5G 建设催生通信电源增量需求

电源系统是通信系统的动力源

电源系统是通信系统的“心脏”：通信行业是电源的重要应用场景之一根据中国信通网的报告， 通信电源占电源市场的份额高达 35%通信电源是向通信设备提供交直流电的电源，是整个通信网 的能量保证尽管电源仅占通信系统固定资产投资的 2%-3%，但昰由于电源设备供电质量及供电可 靠性直接影响整个通信系统及其质量一旦电源设备发生故障，将会影响通信系统运行造成较大 的经濟损失和社会影响，所以电源系统被誉为通信运行系统的“心脏”

通信设备要求电源系统具备高可靠性、高稳定性、高效率：（1）可靠性：必须保证连续供电，不能 中断交流电源供电的通信设备都应当采用不间断电源（UPS），在直流供电系统中应当采用整 流器与电池并聯浮充供电方式；（2）稳定性：通信设备对于电压波动、杂音电压、瞬变电压等非常 敏感，要求电源电压稳定不能超过允许的变化范围，通信设备一般都由稳压电源供电；（3）高效 率：要求通信电源热损耗低功率密度大，有利于节能、减小占地面积减少投资。

通信电源系统由交流供电系统、直流供电系统和接地系统三部分组成：交流供电系统由高压配电所、 降压变压器、油机发电机、UPS 和低压配电屏组荿交流供电系统有三种交流电源，分别为变电站 供给的市电、油机发电机供给的自备交流电和 UPS供给的后备交流电；直流供电系统由整流器、蓄 电池组、直流配电屏和相关馈电线路组成为各种通信设备提供不间断直流电源，整流器经过几年 的发展变成了开关电源设备；為了提高通信质量、确保通信设备与人身安全，通信固定台站的交 流和直流供电系统都必须有良好的接地装置

开关电源 是电源系统电能轉换的核心

通信电源系统中所使用的整流部件是高频开关电源的一种，通常由整流模块、监控单元、交流配电、 直流配电、降压单元（输叺电压较高时）、蓄电池组及相关辅助单元组成开关电源的基本工作原 理是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等）对输入电压进行脉冲调制，从而 实现 AC/DC和 DC/DC等模式的电压变换同时可实现输出电压可调和自动稳压。

48V 开关电源是移动通信应用的主力：按照使用环境分通信电源可分为室外通信电源与室内通信 电源。室外通信电源是指为室外基站、直放站、射频拉远基站等室外通信设备提供直流电的电源 其标称电压值通常为 48V或 24V，适用于户外环境恶劣、缺乏机房建设条件的山地、丘陵等偏远地带 及征地困难的居民区室内通信电源系统是指在通信系统中为电信设备、计算机、主控设备等负载 提供直流电的电源，其标称电压值通常为 48V或 24V适用于通信机房、移動基站、交换机房内。在 我国移动通信领域应用最广泛的是 48V室内通信开关电源。

蓄电池是电源系统正常工作的重要保障

蓄电池是保障通信电源不间断供电的核心设备：蓄电池是通信系统直流供电和交流不间断供电的重 要组成部分当市电正常供电时，蓄电池和整流器并联運行能改善整流器的供电质量，起到平滑 滤波的作用当市电异常或者整流器故障时，由蓄电池单独给供电设备供电起到备用电源作鼡。

通信电源用蓄电池经历了数次演变：通信电源用蓄电池需要具备使用寿命长、安全性高、安装方便、 免维护、低内阻、低成本等特点通信电源用蓄电池经历了开口式铅酸蓄电池、GGF 型防酸隔爆蓄 电池、镉镍碱性蓄电池-阀控式铅酸蓄电池的演变。阀控式铅酸蓄电池克服了傳统铅酸蓄电池的缺点 具有免维护、无酸雾、不腐蚀设备、自放电小、结构紧凑、密封良好、抗震动、高低温性能好等优 点，逐渐成为通信电源用蓄电池的主流

阀控式密封铅酸蓄电池无法满足 5G基站后备电源要求：随着通信电源对于蓄电池的要求提高，阀控 式密封铅酸蓄電池的缺陷日益凸显一是温度对于阀控式密封铅酸蓄电池的影响大，且有电池鼓胀 现象真实使用寿命短；二是可能出现隐蔽缺陷的情況，当交流市电失电时短时间容量跳水；三 是对过充电比较敏感，过充情况下容易出现燃烧和爆炸现象；四是随着铅酸蓄电池大量废弃處理 环保压力越来越大。

随着 5G基站的大量建设磷酸铁锂电池作为后备电源的优势凸显：5G基站的功耗可能将数倍于 4G 基站，同时对电源系統提出了极大的扩容需求这意味着运营商当前几乎所有的机房都必须对电源 系统进行改造以保证电力供给，包括开关电源、蓄电池、电源线都需要重新更换；5G基站电池容量 高于 3G/4G后备蓄电池容量成倍增加，现有空间无法容纳高能量密度的后备电源将成为趋势；同 时 5G基站功耗的增加，意味着运营成本的大幅增加低购置和维护成本的后备电源成为运营厂商的 必然要求。与阀控式密封铅酸蓄电池相比磷酸鐵锂电池在能量密度、使用寿命、环保性、大电流 充放电等方面优势凸显，随着技术的进步和上游原材料价格的下降磷酸铁锂电池的价格优势逐步 显现，此外梯次利用磷酸铁锂电池成本优势更加突出尽管目前梯次磷酸铁锂电池价格仍然高于铅 蓄电池，但其充放电次数、使用寿命以及体积重量优势却可以弥补价格高的缺陷，综合使用成本 优于铅蓄电池随着 5G通信基站的大量建设，磷酸铁锂电池应用前景廣阔

5G 基站“宏微”并举，供电方式灵活多变

4G 基站仍为主流 5G 基站 建设提速

通信基站数量快速增长，4G基站仍为主流：根据工信部统计数据顯示2018年，全国净增移动通信 基站 29万个总数达 648万个，年年均复合增速为 21.87%其中 4G基站净增 43.9万个， 总数达到 372 万个；2019 年上半年受物联网业务高速增长、基站需求增大影响，移动通信基站总 数达 732万个其中

5G商用牌照正式发放，基站建设速度有望加快：2019年 6月 6日工信部向中国电信、中国移动、 中国联通、中国广电四家企业发放了 5G商用牌照，标志着我国 5G正式进入商用推广发展新阶段 2019年 6月 5日，工信部和国资委联合下發了《关于 2019年推进电信基础设施共建共享的实施意见》 要求加快 5G基站站址规划。基础电信企业要根据 5G业务发展需求和网络规划及时提絀 5G基站站 址需求。相比 4G基站5G基站覆盖范围更小，如果 5G基站要达到目前 4G基站的覆盖范围需要 新建的基站数量约为 4G基站的 4-5倍。根据 TD产业联盟数据截至 2019年 7月，全国范围内已建 成 5G基站 3.8万个预计至 2019年底，全国 5G基站建设总数将达到

三大运营商发力 5G基站建设：三大运营商发布 2019年 5G基站投资规划2019年中国移动、中国电 信、中国联通分别规划建设 5G基站 5、4、4万个，合计 13万个；2019年三大运营商 5G投资预算分 别为 250、90、80亿元合计投資金额 420亿元。北京、上海等 11个主要城市也发布了 5G基站建设 规划和 5G网络覆盖时间表5G基站建设空间广阔，建设速度有望加快

“宏微”并举 催生多元供电模式

5G通信基站由宏基站向微基站发展：按照功率大小，基站可以分为宏基站、微基站、皮基站、纳基 站、飞基站等其中微基站、皮基站、飞基站均属于小基站，其功率范围一般在 50mW-10W覆盖范 围在 10-200 米，相比之下宏基站的频率范围在 10W以上，覆盖范围可以达到数公裏由于不同基 站的覆盖范围不同，因此其应用场景也各不相同宏基站一般指有专用机架的信息塔，可以提供大 容量的数据传输需要配套机房，可靠性较好大区域的覆盖能力较强，使用场合不受外部环境影 响小基站可以看作小型化、低功率的基站，将所有的设备浓縮在一个比较小的机箱内是宏站的 有效补充。小基站安装灵活可以就近安装在塔顶或房顶的天线附近，直接用跳线将发射信号连接 到忝线端馈缆短，损耗小

“宏站+微站”成为 5G新模式，微基站占比有望大幅提升一是 5G和 4G相比，用户需求发生变化： 1）巨大的设备连接数密度、毫秒级的端到端时延等技术和服务需求；2）由于 5G频段的上移网络 覆盖能力下降；3）目前大多数数据流程量来自室内的热点区，预計 5G时代这一趋势仍将继续“宏 基站+小基站”的组网方式可以有效补充解决 4G网络覆盖的问题，如超高流量密度、超高数据连接 密度和广覆蓋等场景二是由于 5G频率高于 4G，相比 4G基站传输距离大幅缩短覆盖范围大大减 小。为覆盖同样的区域需要建设更多的基站运营商网络建設成本压力大幅上升，因此小基站也成 为缓解运营商建设成本压力的重要手段之一

5G宏基站电源与 4G基站有所不同：5G宏基站电源配套与 4G相比，存在以下难点：一是 5G基站系 统架构和 4G基站有所不同；二是由于频率的提高5G基站功耗数倍于 4G基站，引入市电的难度大 幅增加削减基站功耗成为重要课题；三是基站直供电难度增加，高压直流远供电成为趋势；四是 功耗增加导致基站电池容量大幅增加特别是后备蓄电池嫆量成倍增加，现有空间难以容纳需要 选择能量密度更高的蓄电池如磷酸铁锂电池；五是 5G基站环境较差，空调使用和维护困难免空调 基站势在必行，而免空调基站的瓶颈在于电源和蓄电池

高压直流远供成为 5G宏基站理想供电模式：针对 5G宏基站配套电源存在的问题，高压矗流远供电 成为较为理想的供电模式此外通过电源和电池的结合，让电池替代电源进行调峰供电减少基站 对于外市电的需求。在基站備用电源方面应当改为能量密度大、环境适应性好的电池如锂电池， 并采用远近结合备电结合高压直流远供，在近端配调峰型小电池在远端通信机房或者大型基站 配多站共享型大电池，实现蓄电池备电集中共享模式

微基站供电方案较为多样：与宏基站相比，微基站功耗较小供电方式有所不同。根据站点的重要 性等级微基站电源建设方案可以分为有后备电源保障和无后备电源保障两大类。对于不需要后备 电源保障的站点可根据设备供电类型选择 220V交流直供（市电供电方案）或者 POE供电方案。

对于需要后备电源保障的微基站供电方案采用以下原则：（1）优先选择 48V直流供电，其次 280V 直流远供最后选择就近配置小微电源；（2）在微基站距离信源机房的路由长度≤100m 时，建議 选择 48V 直流直供方案；（3）≤100m 微基站距离信源机房的路由长度≤300m 时优先考虑通过加 粗供电电缆线径，选用 48V 直流直供方案；其次选择 220V 直流遠供方案；（4）在微基站距离信源 机房的路由长度≥300m时考虑选用 280V直流远供方案；线缆数量过多或者敷设路由困难的时候， 可采用就近配置小微电源方案为微基站设备供电

微基站有望逐步成为 5G 时代的主流基站模式：5G 通信由于频率较高而采用超密集组网技术，高频 对于宏基站而言覆盖范围太小，使得成本过高再加上宏基站部署困难，站址资源不容易获取 因此在 5G网络中，高频段资源使用宏基站的概率将會下降微蜂窝有望成为主流，形式以小基站为 基本单位进行超密集组网，小基站的密集部署Markets and Markets预计，年期间全球 范围内 5G小微基站主偠用于市内覆盖，到 2025年之后5G小微基站将在室外 5G网络覆盖中占比逐 渐加大。随着 5G的渗透率加大需要使用大量的小基站来完成更加深度和廣度的覆盖，未来小基站 有望呈现爆发式增长

开关电源与锂电池拥抱增量市场

预计 5G基站主要建设期为 年：我国 4G基站建设主要周期为 年，姩达 到建设高峰期参考 4G建设周期，我们预计 5G基站建设周期为 年其中基站的建设高峰 期为 年。

预计 5G宏基站建设数量为 4G数量的 2倍以上有朢达到 1311万个。由于 5G的频谱相对 4G而言更 高信号在传输过程中衰减更快，同时用户体验从 4G的 10Mbit/s升级到 100Mbit/s对 5G的基站建设 密集程度提出了更高的要求。参考高工锂电数据截至 2019年 6月底，中国 4G基站共 558万个根 据规划，中国电信、中国联通的 5G基站将为目前 4G基站数的 2倍以上而中国移动将為目前的 4 倍以上。据各运营商 2018年年报数据推测中国共有至少 1438万个基站需要新建或改造。同时参 考赛迪投资的《2018年中国 5G产业与应用发展皛皮书》，在宏基站方面中低频段的宏站可实现与 4G基站相当的覆盖范围，预计 5G宏基站数量为 475万个我们结合相关预测，预计 5G宏基站的建 設数量将会达到 4G基站数量的 2倍以上预计 5G宏基站总数量将达到 1311万个。

参考 2018年赛迪投资发布的《2018年中国 5G产业与应用发展白皮书》微基站在毫米波高频段覆 盖范围 10-20m，数量保守估计会在宏基站的 2倍以上我们预计微基站的数量约为 2600万个。

开关电源市场空间有望超 300亿元

5G通信基站主設备由 BBU（基带处理单元）和 AAU（有源天线单元）组成BBU主要负责基带数字 信号处理，比如 FFT/IFFT调制/解调、信道编码/解码等。AAU主要由 DAC（数模转换）、RF（射频 单元）、PA（功放）和天线等部分组成主要负责将基带数字信号转为模拟信号，再调制成高频射 频信号然后通过 PA放大至足够功率后，由天线发射出去

5G基站 AAU采用 Massive MIMO（大规模多输入多输出）技术，配置 64T/64R天线阵列相比传统 8T/8R 的 4G天线单通道的平均功耗有所下降，但由于通道数量有较大幅度提升单个 AAU最大功耗将会达 到 W（单基站一般配置 3个 AAU），加之 5G基站运算量的上升将推动 BBU功率进一步提升 5G基站功耗或达箌 4G基站的

就供电方式而言，无论是采用现有基站开关电源直接供电、开关电源接 DC/DC模块供电、或是通过 远供模块进行高压直流远供48V开关电源都是 5G基站供电系统不可或缺的关键部分。

5G基站开关电源总价值有望超 300亿元：根据 3AAU+1BBU的典型配置方案5G基站的典型功耗约为 W，电流容量约 100A按峰值功率考虑，需要配置至少 48V/100A规格的开关电源方可满足 供电需求按照通信电源的一般单价和假设需求量计算，5G 基站所需开关电源总价徝约 300-400 亿 元高峰期年市场空间有望超过

宏基站备用电源中，锂电池逐步替代铅酸电池：目前 4G基站中备用蓄电池绝大多数采用的是铅酸 电池，锂电池主要用于少部分微基站中预计在 5G基站中，后备电源将全部替代成锂电池

5G宏基站功率高，对蓄电池的电量需求大：现有基站嘚功耗较小5G基站收发单元增加、处理能力 增强，设备功率也大幅增加参考《5G基站电源解决方案》资料，目前最大的 5G典型功率为大唐 約为 4940W，随着工艺进步还有上升的空间实际功率按照最大功率的 80%测算，约为 4000W为保 证 5G通信设备能够稳定使用，一般对宏基站储备 3-4小时的储能电量根据以上资料，我们测算单 个 5G宏基站平均功率为 3400W储备 3.3小时的电量，对蓄电池的电量需求为 11.22kWh

根据工信部资料，2018 年底中国铁塔已茬全国 31 个省市约 12 万个基站中使用梯次利用电池约 1.5GWh替代铅酸电池约 4.5万吨，折合单个宏基站备用电池带电量 12.5kWh此外，中国铁塔 2019 年半年报数据顯示目前公司总共拥有 194.5万个基站（不含室分），基站的储能容量超过 17.1GWh 对应单个宏基站备用电源为 8.75kWh。2019年 9月 10日中国储能网报道，截至 2019年 9朤中国 铁塔已经在全国约有 30万个基站中的备用电源领域中使用梯次利用电池约 4GWh，折合单个基站备 用电池带电量 13.33kWh

单个微基站预计后备电源带电量约为 0.45kWh：微基站分为有后备保障电源及无后备保障电源两类方 案，其中有后备电源保障方案分为-48V 直流直供、280V 直流远供、就近配置小微电源等方案且优 先采用磷酸铁锂新电池，参考《陕西联通微基站后备电源解决方案》数据216个微基站中有 176个 配备 UPS后备电源，保守估计囿后备电源的微基站数量约占总微基站数量的 70%根据《铁塔城区 微基站快速部署的解决方案》（通信与信息技术期刊）资料显示，一般微基站后备电源保障时长不 超过 3小时可根据后备时间要求配置不同容量蓄电池，常见有 5Ah、10Ah、20Ah、50Ah我们以单 站150W的平均功率为基准，保障时长3尛时来计算对应单个微基站对蓄电池的电量需求为0.45kWh， 且有后备保障电源的微基站占比为 70%

年 5G基站将带来锂电池需求增量 155GWh：我们预计 年将昰 5G基站建设的主要 周期，其中 年期间新建基站数量持续提升并达到最高值对应的储备电池需求增量逐渐增 加，同时储备电池将有望由铅酸电池全部替代成锂电池我们预计 年期间，基站储能电池

泛在电力物联网需要高速可靠的通信保障

2019年 3月 8 日国家电网召开泛在电力物联網建设工作部署会议，对建设泛在电力物联网作出全 面部署安排加快推进“三型两网、世界一流”战略落地实施。国家电网董事长寇伟指出国家电 网当前最紧迫、最重要的任务就是加快推进泛在电力物联网建设，建设泛在电力物联网是推进“三 型两网”建设的重要内容囷关键环节坚强智能电网和泛在电力物联网二者相辅相成、融合发展， 形成强大的价值创造平台共同构成能源流、业务流、数据流“彡流合一”的能源互联网。

通俗地说泛在电力物联网就是运用新一代信息通信技术，将电力用户及其设备、电网企业及其设 备、发电企業及其设备、电工装备企业及其设备连接起来通过信息广泛交互和充分共享，以数字 化管理大幅提高能源生产、能源消费和相关领域安铨、质量和效益效率水平

泛在电力物联网的提出和建设是内外因素共同推动的结果：随着我国电网接入电源和负荷种类的增 加，电网拓撲结构已日臻复杂电网形态和电能交互模式都发生了巨大的变化，电网安全运行压力 加大更智能和科学的调度及保护需要更为快捷的信息传达、处理和交换。同时输配电价持续下 降，行政要求一般工商业用电成本不断降低都将继续对电网收入产生负面影响。在此基礎上通 过精细化管理降本增效是国网必然的选择。此外电力市场化交易、综合能源服务等电网面对的新 商业模式对传统运行和管理模式带来巨大挑战，需要国家电网通过实时互联的信息化平台对接供需 双方打造多边市场。

从技术视角看泛在电力物联网是工业互联网思想和架构在电网企业的全方位应用。泛在电力物联 网包括感知层、网络层、平台层、应用层 4 个层次与工业互联网的分层体系基本一致。在这一体 系中感知层采集数据，网络层传输数据平台层处理数据，应用层使用数据；数据的获取、传输、 处理、应用是核心完备高速的通信网络与计算单元是依托，全面可靠的网络安全保护是保障

泛在电力物联网感知层所采集的电力终端数据至少包括用户实时用電数据、配电区域实时功率、电 压、电流等运行数据、配电区域设备运行数据、运检机器人、无人机实时运检图像及数据、调度数 据、输變电设备运行状态数据等。采集形成的海量数据需要高速、完备、可靠的通信网络及时传输 至中台数据中心5G的应用有望助力这一需求的實现。

5G网络切片契合泛在需求

网络切片是 5G 区别于前代通信标准的重要创新点之一5G 网络切片是在共享基础设施上运行的多 个逻辑网络，综匼了软件定义网络（SDN）、网络虚拟化（NFV）、服务化架构（SBA）与其他自动 化技术用户可以通过 SLA（服务等级协议）从运营商定制一张虚拟专屬网络以满足个性化的通信 和网络需求。5G网络切片具有三大特点：差异化加确定性的 QoS/SLA（服务质量/分级服务协议）保 障、业务隔离性、独立運行性

3GPP组织定义了三种关键网络切片类型：eMBB增强型移动宽带、mMTC海量机器类通信/大规模物联 网、uRLLC超高可靠超低时延通信。三种关键网络切爿类型的特征如下：

eMBB在泛在电力物联网中的可能应用

智能化无人巡检：在变电站机器人巡检、无人机线路巡检等电力生产管理中的中低速率移动场景中 通过具备高传输速率、大带宽特性的 eMBB切片，操作人员一方面可以对巡检机器人、无人机进行移 动/飞行控制另一方面还能紦高清视频图像及时回传到指挥中心做分析处理，在降低人工成本和安 全风险的同时大幅提升巡检效率

uRLLC在泛在电力物联网中的可能应用

負荷的精准控制：相比于传统意义上整条线路投切的负荷管理方式，精准负荷控制可以在毫秒级的 时间尺度内实现用户可中断负荷的柔性管理并采用双向协商机制，使得最终用户因负荷切除受到 的影响降到最低此外，精准负荷控制可以在区域供电出现较大缺口的情况下實现与用户侧的快速 联动实现电源供给与用户负荷间的精准适配，提升区域电网抵御风险的能力针对这一应用场景， 具备超低通信时延和高可靠性的 uRLLC网络切片较为适用能够满足毫秒级的指令传输等通信要求。

配电自动化：在应用 uRLLC 切片的基础上配电自动化过程中的信息传递时延将进一步降低，可以 有效保障信息传输同时在配电端可以实现或优化多种自动化流程，如故障的毫秒级判别和隔离、 配 网保護装置的端到端互访等将原有的主站集中式处理逻辑逐步改变为各终端互联互通的分布式处 理逻辑，提升配电网的自动化管理和运行效率

分布式可再生能源控制：随着以分布式光伏为代表的可再生能源在需求侧逐步大规模、高比例并网， 面向调频等更短时间尺度的动态需求响应显得尤为重要在电力潮流由单向变为双向的情况下，出 于分布式光伏、分散式风电等可再生能源发电可再生能源发电出力随机性较强等原因在用户侧应 实时地对分布式电源和用电设备进行协调控制，这一需求对通信的超低时延提出了要求也属于 uRLLC的应用领域。

mMTC茬泛在电力物联网中的可能应用

终端数据采集：电力用户用电信息的采集当前主要用于计量主要的传输数据包括终端上传主站的 状态量鉯及主站下发到终端的常规总召命令，呈现出上行流量大、下行流量小的特点现有的各类 用户终端采用集中器方式，分为 5min和 15min采集方式采集频率较低，传输实时性较差按照泛 在电力物联网的建设要求，未来的终端数据采集不仅包括用电信息采集还包括配网层面运行数據 和设备信息等数据的采集，对数据采集的数量和频次的要求相比于现有电网的水平均有相当水平的 提高使用支持高设备密度和高连接嫆量的 mMTC 切片可以满足泛在要求下数据采集的需求，为电 网进一步使用数据并创造附加价值提供必要条件

通信电源：我们预计 5G基站开关电源总价值有望超 300亿元，高峰期年市场空间有望超过 50亿元 建议关注国内通信开关电源标的中恒电气、新雷能等。我们预计 年 5G基站将带来锂電池 需求增量 155GWh利好磷酸铁锂电池产业链，推荐电池龙头宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、国轩高 科等推荐电池材料龙头璞泰来、星源材質、恩捷股份、新宙邦等。

泛在电力物联网：5G应用赋能泛在电力物联网建设推荐引领电网智能化、信息化升级的龙头标的 国电南瑞，建議关注岷江水电；同时建议关注电能采集、配网智能化等标的推荐海兴电力，建议 关注金智科技