天然氣發電機在通信基站的應用

王 鵬

（中國移動通信集團設計院 河北分院，河北 石家莊050021）

目前，通信基站的后備電源保障主要靠小型風冷式柴油發電機，其主要燃料為柴油。柴油的使用有諸多的不便之處，比如質量大、噪聲大、啟動困難等。噪聲以低頻噪聲為主，穿透力強。發動機長時間運行，溫度和壓力都較高，汽缸內會產生較多的煙灰和積碳，發動機油也容易氧化產生膠質，維護工作量大，且需要經常維護。尾氣中含有大量的CO、煤煙和氮氧化合物，并且排放物的顆粒較大，所以很容易產生“黑煙”。

天然氣發電機相比較來說，能夠克服柴油發電機的很多缺點，比如靜音減噪好，燃氣燃燒干凈，雜質少；動力均勻、溫和，機件壽命較長，尾氣不會在設備和機房內形成油污積累，是公認的綠色能源。燃料本身就是氣體，燃燒前無需汽化，不會附著在燃燒室與火花塞上，無積碳，更不會污染潤滑油，減少了日常維護、保養費用。因此，天然氣發電機在通信基站的應用前景廣闊。

1 天然氣發電機的工作原理

天然氣發電機組系統以汽油發電機組為原形，由專用的燃氣通道輸入到發動機氣缸，從而使發動機做功帶動發電機進行發電。

天然氣發電系統固定安裝于移動通信基站內，利用燃氣發電，根據對市電有無或是否缺相等的智能判斷自動對基站設備進行三相供電。整個系統通過進風口、排風口形成一個相對的密閉自循環系統，對基站內的空氣和溫度沒有影響。

2 天然氣發電機的系統組成

系統主要由燃氣發電機主機、自動控制系統、靜音減振系統和燃氣系統組成。

2.1 燃氣發電主機

燃氣發電主機的工作原理同汽油發電機，經過可靠性能改造和提高，僅僅是燃料由汽油變為天然氣，利用了成熟穩定的內燃機技術。經過發電機輸出穩定可靠的交流電，電壓（頻率）的穩態調整率、波動率，不對稱負載下線電壓偏差，線電壓波形正弦畸變率，瞬態電壓（頻率）調整率及穩定時間均滿足國標要求。

2.2 自動控制系統

具備自動控制系統，能夠實時監控機組的工作狀態，真正的實現機房的無人值守。

自動化監控系統除與箱體內的可燃氣體傳感器配合外，還可和裝設于室內的可燃氣體傳感器配合，傳送告警到自動控制箱，并進而切斷燃氣管路，閉鎖機組運行，確保機房整體的安全；同時自動化監控系統配合箱體內的溫度傳感器和機油油位傳感器，密切檢測機組運行的狀態；當溫度超過安全設定值時，直接停止機組運行、實行閉鎖，并切斷燃氣管路。可通過RS232接口接受移動運維管理中心管理，集中監控各基站機組運行狀態，包括：電壓、電流、頻率、溫度、燃氣、油位等信號和告警信息，并可由中心根據需要直接遠程控制機組啟停。

自動控制系統可實現如下安全保護功能：過壓保護、欠壓保護、過載保護、頻率保護、燃氣泄漏保護、機箱溫度保護、機油油位低保護和冷卻水溫度保護。

2.3 靜音減振系統

靜音減振系統包含靜音減振機箱和進出風消音器，采用靜音系統大大降低了發動機的機械噪聲，配合靜音減振機箱和大型風道消音器，滿足高靜音需求。在采用增強型配置時噪聲最低可達到45dB以下，滿足各種環境使用的要求。

2.4 燃氣系統

燃氣系統主要由燃氣儲存罐和燃氣控制組件組成，近年來成熟的燃氣鋼瓶存儲技術為天然氣發電機的推廣創造了基本的條件，目前關于燃氣鋼瓶使用應符合國家安全標準要求。

2.5 天然氣發電機的使用模型

天然氣發電機以固定安裝方式在通信基站使用，發電機輸出交流電和現有基站交流輸入配電箱進行連接。在市電停電的情況下，優先電池供電，待電池放電到一定程度（通過電壓檢測），天然氣發電設備自動啟動進行發電，啟動后發電機可以帶載基站內所有的用電設備。

天然氣發電機自身的自動控制系統具備RS232智能輸出接口，可直接接入完善成熟的監控網絡。監控中心可以讀取天然氣發電機的各種運行數據和狀態，例如：電壓、電流、頻率、溫度、燃氣、油位等信號和告警信息等。

天然氣發電機是固定安裝在基站內的，可以考慮應用在以下幾種場合：

a.便攜式柴油發電機無法進入發電的區域。

b.對于便攜式柴油發電機的噪聲比較敏感的地區。

c.距離發電保障中心較遠的基站。

d.年停電次數較多，且單次停電時間較長的基站。

e.地理位置比較重要，經常舉行重大活動而封路的基站。

3 天然氣發電機組的使用成本分析

以10kW發電機為例，分析天然氣發電機和普通柴油發電機的使用成本。10kW普通柴油發電機的購買成本為2.4萬元，初始成本較低，但是后期的維護成本和使用成本較高。每次停電均需要人工去現場發電，發電的費用是工人費和發電費用的總計，即便是僅僅發10分鐘的電也需要支付人工費用。而天然氣發電機僅僅在燃氣耗盡的情況下，由人工更換氣罐，由于換氣間隔時間較長可以大大減少人工費用，表1、表2為在三類和四類市電下對兩種發電方式進行比較。

表1 三類市電模式下的成本分析（發電及運維費用）

表2 發電運維費用投入比較（五年收回投資）

年度發電總天數為29天的情況下，可以在5年內回收投資。

以上的停電次數和時間是在固定的模式下進行計算的，如果每月的停電次數大于上表的假設次數，而停電時長不變，成本回收期還會大大縮短。

天然氣發電機為環保型發電機，上述成本回收為使用單位的實際支出成本，但是隨著節能減排的觀念進一步深入人心，天然氣對于大氣較少的污染而產生的社會價值是不可估量的。表3為污染物排放比較。

由于廢氣治理而產生的社會成本無法計算，所以污染物排放部分作為參考。

表3 污染物排放比較

4 結 論

天然氣發電機的使用從成本方面分析僅僅是一個方面，由于其發電是無人值守狀態，在某些特定的狀況下，無人發電顯得尤其必要，比如出現山體滑坡，人員無法進入時；一個區域大范圍停電需要大量發電機，而人員不足時。所以在一些重要的基站，比如旅游線路、國家干線傳輸基站型節點、對噪聲敏感地區等，安裝天然氣發電機應該為一個備選方案。

隨著天然氣發電機的推廣，其價格必然進一步下降，成本回收期會大大縮短。

［1］錢伯章.石油和天然氣技術與應用［M］.北京：科學出版社，2010.

［2］糜洪元，張繼平.天然氣發電技術特點和應用前景［C］.中國電機工程學會論文集，2008.