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5G基站電源,為何成為紅利市場?

隨著工信部6月6日對中國運營商及廣電發放5G牌照,中國5G基站建設正如火如荼地展開!近日,中國鐵塔董事長佟吉祿表示,2019年全年會接到10萬個5G基站的建設需求,這給產業鏈企業帶來大機遇……

5G基站電源,分兩大主流

目前,5G基站供電系統有兩大主流,一是UPS(uninterruptable power system,不間斷電源)供電系統,二是HVDC(high-voltage direct current,高壓直流)供電系統。

UPS主要由蓄電池組、整流器和逆變器、靜態開關等幾部分組成,廣泛應用于各大行業機房配電間以及辦公室個人電腦等;HVDC供電由交流配電單元、整流單元、直流配電單元等組成,適用于通信系統,為通信設備供電。

目前,基站設備供電主要采用-48V直流拉遠方案,5G時代BBU集中部署導致部分拉遠AAU和機房的空間距離可能進一步增加,有望推動HVDC直流拉遠和DPS分布式供電方案的出現。

相比UPS,HVDC具有運行效率高、占地面積少、投資成本和運營成本低的特點,有望成為未來市場主流。并且,從2018年下半年開始,HVDC產業化和市場化的抑制因素逐步消除,市場需求進一步打開,行業進入加速成長期。

也有行業人士分析,HVDC系統的配電器件,如空氣開關、繼電器等需要在高壓直流下工作,選用要求高成本也較高,并且高壓直流存在一定安全風險。而不間斷電源UPS系統供電效率已經提高很多,可靠性和可維護性加強,部分品牌的整機效率達到95%以上。

可以預見,未來幾種電源都有各自的空間,但HVDC、UPS優勢會更為凸顯。

5G基站電源,市場空間多大?

不可否認,5G通信電源目前是一個藍海市場。目前,5G單站供電功率預計將達到約4000瓦甚至更高,因而基站電源存在極大的擴容需求。換言之,90%的4G存量電源均需擴容和改造,以滿足5G使用需求。

那么,通信電源市場前景究竟有多誘人,安信證券對5G電源市場空間的測算可見一斑:

  • (1)若在現有的-48V開關電源方案基礎上擴容,按照5G基站近4000瓦的輸入功率需求測算,至少需要增加2個-48V/50A的整流模塊,假設以2000元/個的模塊單價,則單站的擴容成本為4000元。
  • (2)若采用HVDC直流遠供或者DPS分布式供電,單站價值約在7000-1萬元左右。進一步假設3種供電方案的建設比例為1:1:1,那么按照國內450萬站的建設規模測算,預計5G基站電源市場空間有望達到315億元。

315億元大蛋糕,誰將受益?

據《國際電子商情》了解,5G基站電源提供商主要包括維諦(Vertiv)、中達電通、中恒電氣、中興、華為、動力源、雅達、威邁斯、麥格米特、金威源、三星等數十家。產品代工主要以愛默生為主。

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這些電源廠商的下游直接客戶為電信運營商和鐵塔公司,不過,從競爭格局來看,2010年以來,通信電源行業從分散走向集中。根據2018年三大運營商集采數據,華為、中興、中恒電氣、動力源、中達電通、核達中遠通和維諦(前艾默生網絡能源)已占運營商集采90%以上的份額,其他份額被易達、亞澳博信、華脈科技和東莞銘普等企業占據。

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除了5G基站電源廠商直接受益,鋰電池、機房溫控設備廠商也將分得杯羹。安信證券投資公司認為,大規模5G基站建設,帶來通信電源廣闊的市場空間。數據中心高壓直流HVDC龍頭企業中恒電氣、通信基站電源供應商動力源、UPS電源供應商科華恒盛、后備通信蓄電池公司南都電源、機房溫控設備供應商英維克以及防雷領域的中光防雷等企業將大大受益。

鋰電池受益

電池是5G基站電源中重要的組成部分,目前鉛酸電池、鋰電池、智能鋰電池、磷酸鐵鋰電池都是5G基站的選擇對象。但在政策推動和鋰電池優勢顯著提升下,鉛酸電池逐漸走向淘汰,基站用的電池逐漸向梯次鋰電轉換。

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“梯次”鋰電池可以簡單理解為“二手”電池,比如從新能源汽車替換下來的二手電池,依然具備60-80%的剩余容量,且具有一定的使用壽命,經過重新檢測后,完全可以回收再利用。通過對動力鋰電的二次利用,可以緩解鋰電回收壓力,減少資源消耗。

目前,政策指定中國鐵塔公司參與梯次鋰電池的循環使用。2018年鐵塔公司已經替代鉛蓄電池4.5萬噸,與一汽、上汽等大型企業展開回收合作。據鐵塔公司規劃,2019年其將繼續擴大梯次鋰電使用規模,預計將替換鉛蓄電池15萬噸,將消化退役動力蓄電池超過5萬噸。

元器件供應商受益

電源按照產品類型可分為分布式電源、多功能高密電源和智能電源。從內部結構劃分,5G基站電源主要由基礎元器件、電池等部件構成。

元器件部分主要包括電源管理IC、COOL MOS、快恢復二極管、肖特基二極管、驅動IC、控制IC、運放類部件,部分電源還采用快恢復二極管的MOS,或者碳化硅MOS、二極管等,其他被動器件如壓敏/熱敏電阻、X/Y電容,鋁電解電容、繼電器、貼片電容電阻等,這些都被廣泛用于基站電源。

據粗略統計,電源管理IC主要受益者有TI、ON、NXP、英飛凌、ADI、Intersil、羅姆等國際大廠。模擬IC設計公司3PEAK、矽力杰、SGMC(圣邦微電子)等廠商也將受益。電源連接器主要供應商有TE、Molex、永貴電器等,目前永貴電器實現5G基站電源類連接器以及機柜內精密連接器產品供貨。麥捷科技子公司金之川向華為、中興供應基站電源類功率電感和平板變壓器等元器件產品;在電池的部分,上面已提到的梯次鋰電池將迎來新的生機。

不過,挑戰往往與機遇并存。盡管5G通信基站電源前景十分可觀,但目前5G基站耗電也成為阻礙其發展的“攔路虎”,電源廠商在迎接機遇的同時,更要跨越功耗大關。

5G基站功耗,成為攔路虎

在了解5G基站功耗來源之前,先來了解一下5G基站主設備的構成。5G基站主要由BBU(基帶處理單元)和AAU(有源天線單元)組成。

BBU負責基帶數字信號處理,AAU則將基帶數字信號轉換成模擬信號,并調制成高頻射頻信號,通過PA放大功率,再通過天線發射出去。另,AAU的上一代產品是RRU(射頻拉遠模塊),RRU+射頻+天線=AAU。

在這個過程中,AAU承擔了大量的功耗來源,一是5G高帶寬、高流量和高發射功率帶來的功耗提升;二是5G MIMO多輸入輸出通道數量激增,導致5G基站功耗驚人上升。

“相比4G電源,5G電源沒有風扇,所以選用的器件要求溫度滿足125℃耐高溫規格,包括450V大電解電容也是一樣。”某行業人士向《國際電子商情》分析師透露。

另外,根據前不久國內運營商對5G試點城市的實測數據顯示,5G單站功耗達到4G單站功耗的2.5-3.5倍,如下表所示,AAU/RRU成為耗電的主要來源。

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對運營商來說,功耗的增加意味著運營成本的增加。據了解,4G基站年度電費約占運營商總運營成本的20%,而5G時代根據功耗的增長倍數來算,電費將翻2.5-3.5倍。這將是天文數字。加上5G基站建設數量增加、后期維護費用的增加等,這些都將成為懸在運營商頭上的“催命符”。

如何給5G基站“降溫”?

對于如何降低基站功耗,華為、愛立信、諾基亞等電信設備巨頭已經從軟硬件兩方面入手來尋找應對方案,而諾基亞也創新性推出“液冷降溫”,在傳統設備降溫方式上找到了突破口。

.華為

在軟件方面,華為無線節能解決方案PowerStar,通過AI技術,實現了2G、3G、4G多頻網絡協同調度節能,從而節約10%-15%的電能;在硬件方面,華為天罡芯片,從AAU入手,將基站尺寸縮小超50%,重量減輕23%,功耗節省達21%;華為刀片式基站采用分布式電源技術,助力基站高效節能。

.愛立信

愛立信在中低頻、高頻產品側引入機器智能分析節能軟件,利用實時小區業務量預測,判斷是否觸發節能轉化,從而實現節能;愛立信還與IBM等公司合作發布硅基毫米波相控陣列集成電路,能夠最大程度集成電路,降低5G毫米波站點功耗,同時愛立信5G點系統,可以在達到同樣容量情況下,功耗降低為業界水平的50%。

.諾基亞

諾基亞在去年底推出全球首個液冷基站,打破傳統基站依靠空調降溫的模式,利用液冷降溫,從而比傳統方式省電30%,減少80%二氧化碳排放量,并大大降低基站運行噪音,同時可回收基站排放的廢熱,二次應用于公寓大樓的供暖系統。利用先進的液冷技術,破解基站能耗難題。

除此,業界人士提出降耗的幾大應對舉措:(1)采用更高工藝制程的芯片;(2)更節能的器件材料;(3)引進更科學的散熱方法;(4)通過AI技術對設備功率進行動態控制。尤其是AI技術動態功耗控制,被諸多廠商視為降低能耗的重要突破點。

總的來說,2019年下半年全球運營商展開對5G基站的大批量建設,將給基站產業鏈相關企業帶來非常大的商機。而誰能在這一波紅利面前占據大頭,還得看企業如何應對5G基站“功耗”這只“攔路虎”。盡管目前各大元器件、電池、電源供應商甚至華為、愛立信、諾基亞等電信設備廠商都已推出降耗解決方案,但未來誰走得更快、更遠,還有待市場進一步檢驗。

責任編輯:Fendy Wang

本文為國際電子商情原創文章,未經授權禁止轉載。請尊重知識產權,違者本司保留追究責任的權利。
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