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华为新方案为5G基站“降功耗”,还打开了8000亿元商业市场

 华叔聊科技 2021-01-21

还记得前几天华叔发了一张5G和4G基站的功耗对比图嘛,结果让人瞠目结舌!

5G单站功耗是4G的2.5~3.5倍,单站满载功率近3700W,需对现网电源、配套进行提前扩容。

5G电费悲剧,原4G  6个RRU共耗电30A,平均一个5A,现在只增加了一台5G AAU,直接飙到50A,一台AAU就耗电20A。假如三台AAU全上,直接给电网打工了。

这不仅仅是电费高低端问题。这么大的功耗,对蓄电池的放电时间肯定会大幅缩短,一旦大面积停电,就是大量的退服;供电线的线径要加粗,室内保障AAU的直流电就更难了。

可以说,功耗问题和供电问题已经是现阶段5G一个无法回避的“顽疾”。

此前,华为和铁塔合作了一个的“不改市电、不动配电”的方案。

但其实这个“不改市电、不动配电”的方案就是额外加一个“充电宝”,当模拟加载5G业务时,负载峰值超过限功率点,锂电参与负载供电,达到智能削峰的效果;负载闲时,锂电立刻转均冲,补充电量。

但有人驳斥这种做法,降低早期建设电网改造成本只是权益之计,并不能真正降低整个系统的功耗。反而会因为新增的电池部分增加整个系统的功耗。

“充电宝”在运行过程中,要反复涉及电能——化学能——电能的转化,而每一次能量转化,都会浪费掉很多能量。这种做法不仅无助于降低电费,反而会因为把系统搞得更复杂,增加电费!

华叔对华为的5G基站“充电宝”方案有不同看法,上面的老铁讲法无法判断对与错,这里都是通过假设判定的,实际情况还需实际考证。“充电宝”作用不一定是在高负载情况为基站供电,也可能用于应急场景,在大面积停电等状况提供应急用电,避免造成大量的退服情况。

更好了解5G基站耗电问题,我们不妨拆解5G基站“耗电元凶”——AUU

一个5G AAU上塔,也给原有的站点配套提出了新的要求,背后可能将涉及到对整个基站配套系统的升级改造,可谓牵一发而动全身。

通常,一个基站站点的配套系统主要包括铁塔、外市电引入、交流配电箱、整流器、直流配电、蓄电池组等部分。

在AAU 上塔之前,通信设计工程师们需首先对这些配套系统进行逐一勘测、计算和重新设计,并实施改造升级,才能开通5G站点。

别看基站好像旗杆一样,插上去就能使用,前期工作非常繁琐:

1、天面改造

通过新增抱杆或新增铁塔平台,来安装AAU设备。但考虑一些地面塔因平台已装满,或承重不够,而无法进行改造,这就需要对铁塔上的现有天线进行合路改造。

2、增容外市电

若外市电引入容量小于基站内设备的总功耗(包括现有设备、新增设备、蓄电池、空调和照明等功耗),则需要对外市电进行增容,并需核实增容后空开容量、引入电缆截面规格等能否满足要求,若不满足还需更换更大容量的空开和更新市电引入电缆。

外市电引入改造通常周期长、费用高,改造周期长达3-6个月,改造费用动辄几万。

3、升级交流配电

基站交流配电箱容量与市电容量是相匹配的,当市电增容后,交流配电箱主开关容量和相关连接电缆也应升级更换。同时,当基站新增开关电源或空调时,也需新增空开数量。

4、扩容开关电源

若现有设备负荷+新增设备负荷,并考虑蓄电池容量,大于总的整流模块容量,还需对整流模块进行扩容。

在对整流模块进行扩容时,通常会面临以下问题:

·新增整流模块必须与原有型号一致,一些老模块价格昂贵。

·若开关电源柜槽位已满或空间不足,需替换或新增开关电源。

5、扩容蓄电池

基站新增设备后,蓄电池组也需扩容,但传统电池体积大、重量重,给机房空间和承重能力带来了挑战。

6、新增空调

若新增设备后,现有的空调冷量无法满足需求,还需根据负荷情况新增或更换空调,这同样会给有限的机房空间带来挑战。

此外,与4G时代一样,基站BBU和AAU分离,还存在AAU拉远供电问题,需根据BBU和AAU之间的线缆长度,考虑供电电缆线径能否满足线损、压降需求。

总的来讲,5G建设,配套先行。一个AAU设备上塔背后可能涉及到整个基站的配套改造升级,这是一项复杂繁琐、成本高、时间周期长的工程。

华为方案在5G AAU拉远场景下只考虑AAU供备电,高防护等级的全系列室外刀片可实现与AAU同场景应用,支持零占地极简部署。

传统电源简单的供备电功能无法满足5G时代的需求,站点能源需要以电源为中心,实现电源与站点设备的协同(电池、空调、市电……)、电源与网络负载联动。5G时代实现传统电源向智能电源的演进。

这时候,5G基站对传统铅酸电池能量密度低,重量重、体积大、循环性能弱、大倍率放电实际放出容量小等缺点,难以满足。

相对铅酸电池,长循环、大倍率、体积小、重量轻等优点的驱动锂电在通信领域取代铅酸电池。

智能锂电(驱动锂电)有着优异循环及倍率性能,通过智能削峰减少市电改造,通过错峰用电降低客户电费,通过大倍率放电实现精细配置应对短时备电。

随着5G基站建设进程加快,对储能电池的需求将大幅提升。中国共有至少1438万个基站需要被新建或改造,市场至少存在155GWh电池的容纳空间。

目前,锂电池行业产能过剩严重,整体呈现“多、散、乱”的局面,但不代表所有企业都处于这样的局面,龙头企业在产品技术水平、成本管控、生产管理体系上有达到国际领先水平。

截至2018年底,中国铁塔已在全国31个省市约12万个基站使用梯次电池约1.31GWh,替代铅酸电池约4.5万吨,相当于3.3万辆电动车的退役电池,目前运行情况良好,全部为磷酸铁锂电池。

2006年,国轩高科股份有限公司注资10亿成立全资子公司合肥国轩高科动力能源有限公司,其主要产品为磷酸铁锂材料及电芯、三元电芯、动力电池组等。

合肥国轩作为国内磷酸铁锂电池的代表企业,多年来不断提升磷酸铁锂电池技术,同时不断降低制造成本,使其磷酸铁锂电池在新能源乘用车、客车和专用车等领域得到广泛应用,动力电池装机总电量排名行业前三。

与此同时,合肥国轩也积极开拓储能市场,开发各种针对储能应用场景的低成本磷酸铁锂电池,而此次与华为签署合作协议,为华为开发制造所需的锂电池产品,很有可能就是在为华为5G通信基站建设做准备。

国轩高科瞄准磷酸铁锂加大研发投入,对于补贴下调要有准备。国轩高科计划2019年将磷酸铁锂单体电芯能量密度最高提升至接近200Wh/kg,以应对新政策的调整。

磷酸铁锂电池稳定性较高,储能密度介于三元锂电池与铅酸电池之间,除了可以用作乘用车动力电池外,还适合于为通讯设备供电、甚至是用作国家电网储能单元。国轩高科的电池产品可作为中国铁 塔通讯基站用储能电池。

从性能上来看,磷酸铁锂电池寿命比铅酸电池长得多,铅酸电池平均循环寿命在充放电300次左右,而铁锂电池则可以达到2000次以上。此外,铁锂电池更加安全,不会出现爆炸,而且可以实现大电流快速充放电。同时,磷酸铁锂电池更耐高温,电热峰值可达350℃到500℃,在实际应用中,可以取消电池恒温箱的使用。

目前看来,影响磷酸铁锂电池大规模应用的首要因素是价格。目前市场上的主流磷酸铁锂电池价格平均比铅酸电池高两到三倍,甚至超过五倍。如果铁锂电池确实能达到10年的使用寿命,那相对铅酸电池2年的寿命来看,投资回报也还可以。但在实际当中,运营商们仍然觉得目前的价格太贵。

如果把中国移动现有的普通铅酸电池全部替换成磷酸铁锂电池,市场规模高达8000亿元,如果将联通和移动都纳入更换电池之列,这里的市场规模将无法估量。

除了国轩高科以外,大家可以赣锋锂业、中国宝安、海利得、众和退、士兰微、南都电源、澄星股份、中国动力等个股,这些个股都参与磷酸铁锂电池的相关研究,甚至实现磷酸铁锂电池量产。

5G基站建设是一个漫长的过程,一个5G基站一年电费1万多,1438万个5G基站,全年电费大约1500亿,如果按照现在这个套路大规模推广,5G除了能让华为中兴、相关电池、天线、射频厂家富起来之外,电力公司也是隐形大赢家。

另外,华叔将推出自制华为5G指数帮大家挖掘里面投资机会,请各位密切留意更新。

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