一、引言

二、35kV 预制舱式变电站与 5G 基站的能耗特性分析

（一）35kV 预制舱式变电站能耗剖析

1. 设备能耗构成：预制舱内主要设备包括变压器、高压开关设备、低压配电设备以及二次控制系统等。其中，变压器作为核心设备，其能耗占比较大，主要包括空载损耗和负载损耗。空载损耗由铁芯的磁滞和涡流损耗引起，与变压器的材质、设计以及运行电压有关；负载损耗则与变压器的负载电流平方成正比，取决于实际的用电负荷情况。例如，一台额定容量为 5000kVA 的 35kV 油浸式变压器，空载损耗约为 6kW，在满载时负载损耗可达 40kW 左右。高压开关设备（如断路器、隔离开关等）在开合过程中会产生一定的能耗，主要源于触头的电弧能量消耗以及操作机构的驱动能耗。低压配电设备（如配电柜、配电箱等）的能耗相对较小，主要是线路电阻损耗以及一些辅助设备（如风扇、照明等）的能耗。二次控制系统（如继电保护装置、监控系统等）虽然功率较小，但持续运行也会产生一定的能耗。

2. 能耗变化规律：变电站的能耗随用电负荷的变化而波动。在白天用电高峰时段，负载电流增大，变压器的负载损耗增加，同时高压开关设备的操作频率也可能提高，导致整体能耗上升；而在夜间或用电低谷时段，负荷降低，变压器的负载损耗减小，整体能耗随之降低。此外，季节性因素也会对变电站能耗产生影响，例如在夏季高温时，为保证设备正常运行，冷却风扇等散热设备的运行时间和功率增加，导致能耗上升。

（二）5G 基站能耗特性研究

1. 能耗组成部分：5G 基站的能耗主要来自基带单元（BBU）、有源天线单元（AAU）以及配套设备（如空调、电源系统等）。BBU 负责信号处理和控制，其能耗相对稳定，主要取决于设备的配置和运行状态。AAU 作为信号发射和接收的关键部件，由于采用了大规模 MIMO 技术，天线数量众多，信号处理复杂度高，因此能耗较大，且其能耗与通信负载密切相关，在高通信负载时段，AAU 的功率消耗增加。配套设备中，空调用于维持基站室内的温度和湿度环境，以设备正常运行，其能耗在基站总能耗中占比可达 30% - 50%，尤其是在高温地区或夏季，空调能耗更为；电源系统（包括整流器、蓄电池等）在将交流电转换为直流电以及为蓄电池充电过程中会产生一定的能量损耗。

2. 能耗动态变化：5G 基站的能耗具有明显的昼夜周期性变化特征。在白天，尤其是工作时间和人员密集区域，通信业务量较大，基站的通信负载高，AAU 等设备功率增大，能耗迅速上升；而在夜间，通信业务量大幅减少，基站能耗相应降低。此外，不同区域的 5G 基站能耗也存在差异，例如商业区、交通枢纽等人员密集、通信需求大的区域，基站能耗远高于居民区、偏远地区等通信需求相对较低的区域。

三、能源协同的技术方案设计

（一）储能系统的集成与应用

1. 储能设备选型：考虑到 5G 基站对供电稳定性和快速响应的要求，以及与 35kV 预制舱式变电站协同的适配性，可选用磷酸铁锂电池作为储能设备。磷酸铁锂电池具有高能量密度、长循环寿命（循环次数可达 3000 - 5000 次以上）、安全性好、充放电效率高（可达 90% - 95%）等优点。例如，某品牌的 100Ah 磷酸铁锂电池组，标称电压为 51.2V，可提供稳定的直流电源输出。在实际应用中，可根据 5G 基站的能耗需求和备用时间要求，配置合适容量的电池组。

2. 储能系统控制策略：采用智能充放电控制策略，实现储能系统与 35kV 预制舱式变电站及 5G 基站的协同运行。在用电低谷时段，利用变电站的低电价电力为储能系统充电，例如在夜间 0:00 - 6:00，此时电网负荷低，电价相对便宜，储能系统可快速充满电。当 5G 基站进入高能耗时段（如白天工作时间）或电网出现供电异常（如电压波动、停电等）时，储能系统迅速放电，为 5G 基站提供稳定的电力支持，保障基站的正常运行。同时，通过实时监测 5G 基站的能耗情况和电网的实时电价，动态调整储能系统的充放电功率，以实现能源利用成本的小化和供电可靠性的化。例如，当检测到 5G 基站能耗急剧上升且电网电价较高时，储能系统自动增加放电功率，优先满足基站的用电需求；当 5G 基站能耗降低且电网电价较低时，储能系统加大充电功率，尽快储存电能。

（二）智能控制系统的构建

1. 通信网络搭建：利用 5G 通信技术本身的高速率、低时延特性，构建 35kV 预制舱式变电站与 5G 基站之间的通信网络。在变电站内安装 5G 通信模块，与站内的监控系统、保护装置以及储能系统等设备连接，实现数据的快速采集和传输；在 5G 基站侧，同样安装 5G 通信模块，与基站的 BBU、AAU 以及空调等设备相连。通过 5G 通信网络，实时传输变电站的电力参数（如电压、电流、功率等）、储能系统的状态信息（如电量、充放电状态等）以及 5G 基站的能耗数据和设备运行状态等信息，为智能控制系统提供准确的数据支持。

2. 智能控制算法设计：基于大数据分析和人工智能技术，设计智能控制算法。首先，对采集到的大量历史数据（包括电力数据、能耗数据、环境数据等）进行分析，挖掘数据之间的潜在关系和规律，建立能耗预测模型和电力供需平衡模型。例如，通过分析 5G 基站的历史通信负载数据和能耗数据，建立基于深度学习的能耗预测模型，能够准确预测未来一段时间内 5G 基站的能耗变化趋势。然后，根据建立的模型和实时采集的数据，智能控制系统动态调整 35kV 预制舱式变电站的供电策略、储能系统的充放电策略以及 5G 基站的设备运行参数。例如，当预测到 5G 基站即将进入高能耗时段，智能控制系统提前调整变电站的输出功率，同时控制储能系统做好放电准备；当检测到电网电压出现波动时，智能控制系统自动调整 5G 基站内设备的工作电压，以保障设备正常运行并降低能耗。

（三）电力分配与负荷调节策略

1. 峰谷电价利用策略：深入研究当地电网的峰谷电价政策，制定合理的能源使用计划。在电价低谷时段，不仅让储能系统全力充电，还可以适当调整 5G 基站内一些非关键设备（如部分照明设备、备用冷却风扇等）的运行时间，将其用电需求转移到低谷时段。例如，对于 5G 基站内的照明系统，可设置在夜间电价低谷时段开启，白天则利用自然光或降低照明亮度。同时，在电价高峰时段，通过智能控制系统降低 5G 基站的非必要能耗，如适当降低 AAU 的发射功率（在保证通信质量的前提下），或者调整空调的温度设定值，提高空调的运行效率，减少能耗。对于 35kV 预制舱式变电站，也可以在电价高峰时段优化自身的设备运行方式，如降低变压器的负载率，减少不必要的设备损耗。

2. 负荷动态平衡策略：实时监测 35kV 预制舱式变电站的输出功率和 5G 基站的用电负荷，通过智能控制系统实现电力的动态分配和负荷调节。当 5G 基站用电负荷突然增加时，智能控制系统首先判断储能系统的电量情况，如果储能系统电量充足，则优先由储能系统补充电力，减轻变电站的供电压力；如果储能系统电量不足，则智能控制系统向变电站发送信号，请求增加输出功率。同时，智能控制系统还可以根据 5G 基站内不同设备的重要性和能耗特性，对用电负荷进行合理分配和调节。例如，优先保障 BBU 和 AAU 等关键通信设备的电力供应，对于一些辅助设备（如空调、备用电源等），在必要时可以适当降低其功率或暂停运行，以维持电力供需的动态平衡。

四、能源协同的实施案例分析

（一）某城市商业区的协同项目实践

1. 项目概述：在某城市的繁华商业区，部署了多个 5G 基站以满足高密度人群的通信需求，同时该区域设有一座 35kV 预制舱式变电站为周边用户供电。由于商业区通信业务繁忙，5G 基站能耗巨大，且该区域电价峰谷差明显，为降低能耗成本和提高电力利用效率，实施了 35kV 预制舱式变电站与 5G 基站的能源协同项目。

2. 技术方案实施细节：项目中选用了总容量为 200kWh 的磷酸铁锂电池储能系统，分别安装在各个 5G 基站机房内。通过 5G 通信网络构建了智能控制系统，实现了变电站、储能系统和 5G 基站之间的实时数据交互。根据峰谷电价政策，储能系统在夜间 0:00 - 6:00 电价低谷时段进行充电，充电功率根据变电站的剩余供电能力和储能系统的状态进行智能调节。在白天电价高峰时段，当 5G 基站能耗上升时，储能系统自动放电，与变电站共同为 5G 基站供电。智能控制系统还根据实时监测的通信负载情况，动态调整 5G 基站内 AAU 的发射功率，在保证通信质量的前提下，降低能耗。例如，当通信负载较低时，将 AAU 的发射功率降低 10%，可有效降低能耗，而通信质量仍能满足用户需求。

3. 实施效果评估：经过一段时间的运行，该项目取得了成效。5G 基站的能耗成本降低了约 30%，通过合理利用峰谷电价和储能系统的充放电策略，节省了大量电费支出。同时，由于储能系统的调节作用，减轻了 35kV 预制舱式变电站在高峰时段的供电压力，提高了变电站的运行稳定性和可靠性。在通信质量方面，虽然在部分时段对 AAU 发射功率进行了调整，但通过智能控制系统的优化，通信质量并未受到明显影响，用户体验良好。此外，该项目的实施还为城市商业区的节能减排做出了贡献，具有良好的环境效益。

（二）某偏远地区的能源协同探索

1. 项目背景与挑战：在某偏远地区，5G 基站的建设面临着电力供应不稳定和成本高昂的问题。该地区仅有一座 35kV 预制舱式变电站，且距离 5G 基站较远，输电线路损耗较大。同时，由于地理条件限制，传统的电网扩容和升级难度较大，因此急需一种有效的能源协同方案来解决 5G 基站的供电问题。

2. 针对性技术方案：针对该地区的情况，项目采用了分布式储能与智能微电网相结合的技术方案。在每个 5G 基站附近设置了小型分布式储能系统，容量为 50kWh，采用磷酸铁锂电池。通过智能控制系统，将 35kV 预制舱式变电站、分布式储能系统和 5G 基站组成智能微电网。当变电站正常供电时，一方面为 5G 基站供电，另一方面为分布式储能系统充电；当变电站出现供电故障或输电线路中断时，分布式储能系统立即为 5G 基站供电，保障基站的正常运行。此外，智能控制系统还根据实时监测的电力参数和 5G 基站的能耗情况，动态调整分布式储能系统的充放电策略，实现微电网内电力的优化分配。例如，当检测到输电线路电压波动较大时，智能控制系统自动调整分布式储能系统的输出电压，稳定 5G 基站的供电电压。

3. 项目成果与意义：该项目的实施成功解决了偏远地区 5G 基站的供电难题，提高了基站的供电可靠性。5G 基站的中断时间从原来的平均每月 5 小时降低至 1 小时以内，保障了当地居民和企业的通信需求。同时，通过能源协同优化，降低了 5G 基站的能耗成本，减少了对电网的依赖。该项目为偏远地区的通信基础设施建设和能源利用提供了可借鉴的模式，对于推动偏远地区的数字化发展和经济社会进步具有重要意义。

五、能源协同的经济效益与社会效益分析

（一）经济效益评估

1. 能耗成本降低：通过能源协同方案，充分利用峰谷电价差，在电价低谷时段储存电能，高峰时段使用储存的电能为 5G 基站供电，降低了 5G 基站的用电成本。以某地区为例，峰谷电价差为 0.8 元 /kWh，一个 5G 基站在实施能源协同前每月电费支出为 10000 元，实施后每月电费支出降低至 7000 元，每月节省电费 3000 元，一年可节省 36000 元。对于大规模部署的 5G 基站，能耗成本的降低将带来巨大的经济效益。

2. 设备投资与运维成本优化：储能系统的集成在一定程度上缓解了 35kV 预制舱式变电站在高峰时段的供电压力，减少了变电站设备的过载运行时间，降低了设备的损耗和故障率，从而减少了设备的维修和更换成本。同时，智能控制系统的应用实现了对设备的远程监控和智能运维，提高了运维效率，减少了人工运维成本。例如，通过智能控制系统，可提前预测设备故障，及时安排维修人员进行处理，避免设备故障导致的停电损失，同时减少了不必要的人工巡检次数，每个 5G 基站每年可节省人工运维成本约 5000 元。

3. 潜在收益增加：通过能源协同优化，提高了电力资源的利用效率，多余的电能可通过参与电力市场交易（如需求响应、分布式能源发电上网等）获取额外收益。例如，在电网高峰时段，5G 基站储能系统和 35kV 预制舱式变电站的多余电能可向电网出售，按照当地电力市场价格 0.5 元 /kWh 计算，若一个区域的能源协同系统每月可向电网出售 10000kWh 电能，则每月可获得 5000 元的额外收益。

（二）社会效益分析

1. 通信服务质量提升：稳定可靠的电力供应是保障 5G 基站正常运行的关键。通过 35kV 预制舱式变电站与 5G 基站的能源协同，有效减少了 5G 基站因电力问题导致的通信中断和信号不稳定情况，提高了通信服务质量，满足了人们日益增长的高速通信需求。在突发自然灾害或电力故障时，储能系统的备用电源支持能够 5G 基站继续运行，为应急救援、指挥调度等提供通信保障，具有重要的社会意义。

2. 能源可持续发展促进：能源协同方案推动了电力资源的优化配置和高效利用，减少了能源浪费，降低了碳排放，符合可持续发展的理念。通过合理利用峰谷电价和储能技术，提高了电力系统的灵活性和稳定性，有助于促进可再生能源的消纳和接入，推动能源结构的优化升级，为实现碳达峰、碳中和目标做出贡献。

3. 区域经济发展助力：良好的通信基础设施是区域经济发展的重要支撑。5G 基站的稳定运行和通信服务质量的提升，为当地的数字经济、智能制造、智能交通等新兴产业发展创造了有利条件，吸引了更多的投资和企业入驻，促进了区域经济的增长和就业机会的增加。例如，某地区在实施能源协同项目后，5G 网络覆盖质量提升，吸引了多家互联网企业在当地设立数据中心和研发中心，带动了相关产业的发展，新增就业岗位 200 余个。

六、结论与展望

（一）研究成果总结

（二）未来发展方向探讨

1. 技术创新升级：随着电池技术的不断进步，探索更高能量密度、更长循环寿命、更低成本的储能技术（如固态电池、钠离子电池等）在能源协同中的应用，进一步提升储能系统的性能和经济效益。同时，加强人工智能、大数据、区块链等技术在智能控制系统中的深度融合，提高系统的智能化水平和决策准确性。例如，利用区块链技术实现电力交易的安全、透明和可追溯，促进电力市场的健康发展。

2. 应用场景拓展：将 35kV 预制舱式变电站与 5G 基站的能源协同模式推广到更多场景，如工业园区、交通枢纽、智能建筑等。在工业园区中，实现园区内变电站与 5G 基站以及其他高能耗设备的能源协同，提高园区整体能源利用效率；在交通枢纽，保障 5G 基站稳定供电的同时，为电动汽车充电设施等提供能源优化方案，实现多种能源需求的协同管理。

3. 政策支持与产业协同：政府出台相关政策，鼓励电力企业、通信运营商以及设备制造商等各方加强合作，共同推动能源协同项目的建设和发展。例如，给予实施能源协同项目的企业一定的税收优惠、补贴或电价政策支持；制定统一的技术标准和规范，促进设备的互联互通和系统的兼容性。通过产业协同创新，形成完整的产业链，推动能源协同技术的大规模应用和产业升级。