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5G基站建设开启 百亿低压电器需求爆发

北极星输配电网  来源:未来智库    2020/2/12 11:49:01  我要投稿  
所属频道: 电网建设  关键词:交流配电箱 低压电器 5G

北极星输配电网讯:5G 建设蓄势待发,预计 2020 年开启大规模基站建设。随着 5G 商用牌照的发放,各大运营商已经开始加紧部署 5G 基站。目前国内三大运营商已经明确 19 年 5G 投资预算,共计达到 410 亿元,中国移动、中国联通和中国电信的预算分别为 240/80/90 亿元。中国移动计划今年新建 5G 基站 5 万个,在全国超过 50 个城市实现 5G 商用,并在 2020 年 将 5G 网络覆盖范围进一步扩大;中国联通和中国电信可能会在部分地区采取共建 5G 网络的方式, 以降低单个运营商的投资成本。5G 建设有望在明年进入规模化建设周期,根据三大运营商的规划, 5G 基站部署将在东部沿海地区和华中地区首先展开,并向西扩展,逐渐实现全国覆盖。

5G 建设按照产业链可以划分为基站系统、网络架构、终端设备和应用场景四个部分。预计 2019-2025 年将是 5G 建设的主建设期,其中基站建设作为 5G 网络的基础,相比于网络架构、应用场景等部分, 将是最早开始建设并完工的部分。19 年三大运营商预计将建设超过 10 万个 5G 宏站,并且已经在 北京、上海等多个城市实现了成功试商用,预计 2020 年全国将新建 5G 宏站 70-100 万个,正式开 启基站建设高峰;大家判断宏站建设的高峰时间为 2020-2023 年,小微基站和室内站点的建设将会 持续至 2025 年。

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基站数量大幅增长,投资规模有望过万亿

根据中国联通发布的《中国联通 5G 基站设备技术白皮书》,5G 通信系统设计指标与 4G 网络相比, 各项性能指标大幅提升,5G 基站设备单站处理能力相比 4G 基站设备提升了几十倍至上百倍。与之 相对应,5G 基站设备的功耗将大幅提升,现有的机房电源和配电设施将无法满足新增 5G BBU 和 AAU 设备的供电需求,对供电设备包括交流配电箱、断路器、电源切换装置、浪涌保护器等均需要 进行新建或者改造。此外,由于 5G 系统设计目标很高,为了满足各类超高带宽、超低延时的业务 需求,5G 基站数量相比 4G 需要大幅增加,使得投资规模进一步扩大。

根据目前中国移动和中国联 通公布的建设方案,在未来较长时期内,将是 5G 和 4G 两张网并存,协同运行,满足用户对数据 业务和语音业务的需求;这也就意味着,5G 基站的低压配电系统将主要依赖于新建,现有的 4G 基 站由于市电引入容量不足和配电回路低压电器规格较小等原因,无法同时向 5G 设备负载供电。

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截至 19 年上半年,三大运营商在全国共建成了 4G 宏基站 437 万个,其中中国移动占比约一半,根 据 4G 建设主周期 2014-2017 年间三大运营商的无线网络资本支出进行测算,在 4G 建设周期运营 商累计的无线网络建设支出为 6568 亿元,考虑到期间仍有部分 2G、3G 网络的补盲和加强覆盖等 工程,保守估计其中 85%的资本开支为与 4G 网络建设相关,则主建设期间的投资达到了 5583 亿 元;根据赛迪顾问的预测,5G 建设的投资预计将会超过一万亿元,是 4G 投资的两倍。

目前 4G LTE 的主要频段是 1.8GHz~1.9GHz 和 2.3GHz~2.6GHz,而 5G NR 的主要频段是 3.4 GHz~3.6 GHz 和 4.7 GHz~4.9 GHz,电磁波频率越高,传播损耗越大,使得在相同情况下 5G 基站 的覆盖半径将小于 4G 基站,因此相比 4G 需要更为密集的基站覆盖。考虑到 massive MIMO 等新 技术的使用将使得 5G 基站天线的增益显著增强,大家预计 5G 宏基站数量将是 4G 基站的 1.1-1.5 倍左右,取中值进行计算则 5G 宏基站数量将达到 568 万个。此外,为了满足下游各类低延时、高 带宽应用的需求,还需要数量众多的小微基站配合,预计小微基站的数量将超过 900 万个。因此, 在整个 5G建设时期,预计共计将建设超过 1400万个基站, 19 年的 5G基站规划数量仅占 1%左右。

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对于 5G 基站建设而言,无论是设备功率大幅提高的宏基站,还是数量众多的小微基站,均需要低 压配电系统进行供电。从目前三大运营商的规划来看,由于未来较长时间内将是 4G+5G 两张网并 存运行,使得基站配电系统将主要来自于新建,而不是在现有 4G 基站供电系统重复利用,这也就 意味着在 5G 基站主建设期,将带来超过百亿的低压电器增量需求。

百亿低压电器增量需求来临,国产品牌大有可为

单站功率提升+宏站数量增加,5G 建设新增百亿低压电器需求

通信基站的供电系统是由市电引入,通过交流配电箱、开关电源转换为48V直流后连接到基站设备。基站设备通过馈线/光纤连接到铁塔上的天线。此外,在绝大部分基站中还配有移动/固定式小型柴油 发电机组作为备用电源,作为市电中断时的应急供电,为此需要配置额外的双电源自动转换开关。 基站设备的内部结构主要包含:BBU、射频(RF)单元、功率放大器(PA)、主电源、天线接口、 散热系统等,其中 BBU 包含控制单元、传输单元和基带处理单元等,主要负责信号滤波、OFDM、 调制解调、频域处理(符号映射/解映射和 MIMO 均衡等)、CPRI、DPD(数字预失真处理)等功能。 根据以上结构大家将基站功耗分为三大类型:传输功耗、计算功耗和额外功耗。

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对于传统 2G/3G/4G 基站,由于基站的计算能力较小,通常传输功耗大于计算功耗,也就是说 BBU 功耗小于 PA 和 RF 部分功耗,因此传统基站提升能效的办法主要集中在减少传输功耗,例如在闲时 关闭部分载频和射频部分来实现节能减排。

在 5G 通信中,尽管单位流量的功耗大幅降低,但由于 5G 的流量远远大于 4G,5G 设备功耗相比 4G 大幅增长。密集分布的小/微基站和 Massive MIMO 天线是 5G 基站区别于 4G 基站的两大主要特 征:一方面,Massive MIMO 本身是以更高的计算成本为代价降低传输功耗;而小基站覆盖范围小, PA 更低,也意味着传输功耗更低;另一方面,由于 5G 传输速率将成倍提升,5G 基站将处理海量 数据,且随着 5G 业务的不断发展,5G BBU 的计算功耗将逐渐上升。因此,在 5G 时代,基站的计 算功耗将大幅提升,超过传输功耗。

大家预计,5G 基站的计算功耗将随着带宽的增加而不断上升,还将随着 Massive MIMO 天线数量增 加而不断上升,例如 64T64R AAU 最大功耗将会达到 1000~1600W,BBU 最大功耗将达到 2000W 左右。此外,一站多频将是典型配置,而一站多频将导致整站最大功耗超过 11kW,考虑到同一基站 中通常会放置两个或者三个运营商的设备,则交流配电箱的负载将会达到 25-35kW,远超 4G 时代 10-15kW 的负载功率。即使是在 5G 部署早期,不考虑毫米波频段,采用小于 6GHz 频段与 2/3/4G 基站共站部署,5G 单站功耗也将倍增,带来大量对低压电器的需求。

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根据中国通信协会对 5G 基站供电及制冷技术的研究,典型 5G 宏站的单频配电至少需要 2 路 100A 市电输入。现有 4G 基站中 63A 和 100A 的市电引入均有采用,并以 63A 规格居多;因此,现有基 站交流配电箱无法满足 5G 设备供电的需求,需要扩容或者新建。无论是采用哪种方案,对于交流 配电箱中主回路断路器、自动转换开关的需求量是基本一致的,仅在空调、照明等环控负载回路上 所需配置的断路器规格和数量上有所区别。考虑到 5G 设备热耗的大幅增加,实际机房制冷负载功 率可能显著提升,也会增加在负载端对低压电器的需求。

参考 4G 建设时期三大运营商的基站用交流配电箱招标文件,大家对 5G 宏基站单站交流配电部分的 低压电器用量进行了测算。考虑到部分 5G 站点会和 4G 基站共用机房,现有制冷、照明等环控设备 仅需扩容而不是完全新建,出于审慎原则,大家在测算中未考虑 5G 设备热耗大幅增加导致的制冷 设备功率提升等因素, 仅考虑了由于 5G通信设备功耗提升带来的主回路断路器等器件规格的增加。

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根据大家在前文对 5G 宏站数量的预测,预计总计将建成宏站 568 万个。根据中国铁塔《基站通信 电源系统配置引导意见》,在城区、郊县区域基站建议采用蓄电池组+移动发电机组作为后备电源; 农村基站根据安装条件选择蓄电池组+移动发电机组或固定发电机组;固定发电机组应设置市电/油 机自动转换开关,移动发电机组可设置手动转换开关。因此,大家按照 30%的宏站配有电源切换箱, 其余宏站仅设置交流配电箱和浪涌保护器进行计算,则总市场规模为:4979*70%*568 万 +11126*30%*568 万=388 亿元。大家预计 5G 基站建设主建设期为 5 年,并在 2020 年正式进入建 设高峰,则每年新增低压电器需求 70-80 亿元。

目前室外宏基站建设中,三大运营商主要负责传输设备、无线主设备及其馈线系统、以及传输设备 和无线主设备的电源连接;中国铁塔则负责机房及附属设施、市电引入、机房配套、铁塔及天面配 套。室内小微站点建设中,三大运营商主要负责传输设备、传输配套设备配套无线主设备,以及无 线设备至路由器端口的连接配套传输设备及无线主设备的电源连接;中国铁塔则负责电源系统、接 地系统、空调系统、监控系统等。从工信部和国资委对铁塔企业与运营商的分工来看,交流配电箱 将主要由中国铁塔作为项目业主方进行招标,在基站实际建设过程中,大家发现铁塔企业和三大运 营商在近几年均有基站用交流配电箱的招标情况。

随着本次中美贸易争端的持续,在政府主导的投资项目和基础设施建设中,对产品安全可靠的需求 愈发强烈,国产品牌在此方面的优势明显。考虑到 5G 基站是未来无线通信网络的关键基础设施, 大家预计在交流配电环节铁塔企业和三大运营商在同等条件下采用国产中高端品牌的倾向将远强于 4G 建设时期。此外,从目前低压电器产品的市场价格来看,在相同技术参数下,国产品牌的价格只有外资标杆施耐德价格的 70%左右;根据赛迪顾问等第三方咨询机构的测算,5G 建设总投资将会 超过一万亿元,对于运营商来说有较大的资本支出压力,大家认为,具备明显性价比优势的国产低 压电器品牌将会在本轮建设期占据大部分的市场份额。



原标题:5G基站建设开启,百亿低压电器需求爆发

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