本发明涉及一种共享电力铁塔搭载通信基站的经济效益分析模型。属于电力技术领域。
背景技术：
现代社会正朝着智能化时代发展，互联网+、物联网技术突飞猛进，而这一切需要庞大的、全覆盖的无线通信支撑。相比4g人与人的连接，5g应用场景拓展到人与物，物与物的连接，拥有巨大的市场前景。为实现上述功能，5g通信的容量势必要提升。而若要实现更大容量，只有使用高频通信，但是高频通信具有绕射能力差、易损耗、覆盖范围小等特点，这就使得5g基站密度加大，数量成倍增长。5g基站的建设可以充分依靠各行各业的路灯杆、监控杆、电力杆等社会资源，实现不同行业的资源共享。其中，架空输电线路铁塔作为电力行业的“中流砥柱”，具有数量庞大，分布广泛等特点，具有和通信行业共建共享的天然优势。由此“共享电力铁塔”概念便应运而生。
共享电力铁塔即在电力杆塔上加装通信设备，将光缆、通信基站、移动天线等通信设施附属在输电线路本体上，使电力通道资源获得再利用和综合利用。共享电力铁塔具有诸多好处，对社会公共资源而言，“一塔(杆)多用”能够极大节约土地资源，避免重复建设、重复投资，有效减少新增通信铁塔基站占用土地资源及其对环境的影响，成为践行国家绿色发展、协调发展理念的典范；对通信行业来说，可以促进电信网络广覆盖、快覆盖，大大缩短施工周期，提高通信基站建设效率，降低通信基站建设成本，有力支撑“网络强国”战略实施，支撑4g网络深度覆盖和5g网络快速部署；对电力行业而言，可以推进形成电力和通信企业市场化的共建共享合作模式，促进电网公司盘活资源和提高效益，有利于国有资产保值增值。
电力铁塔与通信行业的共享拥有广阔发展前景，目前对共享电力铁塔的研究大多集中在具体的工程实现领域，如通信设施连接和安装、电力铁塔荷载分析、防雷接地、电磁环境干扰、通信机房布置等方面，较少涉及共享电力铁塔经济效益，无法评估共享电力铁塔为电网公司带来的经济价值。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种共享电力铁塔搭载通信基站经济效益分析模型。
本发明的目的是这样实现的：
一种考虑共享电力铁塔经济效益评估，其特点是：包括如下步骤：
s1、建立电力铁塔共建共享成本模型；
电力铁塔共建共享成本包括铁塔改造成本和架设线路成本和；
单个共享铁塔改造费用为
p改＝pa+pb+pc*λ平台
其中，pa是设置通信天线平台的材料费，pb是人工安装费，pc是平台年运维费用，λ平台是平台使用年数；
根据铁塔与配电网之间的距离差异，针对共享铁塔搭载5g基站提出的三种大功率供电方式，分别计算线路架设成本；
s1-1、当铁塔与配电网距离小于0.25千米时，直接引220v市电对基站以及附属设施供电，线路架设成本为：
p1＝p1*l1+δ1*l1+θ1*li*λ1+η1*l1
其中，p1是架设单位长度220v电力线路的材料费，l1是220v架空线路长度，δ1是架设单位长度220v电力线路的人工费，θ1是单位长度220v电力线路运行维护费，λ1是架空线路年限，η1是架设单位长度220v电力线路的走廊赔偿费；
此时，电力铁塔共建共享总成本模型为：
p总′＝p1+p改＝p1*l1+δ1*l1+θ1*l1*λ1+η1*l1+pa+pb+pc*λ平台
s1-2、当铁塔与配电网距离在0.25千米～15千米时，架设10kv输电线路至铁塔处，通过配置变压器与配电箱进行电压转换，再向基站及其附属设施供电，线路架设成本为：
p2＝p2*l2+(α2+β2*s2+γ2*λ2+σ2)+δ2*l2+θ2*l2*λ2+η2*l2
其中，p2是架设单位10kv线路的材料费，l2是10kv架空线路公里数，α2是购置10kv变压器耗资，β2是单位距离10kv变压器运输费，s2是10kv变压器运输距离；γ2是每年10kv变压器运行维护费，σ2是10kv变压器安装费，δ2是架设单位长度10kv线路的人工费，θ2是单位长度10kv线路的运行维护费，λ2是架空线路年限，η2是架设单位长度10kv电力线路的走廊赔偿费；
此时，电力铁塔共建共享总成本模型为：
p总″＝p2+p改
＝p2*l2+(α2+β2*s2+γ2*λ2+σ2)+δ2*l2+θ2*l2*λ2+η2*l2+pa+pb+pc*λ平台
s1-3、当铁塔与配电网的距离大于15千米时，采用直接取电法，即从单相输电线路引线至高变比单相变压器，通过变压器将输电线路高压转换为220v交流电向基站及其附属设施供电；直接取电方案以取电铁塔为中心，可向周围多座共享铁塔基站供电，线路架设成本为：
其中，α3是购置高变比单相变压器费用，δ3是单相变压器安装费，β3是单相变压器单位距离运输费，s3是单相变压器运输距离，γ3是单相变压器年运行维护费，λ3是变压器使用时间，θ3是单相变压器占地赔偿费，
此时，电力铁塔共建共享总成本模型为：
s2：建立电力铁塔共建共享收益模型；
电力铁塔共建共享的收益由电费和铁塔租赁费用组成；基站电费计算公式为：
w电＝(w尖峰*p尖峰+w高峰*p高峰+w低谷*p低谷)*n*m
其中，w尖峰是尖峰时段用电量，p尖峰是尖峰时段电价，w高峰是高峰时段用电量，p高峰是高峰时段电价，w低谷是低谷时段用电量，p低谷是低谷时段电价，m是租赁单个铁塔的运营商数量；
当有多家运营商共同租赁使用共享铁塔时，铁塔租赁费用可表示为：
其中，k是表征天线搭载高度与租金关系的比例系数，hmax是天线最高挂点与地基间的相对高度，k′是表征铁塔基座相对海拔高度与租金关系的比例系数，h′是铁塔基座相对海拔高度；d是多层平台的平台间距，η′是多家运营商共享同一铁塔资源时的租金折扣率，η′≤100％；
综合电费和租赁费用模型，可得到共享铁塔共建共享的收益模型为：
s3：电力铁塔共建共享的经济效益分析模型；
电力铁塔共建共享的经济效益分析模型是根据成本模型和收益模型，计算投资回本时间，基于三种大功率供电方式的成本模型分别进行构建；设电力共享铁塔的成本投入需要ε年能够回本；
s3-1：当铁塔与配电网距离小于0.25千米时，架设220v市电线路向基站供电，电力铁塔共建共享经济效益分析模型为：
p总′＝w×ε＝(w电+w租金)×ε
基于式
p总′＝p1+p改＝p1*l1+δ1*l1+θ1*l1*λ1+η1*l1+pa+pb+pc*λ平台
和式
将式
p总′＝w×ε＝(w电+w租金)×ε
转化为：
s3-2：当铁塔与配电网距离在0.25千米～15千米时，架设10kv输电线路向基站供电，电力铁塔共建共享经济效益分析模型为：
p总″＝w*ε＝(w电+w租金)*ε
基于式
p总″＝p2+p改
＝p2*l2+(α2+β2*s2+γ2*λ2+σ2)+δ2*l2+θ2*l2*λ2+η2*l2+pa+pb+pc*λ平台
和式
将式
p总″＝w*ε＝(w电+w租金)*ε
转化为：
s3-3：当铁塔与配电网的距离大于15千米时，采用单相变压器从高压输电线路直接取电向基站供电，电力铁塔共建共享经济效益分析模型为：
p总”'＝w*ε＝(w电+w租金)*ε
基于式
和式
将式
p总”'＝w*ε＝(w电+w租金)*ε
转化为：
s3-1、s3-2和s3-2得出了基于三种大功率供电方式的电力铁塔共建共享的经济效益分析模型。
进一步的，n与功率有关，采用150kva的单相变压器直接取电，当每座铁塔基站额定功率为20kw时，该变压器可为四个共享铁塔基站供电。
进一步的，电费需按照一般工商业用电要求，根据分时电价进行计算，分为尖峰电价、高峰电价、低谷电价；尖峰时段是19：00-21：00，计2小时；高峰时段是8：00-11：00、13：00-19：00、21：00-22：00，计10小时；低谷时段是11：00-13：00、22：00-次日8：00，计12小时。
进一步的，当只有一家通信运营商公司租赁使用共享铁塔时，铁塔租赁费用可表示为：w租金＝(khmax+k′h′)*n。
进一步的，运营商数量越多，折扣率越低，当只有一家运营商时，η′＝100％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种共享电力铁塔搭载通信基站的经济效益分析模型，从共享电力铁塔的经济效益分析入手，定量评估共享电力铁塔为电网公司带来的经济价值，能够降低建设成本，提高建设效率，高质量推动5g网络布局。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明涉及一种共享电力铁塔搭载通信基站的经济效益分析模型，包括如下步骤：
s1、建立电力铁塔共建共享成本模型；
电力铁塔共建共享成本主要分为两部分，即供电设备与架设线路成本、铁塔改造成本。其中，考虑供电设备与架设线路成本时，根据铁塔与配电网之间的距离差异，针对共享铁塔搭载5g基站提出的三种大功率供电方式，需分别计算线路架设成本。
1、当铁塔与配电网距离很近(0.25千米以内)，直接引220v市电对基站以及附属设施供电，线路架设成本为：
p1＝p1*l1+δ1*l1+θ1*li*λ1+η1*l1(1)
其中，p1是架设单位长度220v电力线路的材料费(不含人工费)，l1是220v架空线路长度，δ1是架设单位长度220v电力线路的人工费，θ1是单位长度220v电力线路运行维护费，λ1是架空线路年限，η1是架设单位长度220v电力线路的走廊赔偿费。
2、当铁塔与配电网距离较远时(0.25千米～15千米)，可架设10kv输电线路至铁塔处，通过配置变压器与配电箱进行电压转换，再向基站及其附属设施供电，线路架设成本为：
其中，p2是架设单位10kv线路的材料费，l2是10kv架空线路公里数，α2是购置10kv变压器耗资，β2是单位距离10kv变压器运输费，s2是10kv变压器运输距离；γ2是每年10kv变压器运行维护费，σ2是10kv变压器安装费，δ2是架设单位长度10kv线路的人工费，θ2是单位长度10kv线路的运行维护费，λ2是架空线路年限，η2是架设单位长度10kv电力线路的走廊赔偿费。
3、当铁塔与配电网的距离更远时(15千米外)，可采用直接取电法，即从单相输电线路引线至高变比单相变压器，通过变压器将输电线路高压转换为220v交流电向基站及其附属设施供电。直接取电方案以取电铁塔为中心，可向周围多座共享铁塔基站供电，线路架设成本为：
其中，α3是购置高变比单相变压器费用，δ3是单相变压器安装费，β3是单相变压器单位距离运输费，s3是单相变压器运输距离，γ3是单相变压器年运行维护费，λ3是变压器使用时间，θ3是单相变压器占地赔偿费，
根据三种大功率供电方式分别计算得到供电设备与架设线路成本后，还需要针对单个铁塔架设基站的改造成本进行计算。单个共享铁塔改造费用为
p改＝pa+pb+pc*λ平台(4)
其中，pa是设置通信天线平台的材料费，pb是人工安装费，pc是平台年运维费用，λ平台是平台使用年数。
基于供电设备与架设线路的三种成本计算，电力铁塔共建共享的总成本也可分为三种情况：
当铁塔与配电网距离很近(0.25千米以内)，架设220v市电线路向基站供电，电力铁塔共建共享总成本模型为：
当铁塔与配电网距离较远时(0.25千米～15千米)，架设10kv输电线路向基站供电，电力铁塔共建共享总成本模型为：
当铁塔与配电网的距离更远时(15千米外)，采用单相变压器从高压输电线路直接取电向基站供电，电力铁塔共建共享总成本模型为：
s2：建立电力铁塔共建共享收益模型
电力铁塔共建共享的收益主要由两部分组成，即电费和铁塔(平台)租赁费用。其中，电费需按照一般工商业用电要求，根据分时电价进行计算，分为尖峰电价、高峰电价、低谷电价。尖峰时段是19：00-21：00，计2小时；高峰时段是8：00-11：00、13：00-19：00、21：00-22：00，计10小时；低谷时段是11：00-13：00、22：00-次日8：00，计12小时。可推得基站电费计算公式为：
w电＝(w尖峰*p尖峰+w高峰*p高峰+w低谷*p低谷)*n*m(8)
其中，w尖峰是尖峰时段用电量，p尖峰是尖峰时段电价，w高峰是高峰时段用电量，p高峰是高峰时段电价，w低谷是低谷时段用电量，p低谷是低谷时段电价，m是租赁单个铁塔的运营商数量。
铁塔租赁费用由多项因素决定。首先是铁塔地理位置，一般于海拔较高处铁塔架设的基站信号覆盖范围较大，此类地理位置优越的铁塔租金相对较高，反之地势较低处的铁塔，由于架设基站后的信号覆盖范围较小，租金相对较低；其次是天线搭载高度，铁塔可架设多层平台租赁给多家运营商，基站天线所处平台越高，信号覆盖范围越大，从而位于较高平台的基站运营商应承担较高的租赁费。另外，运营商数量也会影响租赁费用，对于铁塔来说，参加建设共享的运营商越多，铁塔的共享属性能得到充分发挥，共享所带来的收益也就越高，每家运营商所承担的租赁费用也会大大降低。
当只有一家通信运营商公司租赁使用共享铁塔时，铁塔租赁费用可表示为：
w租金＝(khmax+k′h′)*n(9)
其中，k是表征天线搭载高度与租金关系的比例系数，与周围环境、区域用户密度有关，具体铁塔具体定值，hmax是天线最高挂点与地基间的相对高度，k′是表征铁塔基座相对海拔高度与租金关系的比例系数，与地理位置、铁塔基座海拔高度、用户分布平面海拔高度有关，h′是铁塔基座相对海拔高度。
当有多家运营商共同租赁使用共享铁塔时，铁塔租赁费用可表示为：
其中，d是多层平台的平台间距(视具体塔形及呼高而定)，η′是多家运营商共享同一铁塔资源时的租金折扣率，η′≤100％(当只有一家运营商时，η′＝100％)且运营商数量越多，折扣率将越低。
综合电费和租赁费用模型，可得到共享铁塔共建共享的收益模型为：
s3：电力铁塔共建共享的经济效益分析模型
电力铁塔共建共享的经济效益分析模型是根据成本模型和收益模型，计算投资回本时间，可基于三种大功率供电方式的成本模型分别进行构建。设电力共享铁塔的成本投入需要ε年能够回本。
当铁塔与配电网距离很近(0.25千米以内)，架设220v市电线路向基站供电，电力铁塔共建共享经济效益分析模型为：
p总′＝w×ε＝(w电+w租金)×ε(12)
基于式(5)和式(11)，可将式(12)转化为：
当铁塔与配电网距离较远时，架设10kv输电线路向基站供电，电力铁塔共建共享经济效益分析模型为：
p总”＝w*ε＝(w电+w租金)*ε(14)
基于式(6)和式(11)，可将式(14)转化为：
当铁塔与配电网的距离更远时(15千米外)，采用单相变压器从高压输电线路直接取电向基站供电，电力铁塔共建共享经济效益分析模型为：
p总”'＝w*ε＝(w电+w租金)*ε(16)
基于式(7)和式(11)，可将式(16)转化为：
根据式(13)、(15)和(17)所示电力铁塔共建共享的经济效益分析模型，可计算投资回本时间，从而定量评估电网公司共享电力铁塔搭载通信基站的经济价值。
实施例一：
当共享电力铁塔距离配电网50千米时，大功率供电方案采用直接取电法。直接取电法选用容量为150千伏安的高变比单相变压器，变压器容量预设为负载容量的两倍，单个共享铁塔拟架设三家运营商基站，单座共享铁塔基站额定功率为20kw，直接取电可给周围四座共享铁塔搭载基站供电，共同构成了共享铁塔组，进行经济效益分析。
铁塔共享成本分为直接取电成本和铁塔改造成本，各项具体费用如下表所示。
模拟计算直接取电法供电成本所需参数
由式(3)、式(4)和上表所示数据，可计算得到供电设备与架设线路成本、铁塔改造成本分别为：
基于式(7)，可得到共享铁塔组的总成本为；
共享铁塔组的年收益由电费以及铁塔租赁费用构成，其中电费相关参数如下表所示：
电费收益参数
基于上表参数和式(8)，可得到共享铁塔组每年电费为：
铁塔租赁费用相关参数如下表所示：
共享铁塔组的铁塔租赁收益参数
基于上表参数和式(10)，可得到共享铁塔组每年租赁费用为：
根据式(11)，可得到共享铁塔组年收益为：
式(20)给出了一个共享电力铁塔的初期建设成本为1783575元，式(23)给出了共享铁塔组每年为电网带来的收益为406539.2元年，根据式(17)可知，采用直接取电法向四座共享电力铁塔供电，则电网公司5-6年时间即可收回成本。由此可见，采用共享电力铁塔，通信公司可避免铁塔建设选址和征地等问题，节省大量能源，降低了建设成本；对于电网公司来说，存量铁塔资源租赁属于增值业务，提高了铁塔资源的利用率。因此，电力铁塔资源共建共享减少了土地资源、人力资源、电力资源及设备材料消耗和浪费，能够节约成本，提高经济效益，是对合作双方互利互惠的有效方式。
本发明一种共享电力铁塔搭载通信基站经济效益分析模型，将电力铁塔资源进行共享，将共享理念向电力接入、末端传输、社会资源等方面延伸进行综合利用，能使多种资源迅速转化为新的生产力，降低建设成本，提高建设效率，高质量推动5g网络布局。
本专利提出共享电力铁塔搭载通信基站的成本模型和收益模型，并给出共享电力铁塔搭载通信基站的经济效益分析模型，定量评估电网公司共享铁塔的经济价值。首先分析基站共建共享成本，主要包括供电设备与架设线路成本、铁塔改造成本，计算架设线路成本时，根据共享铁塔搭载5g基站提出的三种大功率供电方式分别提出架设线路的成本模型；接着构建铁塔共建共享的收益模型，考虑了分时电价、铁塔地理位置、铁塔基座海拔高度、用户分布平面海拔高度的影响，基于铁塔租赁费用和电费得到共享铁塔收益模型；最后根据成本模型和收益模型，给出共享电力铁塔搭载通信基站的经济效益分析模型，计算回本时间，评估电力铁塔共享的经济价值。结合具体实例，对共享电力铁塔的经济效益进行分析。
在上述实施例中，仅对本发明进行示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。