Omdia觀察：電信運營商如何利用基站電池降低能源成本？

C114訊 3月11日消息（艾斯）來自市場研究公司Omdia的最新報告寫到，可再生能源的間歇性需要電網(wǎng)中額外的存儲容量。鋰離子電池可以滿足這種日益增長的需求。隨著社會越來越依賴移動通信，監(jiān)管機構(gòu)可能會要求運營商在蜂窩基站部署電池存儲，以防電網(wǎng)中斷。如果運營商使用蜂窩基站電池在夜間（電力價格便宜時）儲存電力，并在白天（電力價格昂貴時）釋放電力，那么蜂窩基站電池就可以收回成本。運營商通過為電網(wǎng)提供頻率恢復(fù)服務(wù)還可以創(chuàng)造收入。芬蘭電信運營商Elisa開發(fā)了一種將蜂窩基站電池存儲變現(xiàn)的系統(tǒng)，并估測鋰離子儲能的投資回收期在三到五年之間。

可再生能源的間歇性帶來挑戰(zhàn)

歐盟可再生資源發(fā)電的比例從2010年的20%左右上升到2022年的40%以上。歐盟的目標(biāo)是到2030年達到近70%，到2050年達到80%。雖然這有利于減少溫室氣體排放，但隨著可再生能源發(fā)電比例的上升，間歇性的挑戰(zhàn)也在增加。晚上沒有陽光，而且也會常常出現(xiàn)好幾天沒有風(fēng)的情況。在這些可再生能源供應(yīng)較低的時期，電網(wǎng)運營商將如何彌補缺口呢？

一種解決方案是讓其他發(fā)電廠做好填補空缺準(zhǔn)備。核電站最適合基本負(fù)荷，因為它們無法輕易開啟和關(guān)閉。燃?xì)廨啓C可以很快投入使用，然而，這會產(chǎn)生溫室氣體排放。更環(huán)保的解決方案是在供過于求（強烈的陽光和風(fēng)）的時候儲存風(fēng)能和太陽能，并在電力匱乏時釋放出來。

儲能是綠色解決方案

能量存儲有多種選擇，包括壓縮空氣、抽水蓄能以及水解等。后者需要利用能量將水分子中的氫和氧分離，然后在燃料電池中（或通過燃燒）重新組合這些分子以釋放能量。鋰離子電池目前并不是最便宜的儲能選擇，但隨著它們變得越來越普遍，其成本正在下降。鋰離子電池現(xiàn)在被用于電動汽車、筆記本電腦和智能手機當(dāng)中。根據(jù)《Our World in Data》，鋰離子電池的價格從1991年的7523美元/千瓦時到2018年下降至181美元/千瓦時。根據(jù)彭博新能源財經(jīng)報道，2023年，其價格降至139美元/千瓦時。

根據(jù)美國能源部的全球儲能數(shù)據(jù)庫資料顯示，大多數(shù)（超過70%）的大型（1MW以上）電池儲能項目是基于鋰離子電池的。其他化學(xué)物質(zhì)電池（每種化學(xué)物質(zhì)的項目份額都不到10%）包括鈉硫電池和鉛酸電池。

移動運營商擁有大量電池

許多移動運營商在其網(wǎng)絡(luò)周圍分布有電池為其基站提供備用電源。下一代移動網(wǎng)絡(luò)（NGMN）聯(lián)盟最近發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)能效白皮書指出，移動運營商正在其RAN和核心網(wǎng)中部署更多的備用電池容量。在電力供應(yīng)可靠的市場，NGMN估測大多數(shù)RAN站點的電池容量在15到30分鐘之間。如果需要的話，關(guān)閉某些頻段可以延長電池使用時間。

Omdia實踐負(fù)責(zé)人James Crawshaw表示，繼汽車行業(yè)之后，電信行業(yè)是世界上最大的電池用戶之一，與公用事業(yè)和能源行業(yè)并列。眼下的許多電池都是鉛酸電池，根據(jù)Yudhistira等人的研究，鉛酸電池沒有鋰離子電池環(huán)保。因此，許多移動運營商正逐漸用鋰離子電池取代鉛酸電池。

芬蘭電信運營商Elisa是在網(wǎng)絡(luò)中較早采用鋰離子電池的公司，并發(fā)現(xiàn)鋰離子電池具備雙重功能：作為電網(wǎng)斷電時的備用電源，以及作為儲存多余電能并在需要時將其釋放回電網(wǎng)的方式。這有助于電網(wǎng)運營商處理可再生能源的間歇性問題，并降低電信公司的能源成本。

Elisa分布式儲能解決方案

Elisa打造了一種所謂的分布式能源存儲（Distributed Energy Storage,DES）解決方案，利用備用電池的部分容量從電網(wǎng)吸收多余的電力，并在需要時（負(fù)荷轉(zhuǎn)移）將其釋放回電網(wǎng)。這對電網(wǎng)運營商有利，也能夠幫助電信運營商創(chuàng)收，因為在產(chǎn)能過剩時期購買的電力比在高需求時期賣回電網(wǎng)的電力要便宜得多。

然而，根據(jù)Elisa的分析，移動運營商更大的經(jīng)濟潛力可能將來自參與自動頻率恢復(fù)儲備（aFRR）市場。電網(wǎng)中的交流電必須保持恒定的頻率（世界大部分地區(qū)為50赫茲，美洲為60赫茲）。偏差大于1%可能會損壞電氣設(shè)備和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。

頻率恢復(fù)

電網(wǎng)運營商有多種機制將頻率保持在這個嚴(yán)格的范圍內(nèi)。首先，連接到電網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)電機具有慣性，可以在數(shù)秒內(nèi)抵抗頻率的降低。如果電網(wǎng)頻率持續(xù)下降，則會啟動二次響應(yīng)或自動頻率恢復(fù)儲備（aFRR）以恢復(fù)正常頻率。aFRR服務(wù)通常由水力發(fā)電廠和抽水蓄能設(shè)施（可在幾秒鐘內(nèi)開始發(fā)電）或可在幾分鐘內(nèi)聯(lián)機的燃?xì)廨啓C提供。考慮到抽水蓄能設(shè)施的可用性有限以及燃?xì)廨啓C的溫室氣體排放，許多市場的監(jiān)管機構(gòu)正在考慮將電池儲能系統(tǒng)作為一種潛在的頻率恢復(fù)手段。

經(jīng)過2022年夏季對200個蜂窩基站進行試驗后，Elisa的分布式儲能解決方案獲得了芬蘭傳輸系統(tǒng)運營商（Fingrid）的技術(shù)資格預(yù)審驗收，可參與aFRR市場。Elisa還于2023年12月獲得認(rèn)證，可為干擾頻率控制儲備（FCR-D）提供服務(wù)，這需要比aFRR更快、更精確的控制行動。

DES組件

Elisa的智能能源管理系統(tǒng)確保電池容量得到最佳的收益和運營效果。該解決方案有三個組成部分：

·頂層規(guī)劃器（top-level planner）：使用不同電力平衡市場的供需數(shù)據(jù)進行模擬，并確定在任何給定時間分配多少容量用于負(fù)載轉(zhuǎn)移或電網(wǎng)平衡（aFFR）。

·中間層（middle layer）：負(fù)責(zé)監(jiān)督電力流動和基站電力設(shè)備的狀況，以確保資產(chǎn)的最佳利用，包括電池的使用壽命。

·控制器（controller）：選擇應(yīng)該調(diào)整哪些特定單元（例如，關(guān)閉某些頻段）以響應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)移計劃的變化或電網(wǎng)運營商的平衡需求。

DES的收入潛力

根據(jù)Elisa的估測（見圖1），在芬蘭的200個蜂窩基站（約占其覆蓋范圍的10%）部署DES解決方案，每月可從aFRR中產(chǎn)生3萬至6萬歐元的收入，并且節(jié)省了負(fù)載轉(zhuǎn)移，這為該運營商帶來了額外的好處。每月4.3萬歐元的平均收入大約是Elisa目前在這200個蜂窩基站的電力支出的一半。

圖1：Elisa對其DES解決方案收入潛力的估算。資料來源：Elisa。

Elisa的DES商業(yè)案例

要想充分利用Elisa的DES解決方案，移動運營商必須在其蜂窩基站部署充足的鋰離子電池。鉛酸電池不僅對環(huán)境不友好，而且不太可能被電網(wǎng)運營商批準(zhǔn)用于aFRR服務(wù)。以下這些因素使鋰離子比鉛酸更適合：

·鋰離子電池在幾乎整個放電循環(huán)中都能提供恒定的功率，而鉛酸電池的功率隨著電荷耗盡而明顯耗散。

·鋰離子電池的充電時間比鉛酸電池快四倍左右。

·鉛酸電池可以經(jīng)過1500次左右的充放電循環(huán)，之后其容量會明顯下降，而鋰離子電池在3000次循環(huán)后仍能保持80%左右的原始容量。

·鋰離子電池的容量不受放電倍率的影響，而鉛酸電池在高放電倍率下的容量可低至額定容量的60%。

電池的容量必須考慮到移動網(wǎng)絡(luò)運營商的要求（例如，在電網(wǎng)中斷的情況下可提供3小時的供電）以及為aFRR提供服務(wù)的電量。Elisa估算，對于移動運營商來說，投資新的電池容量和DES系統(tǒng)本身的回報周期為三到五年。

Elisa在芬蘭擁有大約2000個蜂窩鐵塔站點，同時在城市地區(qū)的屋頂和室內(nèi)也部署有小基站。假設(shè)每個站點每月的平均aFRR收入為215歐元，那么2000個蜂窩鐵塔站點一年的總收入將在500萬歐元左右。與Elisa 2022年21億歐元的集團營業(yè)額相比，這一數(shù)字相對較小。然而，這似乎是一項明智的投資，回報期為3-5 年。如果Elisa能夠說服其他電信公司效仿，他們就可以通過向大型運營商（擁有成千上萬個基站）銷售其DES解決方案，然后由這些大型運營商在其網(wǎng)絡(luò)中實施該解決方案，從而獲得更大的收益。

監(jiān)管機構(gòu)可能會引導(dǎo)移動運營商部署跟更多電池

英國電信監(jiān)管機構(gòu)Ofcom最近發(fā)起了一項關(guān)于通信提供商網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)彈性的咨詢，其中包括呼吁為移動網(wǎng)絡(luò)提供備用電源。

Ofcom的事故報告顯示，在2020年至2022年期間，英國固定和移動網(wǎng)絡(luò)報告的事故中有25%是由電力相關(guān)問題引起的。

Ofcom指出，目前，移動RAN的電池備份量因移動運營商而異，具體體現(xiàn)在備份的蜂窩基站比例和供電持續(xù)時間方面。一些移動網(wǎng)絡(luò)運營商擁有少量可提供數(shù)小時或數(shù)天備用電源（由柴油發(fā)電機供電）的蜂窩基站，通常是位于偏遠(yuǎn)地區(qū)的站點。還有些運營商在所有站點都配備有限的備用電源（由電池供電），但僅能維持短短10分鐘。10分鐘的時間看似不多，但英國電力監(jiān)管機構(gòu)Ofgem的數(shù)據(jù)顯示，大多數(shù)停電時間都在3分鐘以下。

Ofcom指出，在固定寬帶市場，在安裝新的FTTP機柜時，通常會配備支持4小時供電的備用電池。然而，那些比較老舊的機柜（特別是那些支持DSL等傳統(tǒng)技術(shù)的機柜）通常沒有電池。

Ofcom似乎不太可能強制要求移動運營商在其蜂窩基站安裝電池，并指出，在英國所有RAN站點（在電池備份可能可行的地方）安裝一小時的電池備用電源，可能會花費9億至18億英鎊。然而，Ofcom確實建議核心站點應(yīng)該配備支持至少5天的備用電源。核心網(wǎng)站點包括移動分組核心、IMS/語音平臺、用戶身份驗證數(shù)據(jù)庫、策略控制功能、DNS解析器和內(nèi)容緩存。

核心網(wǎng)站點消耗移動網(wǎng)絡(luò)約15%的能源，其中大部分（80%）由RAN消耗，其余（5%）由傳輸消耗。然而，維持5天的備用電源（相對于蜂窩基站的1小時）意味著核心網(wǎng)備用電源需要的容量是分布式RAN備用電源容量的20倍以上。考慮到成本，這可能會通過柴油發(fā)電機而不是電池來實現(xiàn)。然而，通過Elisa的DES方案，通過電池供電是可以實現(xiàn)的。

Ofcom指出，挪威和芬蘭的電信監(jiān)管機構(gòu)NKOM和Traficom分別出臺了具體的電源備份法規(guī)。

·NKOM要求在人口稠密地區(qū)需要有支持2小時供電的備用電源，在人口稀少地區(qū)則需要有支持4小時供電的備用電源。

·Traficom要求在人口稠密地區(qū)需要有支持4小時以上供電的備用電源，在人口稀少地區(qū)則需要有支持6小時以上供電的備用電源。

此外，Ofcom指出，澳大利亞政府的“Mobile Network Hardening Program”已經(jīng)在全國農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)的首批467個基站安裝配備了支持12小時供電的電力備份容量。同時，將該計劃擴展到更多地點的進一步融資正在進行當(dāng)中。

【C114注：Omdia，作為Informa Tech的一部分，是一家專注于科技行業(yè)的領(lǐng)先研究和咨詢集團。憑借對科技市場的深入了解，結(jié)合切實可行的洞察力，Omdia將賦能企業(yè)做出明智的增長決策。要了解更多信息，請訪問www.omdia.com。】