量||强溯裘l借款倦还jl诗潮袭tli螽）l基本生存i麓力分折t牌蚴协蚴l量r1财务评镳绥论图2—1经济效益评估步骤图第8页北京邮电大学工程硕士专业学位论文态评价指标，第二类是动态评价指标。在进行经济评估时应该以动态评价指标作为主要评估指标，同时用静态评价指标作为参考，结合起来综合评估一个项目。常用的财务评价指标体系如图所示：投资稠润事从是否与时间参数相关，经济学角度的评估指标主要分为两类：第一类是静静态投蠢圈彀期动投资圜收期瓣务净现僮封务内帮收益搴图2-2财务评价指标体系图（1）投资利润率投资利润率指每年的年利润与总投资金额之间的比例，是一个是静态评价指标。投资利润率喾童望竖堕查骂墨蠹掣2一·，c好的投资项目其投资利润率应高于行业内的平均投资利润率。（2）投资回收期投资回收期有动态和静态两种算法，其意义是收回投资金额的年限。静态投资回收期，算法比较简单，直接用项目的总投资除以每年的利润即可。投资回收期一般用英文字母p标识，其计算公式如下：静态投资回收期可用财务现金流量表中累计净现金流量计算求得，详细计算公式是：投资回收期茹出现芷擅年份数。士王曼兰军零翥銎磊产辩溶同。妇蜘一墨茎苎墨盒蚕塑-i-上年累计净现金流量的绝对值，。¨动态投资回收期的算法是。用项目的总投资除以每年项目净收益的现值。需要先把项目每年的净现金流量按基准收益率折成现值之后，再按上述公式计算投资回收期。一般来讲，静态回收期较短，投资决策者可能认为项目可以实施，但动态投资回收期通常都要比静态投资回收期长些，项目是否可以实施就不得而知了。同理，优秀的投资项目其投资回收期与行业内其他项目的投资回收期相比，越短越好。第9页北京邮电大学工程硕士专业学位论文2.1.2.4项目投资的风险控制风险控制是指在预测到项目存在风险之后，项目管理人员通过采取相应的手段来降低风险发生的可能性或减少风险发生的后果。风险控制有四种基本方法，分别是。风险回避、损失控制、风险转移、风险保留，对于不同情况、不同风险应采取不同的方法，也就是说要视具体风险情况来选择处理方法，而不是整齐划一的采用一样的方法瞳2。。（1）风险回避风险回避指的是项目管理者主动避免风险，规避可能引起风险的行为。（2）损失控制损失控制指的是在事先预料到风险之后，通过在项目实施过程中采取有效的手段，将触发风险的可能性降到最低，减少因风险带来的损失。（3）风险转移风险转移指在确定风险不能完全有效规避掉的时候，通过其他手段将风险转移给其他的单位来承担，常规的做法就是买保险。（4）风险保留风险保留，即风险承担。也就是说，如果损失发生，经济主体将以当时可利用的任何资金进行支付。由于不是全部的风险都能通过其他办法解决，并且有时一些风险不值得花费额外的费用去解决，对应这些风险就应到通过保留手段来解决。2.2本章小结本章介绍了可行性研究的基本内容，提出了从市场、技术、财务三个方面论证项目可行性的研究框架，详细介绍了三个方面所包含的内容和方法，尤其对财务方面涉及的指标、涵义、公式都作了系统阐述。除此以外，还对风险控制理论和方法进行了简单的介绍，为后续论文的写作提供了理论基础。第i0页北京邮电大学工程硕士专业学位论文第三章移动通信基站太阳能供电系统的需求分析3.1太阳能在通信行业的应用现状3.1.1国外通信行业太阳能的应用现状202x年gsm协会（gsma）曾发起了一个名为“移动网络绿色能源”的节能计划，该计划提到会帮助发展中国家的移动运营商利用可再生能源发电，并且到202x年结束至少保证十一万八千座基站的电力供应。若实现这一目标，整个行业每年最多可节省柴油25亿升、减少碳排放量630万吨。爱立信作为通信设备制造商中的龙头老大，在开发利用太阳能发电技术上也名列前茅，它帮助印尼最大的电信运营商pt电信公司在印尼农村地区部署了100多个太阳能主远端类型gsm基站，并且随后又将其太阳能基站业务扩大到了东南亚、非洲、欧洲等地区。gsm协会根据对各家移动运营商的大量调查之后估测，目前全球只有1，5000座基站正在采用至少一种形式的可再生能源进行供电。3.1.2国内移动通信行业太阳能的应用现状在中国，首先从国家的政策导向上就可以看出，国家还是非常希望看到移动通信运营商大量采用太阳能技术发电的，这点从《可再生能源中长期发展规划》中即可以反映的出来。在该规划中明确的提到了太阳能发电技术在通信行业会有很好的应用前景，并且提及了到202x年底和2020年底太阳能发电在通信行业内的应用累计应分别达到三万千瓦和十万千瓦。其次从移动通信行业内部来看，作为移动通信行业霸主地位的中国移动通信集团早在202x年，就要求其西藏公司（下称“西藏移动”）大力推广太阳能技术在通信基站建设当中的应用，充分利用太阳能发电解决高原地区市电长期无法正常引入的问题，推动西藏移动的基站建设速度。到202x年，中国移动通信集团积极响应国家号召，在通信行业内部第一个提出“绿色行动计划）99加大力度对第ll页北京邮电大学工程硕士专业学位论文通信基站进行节能减排。在该计划中明确提到了一项重要内容一一即推广太阳能发电技术在通信基站建设当中的应用。再到202x年底，利用太阳能发电技术西藏移动实现了对省内的六百多个地市的信号覆盖，甚至在全世界海拔最高的珠穆朗玛峰上，也建设了三个通信基站。西藏移动每年采用太阳能发电技术新建的通信基站的比例已达到90％以上。根据西藏移动的五年滚动规划，在202x年之前为了加大基础网络的建设以及推进3g网络的覆盖力度，中国移动还将累计投资五十多个亿在太阳能基站的建设上。然后，再看一下中国移动的竞争对手中国联通在利用太阳能发电技术方面做出的成绩。中国联通应用太阳能发电到基站建设中的时间要略晚于中国移动，但中国联通自打在山东完成首个试点太阳能基站之后，经过认真的分析总结，在节能减排和太阳能发电技术的应用上有了突飞猛进的发展。在山东太阳能基站之后，中国联通陆续在浙江、内蒙古等省份也开展了太阳能基站的建设。td—sci）ma是中国移动的第三代通信技术，太阳能则是发电行业的第三代技术，是最有潜力的可再生能源，具有取之不尽、用之不竭的特点。再借助于国家政策的东风，移动通信行业的资金支持，太阳发电技术应用在通信基站建设当中将会变成一件大家都愿意促成的事情。从目前太阳能发电技术在移动通信行业的应用现状来看，中国移动通信基站建设中的应用多于其他两家运营商；在西藏、内蒙等西部地区中的应用多于国内其他地区。整体来看，太阳能基站建设目前还处于试验并总结经验的阶段，还没有在整个移动通信基站建设领域进行大范围的推广。本文后续章节在进行研究的时候将选取太阳能资源中等的华北地区移动公司一一北京移动作为研究对象，以北京移动太阳能基站作为一个实例说明移动通信基站使用太阳能供电系统的可行性。3.2北京移动太阳能基站的需求分析3.2.1宏观环境分析节能减排已经是人们的一个口头话题，在全国各地均可见政府对节能减排的应对性措施。去年中国移动组织开展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。由于几年前那次四川的汶川大地震给全国人民带来了巨大的灾难，在地震发生后的当天，国务院就提出两点要求：“第一是救人，第二则是恢复通信”。可见通信行业在人第12页北京邮电大学工程硕士专业学位论文们生活中的重要性，地震使得几千个基站陷入瘫痪，供电线路完全遭到了破坏，如果重新铺设供电系统，将是一项非常艰难的任务，并且需要很长的一段时间。中国移动第一时间在灾区搭建了多套风光互补发电供电系统，事实证明一个基站如果通过风光互补发电供电系统，完全恢复供电需要的时间大概只要10天左右，从时间上看比铺设电缆，通过电线杆架空线路相比时间大大的缩短。3.2.2北京移动边远山区基站的电力情况分析3.2.2.1通电盲区近年来，随着手机的普及，用户使用手机通信的渴望，移动通信网络的覆盖需求越来越大，用户给运营商带来的舆论压力也越来越大。但是移动通信运营商的权利还没有足够大到可以控制整个通信基站建设中的各个环节，比如：租地、用电，往往是运营商愿意花钱也解决不了的问题。并且随着电信运营商的不断重组，现在三大运营商都各自拥有一张无线网络，要比其他两家具有更多的竞争力，则必须要拥有更大的网络覆盖，更好的网络通信质量。然后现今，中国还有很多偏远山村用电问题得不到解决，在这些地区进行网络覆盖的时候，如何解决通信设备用电的问题就显得极其重要。北京移动作为北京三大运营商之首，基于市场竞争和网络品牌效应的需要，以及从与对手的竞争策略出发，北京移动的网络覆盖在做好深度覆盖的基础上，需进一步扩大到远郊覆盖。由于这些需要完成覆盖的地区交通落后、经济欠发达，人口较稀少，相对缺乏建站资源，基站建设面临种种困难，很多通信基站的建站位置偏远，往往基站全部建好后，因为没有通电导致无法开通，现阶段在应对这种问题时，可行的解决办法只有两种：第一，向市供电局申请高压引电；第二，利用柴油发电机自行发电解决。从实际情况看，第一种方法的花费相当高，有些地方甚至是花多少钱都解决不了的。证基站的不间断供电就需要不停的提供柴油，来保证发电机运转，大量的柴油运输到地处偏远郊区的通信基站就是一件相当困难的事情；其次，柴油价格同样随国家油价波动，从目前的情况看，油价基本上处于一种只升不降的状态，长期使用这种发电方式会带来给移动通信运营商带来很大的使用成本；最后，柴油发电机属于易损设备，在使用过程中需要进行定期的维护保养，这也会带来很大一笔第二种方法，使用柴油发电机就地发电实施起来又有诸多困难。首先，要保的使用费用。第13页北京邮电大学工程硕士专业学位论文3.2.2.2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、技工等基本技能远不能和市县相比，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。因此带来的直接后果就是：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，尤其是播种季节，在这个季节里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，交直流的频繁切换直接影响着通信设备的正常运转。太阳能发电不存在电网波动给基站供电设备带来的影响，太阳能板发出的电首先输送到机房内的太阳能控制器，然后先给蓄电池充电，再由蓄电池给通信设备供电（通过逆变器给基站空调）。这样就不会和第三方用电设备相关，太阳能光伏发电是一个独立的供电系统，因此不管是在农村、郊区等，均不会受电网的影响。3.2.2.3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；第二种是人为破坏，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。太阳能光伏发电组件一般都是安装在距离基站较近的地方，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。在我们调研的几个郊区县，在偏远的地区，基站的供电设备（供电电缆、变压器等）均出现过丢失现象。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。太阳能光伏发电由于没有长距离供电所以不会出现偷盗供电线路器件这个隐患，太阳能光伏发电组件本体是无法偷盗的，并且基站每年都需要对线路进行维护。3.3北京地区的地理气候条件分析根据北京市年鉴统计，全市占地面积约一万六千平方公里。其中平原地区约占38.6％，面积约六千四百平方公里。山地的面积占到全市面积的61.4％，大概第14页北京邮电大学工程硕士专业学位论文面积为一万平方公里。除此之外还有约九十平方公里城区占地。这些地形的分布主要为：平原集中在北京的东部和南部，山地集中的北京的西部和北部。3.3.1气候特征从气象学上讲，北京属于一个四季分明的城市。春天气候温和、多风沙、易干旱；夏天气温偏高，雨量较大，刮东南风；秋天温度宜人；冬天气温较低、雨水较少、刮西北风。四季气候特征如下：春季。温度回升速度快，白天晚上温度差别大，多风易发生沙尘天气。立春之后，夜晚的时间逐渐缩短，白天的时间越来越长，大地接受日照的时间增多，白天地面接收太阳光照射的热量，夜间散发热量。因接收和散发热量的时长不匹配，导致白天温度回升速度增快，根据统计月平均温度可升高6摄氏度。根据北京市统计年鉴数据，北京地区在3月和4月的平均气温分别为4.5摄氏度和13.1摄氏度。春天是全年昼夜温度悬殊最大的季节，据不完全统计每日白天和晚上的温度差范围在12摄氏度至14摄氏度之间。另外虽然到春天气温开始回升，但冷空气依然很活跃，自古北京就有“倒春寒”的说法。除此之外，北京的春天经常有大风，全年的超过8级的大风天有80％发生在春天，并且因春天降水量极少，在有风的时候多产生沙尘天气。夏季。气温很高，降水量大，同一季节内同时出现温度又高、雨水又大。北京的夏天，从平均数据上来看，温度一般在24摄氏度上下浮动。整个夏季中六月虽不是最热的月份，但一般全年的最高温都会在这个月出现，截止202x年底北京的全年最高温是43.5摄氏度。七月作为全年最热的月份，根据统计，温度能达到平均值26摄氏度，并且整月都持续高温，无论昼夜。北京的夏天是个多雨的季节，全年70％的降雨量都集中在夏天，并且大多数情况是暴雨。根据记录截止202x年底北京的降雨量的峰值是479毫米。秋季。天高气爽，冷暖适宜，光照充足。立秋以后，温度开始降低，冷空气开始增多，霜冻的过早来也临时有发生。冬季。寒冷漫长。北京的冬季是一个漫长的季节，从气象学上讲可以长达5个月，但如果我们定义只有气温低于0摄氏度才认为是冬天，那么北京的冬天将缩短到三个月。根据统计数，北京冬天的最低气温为零下27.4摄氏度，平均气温为零下4摄氏度。冬季的降水量很少，只有全年的2％。虽然北京冬天寒冷，但是阴天却不多，日照非常充足，往往每年日照强度最大的月份都出现在冬天。第15页北京邮电大学工程硕士专业学位论文3.3.2太阳能资源情况太阳能的原理是太阳在自己内部进行不间断的核聚变所产生的能量。地球表面的空气和大地表面温度的升高主要原因就是太阳辐射，也正是因为太阳能辐射地球表面才能形成上一节中提到的四季分明的气候特点。因为地球本身的自转和公转，地球与太阳之间的距离不同，直接影响太阳能辐射到地球上的不同地点的能量并不均匀，由此引起了地球上季节的不同，气候的不同以及日照时长的不同。我国国土面积有960万平方公里，在我国的土地上太阳能日照资源非常丰富。根据不完全统计，我国土地表面上每年可接收的能量大约有5万千焦，太阳能辐射流每年可达到约600千焦每平方厘米。依据太阳能年辐射总量在我国境内的分布来看，以下地区的辐射量都名列前茅，具体有：西藏、青海、吉林、云南、陕西、河北、xx、内蒙古、辽宁、广东、山西、山东、福建和海南。这些地区里尤其是青藏高原，海拔又高，空气又好，维度又低，日照时间又长。像日照条件最好的拉萨，平均每年的日照可达3000多小时，太阳总辐射值可达每年800多干焦每平方厘米。全国太阳能资源最少的省份是四川和贵州，因这两个省天气情况多雨、多云、多雾、少晴天，年平均的晴天只有不到25天，阴天可到250天左右，平均日照时数仅有1100小时左右。除此之外，其他省份的太阳能资源都属于中等条件。虽然前文提到我国大部分省份的太阳能条件属于中等，但是太阳能在各个省份之间的分布还是有所不同，从纬度上来看，条件最好的和最差的省都在北纬22度到北纬35度之间。这个区间内就涵盖了上文所说的青藏高原和四川盆地。从能量角度来看，西边的省份普遍高于东边的省份，北边的省份普遍高于南边的省份，这当中xx和西藏除外。根据太阳能的条件不同，根据多年累积的统计数据，将我国的省份分为五类地区，具体情况详见下表：表3—1中国太阳能资源分布表地区年日照时数（h／a）等量热量所年辐射总量（mj／m2·a）类型一类需标准燃煤（kg）包括的主要地区备注太阳能宁夏北部，甘肃北部，新3200-33006680-8400225～285kg资源最疆南部，青海西部，西藏丰富地西部区河北西北部，山西北部，较丰富二类3000-3202x852—6680200-、--225kg内蒙南部，宁夏南部，甘地区第16页北京邮电大学工程硕士专业学位论文等量热量所年日照时数（h／a）年辐射总量地区类型需标准燃煤（mj／m2·a）包括的主要地区备注（kg）肃中部，青海东部，西藏东南部，xx南部山东，河南，河北东南部，三类170—200瞻中等地区山西南部，xx北部，吉林，辽宁，云南，陕西北部，甘肃东南部，广东南部湖南，广西，江西，浙江，140—170k较差地区四类湖北，福建北部，广东北部，陕西南部，安徽南部最差地五类115—140kg四川中东部地区，贵州区鉴于下文将以北京一个移动通信基站为例论证太阳能光伏供电系统的可行性，本节也以北京为例介绍太阳能资源情况。北京纬度适中，在北纬四十度附近，按四十度计算，北京地区的太阳高度夏至节气时最高，冬至节气时最低，平均每日的日照时长从9小时到15小时不等。正因为太阳能的高度不同，导致一年当中地面能接收到的太阳辐射不同，造成了上文说到的四季分明的气候。北京大部分地区，地面可接受的太阳能年辐射总量为五千到六千兆焦耳每平方米。从上表可以看出，北京全年日照时数多在2500小时以上，晴到多云天数占全年的3／4，属于三类地区中的中上等，算是太阳能资源较丰富带。根据《中国移动基站太阳能电源系统建设指导意见》规定，年平均日照时数大于1800小时的地区，可以采用太阳能电源供电，因此，北京的太阳能资源满足太阳能供电建设要求的气象条件。但由于太阳能资源不是很丰富，并且北京的气候类型为典型的半湿润型大陆性季风气候，夏天雨水较大，是华北地区降水最多的地区之一。因此如何最大限度的利用太阳能建设移动通信基站，在哪些区县更适合建设使用太阳能光伏供电系统的移动通信基站，前期的市场调研就显得尤为重要。下图为北京地区年日照时数分布图（北京202x年全年日照时数2351.1小时（202x北京统计年鉴））。第17页北京邮电大学工程硕士专业学位论文图3-1北京地r，x年日照时数分布图（单位：小时）从上图可以看到，北京北部地区的曰照时数相对最高，主要集中在怀柔、延庆、密云的北部山区；其次，延庆、怀柔、密云南部以及昌平北部的日照时数也较高；而北京的西南地区日照时数最低，主要集中在房山地区。由此可知，延庆、怀柔、密云和昌平北部的太阳能资源相对比较丰富，更适合建设太阳能基站。第18页北京邮电大学工程硕士专业学位论文第四章移动通信基站太阳能供电系统的技术研究使用太阳能发电技术的优点之一就是太阳能板的模块化组装方案，这种模块化设计可以根据不同负载的用电量的大小提供不同的电量，从几瓦一直到几百瓦、几千瓦甚至几兆瓦的电量都可提供，并且非常适合分散供电。对于移动通信基站这种站点多、站点不集中的应用场景，太阳能发电技术是最合适不过的了，越是偏僻的地方就越能显现出太阳能发电技术的优势，尤其是在高山、偏远村落、海岛等地区的基站。这些基站上如果能应用太阳能发电技术，结合远程监控设施，可以完美的解决无人值守的移动通信基站的供电问题。从移动通信基站太阳能发电系统的设计角度出发，最基础的环节就是太阳能板的容量设计，根据实际负载的需求电量来确定太阳能板的容量。基站负载用电量估算是容量设计的重要一环，估算越准确，系统工作的可靠性越高，也更能合理地控制投资成本。一般进行负载用电量估算时用的是它的平均用电量。当负载具有短时高功率运行特性时，最好分时估算r1。4.1太阳能发电技术简介4.1.1太阳能光能与电能的转换将太阳发光的能量转换为电能，即太阳能光伏发电。完成这个转换的工具就是太阳能电池板，因太阳能电池板主要是由半导体器件所构成，并且完成转换的主要原理利用的就是光伏效应，所以太阳能发电技术才又称之为太阳能光伏发电技术。性就是只要将其放置在阳光下，便会有光伏效应发生，太阳光辐射的能力被直接转换为直流电。整个过程都是在太阳能电池板内部完成，没有外部设施以及器械的机械运动，所以在寿命期内不会因为机械磨损而影响发电效果。太阳能发电应用广泛，配置小的太阳能电池能为手机、手表等提供电力，配置大的太阳能板可太阳能电池板90％以上的原材料是半导体材料（例如：硅），这种材料的特以为房间提供照明等生活用电。第19页北京邮电大学工程硕士专业学位论文太阳能电池板没有严格的形状限制，并且支持各种连接，如串联或并联，可提供多种电压或功率的输出电力。近些年来，随着太阳能技术逐渐被认可，越来越多的建筑物表面、楼顶以及天台开始使用太阳能电池板，这些太阳能发电设施通常情况下被称之为附在建筑物上的光伏发电系统。图3-2安装在建筑物上的太阳能板4.1.2太阳能光伏系统分类太阳能发电系统从大的应用角度来分，可分为以下两种系统：独立系统（又叫离网系统）和并网系统。独立系统，主要指的是使用一套太阳能电池板发电供自己使用，与本地电网无关。独立系统包括有：偏远地区的村落供电，太阳能路灯供电等，这些系统有一个共同点就是必然配置有蓄电池组。并网系统，指的是整个太阳能发电系统跟本地电网是连接在一起的，太阳能发电系统发出的电能输送给整个电网。并网发电系统可以配置蓄电池也可以不配，配有蓄电池的并网系统可根据需求并入或退出电网，并且在电网因停电时，仍可保持紧急供电。4.1.3太阳能光伏系统设备常规的太阳能发电系统主要由以下部分组成：蓄电池组、太阳能控制器、太阳能电池板方阵、太阳跟踪系统、逆变器，连接方式如下图所示：第20页北京邮电大学工程硕士专业学位论文i。。墨，霸⋯t。■■酋⋯·图3-3太阳能发电系统组成图谚；，囝8镕￡№q㈨彬黼黼mm￡∞；”0￡虻s嘶t靶h§oⅢ《inq捌舯1.太阳能电池板方阵太阳能电池板绝大多数情况都指的是硅电池板，主要分为三大类：单晶硅电池板、多晶硅电池板以及非晶硅电池板。不管是哪一类的太阳能电池板，其工作原理都是一样的，基础原理都是“光生伏特效应”。“光生伏特效应”简单点解释就是当太阳能电池板被光照射后，电池板将被照射的光能吸收并在电池两端出现正负电荷，形成电压，当两端的电动势达到一定程度，正负电荷开始定向运动，光能正式转化为电能。2.蓄电池组蓄电池组在整个太阳能发电系统里的地位仅次于太阳能电池板，来储存太阳能转化出来的电能，并为负载供电。因使用频率高，故对蓄电池组也是有特殊要求的：1）自放电率低；2）使用寿命长；3）深放电能力强；4）充电效率高；5）少维护或免维护；6）工作温度范围宽；7）价格低廉。3.太阳能控制器它主要是用太阳能控制器又叫太阳能充放电控制器，其安装位置在太阳能电池板和蓄电池组之间，相当于一个闸门的作用。当太阳能电池发电后电能通过控制器输送给蓄电池组，一旦蓄电池组完成充电，即充满电后，控制器会将之后太阳能电池板再发出来的电能直接排泄掉；当蓄电池给负载供电时，当达到预设的蓄电池的放第21页北京邮电大学工程硕士专业学位论文电深度时，控制器就会停止蓄电池的放电行为。太阳能控制器同样是整个电源系统中不可或缺的设备。4.逆变器逆变器的作用是将直流电转换成交流电，因为太阳能电池板输出的是直流电，蓄电池组储存的也是直流电，整个电源系统是一套直流的电源系统。这时如果有交流的用电设备，就需要使用逆变器了。分别对应于太阳能独立发电系统和并网发电系统，逆变器分为独立逆变器和并网逆变器。5.太阳跟踪控制系统太阳跟踪控制系统主要应用于中小型太阳能发电系统，因为对于一个具体的太阳能电池板的安装地点来说，每天太阳都在升起和落下，每个时刻太阳与太阳能电池板的角度都不同。但是只有当太阳正对太阳能电池板时，电池板的发电效率才最高，所以为了保证每天的任意时刻太阳和太阳能电池板的对应关系，人们研发了太阳跟踪控制系统。其根本原理就是将事先设置好的安装地点一年中每天的任意时刻的太阳位置信息存储到太阳跟踪控制系统中，之后在安装太阳能电池板时采用可旋转的底座，采用电脑控制底座的旋转，保证每时每刻太阳能电池板都正对太阳。4.1.4太阳能发电特点太阳能发电技术通常具有如下特点：>可靠：在恶劣的气候条件下，太阳能发电电源系统极少出现故障，因此这种电源系统经常被用于对可靠性要求很高的场景，并且这种高可靠性并未导致成本的增加。>耐用：目前，80％以上的太阳能电池板的使用寿命都可以达到20年以上。>维护费用低：相比维护常规发电设施的频率，太阳能发电系统仅需周期性的常规检查即可，次数要大幅减少；其次对比维护时所投入的材料和人工，太阳能发电系统基本不需要任何东西；所以在后期的维护中，太阳能发电系统仅需要很少的费用。>无需燃料费用。因为太阳能发电技术不消耗燃料，纯天然，所以节省了大笔购买运输燃料的开支。>光伏组件积木化。安装方式灵活多样，适应性超强。》安全：太阳能发电系统使用绿色纯天然的能源，几乎没有任何潜在的危险。>供电自主性。独立太阳能发电系统在发电的控制上绝对的灵活和自主。第22页北京邮电大学工程硕士专业学位论文>非集中电网：独立太阳能发电系统安全性高，避免了公共电网停电对使用者的影响。>高海拔。-14工p台日匕e，。海拔越高，距离太阳越近，太阳能辐射越强，对太阳能电池板转换电能越有利。4.2移动通信基站电源要求及组成4.2.1移动通信基站内的用电负载移动通信基站内部的主要用电负载包括。基站主设备、高频开关电源等电源设备、空调器设备以及机房照明设备等。这其中空调器设备包括传统意义上的2p或3p空调，也包括智能送新风设备或热交换设备；机房照明设备有使用普通节能灯的也有使用led节能灯的。基站按用电负载的大小，主要分为如下几种类型∞1：（1）宏蜂窝基站，这种类型的基站的用电电压一般都是直流-48伏，用电电流的数值大小则需要根据基站内的用电设备多少来区分，一般情况下900mhz系统、1800mhz系统以及3g系统共享一个基站的时候，基站的总体用电电流在50安培到80安培之间，但是只有一个系统的基站用电电流只有10安培到40安培左右。（2）第二种类型，主要指的是微蜂窝基站，这种类型的基站设备使用交流220伏交流电压供电，基站设备功率很小，一般不会超过200瓦。（3）第三种类型的基站，指的是用电电流很大的基站，电流范围一般在80安培以上，这种类型的基站大多建设在市区，并且都属于超忙基站。为满足如此之大的负载用电，则需要配置太阳能电池板规模巨大；另一方面市区的基站在场地租用时困难极大，很难找到足够大的面积来满足太阳能电池板的需要，因此这种类型的基站不建议采用太阳能发电技术。4.2.2移动通信基站的供电方式移动通信基站的电源系统是基站的重要组成部分，是保证基站长期、稳定、可靠运行的重要因素。根据基站建设地点电网条件的不同，可行的、可靠的、供电方式主要包括以下几种。第23页北京邮电大学工程硕士专业学位论文2）1）公共电网电力引入方式。这种方式主要应用于市电情况较好的地区，按市电等级划分一般属于市电1级或2级，这种方式在基站内部使用高频开关电源设备完成交直流转换和直流电流输出。独立型太阳能发电方式。这种方式主要应用于短期公共电网无法解决的地区，这类地区一般分布在人迹罕至的郊区，这类地区的通信基站一般都采取无人值守模式，因地理位置偏僻，保修保养均不容易，因此要求系统具有更高的可靠性。的使用范，l／l／＼3）太阳能发电与风车发电互补方式：同第二种方式一样，具有同样围，但是这种方式要求当地的风力资源相对丰富。4.3移动通信基站光伏系统设计方法从工作流程上划分，太阳能供电系统的设计应把握的原则为：先软件后硬件。软件指的是所有基础数据的分析和理论计算，包括：基站总用电量、太阳能辐射量、太阳能电池板配置的容量设计等等。硬件则主要指各种设备的选型。在进行软件设计的时候除安装倾斜角和方向角由专业的电脑软件完成，其他数据则可以通过简单的公式带入数据计算得到。独立型太阳能发电系统的容量设计主要包括两大部分，一是太阳能电池板的容量计算，另一个是蓄电池组的容量计算。在进行容量设计时需要把握的原则从技术上讲要能满足机房内全部用电设备的总用电电流的要求为前提；从经济上说，则要考虑系统可靠性和投资成本之间的博弈，尽量保证系统可靠性的前提下，节约投资。只有做到可靠性和投资相对平衡的时候，这个太阳能发电系统才算是合理的电源系统。在计算太阳能电池板的容量以及蓄电池组的容量之前，需要做很多的基础数据的收集工作。这个工作需要查阅大量的文献记录或求证于相关领域的专业人士。说具体点，需要收集的数据有：基站建设的详细地址、安装地点的经纬度、海拔高速、安装地的平均日照时间、平均太阳能辐射强度、每年中最大连续阴雨天、沙尘天数以及降雪天数等等。4.3.1太阳能发电系统设计的基本原则太阳能发电系统设计的原则就是满足移动通信基站内用电设备的不间断供电，保证设备的连续运行。因为在做计算的时候使用的是太阳辐射的年平均值，第24页北京邮电大学工程硕士专业学位论文而实际的气候条件下不可能每天都能达到平均数，必然有高有低，因此就要求太阳能电池板能和蓄电池组协调工作。蓄电池组的容量在设计时，需要考虑连续阴雨天时能持续放电来保证基站设备的不间断使用，一般情况下连续阴雨天的平均数都太长，发生的几率比较小，为此额外付出几倍的成本来配置蓄电池组和太阳能电池板显得有点得不偿失。因可以断电，断电多长时间后维护人员可以及时上站采用其他办法发电（例如：柴油发电机发电）。太阳能电池板的容量在设计时，首先负载要考虑全面，除通信设备外还有蓄电池组。其次，要以全年日照的短板来进行计算，这样才能保证每一天设备的正常用电和蓄电池的充电用电。只有保证蓄电池组达到满充的状态，才能有效的延长蓄电池的寿命。4.3.2蓄电池的设计方法在整个电源系统中，蓄电池的作用就是在太阳能电池板不工作的时候能够不间断的向通信设备供电。其最初的设计原则就是在日照不充足的情况下，仅依靠蓄电池放电即可保证通信设备的正常工作。在配置蓄电池组时，通常认为蓄电池组在太阳能电池板正式不工作之前都处于浮充状态，正式放电开始后，能够在没有任何其他发电系统的帮助下独立提供给通信设备保证其正常工作的天数，被称作自给天数。天数的长短，直接影响了蓄电池组容量的大小以及这部分投资的多少，最初这个指标的确定应当与当地气象部门统计的年内最长连续阴雨天一致。但后来考虑到投资等多方面因素，这个指标通常不大于7天。蓄电池技术发展到现在，主流的产品主要有。锂电、铅酸电池和镍氢电池。锂电技术比较先进但是价格偏高，不适宜在通信基站建设中大规模使用；铅酸电池价格适中，技术比较成熟，是现今在移动通信行业应用最为广泛的电池类型。本文中如无特殊说明，指的均是阀控式铅酸蓄电池组。下文就蓄电池组容量是如何计算的，连接方式怎样进行详细介绍。（1）蓄电池组的容量计算步骤1：蓄电池组容量初步计算，根据统计出的基站内通信主设备每天需要的总用电量乘以自给天数；此，需要在连续阴雨天发生时给出一个可以接受的断电时限，即