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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%，但是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，造成较大的经济损失和社会影响，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联浮充供电方式；（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和低压配电屏组成，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；为了提高通信质量、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转换的核心
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（输入电压较高时）、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、移动基站、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运行，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，起到备用电源作用。
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传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，阀控式密封铅酸蓄电池的缺陷日益凸显，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况，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处理，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，同时对电源系统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，磷酸铁锂电池在能量密度、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广阔。
“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-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里。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，将所有的设备浓缩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天线端，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，预计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盖等场景。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，运营商网络建设成本压力大幅上升，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，特别是后备蓄电池容量成倍增加，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，高压直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。在基站备用电源方面，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V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V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≤m时，建议选择48V直流直供方案；（3）≤m微基站距离信源机房的路由长度≤m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V直流远供方案；（4）在微基站距离信源机房的路由长度≥m时，考虑选用V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会下降，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。MarketsandMarkets预计，-年期间，全球范围内5G小微基站主要用于市内覆盖，到年之后，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广度的覆盖，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，-年达到建设高峰期。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，有望达到万个。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Mbit/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，截至年6月底，中国4G基站共万个。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，而中国移动将为目前的4倍以上。据各运营商年年报数据推测，中国共有至少万个基站需要新建或改造。同时，参考赛迪投资的《年中国5G产业与应用发展白皮书》，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宏基站数量为万个。我们结合相关预测，预计5G宏基站的建设数量将会达到4G基站数量的2倍以上，预计5G宏基站总数量将达到万个。
参考年赛迪投资发布的《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万个。
开关电源市场空间有望超亿元
5G通信基站主设备由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MassiveMIMO（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0-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基站功耗或达到4G基站的3-4倍。
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亿元：根据3AAU+1BBU的典型配置方案，5G基站的典型功耗约为3-W，电流容量约A，按峰值功率考虑，需要配置至少48V/A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值约-亿元，高峰期年市场空间有望超过50亿元。
-年锂电池需求或超GWh
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：现有基站的功耗较小，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，约为W，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0W。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3W，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，年底中国铁塔已在全国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，中国铁塔年半年报数据显示，目前公司总共拥有.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。年9月10日，中国储能网报道，截至年9月，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、V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，个微基站中有个配备UPS后备电源，保守估计有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W的平均功率为基准，保障时长3小时来计算，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GWh：我们预计-年将是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，基站储能电池对锂电池的需求量分别为3.9GWh、23.1GWh、28.9GWh、31.4GWh、21.0GWh、23.9GWh、23.1GWh，合计带来.4GWh的锂电池需求增量。
5G应用赋能泛在电力物联网建设
泛在电力物联网需要高速可靠的通信保障
年3月8日，国家电网召开泛在电力物联网建设工作部署会议，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”建设的重要内容和关键环节。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“三流合一”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、发电企业及其设备、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全、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，电网拓扑结构已日臻复杂，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*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。在此基础上，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电数据、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、输变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实现。
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，综合了软件定义网络（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属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、独立运行性。
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。三种关键网络切片类型的特征如下：
eMBB增强型移动宽带EnhancedMobileBroadband：是传统3G和4G业务的增强，高峰值速率、大传输容量、高移动性。
mMTC海量机器类通信/大规模物联网MassiveMachineTypeCommunication：高连接容量、高设备密度。
uRLLC超高可靠超低时延通信UltraReliableLowLatencyCommunication：高可靠性、高移动性、超低通信时延。
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，另一方面还能把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
负荷的精准控制：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实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、配网保护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在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以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据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容量的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。
投资建议
通信电源：我们预计5G基站开关电源总价值有望超亿元，高峰期年市场空间有望超过50亿元，建议