智慧公園太陽能供電解決方案的研究

張亦弛

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

1 背景描述

W智慧公園H區(qū)共設(shè)計視頻監(jiān)控、公共廣播以及森林火災(zāi)監(jiān)測等8個子系統(tǒng)[1]。現(xiàn)H區(qū)地塊因河流阻隔，導(dǎo)致強弱電管道與公園其他區(qū)域不聯(lián)通，無法從示范區(qū)提供電力、網(wǎng)絡(luò)給H區(qū)內(nèi)信息化前端設(shè)備，因此現(xiàn)場設(shè)備需采用太陽能方式進(jìn)行供電。

根據(jù)《公園設(shè)計規(guī)范》《北京市智慧公園建設(shè)指導(dǎo)書》等文件中對公園信息化和智能化的要求，調(diào)整時應(yīng)保留規(guī)范中明確要求的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、緊急求助系統(tǒng)和公共廣播系統(tǒng)，并通過適當(dāng)擴(kuò)大前端點位布放間距的方式，進(jìn)一步稀釋H區(qū)內(nèi)的信息化設(shè)備數(shù)量。

根據(jù)相關(guān)原則，各系統(tǒng)調(diào)整具體如表1所示。

表1 各系統(tǒng)調(diào)整情況

經(jīng)過調(diào)整，W公園H區(qū)保留34處點位共50臺監(jiān)控、廣播和一鍵報警設(shè)備，點位和分布如圖1和表2所示。

圖1 H區(qū)信息化前端點位分布（圈表示共桿設(shè)備）

表2 H區(qū)信息化前端點位信息

2 方案部署

2.1 A方案（能源島+網(wǎng)橋?qū)Υ颍?/h3>

供電方案設(shè)計在H區(qū)布設(shè)“能源島”取代傳統(tǒng)弱電設(shè)備箱，采用“太陽能發(fā)電，蓄電池蓄電”的方式對附近前端點位上的設(shè)備進(jìn)行供電，前端各類設(shè)備不涉及改造[2-3]。傳輸方案設(shè)計采用PON網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)先在H區(qū)地塊內(nèi)進(jìn)行匯聚，再通過設(shè)置在清河兩岸的無線網(wǎng)橋設(shè)備進(jìn)行有線/無線信號轉(zhuǎn)換，將信號回傳至示范區(qū)內(nèi)的指揮大廳。系統(tǒng)整體拓?fù)淙鐖D2所示。

圖2 A方案拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（能源島+網(wǎng)橋?qū)Υ颍?/p>

本方案在H區(qū)內(nèi)選擇16處弱電箱旁建設(shè)“能源島”，通過能源島為周圍點位上的設(shè)備供電和信號，同時在位置9處的能源島附近安裝OLT匯聚設(shè)備和網(wǎng)橋，將H區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)回傳給清河南岸的智慧機房，如圖3所示。可見，“能源島”由一體化能源模塊、電池組、電池柜、支撐桿和太陽能板組成。

圖3 H區(qū)能源島分布圖

2.2 B方案（前端設(shè)備改造+公網(wǎng)回傳）

供電方案通過加裝太陽能電板、采用支持太陽能供電的前端設(shè)備等方式，對前端點位進(jìn)行改造，實現(xiàn)電能的“自給自足”[4]。傳輸方案采用電信運營商的4G流量卡，將各前端點位產(chǎn)生的數(shù)據(jù)直接通過運營商移動網(wǎng)絡(luò)回傳至W公園核心機房。系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D4所示。

選取H區(qū)內(nèi)34處位置進(jìn)行前端點位改造，采用支持直流供電和4G通信模塊的監(jiān)控攝像機、報警立柱和廣播音箱，按球機AC24V1A、槍機DC12V1A、廣播音箱DC36V1A以及報警立柱DC12V1A配置每個點位的太陽能供電容量的需求。經(jīng)測算，50臺設(shè)備共需1.8 kW的太陽能功率，具體點位配置如表3所示。

圖4 B方案拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（設(shè)備太陽能改造+公網(wǎng)回傳）

表3 點位配置

上述供電設(shè)備依托園區(qū)路燈桿或獨立立桿建設(shè)，滿足H區(qū)內(nèi)50臺前端設(shè)備2～3天的備電時長，滿足視頻監(jiān)控、報警立柱全天工作以及廣播音箱半天工作的負(fù)荷強度。

另需配置50只4G流量卡安裝于各類前端設(shè)備的通信模塊上，可滿足H區(qū)內(nèi)各系統(tǒng)的信息傳輸需要。

2.3 C方案（前端設(shè)備改造+網(wǎng)橋?qū)Υ颍?/h3>

供電方案通過加裝太陽能電板、采用支持太陽能供電的前端設(shè)備等方式，對前端點位進(jìn)行改造，實現(xiàn)電能的“自給自足”[5]。傳輸方案利用PON網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用ONU將各點位數(shù)據(jù)通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳遞至清河旁的匯聚點，再通過設(shè)置在清河兩岸的無線網(wǎng)橋設(shè)備進(jìn)行有線/無線信號轉(zhuǎn)換，將信號回傳至示范區(qū)內(nèi)的指揮大廳。系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D5所示。

圖5 C方案拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（前端設(shè)備改造+網(wǎng)橋?qū)Υ颍?/p>

該方案前端設(shè)備與B方案的布局相同，每個點位部署一臺ONU設(shè)備（DC48V1A），攝像機、廣播和報警立柱通過網(wǎng)線將信號回傳給ONU設(shè)備，再通過光纖網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至清河北岸的03號點位的OLT（DC48V1A）設(shè)備進(jìn)行匯聚，信號最后由部署在清河兩岸對打的無線網(wǎng)橋集中發(fā)送至清河南岸的智慧機房。經(jīng)測算，50臺前端設(shè)備和36臺傳輸設(shè)備共需2.3 kW的太陽能功率，具體點位配置如表4所示。

表4 具體點位配置

上述供電設(shè)備依托園區(qū)路燈桿或獨立立桿建設(shè)，滿足H區(qū)內(nèi)50臺前端設(shè)備和35臺傳輸設(shè)備2～3天的備電時長，滿足視頻監(jiān)控、報警立柱全天工作以及廣播音箱半天工作的負(fù)荷強度。

3 投資規(guī)模

3.1 A方案（能源島+網(wǎng)橋?qū)Υ颍?/h3>

能源島單點造價10萬元，共需建設(shè)16處能源島，預(yù)計160萬元；網(wǎng)橋及傳輸設(shè)備5萬元；前端各類信息化設(shè)備共計8.5萬元；H區(qū)內(nèi)管道、線纜敷設(shè)40萬元。總計投資213.5萬元。

3.2 B方案（前端設(shè)備改造+公網(wǎng)回傳）

太陽能供電設(shè)備共9萬元；采購前端各類支持太陽能供電和4G通信模塊的設(shè)備（含改造費用）18萬元；購買4G流量卡預(yù)計1 200元/張·年，50臺設(shè)備按5年估計共30萬元。總計投資57萬元。

3.3 C方案（前端設(shè)備改造+網(wǎng)橋?qū)Υ颍?/h3>

太陽能供電設(shè)備共15萬元；采購前端各類支持太陽能供電的設(shè)備（含改造費用）12萬元；網(wǎng)橋及傳輸設(shè)備13萬元；H區(qū)內(nèi)管道、線纜敷設(shè)35萬元。總計投資74.1萬元。

4 方案比選

4.1 穩(wěn)定性

A方案中設(shè)備采用一體化模塊，集成度高，點位相對集中內(nèi)含傳輸模塊，支持各類電源輸出，可滿足周圍各類交直流用電設(shè)備的需要，可實現(xiàn)H區(qū)內(nèi)各類設(shè)備的不斷電、不斷網(wǎng)，故障率低，穩(wěn)定性較高。B、C方案通過購買或改造的方式使前端設(shè)備滿足太陽能供電的要求，點位相對比較分散，存在故障的可能性較高。太陽能的備電時長也小于A方案，相比A方案，整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性較低。

4.2 靈活性

4.2.1 供電方面

A方案中的供電和網(wǎng)絡(luò)范圍可覆蓋全域，并在配電箱留有空余端子，留有一部分冗余，為后期公園信息化的改造、擴(kuò)容預(yù)留了條件。B、C方案僅考慮本期設(shè)備的用電和網(wǎng)絡(luò)需求，后期調(diào)整需要重新調(diào)整供電設(shè)備，同時增加或更換安裝太陽能電板和蓄電池的難度較高，不利于實施。

4.2.2 傳輸方面

B方案采用4G網(wǎng)絡(luò)回傳的方式，免去了有線網(wǎng)絡(luò)開挖管道、線纜敷設(shè)的工作，節(jié)省了建設(shè)投資約60萬元。A、C方案采用PON網(wǎng)絡(luò)匯聚、網(wǎng)橋集中回傳的方式，數(shù)據(jù)不易外泄，安全性較高，也省去了每年公網(wǎng)流量的費用，減少了后期運營成本。

5 結(jié) 論

考慮H區(qū)定位為城市生態(tài)蓄洪區(qū)，客流量較少，后期信息化的需求較低，綜合系統(tǒng)性能、投資以及實施靈活性等方面的考慮，建議采用B方案進(jìn)行部署。