淺談鐵鋰電池基站節(jié)能減排應用思路

摘要：通信用磷酸鐵鋰電池(本文簡稱“鐵電池”)目前已在多個通信運營商進行試點，同時也是目前通信電源領域的一個熱點技術。本文通過介紹磷酸鐵鋰電池在基站節(jié)能減排應用上體現(xiàn)的技術優(yōu)勢，并結合磷酸鐵鋰電池在多個移動省市分公司的實際應用情況，借助具體的數(shù)據(jù)分析，指出了磷酸鐵鋰電池，尤其是大容量磷酸鐵鋰電池在通信運營商基站節(jié)能減排中大規(guī)模應用的發(fā)展前景。

關鍵詞：磷酸鐵鋰電池 節(jié)能減排基站節(jié)能

1. 背景介紹

通信業(yè)的迅猛發(fā)展帶動了網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大，各種通信設備不斷增加，網(wǎng)絡設備所需的電力等能源需求日益增長，通信業(yè)面臨著巨大的成本壓力。能源消耗已嚴重影響到電信企業(yè)的效益和發(fā)展。根據(jù)“十二五”規(guī)劃，中國2015年將使全國碳排放強度比2010年下降17%。通信業(yè)同樣責無旁貸，綠色通信再次被聚焦。根據(jù)阿爾卡特朗訊與清華大學媒介調查實驗室4月19日在北京發(fā)布的一項調查報告顯示，綠色信息通信技術在中國信息通信技術行業(yè)得到較高認知，39%的信息通信技術企業(yè)已制定了碳減排的五年計劃，下降幅度從1%到20%不等。

我國已經(jīng)成為通信大國，龐大的電信網(wǎng)絡一方面造成能源消耗的居高不下——機房的電子設備、基站和空調都消耗著大量電能;另一方面，機房空調大量使用氟利昂，基站為數(shù)眾多的蓄電池及每年退網(wǎng)淘汰的電子和電器設備，如不妥善處置，都可能對環(huán)境構成威脅。作為國民經(jīng)濟重要組成部分的電信運營企業(yè)來說，節(jié)能減排勢在必行。而基站節(jié)能是通信行業(yè)節(jié)能的重中之重。

2. 通信用磷酸鐵鋰電池的發(fā)展

磷酸鐵鋰電池憑借其出色的特性(能量密度高/安全性強/高溫性能優(yōu)異/高功率輸出/長循環(huán)壽命/環(huán)保)，已逐漸走入人們的視野。早期其多數(shù)運用在電動汽車行業(yè)，近年來通信行業(yè)也對于鐵電池的應用進行了更多的思考。作為歷次技術革新的先驅，行業(yè)內關于鐵電池的試點活動已全面鋪開。

國內各電源廠商積極配合，已形成相對完善的通信用磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品線。其產(chǎn)品形式主要為12V、48V電池模塊，容量等級多數(shù)集中在10AH~150AH。比亞迪鐵電池已推出200AH產(chǎn)品R12200，較之傳統(tǒng)的10AH~150AH，200AH鐵電池在體積、重量上具有更加突出優(yōu)勢，可最大程度上滿足通信行業(yè)節(jié)能減排的需求。

48V鐵電池模塊規(guī)格參數(shù)表

12V鐵電池模塊規(guī)格參數(shù)表

由上表分析不難得出：比亞迪12V/200Ah鐵電池模塊F12200具有更加突出的優(yōu)勢：容量較R12150鐵電池模塊增加33%，體積增加12%，重量基本相同。相同容量下，體積更小、重量更輕，運用于通信行業(yè)節(jié)能減排的優(yōu)勢更加明顯。

3. 通信用磷酸鐵鋰電池節(jié)能減排應用思路

中國目前有逾百萬個移動通信基站。按照中國移動的統(tǒng)計，基站耗電占總耗電量的70%以上。開展基站節(jié)能降耗成為一個迫切需要解決的問題,可以說基站節(jié)能是通信行業(yè)節(jié)能減排的重中之重。

比亞迪作為鋰電池行業(yè)的領軍企業(yè)，依托鐵電池優(yōu)異的高溫性能，提出以下基于通信基站的節(jié)能減排解決思路：涵蓋IDC機房、宏基站、邊際網(wǎng)村通基站。

3.1 IDC機房鐵電池解決思路

(1) 措施一：IDC機房鐵鋰電池“儲能電站”思路

隨著通信業(yè)的高速發(fā)展，新技術的不斷應用，諸如Web2.0、PSP、網(wǎng)絡視頻業(yè)務、電子商務等業(yè)務的蓬勃發(fā)展，使得通信業(yè)的IDC業(yè)務有了非常大的提升?，F(xiàn)在國內已經(jīng)出現(xiàn)的大的IDC機房內，運行著數(shù)千臺的服務器，如何為這些網(wǎng)絡設備的運行提供綠色節(jié)能、安全可靠的供電保障，是目前需要迫切解決的問題。

眾所周知，IDC機房中蓄電池組宜分兩組或多組安裝，其總容量由蓄電池獨立向負載供電的時間確定。但實際由于IDC機房服務器在通信系統(tǒng)中重要性，往往需達到一類市電不可用度指標，電池的作用僅為備電，放電次數(shù)極少，往往是放置到壽命結束，不符合行業(yè)內節(jié)能減排的大環(huán)境。

比亞迪依托磷酸鐵鋰電池超長循環(huán)壽命、體積小、重量輕的特性優(yōu)勢，提出一種利用磷酸鐵鋰電池組作為“儲能電站”的創(chuàng)新解決思路，即：采用大容量磷酸鐵鋰電池組作為IDC機房后備電池，在夜間話務量低、電網(wǎng)壓力小時對鐵電池組進行充電;在日間話務量高、電網(wǎng)壓力大時對負載供電，以減少電能浪費，錯峰調谷，均衡用電負荷，提高能源利用率，實現(xiàn)節(jié)能減排。

此方案采用鐵電池有以下優(yōu)勢：

a) 長循環(huán)壽命，常溫1C充放電循環(huán)壽命達到2000次以上，尤其適用于此種頻繁充放電的場合;

b) 能量轉化效率高，鐵電池的轉化效率高達95%，綠色節(jié)能;

c) 優(yōu)良的高倍率放電特性，鐵電池在3C以上放電依然能放出標稱容量的90%以上，能有效降低蓄電池組配置總容量;

d) 體積小、重量輕，節(jié)省機房加固成本，減少資源消耗。

(2) 措施二：HVDC用磷酸鐵鋰電池組

HVDC(高壓直流供電系統(tǒng))的系統(tǒng)效率和供電可靠性均要大大高于UPS供電系統(tǒng)，這一點已經(jīng)得到了業(yè)內人士的公認，HVDC替代UPS系統(tǒng)已是大勢所趨。

而鐵電池的高倍率放電特性和體積小重量輕的特點，為其和HVDC系統(tǒng)并列放置在機房內提供可能。相關數(shù)據(jù)表明：傳統(tǒng)選擇2組3 0 0 A h鉛酸電池的基站，選用鐵鋰電池時只需要2組200A h;1組48 V/200A h鐵鋰電池組與1組48 V/300 A h鉛酸電池組在同樣的安裝方式下，前者占地面積是后者的59%，重量是后者的28%。若考慮在機房承重條件相同的情況下，鐵鋰電池可采用雙層雙列安裝，而鉛酸電池需采用單層雙列安裝，則前者占地面積是后者的29%。同是1組48 V/300 Ah的鐵鋰電池組和鉛酸電池組，在同樣的安裝方式下，前者占地面積是后者的59%，重量是后者的34%。由上：鐵電池配合HVDC實現(xiàn)更大限度的節(jié)能減排。

3.2 空間緊張的室內宏基站鐵電池解決思路

據(jù)相關統(tǒng)計資料：目前，基站內空調設定工作溫度一般為20℃~28℃左右，如果將工作溫度提高到30℃甚至更高(35 ~ 40℃)，則空調的用電量會下降至50%左右，由上表對比可知，空調用電一般占到基站用電總量的50%左右，所以提高空調工作溫度是簡單有效的實現(xiàn)通信基站節(jié)能減排的方法?；局性O備對溫度最敏感的部分是蓄電池組，溫度每上升10℃，鉛酸電池的壽命減少一半，磷酸鐵鋰電池可以耐受高溫55℃而壽命不受影響，所以可直接將基站溫度設置值調高，實現(xiàn)節(jié)能減排。

依托磷酸鐵鋰電池優(yōu)良的高溫性能和循環(huán)壽命，我們提出此類空間緊張的室內宏基站，采用鐵電池+戶外電池柜作為后備電池組，放置在室外，有效節(jié)約占地，節(jié)能降耗。而同比鉛酸電池采用此種方案則需加裝戶外電池保溫箱。

此方案下：初始投資基本相同，節(jié)能減排效果優(yōu)勢明顯。1組48V/ 300Ah鉛酸電池價格約18720元(約1.3元/1V·Ah)，1組48V/200Ah鐵鋰電池價格約40320元(4.2元/1 V·Ah)，1組電池保溫箱價格約1萬元，1組鐵鋰電池(不需保溫箱)價格是1組鉛酸電池(含保溫箱)的1.4倍。規(guī)?；a(chǎn)后，磷酸鐵鋰電池價格降至3.5元/ V·Ah時，1組鐵鋰電池(不需保溫箱)價格是3.36萬元，兩者費用基本相等。另外，機房面積減少、重量減少可以降低機房建設成本，鐵鋰電池循環(huán)壽命更優(yōu)可以延長電池更換周期，高溫性能可以節(jié)約空調用電等。

3.3 無空調/邊遠站點鐵電池解決思路

村通工程的基站多設在偏遠的農(nóng)村，規(guī)模小、配置小，基本上都沒有空調，接通市電成本過高或市電停電頻繁，同時由于鉛酸電池對溫度敏感，在惡劣環(huán)境條件下工作的壽命短、更換頻繁，導致此類基站的維護成本過高。

對于無空調且市電停電頻繁站點，采用鐵電池作為后備電源，具有明顯的優(yōu)勢，其高溫性能優(yōu)異，無空調站點中鐵電池的容量衰減與有空調的站點電池容量衰減相比基本相同，無恒溫措施對電池衰減的延緩作用影響不大。

對于市電引入成本過高的站點，采用鐵電池配合太陽能光伏供電，相比較與鉛酸電池具有不可替代的作用。鐵電池高溫性能好、可深度充放電、循環(huán)壽命長，體積小、重量輕，安裝輕便。

比亞迪技校聯(lián)通光電混合實驗局(鐵鋰電池工作環(huán)境為樓梯間、無空調、太陽直射)，負載大約為1500W。優(yōu)先太陽能供電，即先使用太陽能供給負載，多余能量存入鐵鋰電池，在太陽能不足時，再由鐵鋰電池(放出儲存能量)提供負載用電。

具體測試場景與測試數(shù)據(jù)如下。

fig.1 比亞迪技校聯(lián)通光電混合實驗局

fig.2實驗局鐵鋰電池容量保存率

fig.3 節(jié)能減排效益

此試點方案中，鐵鋰電池接近每天一個充放電循環(huán)，實驗局自2011年5月建成以來，鐵電池性能良好，運行穩(wěn)定，共計節(jié)能減排3286977Wh，達到預期節(jié)能減排30%的效果。

同時，該項目充分驗證了鐵電池極其優(yōu)異的高溫性能、突出的循環(huán)壽命，鐵鋰電池運用于無空調基站或室外站點具有突出的優(yōu)勢，對通信行業(yè)的節(jié)能減排具有顯著的效果。目前容量保存率為91.5%。

4. 通信用磷酸鐵鋰電池推廣案例及市場展望

隨著行業(yè)內對鐵電池的廣泛重視，比亞迪作為鋰電池傳統(tǒng)優(yōu)勢企業(yè)，進一步加大了與國內運營商的鐵電池試點合作活動，目前已在廣東、福建、廣西、云南、重慶、北京、河北、江蘇等各省市移動分公司建立了關于鐵電池的合作關系。以下是試點典型案例分析。

fig.1北京移動 fig.2海南移動 fig.3 河北電信

(高碑店/朝陽公園戶外站) (戶外站點) (核心機房4000Ah場景)

fig.4重慶移動 fig.5廣東移動

(民安大道戶外燈桿站) (沙井烏江工業(yè)園2400Ah場景)

比亞迪鐵電池試點已在全國多個省市展開，目前最長的在網(wǎng)時間最長已達3年。從全國各地試點站情況來看，目前鐵電池組的平均容量保存率在90%以上，可靠性良好。

通信用磷酸鐵鋰電池組通過試點分析得出以下結論：

第一：采用鐵電池節(jié)能效益非常突出。得益于其優(yōu)越的高倍率放電特性和高溫性能，在減少基站電池組容量的配置的同時，更加適用于基站升溫技術，減少基站中空調開啟時間，實現(xiàn)節(jié)能減排。由前述各容量鐵電池的對比，采用大容量 (200Ah以上)鐵電池，其綜合效益更加突出。

第二：鐵電池具有優(yōu)異的高溫性能，于室外站和無空調的村通站則可以大力推廣磷酸鐵鋰電池，以節(jié)能減排;

第三：雖然鐵電池的一次性投入成本稍高，但長期運行的性價比要遠高于傳統(tǒng)閥控式鉛酸電池;

當然，鐵電池在國內通信行業(yè)的應用也并非一蹴而就。影響鐵鋰電池大規(guī)模使用的主要因素，主要是價格過高以及對可靠性的擔心。老化試驗;壽命和溫度、電壓、倍率、深度、內阻的關系;容量和溫度、倍率、內阻的關系等數(shù)據(jù)方面，目前磷酸鐵鋰電池還不能提供足夠可信的數(shù)據(jù)支撐。至于現(xiàn)網(wǎng)應用，目前鐵電池在通信行業(yè)最長的試用時間也就在三年左右，還不能得出可以大規(guī)模使用的結論。同時國內運行商對鐵電池的試點，多數(shù)集中在小容量鐵電池組，其中大部分是48V 10AH~100AH，對于大容量(200AH及以上)試點力度不夠，制約了鐵電池更大規(guī)模的應用。

隨著鐵電池應用的進一步加大，相關在網(wǎng)數(shù)據(jù)的逐步完善，可以預見，隨著節(jié)能減排的不斷深入，磷酸鐵鋰電池在通信行業(yè)中將獲得廣泛的應用。