5G为储能带来了什么

来源:《中国科学报》2020年10月28日

“对于普通老百姓的认识来说,5G的应用可能就是网速更快,看视频更顺畅,但如果5G仅限于这些应用,那就太浪费了。”中国移动通信集团设计院有限公司信息能源所所长马雁序在多个场合强调,5G网络主要为工业服务,其中就包括能源系统中的储能。

中国产业信息网数据显示,2019年我国新增5G基站13万个,相应新增储能需求约为1.9~3.1吉瓦时。另据日前发布的《2020储能产业应用研究报告》(以下简称《报告》),预计今年年底我国5G基站数量将超过60万个。

“预计2020年底,5G基站带来的备用电源储能需求约为10亿瓦时/年级别。”中国化学与物理电源协会储能应用分会产业政策研究中心副主任、教授级高工江卫良表示。

功耗为4G的3~4倍

5G网络作为下一代经济增长点,备受世界各国重视。在近日举行的5G创新发展高峰论坛上,中国移动研究院副院长黄宇红介绍,目前全球已有超过100个运营商使用5G网络,其中中国的贡献巨大。即使在疫情期间,仅中国移动就在全国340个城市建成超过30万个5G基站,并计划在年底达到35万个。

“随着5G基站建设速度加快,我国至少需要新建或改造1438万个基站。”专家表示,基站本身可以存储低谷电,所以5G基站也是重要的储能装置。

5G具有高宽带、高流量和高发射功率等特点,同时收发通道数明显增加,但这也导致其功耗的增加。据统计,5G设备的功耗为同配置4G的3~4倍。

也就是说,以4G时代基站能效水平来运行5G网络,能源浪费将翻倍。

根据《报告》,由于现网叠加5G建设,现网站点主要面临供电容量不足的问题,导致90%存量电源需扩容改造,投入高、工期长;而对于新建站点,也面临选址、市电引入、安装工程等费用高的问题,其占建设费用的90%以上。

江卫良表示,在2G、3G、4G时代,站点电源以被动响应为主,缺乏主动规划,导致多套电源叠加建设,电源、配电、空间不匹配,系统运行效率低,多套电源运行维护工作大等问题。“若5G时代仍延续传统建设方案,将带来大量基础设施改造和资源闲置浪费。”

与此同时,面对5G网络海量站点,目前大多数运营商每站年均运维成本从数万元到几十万元人民币不等。如果采用传统的运维方式,依赖人工上站维护,成本将极大增加。

5G基站建设的另一个痛点来自于电源支持多。

“一个站内有2G、3G、4G、5G不同的系统,2G、3G并不是我国主导的,主要购买外国设备,一个国家设备一个样,供电很复杂。”更令马雁序担忧的是,基站的空间没有了,无法增加新的设备,而机房的承重也不够。

因此,对于5G基站而言,如何提高供电方案能效水平、控制成本迫在眉睫。

磷酸铁锂电池受欢迎

目前基站蓄电池主要有铅酸电池和锂电池两种类型,前者体积大、重量重,对机房空间和载重要求高,正逐步被体积小、重量轻的锂电池所替代。磷酸铁锂电池因其安装成本低、使用寿命长等特点备受欢迎,并且已经应用于实践。

更为关键的是,磷酸铁锂电池充放电次数可达3500~5000次;能量密度可达到100~110瓦时/千克,皆高于铅蓄电池。

中国铁塔股份有限公司2020年以来已在20个省市发布了24项招标通知,总预算超过8945万元,多项招标要求采购磷酸铁锂电池。中国移动通信集团有限公司在2020年3月初也发布了1.95吉瓦时磷酸铁锂电池的采购订单。

北方工业大学储能技术工程研究中心教授李建林等人撰文介绍,锂电池在4G时代应用于运营站点储能系统,但5G时代通信基站的环境更加复杂,对储能系统的要求更为苛刻。

柔性、智能、高效是关键

《中国科学报》采访时了解到,基于“柔性、智能、高效”设计理念,业界提出“融合发展、动态匹配”的智能数字供电技术,具体表现在多能源融合发展、电源设备数字化和电池设备智能化。

以多能源融合发展为例,江卫良表示,可以将市电、新能源、存量电源等多路能源整合到一套系统,实现对能源输入智能调度,优先利用新能源及低成本能源;同时接入存量电源余量,平滑演进,提升资源利用率,降低建设投资。

而在输出配电方面,可考虑实现多电压等级智能输出,匹配业务设备供电需求,按需配置,灵活扩展。

中国移动设计院自主研发的5G基站一体化能源柜是一种智能数字能源产品。据悉,该产品主要由智能多输入多输出电源单元、智能锂电池单元和机柜组成,可实现能源多输入、多输出,支持新旧电源并机输出,有效解决供电容量不足等问题。

“产品具有免市电改造、免电源改造和免电池改造的特点。”马雁序说,“例如,原来一个基站建设需要各个厂家设备到位以后,施工队在现场安装接电路和电线,一个基站的供电设备安装时间一般需要2~3天,而现在一体化能源柜仅需两三个小时。”

值得一提的是,与传统建设方案相比,采用5G基站一体化能源柜,能将改造周期缩短约90%、资本性支出降低30%~40%,整站能效提升8%~17%。

据悉,中国移动设计院持续积极拓展港澳台及海外多元化市场,在前不久中国移动召开的iConnect Week全球运营商线上研讨会后,南非、泰国、阿联酋等海外客户已表达明确购买意向,泰国甚至已开始按照运营商True的要求进行采购前的设备测试。

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