氢燃料电池系统在通信系统备用电源中的应用
氢燃料电池系统在通信系统备用电源中的应用
氢燃料电池系统在通信系统备用电源中的应用
一、通信备用电源系统简介
通信基站一般用市电供电，为保证基站正常工作，需要给基站配备备用电
源系统如铅酸蓄电池组和移动油机，在断电时，备用电源系统为基站中的负载供电，保证设备的正常运行。
铅酸蓄电池的优点是比较安全且采购成本较低，其缺点是体积大、笨重、
造成一次和二次环境污染、备电时间有限且有不确定性、对环境温度要求苛刻。
当铅酸蓄电池因放电时间较长将要退服或出现故障时，移动油机成为现实
可用的备用电源，但移动油机后勤保障复杂，需有人值守，有噪声污染及废气污染。
鉴于铅酸蓄电池和移动油机的种种缺点，加之能源危机和人们环保意识的
提高，寻求新的备用电源的呼声越来越高，氢燃料电池是最理想的替代者之一。
二、氢燃料电池的原理
氢燃料电池是一种高效电化学能量转换器，把氢气（燃料）和氧气（来自
空气）中的化学能直接转化成电能。
只要有燃料和空气不断输入，燃料电池就能源源不断地产生电能，因此，燃料电池兼具电池和油机的特点。
燃料在燃料电池的阳极被氧化，生成质子和电子；质子通过电解质迁移到
阴极，电子通过外电路迁移到阴极为外界负载提供电能；迁移到阴极的质子、电子和阴极处来自空气中的氧气结合生成水。
燃料电池的主要优点包括：高效率（不受卡诺循环的限制）、零或超低排放、机械结构简单、扩展容易、安静、安全、可靠、能用可再生能源为燃料、只要有燃料就可连续不断地发电。
氢气燃料电池技术在通信数据中心服务器供电中的应用研究
氢气燃料电池技术在通信数据中心服务器供电中的应用研究随着信息技术的飞速发展，通信数据中心服务器的能耗成为一个备受关注的问题。
传统能源的使用不仅对环境造成了污染，同时也增加了企业的运营成本。
因此，寻找一种高效、清洁的能源供应方式成为了许多企业所面临的问题。
氢气燃料电池技术作为一种新能源形式，被广泛应用于各个领域，并在通信数据中心服务器供电中展现出巨大的潜力。
氢气燃料电池技术是一种通过氢气与氧气反应产生电能的技术。
相比传统燃烧发电方式，氢燃料电池具有零排放、高效率、低噪音等诸多优点。
在通信数据中心服务器这种对能源供应要求极高的场景下，氢燃料电池技术具有独特的优势。
首先，氢燃料电池技术可以通过直接将氢气与氧气反应产生电能，实现高效能源转换，避免了传统能源转换过程中的能量损耗。
其次，氢燃料电池技术产生的电能稳定可靠，能够满足通信数据中心服务器对电力稳定性和可靠性的需求。
此外，氢燃料电池还具有无污染排放的特点，不会对环境造成任何负面影响，符合企业的环保理念。
因此，将氢燃料电池技术应用于通信数据中心服务器的供电中，可以提高能源利用效率，降低运营成本，同时实现清洁能源的使用。
在当前全球温室气体排放日益严峻的形势下，各国纷纷制定了严格的减排目标，鼓励企业采用清洁能源。
氢燃料电池技术作为一种零排放的能源形式，受到了广泛关注。
据统计，氢燃料电池技术已经在交通运输、工业生产等领域得到了成功应用，为企业节能减排提供了新的途径。
而在通信数据中心服务器这种对能源供应需求极高的场景下，氢燃料电池技术同样展现出了其独特的优势。
通信数据中心服务器作为信息技术的基础设施，承担着承载数据、保障网络通信等重要功能。
在数据爆炸式增长的今天，通信数据中心服务器的能耗问题亟待解决。
传统能源供应方式存在能源转换效率低、环境污染严重等问题，无法满足通信数据中心服务器对高效、可靠、清洁能源的需求。
因此，引入氢燃料电池技术，成为了解决通信数据中心服务器供电问题的一个有效途径。
氢燃料电池在电力系统后备电源的应用研究
氢燃料电池在电力系统后备电源的应用研究摘要：对于变电站直流系统，作者使用新的氢备用电源，而不是电池作为备用电源产品。
目的是利用氢能源作为直流系统的备用能源。
紧急移动直流电源。
在调整直流技术的框架内，对氢备用电源的可行性和解决办法进行了试点研究，提出了设计新的备用电源的建议，采取了措施，并为该系统提出了一系列解决办法。
结果表明，氢燃料电池供电系统取代铅酸电池作为停电时的备用电源，在系统启动时只保留少量铅酸电池作为支撑，停电时自动启动，自动进入备用状态大幅减少铅酸电池的使用可以减少环境污染。
如果氢燃料电池供电系统包括直流和逆流设备，可为通信站的交流负载供电，更换汽油和柴油发动机，减少噪音和振动，减少二氧化碳和其他气体的排放。
关键词：氢燃料电池；后备电源；应用分析；直流电源；前言在二十一世纪，清洁有效的氢发挥着重要作用，其他能源也可以转化为易于储存的氢。
氢燃料电池作为最有希望的新能源之一，具有清洁和高效的优点。
氢燃料电池是符合零排放标准的清洁可再生能源，可直接用于生产和生活。
氢燃料电池综合备用电源系统技术先进，操作方便，能够实时监测设备参数，满足设备断电后的电力需求。
一、氢燃料电池概述1.氢燃料电池氢燃料电池等燃料广泛用于电力、运输(公共汽车、公共汽车、摩托车、自行车)、后勤(叉车、卡车、后勤车辆)、船舶(潜艇)和无人驾驶飞机等许多领域。
氢燃料主要含有阳极、阴极和电解质。
氢(H2)在阳极发生受控化学反应，分为质子(核氢、氢+)和电子。
电子从阳极开始，穿过外部电路，最后到达阳极，在外部电路中产生电流。
质子存在于电解质中，从阳极开始，通过质子交换膜到达阳极。
氧气(O2)对阴极有化学反应。
首先，它通过外部电路到达阴极，与氧分解的电子结合，形成到达阴极并形成水分子(H2O)的质子，因此燃料电池是将化学能量转化为电能的装置。
将氢用作发电燃料的最终产品是水，它不会污染环境。
氢可以来自多种来源。
最常见的方法是溶解水以生产氢，煤以生产氢，以及从工业副产品中生产氢。
甲醇水重整氢燃料电池供电技术在通信基站的应用
站点名称
传统市电引入方案
费用
备注
醇水氢能燃料电池供电技术方案
费用
备注
高压路由2100米(新增变压器
黄谷田
南香山风景 区
150万，低压线路450米16万)， 合计造价166万元；
高压路由大约8公里，外电预 优点：电力输送
算造价为565万元；
稳定；
10KW外电引入费： 30 万 元 (4 台 2.5KW/48VDC)；
市电建设成本高
备电无法持续供电
环境污染严重
2
立项背景
市电引入难站点存在初期投入大、工程周期长、断电频率高、施工及维护 便利性差、抗灾害能力差、环境友好度差等问题。
醇水发电机组供电与市电供电优势对比如下：
优势
醇水氢能燃料电池供电技术
交流市电引入供电方案
经济性高
重复利用 性高
初期投入13~30万元/站。 设备可从废弃站拆卸转移到新站 平均断电时长为5分钟/月/站。
机等）
基建成本下降10余万元
总体效益
经济效益
➢ 外电引入难站点建设费用每个站点平均节约20万元，从2015年12月起至 今，覆盖站点27个，共节约540余万元。
➢ 广东省3000余个引电及用电难基站的全覆盖，预计可节约建设费用6亿元。
社会效益
➢ 通讯效益：已为实现27个引电及用电难基站通电，实现为650平方公里 的区域信号定无衰减
台风天气下暂未出现断电事故。
高效性高 48V直流供电，相对交流电能利用率提高30%
基站绿色新能源分布式发电，地理环境的适应性
强
便捷性高
平均工程周期2天。
厂家维护；备电时间长达350-700h/次。
环保性高 只产生H2O和少量CO2。报废品无重金属污染物。
燃料电池系统在通信卫星通信中的应用探讨
燃料电池系统在通信卫星通信中的应用探讨燃料电池系统是一种通过化学能转换为电能的装置，具有高能量密度、清洁环保等优势，在各种领域得到广泛应用。
其中，在通信卫星通信领域，燃料电池系统也发挥着重要作用。
本文将从燃料电池系统的基本原理入手，探讨其在通信卫星通信中的具体应用，以及未来发展方向。
一、燃料电池系统的基本原理燃料电池系统是一种将氢气和氧气通过化学反应转化为电能的装置。
其基本原理是利用氢气和氧气在催化剂的作用下发生氧化还原反应，从而产生电能、水和热能。
燃料电池系统通常包括氢气质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等多种类型，具有高效率、零排放、低噪音等优点。
二、燃料电池系统在通信卫星通信中的应用1. 提供持续稳定的电源通信卫星在轨运行期间需要持续稳定的电源供应，以保证其正常运行。
传统的电池和太阳能电池系统存在能量密度低、充放电次数有限等问题，而燃料电池系统则可以提供持续稳定的电源，避免因电源不足导致通信中断等问题。
2. 提高通信卫星的续航能力通信卫星通常需要在太空中运行多年，其续航能力对其使用寿命和性能至关重要。
燃料电池系统具有高能量密度，可以提高通信卫星的续航能力，延长其在轨使用时间。
3. 减少对环境的影响通信卫星使用燃料电池系统可以降低对环境的影响。
相比传统的化石燃料，燃料电池系统在运行过程中产生的唯一废物是水，不会产生排放物和温室气体，对地球环境更为友好。
4. 提高通信卫星的工作效率燃料电池系统具有高效率、快速响应的特点，可以提高通信卫星的工作效率。
在通信信号传输、数据处理等方面，燃料电池系统能够更加稳定、连续地为通信卫星提供电能支持。
三、燃料电池系统在通信卫星通信中的实际应用案例1. Space X通信卫星项目Space X是一家知名的太空航空公司，其通信卫星项目采用了先进的燃料电池系统。
这些通信卫星配备了氢气质子交换膜燃料电池系统，提供了持续稳定的电源供应，保证了通信卫星的正常运行。
2. 欧洲空间局的通信卫星欧洲空间局的通信卫星使用了固体氧化物燃料电池系统，以提高通信卫星的续航能力和工作效率。
氢燃料电池供电系统应用于通信领域的探讨[1]
![氢燃料电池供电系统应用于通信领域的探讨[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/38bcbfbe1a37f111f1855bd2.png)
氢燃料电池供电系统应用于通信领域的探讨泰尔实验室邮电工业产品质检中心 吴京文随着科技、工业与民生的发展，人类对能源的需求越来越多。
当前人类消耗的能源主要为有限的、不可再生的矿物能源，如煤炭、石油、天然气、核燃料等，根据目前社会对能源的需求及已探明的地球矿物能源的储藏量，石油、天然气的可用年限不超过一百年，煤炭、核聚变燃料的可用年限不超过三百年，很快会消耗殆尽。
各国都在努力寻求可替代能源和可再生能源，并加快产业化进程。
氢是宇宙中最丰富的物质，氢在自然界中多以化合物形态出现。
在地壳十公里范围内（包括海洋和大气）化合态氢的重量组成约占1%，原子组成约占15.4%。
化合态氢的最常见形式是水和有机物，其中，氢的最大来源是水，而且氢与氧的燃烧或化学反应的产物也是水，因此，氢能是可再生能源，可以循环利用，有巨大的发展前景，成为继火力发电、水力发电、核能发电之后的第四代发电方式。
氢燃料电池作为新型节能环保能源之一，它的研制受到欧美及日、韩等国的高度重视并快速发展起来，“氢能经济＂已成为美国应对金融危机、振兴经济的利器之一；氢燃料电池也是我们国家十一五重点发展支持项目；氢燃料电池将助力通信运营商的节能减排工作，提高企业竞争力，还将带动原材料、机械、电子、能源等各个国民经济重要产业。
一、氢燃料电池工作原理1 单电池氢燃料电池将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，氢燃料电池的电极本身不含有活性物质，而只是个催化转换部件；氢燃料电池不是能量贮存容器，而相当于能量转换装置。
氢燃料电池使用氢气作为燃料，空气（氧气）作为氧化剂；其主要部件是结构类似于传统单体电池的质子交换膜电池堆，质子交换膜电池堆由阳极空腔、阴极空腔、质子交换膜、催化剂、炭电极组成。
其工作原理如图1所示。
图1 氢燃料电池的工作原理氢燃料电池的工作原理即电解水的逆过程。
电化学反应在电极上发生，反应式为： 阳极：2H2 4H+ + 4e-阴极：O2 + 4H+ + 4e- 2H2O总反应：2H2 + O2 2H2O + 热量氢燃料电池工作时，向阳极供给燃料（氢），向阴极供给氧化剂（空气）；氢在阳极分解成正离子H+和电子e-；氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向阴极；在阴极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收电子并结合形成水。
氢燃料电池在通信基站后备电源领域中的应用
· 44·电源及供电技术doi：10.19399/ki.tpt.2019.S-1.014氢燃料电池在通信基站后备电源领域中的应用莫汝智1，冼 健1，李勇志2，陈汉华3，邓国华4（1.中国铁塔股份有限公司云浮市分公司，广东 云浮 527300；2.中国铁塔股份有限公司广东省分公司，广东 广州 510000； 3.中国移动通信集团广东有限公司云浮分公司，广东 云浮 527300；4.中国电信股份有限公司新兴分公司，广东 云浮 527300）摘要：介绍绿色环保的氢燃料电源系统作为通信基站新型后备电源系统的工作原理、系统结构及其实际应用情况，并与基站中由铅酸蓄电池和油机构成的传统后备电源系统比较，分析氢燃料后备电源系统的预期效益，最后对氢燃料电源系统在通信基站的后续应用进行展望。
关键词：氢燃料电源系统；后备电源系统；通信基站；预期效益Application of Hydrogen Fuel Cell in Backup Power Supply Field of Communication Base StationMO Ru-zhi 1，XIAN Jian 1，LI Yong-zhi 2，CHEN Han-hua 3，DENG Guo-hua 4（1.China Railway Tower Co.，Ltd.，Yunfu City Branch ，Yunfu 527300，China ；2.China Railway Tower Co.，Ltd.，Guangdong Branch ，Guangzhou 510000，China ；3.China Mobile Communications Group Guangdong Co.，Ltd.，Yunfu Branch ，Yunfu 527300，China ；4.China Telecom Co.，Ltd.，Emerging Branch ，Yunfu 527300，China ）Abstract ：This paper introduces the working principle ，structure and practical application of the green hydrogenfuel power supply system as a new backup power supply system for communication base station ，and compares it with the traditional backup power supply system composed of lead-acid battery and oil machine in base station. The expected benefits of hydrogen fuel backup power supply system are analyzed. Finally ，the future application of hydrogen fuel power supply systemin communication base station is forecasted.Key words ：hydrogen fuel power supply system ；backup power system ；communications base stations ；expected benefits0 引 言为了实现可持续发展，人们意识到加强生态文明建设和生态环境保护的重要性，越来越关心节能环保技术的应用与发展，尤其是绿色环保的新能源技术。
氢燃料通信应用场景
氢燃料通信是一种新型的通信技术，它利用氢燃料电池作为能源，为各种通信设备提供电力和数据传输。
这种技术的应用场景非常广泛，下面列举几个典型的场景：1. 偏远地区通信：在偏远地区，由于缺乏电力和网络基础设施，通信非常困难。
氢燃料通信可以利用氢燃料电池为通信设备提供电力，实现通信设备的长时间运行，同时也可以通过无线传输方式实现数据传输，解决偏远地区的通信问题。
2. 无人机通信：氢燃料电池可以为无人机提供长时间的续航能力，使得无人机可以进行更远的航行和更多的任务执行。
同时，氢燃料电池还可以为无人机提供稳定的电力和数据传输，使得无人机可以更好地完成各种任务。
3. 智能交通系统：氢燃料电池可以为各种交通工具提供动力，如电动汽车、自行车等。
通过氢燃料电池，这些交通工具可以实现更长时间的续航和更稳定的行驶，同时也可以通过通信技术实现交通信息的共享和交通管理的智能化。
4. 应急通信：在自然灾害、突发事件等紧急情况下，氢燃料通信可以为救援队伍提供快速的通信支持，帮助他们及时获取和传递信息，更好地应对紧急情况。
5. 智慧城市：氢燃料电池可以为各种智能设备提供电力和数据传输，如智能路灯、智能垃圾桶等。
通过氢燃料电池的支持，这些设备可以实现更长时间的运行和更高效的协同工作，从而提升城市的管理效率和居民的生活质量。
除了以上几个场景，氢燃料通信还可以应用于其他领域，如能源领域、海洋领域等。
氢燃料电池可以为各种能源设备提供稳定的电力输出，如风力发电、太阳能发电等，同时也能够为海洋探测、海洋科学研究等领域的设备提供稳定的电力和数据传输。
总之，氢燃料通信技术的应用场景非常广泛，它可以为各种通信设备和智能设备提供稳定的电力和数据传输，解决各种场景下的通信问题，提升各种领域的管理效率和居民的生活质量。
随着氢燃料电池技术的不断发展和完善，氢燃料通信的应用前景将会更加广阔。
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氢燃料电池系统在通信系统备用电源中的应用
一、通信备用电源系统简介
通信基站一般用市电供电，为保证基站正常工作，需要给基站配备备用电源系统如铅酸蓄电池组和移动油机，在断电时，备用电源系统为基站中的负载供电，保证设备的正常运行。
铅酸蓄电池的优点是比较安全且采购成本较低，其缺点是体积大、笨重、造成一次和二次环境污染、备电时间有限且有不确定性、对环境温度要求苛刻。
当铅酸蓄电池因放电时间较长将要退服或出现故障时，移动油机成为现实可用的备用电源，但移动油机后勤保障复杂，需有人值守，有噪声污染及废气污染。
鉴于铅酸蓄电池和移动油机的种种缺点，加之能源危机和人们环保意识的提高，寻求新的备用电源的呼声越来越高，氢燃料电池是最理想的替代者之一。
二、氢燃料电池的原理
氢燃料电池是一种高效电化学能量转换器，把氢气（燃料）和氧气（来自空气）中的化学能直接转化成电能。
只要有燃料和空气不断输入，燃料电池就能源源不断地产生电能，因此，燃料电池兼具电池和油机的特点。
燃料在燃料电池的阳极被氧化，生成质子和电子；质子通过电解质迁移到阴极，电子通过外电路迁移到阴极为外界负载提供电能；迁移到阴极的质子、电子和阴极处来自空气中的氧气结合生成水。
燃料电池的主要优点包括：高效率（不受“卡诺循环”的限制）、零或超低排放、机械结构简单、扩展容易、安静、安全、可靠、能用可再生能源为燃料、只要有燃料就可连续不断地发电。
三、氢燃料电池与现有备用电源的比较
1、与铅酸电池的比较
和铅酸电池相比，燃料电池的主要优点包括：
✧适应环境温度范围宽广，基站温度可设定在32℃或更高，这样每年可节约
大量空调电费。
✧只要保证氢气的供应就可持续供电，在发生大的自然灾害时可以保持长时间
的通信畅通，为此而保护的生命、财产是难以用金钱来衡量的。
✧按设定电压稳定输出电能，而不像铅酸电池在剩余电量达到最低值前，放电
电压衰减很快且难以预测。
✧重量轻，不需特殊的承重处理。
✧占地面积小，安置位置灵活，既可安置在室外也可安置在室内。
✧寿命设计一般是累计使用时间1500小时、累计开关次数超过600次、储
存寿命10年，而铅酸电池几年就要更换。
✧安全性高，燃料电池系统中有多种传感器，系统可自动采取应对措施，如：
当氢气泄漏时，燃料电池控制系统会自动关闭气源，避免泄漏持续；可远程监控，及时发现问题。
世界上还没有燃料电池发生氢气燃爆事故。
2、与移动油机的比较
与移动油机比较，氢燃料电池最大优点是：
自动控制，可实现无人值守，通过遥测、遥控手段来监控系统的运行状态及氢气的剩余量，实现远程管理。
低噪音、无废气排放。
燃料电池系统机械运动部件较少，所以系统比较安静，其排放物为水，对环境友好。
四、通信备用氢燃料电池系统的应用
1、系统的接入
燃料电池系统可以布置于室内和室外，但作为通信备用电源系统，根据现有通信机房的相关管理规范，燃料电池备用电源系统只能布置于室外。
燃料电池系统的功率输出线只需和整流器中的直流母线连接即可，另外，由于配置启动电池（小容量），需提供一路市电给启动电池充电。
燃料电池系统支持手动启动、自动启动和远程启动三种方式。
2、运行与维护
当市电正常时，燃料电池系统待机。
市电通过专用充电器给燃料电池启动电池充电，氢气电磁阀关闭。
当市电中断后，燃料电池系统立即启动。
燃料电池系统会自动检测到市电中
断，立即完成开启氢气电磁阀等一系列动作，开始发电；启动电池同时给直流负
载提供短时间的不间断供电；燃料电池连续运行，给直流负载供电。
当市电恢复后，燃料电池系统自动停机。
燃料电池系统检测到市电恢复，关闭氢
气电磁阀等，系统进入待机状态。
燃料电池系统可以自动检测剩余氢气量，根据设定自动提醒工作人员更换氢气
瓶。
3、经济性比较
燃料电池的应用成本主要是两项：系统采购成本及氢气使用成本。
目前燃料
电池的一次采购成本比铅酸电池高，但在燃料电池10年的寿命周期内，铅酸电
池的采购成本也不菲。
目前燃料电池的生产量较少，当大批量生产时，其成本可
比目前低很多；美国能源部的报告指出，如果每年生产50万辆、使用80kW燃
料电池的汽车，燃料电池每千瓦的成本在2010年就可以降到70美元。
每一个40升、125个大气压的常规钢瓶，可以产电7kWh左右。
对于一个2kW的基站，可以供电3.5个小时，氢气费用（包括运费）约40-90元人民币。
延长备电时间只需增加钢瓶数量即可，而且钢瓶可在线更换。
假设一年停电150个小时，需43瓶气体，氢气使用总成本为1720-3870元人民币。
使用燃料电池备用电源的基站的温度可设定在32℃（现在是25℃）或更高，可
以节约大量的空调耗电。
其次，可节约对原需配置的铅酸电池的充电及浮充耗电；
由于燃料电池可靠性高，使用周期长，平均维护费用较低。
所以，在10年的寿命周期内，燃料电池寿命周期成本（含初次购买成本、
氢气使用成本、维护成本）会比采用铅酸电池的寿命周期成本更有优势。
4、应用案例。