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5G基站电源,为何成为红利市场?

随着工信部6月6日对中国运营商及广电发放5G牌照,中国5G基站建设正如火如荼地展开!近日,中国铁塔董事长佟吉禄表示,2019年全年会接到10万个5G基站的建设需求,这给产业链企业带来大机遇……

5G基站电源,分两大主流

目前,5G基站供电系统有两大主流,一是UPS(uninterruptable power system,不间断电源)供电系统,二是HVDC(high-voltage direct current,高压直流)供电系统。LUcesmc

UPS主要由蓄电池组、整流器和逆变器、静态开关等几部分组成,广泛应用于各大行业机房配电间以及办公室个人电脑等;HVDC供电由交流配电单元、整流单元、直流配电单元等组成,适用于通信系统,为通信设备供电。LUcesmc

目前,基站设备供电主要采用-48V直流拉远方案,5G时代BBU集中部署导致部分拉远AAU和机房的空间距离可能进一步增加,有望推动HVDC直流拉远和DPS分布式供电方案的出现。LUcesmc

相比UPS,HVDC具有运行效率高、占地面积少、投资成本和运营成本低的特点,有望成为未来市场主流。并且,从2018年下半年开始,HVDC产业化和市场化的抑制因素逐步消除,市场需求进一步打开,行业进入加速成长期。LUcesmc

也有行业人士分析,HVDC系统的配电器件,如空气开关、继电器等需要在高压直流下工作,选用要求高成本也较高,并且高压直流存在一定安全风险。而不间断电源UPS系统供电效率已经提高很多,可靠性和可维护性加强,部分品牌的整机效率达到95%以上。LUcesmc

可以预见,未来几种电源都有各自的空间,但HVDC、UPS优势会更为凸显。LUcesmc

5G基站电源,市场空间多大?

不可否认,5G通信电源目前是一个蓝海市场。目前,5G单站供电功率预计将达到约4000瓦甚至更高,因而基站电源存在极大的扩容需求。换言之,90%的4G存量电源均需扩容和改造,以满足5G使用需求。LUcesmc

那么,通信电源市场前景究竟有多诱人,安信证券对5G电源市场空间的测算可见一斑:LUcesmc

  • (1)若在现有的-48V开关电源方案基础上扩容,按照5G基站近4000瓦的输入功率需求测算,至少需要增加2个-48V/50A的整流模块,假设以2000元/个的模块单价,则单站的扩容成本为4000元。
  • (2)若采用HVDC直流远供或者DPS分布式供电,单站价值约在7000-1万元左右。进一步假设3种供电方案的建设比例为1:1:1,那么按照国内450万站的建设规模测算,预计5G基站电源市场空间有望达到315亿元。

315亿元大蛋糕,谁将受益?

据《国际电子商情》了解,5G基站电源提供商主要包括维谛(Vertiv)、中达电通、中恒电气、中兴、华为、动力源、雅达、威迈斯、麦格米特、金威源、三星等数十家。产品代工主要以爱默生为主。LUcesmc

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这些电源厂商的下游直接客户为电信运营商和铁塔公司,不过,从竞争格局来看,2010年以来,通信电源行业从分散走向集中。根据2018年三大运营商集采数据,华为、中兴、中恒电气、动力源、中达电通、核达中远通和维谛(前艾默生网络能源)已占运营商集采90%以上的份额,其他份额被易达、亚澳博信、华脉科技和东莞铭普等企业占据。LUcesmc

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除了5G基站电源厂商直接受益,锂电池、机房温控设备厂商也将分得杯羹。安信证券投资公司认为,大规模5G基站建设,带来通信电源广阔的市场空间。数据中心高压直流HVDC龙头企业中恒电气、通信基站电源供应商动力源、UPS电源供应商科华恒盛、后备通信蓄电池公司南都电源、机房温控设备供应商英维克以及防雷领域的中光防雷等企业将大大受益。LUcesmc

锂电池受益

电池是5G基站电源中重要的组成部分,目前铅酸电池、锂电池、智能锂电池、磷酸铁锂电池都是5G基站的选择对象。但在政策推动和锂电池优势显著提升下,铅酸电池逐渐走向淘汰,基站用的电池逐渐向梯次锂电转换。LUcesmc

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“梯次”锂电池可以简单理解为“二手”电池,比如从新能源汽车替换下来的二手电池,依然具备60-80%的剩余容量,且具有一定的使用寿命,经过重新检测后,完全可以回收再利用。通过对动力锂电的二次利用,可以缓解锂电回收压力,减少资源消耗。LUcesmc

目前,政策指定中国铁塔公司参与梯次锂电池的循环使用。2018年铁塔公司已经替代铅蓄电池4.5万吨,与一汽、上汽等大型企业展开回收合作。据铁塔公司规划,2019年其将继续扩大梯次锂电使用规模,预计将替换铅蓄电池15万吨,将消化退役动力蓄电池超过5万吨。LUcesmc

元器件供应商受益

电源按照产品类型可分为分布式电源、多功能高密电源和智能电源。从内部结构划分,5G基站电源主要由基础元器件、电池等部件构成。LUcesmc

元器件部分主要包括电源管理IC、COOL MOS、快恢复二极管、肖特基二极管、驱动IC、控制IC、运放类部件,部分电源还采用快恢复二极管的MOS,或者碳化硅MOS、二极管等,其他被动器件如压敏/热敏电阻、X/Y电容,铝电解电容、继电器、贴片电容电阻等,这些都被广泛用于基站电源。LUcesmc

据粗略统计,电源管理IC主要受益者有TI、ON、NXP、英飞凌、ADI、Intersil、罗姆等国际大厂。模拟IC设计公司3PEAK、矽力杰、SGMC(圣邦微电子)等厂商也将受益。电源连接器主要供应商有TE、Molex、永贵电器等,目前永贵电器实现5G基站电源类连接器以及机柜内精密连接器产品供货。麦捷科技子公司金之川向华为、中兴供应基站电源类功率电感和平板变压器等元器件产品;在电池的部分,上面已提到的梯次锂电池将迎来新的生机。LUcesmc

不过,挑战往往与机遇并存。尽管5G通信基站电源前景十分可观,但目前5G基站耗电也成为阻碍其发展的“拦路虎”,电源厂商在迎接机遇的同时,更要跨越功耗大关。LUcesmc

5G基站功耗,成为拦路虎

在了解5G基站功耗来源之前,先来了解一下5G基站主设备的构成。5G基站主要由BBU(基带处理单元)和AAU(有源天线单元)组成。LUcesmc

BBU负责基带数字信号处理,AAU则将基带数字信号转换成模拟信号,并调制成高频射频信号,通过PA放大功率,再通过天线发射出去。另,AAU的上一代产品是RRU(射频拉远模块),RRU+射频+天线=AAU。LUcesmc

在这个过程中,AAU承担了大量的功耗来源,一是5G高带宽、高流量和高发射功率带来的功耗提升;二是5G MIMO多输入输出通道数量激增,导致5G基站功耗惊人上升。LUcesmc

“相比4G电源,5G电源没有风扇,所以选用的器件要求温度满足125℃耐高温规格,包括450V大电解电容也是一样。”某行业人士向《国际电子商情》分析师透露。LUcesmc

另外,根据前不久国内运营商对5G试点城市的实测数据显示,5G单站功耗达到4G单站功耗的2.5-3.5倍,如下表所示,AAU/RRU成为耗电的主要来源。LUcesmc

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对运营商来说,功耗的增加意味着运营成本的增加。据了解,4G基站年度电费约占运营商总运营成本的20%,而5G时代根据功耗的增长倍数来算,电费将翻2.5-3.5倍。这将是天文数字。加上5G基站建设数量增加、后期维护费用的增加等,这些都将成为悬在运营商头上的“催命符”。LUcesmc

如何给5G基站“降温”?

对于如何降低基站功耗,华为、爱立信、诺基亚等电信设备巨头已经从软硬件两方面入手来寻找应对方案,而诺基亚也创新性推出“液冷降温”,在传统设备降温方式上找到了突破口。LUcesmc

.华为LUcesmc

在软件方面,华为无线节能解决方案PowerStar,通过AI技术,实现了2G、3G、4G多频网络协同调度节能,从而节约10%-15%的电能;在硬件方面,华为天罡芯片,从AAU入手,将基站尺寸缩小超50%,重量减轻23%,功耗节省达21%;华为刀片式基站采用分布式电源技术,助力基站高效节能。LUcesmc

.爱立信LUcesmc

爱立信在中低频、高频产品侧引入机器智能分析节能软件,利用实时小区业务量预测,判断是否触发节能转化,从而实现节能;爱立信还与IBM等公司合作发布硅基毫米波相控阵列集成电路,能够最大程度集成电路,降低5G毫米波站点功耗,同时爱立信5G点系统,可以在达到同样容量情况下,功耗降低为业界水平的50%。LUcesmc

.诺基亚LUcesmc

诺基亚在去年底推出全球首个液冷基站,打破传统基站依靠空调降温的模式,利用液冷降温,从而比传统方式省电30%,减少80%二氧化碳排放量,并大大降低基站运行噪音,同时可回收基站排放的废热,二次应用于公寓大楼的供暖系统。利用先进的液冷技术,破解基站能耗难题。LUcesmc

除此,业界人士提出降耗的几大应对举措:(1)采用更高工艺制程的芯片;(2)更节能的器件材料;(3)引进更科学的散热方法;(4)通过AI技术对设备功率进行动态控制。尤其是AI技术动态功耗控制,被诸多厂商视为降低能耗的重要突破点。LUcesmc

总的来说,2019年下半年全球运营商展开对5G基站的大批量建设,将给基站产业链相关企业带来非常大的商机。而谁能在这一波红利面前占据大头,还得看企业如何应对5G基站“功耗”这只“拦路虎”。尽管目前各大元器件、电池、电源供应商甚至华为、爱立信、诺基亚等电信设备厂商都已推出降耗解决方案,但未来谁走得更快、更远,还有待市场进一步检验。LUcesmc

责任编辑:Fendy WangLUcesmc

王琼芳
有着十多年半导体行业工作经验,主要负责《国际电子商情》杂志/网站/微信等平台的内容运营,擅长行业深度报道与产业趋势分析,重点关注半导体IC及分销与供应链。
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