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5G 建設催生通信電源增量需求
電源系統是通信系統的動力源
電源系統是通信系統的「心臟」：通信行業是電源的重要應用場景之一，根據中國信通網的報告， 通信電源佔電源市場的份額高達 35%。通信電源是向通信設備提供交直流電的電源，是整個通信網 的能量保證。儘管電源僅佔通信系統固定資產投資的 2%-3%，但是由於電源設備供電質量及供電可 靠性直接影響整個通信系統及其質量，一旦電源設備發生故障，將會影響通信系統運行，造成較大 的經濟損失和社會影響，所以電源系統被譽為通信運行系統的「心臟」。
通信設備要求電源系統具備高可靠性、高穩定性、高效率：（1）可靠性：必須保證連續供電，不能 中斷，交流電源供電的通信設備都應當採用不間斷電源（UPS），在直流供電系統中，應當採用整 流器與電池並聯浮充供電方式；（2）穩定性：通信設備對於電壓波動、雜音電壓、瞬變電壓等非常 敏感，要求電源電壓穩定，不能超過允許的變化範圍，通信設備一般都由穩壓電源供電；（3）高效 率：要求通信電源熱損耗低，功率密度大，有利於節能、減小佔地面積，減少投資。
通信電源系統由交流供電系統、直流供電系統和接地系統三部分組成：交流供電系統由高壓配電所、 降壓變壓器、油機發電機、UPS 和低壓配電屏組成，交流供電系統有三種交流電源，分別為變電站 供給的市電、油機發電機供給的自備交流電和 UPS供給的後備交流電；直流供電系統由整流器、蓄 電池組、直流配電屏和相關饋電線路組成，為各種通信設備提供不間斷直流電源，整流器經過幾年 的發展，變成了開關電源設備；為了提高通信質量、確保通信設備與人身安全，通信固定臺站的交 流和直流供電系統都必須有良好的接地裝置。
開關電源 是電源系統電能轉換的核心
通信電源系統中所使用的整流部件是高頻開關電源的一種，通常由整流模塊、監控單元、交流配電、 直流配電、降壓單元（輸入電壓較高時）、蓄電池組及相關輔助單元組成。開關電源的基本工作原 理是利用電子開關器件（如電晶體、場效應管、可控矽閘流管等）對輸入電壓進行脈衝調製，從而 實現 AC/DC和 DC/DC等模式的電壓變換，同時可實現輸出電壓可調和自動穩壓。
48V 開關電源是移動通信應用的主力：按照使用環境分，通信電源可分為室外通信電源與室內通信 電源。室外通信電源是指為室外基站、直放站、射頻拉遠基站等室外通信設備提供直流電的電源， 其標稱電壓值通常為 48V或 24V，適用於戶外環境惡劣、缺乏機房建設條件的山地、丘陵等偏遠地帶 及徵地困難的居民區。室內通信電源系統是指在通信系統中為電信設備、計算機、主控設備等負載 提供直流電的電源，其標稱電壓值通常為 48V或 24V，適用於通信機房、移動基站、交換機房內。在 我國移動通信領域，應用最廣泛的是 48V室內通信開關電源。
蓄電池是電源系統正常工作的重要保障
蓄電池是保障通信電源不間斷供電的核心設備：蓄電池是通信系統直流供電和交流不間斷供電的重 要組成部分，當市電正常供電時，蓄電池和整流器並聯運行，能改善整流器的供電質量，起到平滑 濾波的作用，當市電異常或者整流器故障時，由蓄電池單獨給供電設備供電，起到備用電源作用。
通信電源用蓄電池經歷了數次演變：通信電源用蓄電池需要具備使用壽命長、安全性高、安裝方便、 免維護、低內阻、低成本等特點。通信電源用蓄電池經歷了開口式鉛酸蓄電池、GGF 型防酸隔爆蓄 電池、鎘鎳鹼性蓄電池-閥控式鉛酸蓄電池的演變。閥控式鉛酸蓄電池克服了傳統鉛酸蓄電池的缺點， 具有免維護、無酸霧、不腐蝕設備、自放電小、結構緊湊、密封良好、抗震動、高低溫性能好等優 點，逐漸成為通信電源用蓄電池的主流。
閥控式密封鉛酸蓄電池無法滿足 5G基站後備電源要求：隨著通信電源對於蓄電池的要求提高，閥控 式密封鉛酸蓄電池的缺陷日益凸顯，一是溫度對於閥控式密封鉛酸蓄電池的影響大，且有電池鼓脹 現象，真實使用壽命短；二是可能出現隱蔽缺陷的情況，當交流市電失電時，短時間容量跳水；三 是對過充電比較敏感，過充情況下容易出現燃燒和爆炸現象；四是隨著鉛酸蓄電池大量廢棄處理， 環保壓力越來越大。
隨著 5G基站的大量建設，磷酸鐵鋰電池作為後備電源的優勢凸顯：5G基站的功耗可能將數倍於 4G 基站，同時對電源系統提出了極大的擴容需求，這意味著運營商當前幾乎所有的機房都必須對電源 系統進行改造以保證電力供給，包括開關電源、蓄電池、電源線都需要重新更換；5G基站電池容量 高於 3G/4G，後備蓄電池容量成倍增加，現有空間無法容納，高能量密度的後備電源將成為趨勢；同 時 5G基站功耗的增加，意味著運營成本的大幅增加，低購置和維護成本的後備電源成為運營廠商的 必然要求。與閥控式密封鉛酸蓄電池相比，磷酸鐵鋰電池在能量密度、使用壽命、環保性、大電流 充放電等方面優勢凸顯，隨著技術的進步和上遊原材料價格的下降，磷酸鐵鋰電池的價格優勢逐步 顯現，此外梯次利用磷酸鐵鋰電池成本優勢更加突出。儘管目前梯次磷酸鐵鋰電池價格仍然高於鉛 蓄電池，但其充放電次數、使用壽命，以及體積重量優勢卻可以彌補價格高的缺陷，綜合使用成本 優於鉛蓄電池。隨著 5G通信基站的大量建設，磷酸鐵鋰電池應用前景廣闊。
「宏微」並舉 催生多元供電模式
5G通信基站由宏基站向微基站發展：按照功率大小，基站可以分為宏基站、微基站、皮基站、納基 站、飛基站等，其中微基站、皮基站、飛基站均屬於小基站，其功率範圍一般在 50mW-10W，覆蓋範 圍在 10-200 米，相比之下，宏基站的頻率範圍在 10W以上，覆蓋範圍可以達到數公裡。由於不同基 站的覆蓋範圍不同，因此其應用場景也各不相同。宏基站一般指有專用機架的信息塔，可以提供大 容量的數據傳輸，需要配套機房，可靠性較好，大區域的覆蓋能力較強，使用場合不受外部環境影 響。小基站可以看作小型化、低功率的基站，將所有的設備濃縮在一個比較小的機箱內，是宏站的 有效補充。小基站安裝靈活，可以就近安裝在塔頂或房頂的天線附近，直接用跳線將發射信號連接 到天線端，饋纜短，損耗小。
「宏站+微站」成為 5G新模式，微基站佔比有望大幅提升。一是 5G和 4G相比，用戶需求發生變化： 1）巨大的設備連接數密度、毫秒級的端到端時延等技術和服務需求；2）由於 5G頻段的上移，網絡 覆蓋能力下降；3）目前大多數數據流程量來自室內的熱點區，預計 5G時代這一趨勢仍將繼續。「宏 基站+小基站」的組網方式可以有效補充解決 4G網絡覆蓋的問題，如超高流量密度、超高數據連接 密度和廣覆蓋等場景。二是由於 5G頻率高於 4G，相比 4G基站傳輸距離大幅縮短，覆蓋範圍大大減 小。為覆蓋同樣的區域需要建設更多的基站，運營商網絡建設成本壓力大幅上升，因此小基站也成 為緩解運營商建設成本壓力的重要手段之一。
5G宏基站電源與 4G基站有所不同：5G宏基站電源配套與 4G相比，存在以下難點：一是 5G基站系 統架構和 4G基站有所不同；二是由於頻率的提高，5G基站功耗數倍於 4G基站，引入市電的難度大 幅增加，削減基站功耗成為重要課題；三是基站直供電難度增加，高壓直流遠供電成為趨勢；四是 功耗增加導致基站電池容量大幅增加，特別是後備蓄電池容量成倍增加，現有空間難以容納，需要 選擇能量密度更高的蓄電池如磷酸鐵鋰電池；五是 5G基站環境較差，空調使用和維護困難，免空調 基站勢在必行，而免空調基站的瓶頸在於電源和蓄電池。
高壓直流遠供成為 5G宏基站理想供電模式：針對 5G宏基站配套電源存在的問題，高壓直流遠供電 成為較為理想的供電模式，此外通過電源和電池的結合，讓電池替代電源進行調峰供電，減少基站 對於外市電的需求。在基站備用電源方面，應當改為能量密度大、環境適應性好的電池如鋰電池， 並採用遠近結合備電，結合高壓直流遠供，在近端配調峰型小電池，在遠端通信機房或者大型基站 配多站共享型大電池，實現蓄電池備電集中共享模式。
微基站供電方案較為多樣：與宏基站相比，微基站功耗較小，供電方式有所不同。根據站點的重要 性等級，微基站電源建設方案可以分為有後備電源保障和無後備電源保障兩大類。對於不需要後備 電源保障的站點，可根據設備供電類型選擇 220V交流直供（市電供電方案）或者 POE供電方案。
對於需要後備電源保障的微基站，供電方案採用以下原則：（1）優先選擇 48V直流供電，其次 280V 直流遠供，最後選擇就近配置小微電源；（2）在微基站距離信源機房的路由長度≤100m 時，建議 選擇 48V 直流直供方案；（3）≤100m 微基站距離信源機房的路由長度≤300m 時，優先考慮通過加 粗供電電纜線徑，選用 48V 直流直供方案；其次選擇 220V 直流遠供方案；（4）在微基站距離信源 機房的路由長度≥300m時，考慮選用 280V直流遠供方案；線纜數量過多或者敷設路由困難的時候， 可採用就近配置小微電源方案為微基站設備供電。
微基站有望逐步成為 5G 時代的主流基站模式：5G 通信由於頻率較高而採用超密集組網技術，高頻 對於宏基站而言，覆蓋範圍太小，使得成本過高，再加上宏基站部署困難，站址資源不容易獲取， 因此在 5G網絡中，高頻段資源使用宏基站的概率將會下降，微蜂窩有望成為主流，形式以小基站為 基本單位，進行超密集組網，小基站的密集部署。Markets and Markets預計，2019-2025年期間，全球 範圍內 5G小微基站主要用於市內覆蓋，到 2025年之後，5G小微基站將在室外 5G網絡覆蓋中佔比逐 漸加大。隨著 5G的滲透率加大，需要使用大量的小基站來完成更加深度和廣度的覆蓋，未來小基站 有望呈現爆發式增長。
開關電源與鋰電池擁抱增量市場
預計 5G基站主要建設期為 2019-2025年：我國 4G基站建設主要周期為 2013-2019年，2015-2016年達 到建設高峰期。參考 4G建設周期，我們預計 5G基站建設周期為 2019-2025年，其中基站的建設高峰 期為 2021-2022年。
預計 5G宏基站建設數量為 4G數量的 2倍以上，有望達到 1311萬個。由於 5G的頻譜相對 4G而言更 高，信號在傳輸過程中衰減更快，同時用戶體驗從 4G的 10Mbit/s升級到 100Mbit/s，對 5G的基站建設 密集程度提出了更高的要求。參考高工鋰電數據，截至 2019年 6月底，中國 4G基站共 558萬個。根 據規劃，中國電信、中國聯通的 5G基站將為目前 4G基站數的 2倍以上，而中國移動將為目前的 4 倍以上。據各運營商 2018年年報數據推測，中國共有至少 1438萬個基站需要新建或改造。同時，參 考賽迪投資的《2018年中國 5G產業與應用發展白皮書》，在宏基站方面，中低頻段的宏站可實現與 4G基站相當的覆蓋範圍，預計 5G宏基站數量為 475萬個。我們結合相關預測，預計 5G宏基站的建 設數量將會達到 4G基站數量的 2倍以上，預計 5G宏基站總數量將達到 1311萬個。
參考 2018年賽迪投資發布的《2018年中國 5G產業與應用發展白皮書》，微基站在毫米波高頻段覆 蓋範圍 10-20m，數量保守估計會在宏基站的 2倍以上，我們預計微基站的數量約為 2600萬個。
開關電源市場空間有望超 300億元
5G通信基站主設備由 BBU（基帶處理單元）和 AAU（有源天線單元）組成。BBU主要負責基帶數字 信號處理，比如 FFT/IFFT，調製/解調、信道編碼/解碼等。AAU主要由 DAC（數模轉換）、RF（射頻 單元）、PA（功放）和天線等部分組成，主要負責將基帶數位訊號轉為模擬信號，再調製成高頻射 頻信號，然後通過 PA放大至足夠功率後，由天線發射出去。
5G基站 AAU採用 Massive MIMO（大規模多輸入多輸出）技術，配置 64T/64R天線陣列，相比傳統 8T/8R 的 4G天線單通道的平均功耗有所下降，但由於通道數量有較大幅度提升，單個 AAU最大功耗將會達 到 1000-1400W（單基站一般配置 3個 AAU），加之 5G基站運算量的上升將推動 BBU功率進一步提升， 5G基站功耗或達到 4G基站的 3-4倍。
就供電方式而言，無論是採用現有基站開關電源直接供電、開關電源接 DC/DC模塊供電、或是通過 遠供模塊進行高壓直流遠供，48V開關電源都是 5G基站供電系統不可或缺的關鍵部分。
5G基站開關電源總價值有望超 300億元：根據 3AAU+1BBU的典型配置方案，5G基站的典型功耗約為 3300-4700W，電流容量約 100A，按峰值功率考慮，需要配置至少 48V/100A規格的開關電源方可滿足 供電需求。按照通信電源的一般單價和假設需求量計算，5G 基站所需開關電源總價值約 300-400 億 元，高峰期年市場空間有望超過 50億元。
2019-2025年鋰電池需 求或超 155GWh
宏基站備用電源中，鋰電池逐步替代鉛酸電池：目前 4G基站中，備用蓄電池絕大多數採用的是鉛酸 電池，鋰電池主要用於少部分微基站中。預計在 5G基站中，後備電源將全部替代成鋰電池。
5G宏基站功率高，對蓄電池的電量需求大：現有基站的功耗較小，5G基站收發單元增加、處理能力 增強，設備功率也大幅增加，參考《5G基站電源解決方案》資料，目前最大的 5G典型功率為大唐， 約為 4940W，隨著工藝進步還有上升的空間，實際功率按照最大功率的 80%測算，約為 4000W。為保 證 5G通信設備能夠穩定使用，一般對宏基站儲備 3-4小時的儲能電量。根據以上資料，我們測算單 個 5G宏基站平均功率為 3400W，儲備 3.3小時的電量，對蓄電池的電量需求為 11.22kWh。
根據工信部資料，2018 年底中國鐵塔已在全國 31 個省市約 12 萬個基站中使用梯次利用電池約 1.5GWh，替代鉛酸電池約 4.5萬噸，折合單個宏基站備用電池帶電量 12.5kWh。此外，中國鐵塔 2019 年半年報數據顯示，目前公司總共擁有 194.5萬個基站（不含室分），基站的儲能容量超過 17.1GWh， 對應單個宏基站備用電源為 8.75kWh。2019年 9月 10日，中國儲能網報導，截至 2019年 9月，中國 鐵塔已經在全國約有 30萬個基站中的備用電源領域中使用梯次利用電池約 4GWh，折合單個基站備 用電池帶電量 13.33kWh。
單個微基站預計後備電源帶電量約為 0.45kWh：微基站分為有後備保障電源及無後備保障電源兩類方 案，其中有後備電源保障方案分為-48V 直流直供、280V 直流遠供、就近配置小微電源等方案，且優 先採用磷酸鐵鋰新電池，參考《陝西聯通微基站後備電源解決方案》數據，216個微基站中有 176個 配備 UPS後備電源，保守估計有後備電源的微基站數量約佔總微基站數量的 70%。根據《鐵塔城區 微基站快速部署的解決方案》（通信與信息技術期刊）資料顯示，一般微基站後備電源保障時長不 超過 3小時，可根據後備時間要求配置不同容量蓄電池，常見有 5Ah、10Ah、20Ah、50Ah。我們以單 站150W的平均功率為基準，保障時長3小時來計算，對應單個微基站對蓄電池的電量需求為0.45kWh， 且有後備保障電源的微基站佔比為 70%。
2019-2025年 5G基站將帶來鋰電池需求增量 155GWh：我們預計 2019-2025年將是 5G基站建設的主要 周期，其中 2019-2022年期間新建基站數量持續提升並達到最高值，對應的儲備電池需求增量逐漸增 加，同時儲備電池將有望由鉛酸電池全部替代成鋰電池。我們預計 2019-2025年期間，基站儲能電池 對鋰電池的需求量分別為 3.9GWh、23.1GWh、28.9GWh、31.4GWh、21.0GWh、23.9GWh、23.1GWh，合 計帶來 155.4GWh的鋰電池需求增量。
5G 應用賦能泛在電力物聯網建設
泛在電力物聯網需要高速可靠的通信保障
2019年 3月 8 日，國家電網召開泛在電力物聯網建設工作部署會議，對建設泛在電力物聯網作出全 面部署安排，加快推進「三型兩網、世界一流」戰略落地實施。國家電網董事長寇偉指出，國家電 網當前最緊迫、最重要的任務就是加快推進泛在電力物聯網建設，建設泛在電力物聯網是推進「三 型兩網」建設的重要內容和關鍵環節。堅強智能電網和泛在電力物聯網二者相輔相成、融合發展， 形成強大的價值創造平臺，共同構成能源流、業務流、數據流「三流合一」的能源網際網路。
通俗地說，泛在電力物聯網就是運用新一代信息通信技術，將電力用戶及其設備、電網企業及其設 備、發電企業及其設備、電工裝備企業及其設備連接起來，通過信息廣泛交互和充分共享，以數字 化管理大幅提高能源生產、能源消費和相關領域安全、質量和效益效率水平。
泛在電力物聯網的提出和建設是內外因素共同推動的結果：隨著我國電網接入電源和負荷種類的增 加，電網拓撲結構已日臻複雜，電網形態和電能交互模式都發生了巨大的變化，電網安全運行壓力 加大，更智能和科學的調度及保護需要更為快捷的信息傳達、處理和交換。同時，輸配電價持續下 降，行政要求一般工商業用電成本不斷降低，都將繼續對電網收入產生負面影響。在此基礎上，通 過精細化管理降本增效是國網必然的選擇。此外，電力市場化交易、綜合能源服務等電網面對的新 商業模式對傳統運行和管理模式帶來巨大挑戰，需要國家電網通過實時互聯的信息化平臺對接供需 雙方，打造多邊市場。
從技術視角看，泛在電力物聯網是工業網際網路思想和架構在電網企業的全方位應用。泛在電力物聯 網包括感知層、網絡層、平臺層、應用層 4 個層次，與工業網際網路的分層體系基本一致。在這一體 系中，感知層採集數據，網絡層傳輸數據，平臺層處理數據，應用層使用數據；數據的獲取、傳輸、 處理、應用是核心，完備高速的通信網絡與計算單元是依託，全面可靠的網絡安全保護是保障。
泛在電力物聯網感知層所採集的電力終端數據至少包括用戶實時用電數據、配電區域實時功率、電 壓、電流等運行數據、配電區域設備運行數據、運檢機器人、無人機實時運檢圖像及數據、調度數 據、輸變電設備運行狀態數據等。採集形成的海量數據需要高速、完備、可靠的通信網絡及時傳輸 至中臺數據中心，5G的應用有望助力這一需求的實現。
5G網絡切片契合泛在需求
網絡切片是 5G 區別於前代通信標準的重要創新點之一。5G 網絡切片是在共享基礎設施上運行的多 個邏輯網絡，綜合了軟體定義網絡（SDN）、網絡虛擬化（NFV）、服務化架構（SBA）與其他自動 化技術，用戶可以通過 SLA（服務等級協議）從運營商定製一張虛擬專屬網絡以滿足個性化的通信 和網絡需求。5G網絡切片具有三大特點：差異化加確定性的 QoS/SLA（服務質量/分級服務協議）保 障、業務隔離性、獨立運行性。
3GPP組織定義了三種關鍵網絡切片類型：eMBB增強型移動寬帶、mMTC海量機器類通信/大規模物聯 網、uRLLC超高可靠超低時延通信。三種關鍵網絡切片類型的特徵如下：
eMBB增強型移動寬帶 Enhanced Mobile Broadband：是傳統 3G和 4G業務的增強，高峰值速率、大傳輸 容量、高移動性。
mMTC海量機器類通信/大規模物聯網 Massive Machine Type Communication：高連接容量、高設備密度。
uRLLC超高可靠超低時延通信 Ultra Reliable & Low Latency Communication：高可靠性、高移動性、超低通 信時延。
eMBB在泛在電力物聯網中的可能應用
智能化無人巡檢：在變電站機器人巡檢、無人機線路巡檢等電力生產管理中的中低速率移動場景中， 通過具備高傳輸速率、大帶寬特性的 eMBB切片，操作人員一方面可以對巡檢機器人、無人機進行移 動/飛行控制，另一方面還能把高清視頻圖像及時回傳到指揮中心做分析處理，在降低人工成本和安 全風險的同時大幅提升巡檢效率。
uRLLC在泛在電力物聯網中的可能應用
負荷的精準控制：相比於傳統意義上整條線路投切的負荷管理方式，精準負荷控制可以在毫秒級的 時間尺度內實現用戶可中斷負荷的柔性管理，並採用雙向協商機制，使得最終用戶因負荷切除受到 的影響降到最低。此外，精準負荷控制可以在區域供電出現較大缺口的情況下實現與用戶側的快速 聯動，實現電源供給與用戶負荷間的精準適配，提升區域電網抵禦風險的能力。針對這一應用場景， 具備超低通信時延和高可靠性的 uRLLC網絡切片較為適用，能夠滿足毫秒級的指令傳輸等通信要求。
配電自動化：在應用 uRLLC 切片的基礎上，配電自動化過程中的信息傳遞時延將進一步降低，可以 有效保障信息傳輸。同時在配電端可以實現或優化多種自動化流程，如故障的毫秒級判別和隔離、 配 網保護裝置的端到端互訪等，將原有的主站集中式處理邏輯逐步改變為各終端互聯互通的分布式處 理邏輯，提升配電網的自動化管理和運行效率。
分布式可再生能源控制：隨著以分布式光伏為代表的可再生能源在需求側逐步大規模、高比例併網， 面向調頻等更短時間尺度的動態需求響應顯得尤為重要。在電力潮流由單向變為雙向的情況下，出 於分布式光伏、分散式風電等可再生能源發電可再生能源發電出力隨機性較強等原因，在用戶側應 實時地對分布式電源和用電設備進行協調控制，這一需求對通信的超低時延提出了要求，也屬於 uRLLC的應用領域。
mMTC在泛在電力物聯網中的可能應用
終端數據採集：電力用戶用電信息的採集當前主要用於計量，主要的傳輸數據包括終端上傳主站的 狀態量以及主站下發到終端的常規總召命令，呈現出上行流量大、下行流量小的特點，現有的各類 用戶終端採用集中器方式，分為 5min和 15min採集方式，採集頻率較低，傳輸實時性較差。按照泛 在電力物聯網的建設要求，未來的終端數據採集不僅包括用電信息採集，還包括配網層面運行數據 和設備信息等數據的採集，對數據採集的數量和頻次的要求相比於現有電網的水平均有相當水平的 提高。使用支持高設備密度和高連接容量的 mMTC 切片可以滿足泛在要求下數據採集的需求，為電 網進一步使用數據並創造附加價值提供必要條件。
投資建議
通信電源：我們預計 5G基站開關電源總價值有望超 300億元，高峰期年市場空間有望超過 50億元， 建議關注國內通信開關電源標的中恆電氣、新雷能等。我們預計 2019-2025年 5G基站將帶來鋰電池 需求增量 155GWh，利好磷酸鐵鋰電池產業鏈，推薦電池龍頭寧德時代、比亞迪、億緯鋰能、國軒高 科等，推薦電池材料龍頭璞泰來、星源材質、恩捷股份、新宙邦等。
泛在電力物聯網：5G應用賦能泛在電力物聯網建設，推薦引領電網智能化、信息化升級的龍頭標的 國電南瑞，建議關注岷江水電；同時建議關注電能採集、配網智能化等標的，推薦海興電力，建議 關注金智科技。
（報告觀點屬於原作者，僅供參考。報告來源：中銀國際證券）
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