“碳中和”趋势下全球网络能源大变局拉开序幕.pdf

碳中和”趋势下，全球网络能源大变局拉开序幕 证券分析师 侯宾 联系电话： 17610770101、 010-66573032 联系邮箱： 执业证号： S0600518070001 日期： 2021年 03月 26日 证券研究报告 2 目录 序章：碳中和趋势下，网络能源成发展重点 第一章： 网络能源的概述，产业价值和产业链位置 第二章： 行情：对于 5G，基础设施优化转型是关键 第四章：投资建议 第三章： 行情：网络能源公司的核心竞争力 第五章：风险提示 3 “碳达峰、碳中和”行动方案出台，能效管理成为重点 全球生态环境意识进一步加强 ， “ 碳中和 ” 成为全球趋势 。 气候雄心峰会上 ， 45个国家作出了提高国家自主贡献新承诺 ， 24个国 家提出了碳中和目标 ， 占全球温室气体排放量 65%、 世界经济总量 70%的国家都将成为 “ 碳中和 ” 的一员 。 其中 ， 美国 、 加拿大 、 英国 、 法国 、 德国 、 日本 、 韩国 、 新西兰等国均宣布于 2050年前完成 “ 碳中和 ” 。 全球范围内 ， 能源系统转型将引来巨大机遇 。 “ 碳达峰 ” 是基础前提 ， “ 碳中和 ” 是最终目标 ， 供给 、 需求双管齐下 。 中国能源改革已有具体目标与行动方案 。 气候雄心峰会 上 ， 中国宣布 ， 到 2030年 ， 单位国内生产总值二氧化碳排放将比 2005年下降 65 以上 ， 非化石能源占一次能源消费比重将达到 25 左右 。 3月 1日 ， 国家电网出台具体行动方案 ， 供给 、 需求双管齐下 ， 重点聚焦能源替代 、 能效管理 。 表：国家电网 “ 碳达峰 、 碳中和 ” 行动方案具体内容 一 、 供给 、 需求端双管齐下 供给侧 （ 1） 大力发展清洁能源 （ 2） 加快煤电灵活性改造 （ 3） 加强系统调节能力建设 （ 4） 加快能源技术创新 需求侧 （ 1） 强化能耗双控 （ 2） 加强能效管理 （ 3） 加快电能替代 （ 4） 挖掘需求侧响应潜力 二 、 6个方面 ， 18项工作 推动电网向能源互联网升级，着力打造清洁能源优化配置平台 （ 1） 加快构建坚强智能电网 （ 2） 加大跨区输送清洁能源力度 （ 3） 保障清洁能源及时同步并网 （ 4） 支持分布式电源和微电网发展 （ 5） 加快电网向能源互联网升级 推动网源协调发展和调度交易机制优化，着力做好清洁能源并网消纳 （ 1） 持续提升系统调节能力 （ 2） 优化电网调度运行 （ 3） 发挥市场作用扩展消纳空间 推动全社会节能提效，着力提高终端消费电气化水平 （ 1） 拓展电能替代广度深度 （ 2） 积极推动综合能源服务 （ 3） 助力国家碳市场运作 推动公司节能减排加快实施，着力降低自身碳排放水平 （ 1） 全面实施电网节能管理 （ 2） 强化公司办公节能减排 （ 3） 提升公司碳资产管理能力 推动能源电力技术创新，着力提升运行安全和效率水平 （ 1） 统筹开展重大科技攻关 （ 2） 打造能源数字经济平台 推动深化国际交流合作，着力集聚能源绿色转型最大合力 （ 1） 深化国际合作与宣传引导 （ 2） 强化工作组织落实责任 数据来源：国家电网， 东吴证券研究所 4 “碳达峰、碳中和”行动方案出台，能效管理成为重点 能源系统绿色转型潜力巨大 ， 提升电源效率是当务之急 。 据 关于 2019年国民经济和社会发展计划执行情况与 2020年国 民经济和社会发展计划草案的报告 披露 ， 2019年我国非化石能源在一次能源中消费占比 15.3%， 距离 2030年 25%的目 标还有较大提升空间 。 然而 ， 短时间内大幅降低化石能源消费较为困难 。 国家统计局数据显示 ， 中国 2015-2020年火力 发电占比平均每年下降 1%。 作为借鉴 ， 世界银行数据显示 ， 美国的火力发电占比在 1986年下降至 72%后经历了回升 ， 2010年后才稳定低于 70%。 可见能源替代的进程也许需要数十年的历程 。 因此 ， 以数字化 、 智能化手段进行能效管理 、 提高电源的综合利用效率是当务之急 。 数据来源：国家统计局，世界银行， 东吴证券研究所 图： 2001-2020中国发电结构 图： 1962-2015美国发电结构 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 煤炭 天然气 石油 核能 水力 其他 火力 79%80%83%81%82%83%83%78%80%79%81%78%78%76%74%72%72%71% 70%69% 19%17%15%16%16%15%15%17%17%17%15%17%17%19% 19%19%18%17% 17%17% 2% 2% 2% 2% 2% 2% 2% 5% 3% 4% 4% 4% 5% 6% 7% 8% 10% 12%13%14% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 其他 水电 火电 5 第一章： 网络能源的概述，产业价值和产业链位置 6 1.1.1 网络能源是通信网络的关键环节 数据来源： 华为官网 ，维谛技术官网，科信技术官网，东吴证券研究所整理 UPS电源 嵌入式电源 用于直接安装在 通信 设备 机柜为 通信设备供电。 储能电池 空调 一体化方案 站点电源（室内 或室外） 智能削减峰值负 载，远程在线维 护。 一体化电源 电源 /电池灵活配 置，扩容便利，满 足不同场景需求。 精密空调 包括房间级、列 间级与列间级精 密空调，保障数 据中心运行环境 并提供最高能效 水平。 蒸发自然冷空调 结合了高效的热 交换器和先进的 控制装置，降低 风险并简化热管 理 磷酸铁锂电池 华为“一站一 柜”解决方案 采用高度一体化 设计，智能电源 +智能锂电，数 字化部件，高效 维护。 维谛微型数据中心 提供一体化解决 方案，集电源、 制冷、监控系统 和机柜于一体， 能够满足特殊环 境和需求。 三元锂电池 单位重量下电容 量大，放电功率 高，可快速充电 且循环寿命长， 在高温与高热环 境下的稳定性 高。 能量密度高 振实密度高 电压平台高 图：网络能源相关产品 网络能源是通信网络的关键性基础设施之一，用于解决如何在数据量爆发式增长，超大规模数据中心倍增的情况下，借助 智能化等一系列技术手段降低数据中心能耗的问题。 网络能源产品根据用途可分为基站能源与数据中心能源两类。产品细分领域涵盖 UPS电源、储能电池及空调，目前，维谛 技术（艾默生）等龙头公司已开始为网络能源提供整体化的解决方案。 7 数据来源： Global Market Monitor， CCID Capital，东吴证券研究所整理 1.1.2 网络能源产业链向上对接原材料商，下游面向基站、 IDC厂商 网络能源类企业处于产业链中游。 上游主要由 UPS电源、锂离子电池和 空调的原材料组成 。 中游主要产品为 UPS电源、锂离子电 池、空调。中游企业主要有维谛技 术、艾默生、科信技术以及科创新 源。 下游主要分为宏基站、 IDC机房两部 分。其中，中兴通讯、华为、爱立 信、诺基亚等企业为宏基站提供商； 宝信软件、光环新网、奥飞数据、数 据港等为 IDC机房提供商。 图：网络能源产业链 8 1.2 IDC耗电量激增，机房空调和 UPS电源是主要来源 图：数据中心用电量占全球总用电量比例（单位： %） 数据来源： 中国电子技术标准化研究院 ，东吴证券 研究所 2% 5% 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 2017 2020 全球总用电量占比 图： 2012-2030 年中国数据中心耗电量（单 位：亿千瓦时， %） 数据来源： 中国电子技术标准化研究院 ，东 吴证券研究所 图： 2016年国内数据中心能耗占比 数据中心已成为全球最大的能源消费者 之一。从 2017至 2020年，数据中心用电 量占全球总用电量的比率从 2%升至 5%。 随着数据中心建设体量的增加 ， 我国的数据 中心市场耗电量将持续走高 ， 中国电子技术 标准化研究院预计到达 2030年 ， 数据中心耗 电量将达到 4115.3 亿千瓦时 。 我国中小型数 据中心年耗电量超过全社会用电量的 1.5%。 数据中心的能耗除了设备损耗外，主要来 源于机房空调、 UPS电源及配电系统，其 中机房空调的能耗约占总功耗的 30%， UPS电源占 13%。 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 80.00% 90.00% 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 2012 2016 2020 2025E 2030E 中国数据中心耗电量（亿千瓦时） 增长率 50% 13% 5% 30% 2% 设备损耗 UPS损耗 配电系统损 耗 空调损耗 照明及其他 数据来源：中国通信学会通信电源委员会， 通信电源人公众号， 东吴证券研究所 9 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021E2022E 全球 IP流量（ PB/月）全球 IP流量（ PB/月） 1.3.1 IDC景气度上升，得益于云计算规模扩张与 IP流量陡增 云计算市场持续放量， IDC行业景气度上升，数据中心作为企业业务系统与数据资源的基础支撑和载体，急需解决如何 借助智能化等一系列技术手段降低数据中心能耗。根据 Gartner预测， 2023年全球云计算市场规模将超过 3500亿美元， 为 2018年市场规模 1558亿美元的 2.31倍。 图：中国数据中心保有面积（单位：万平方米， %） 数据来源： 中国电子技术标准化研究 院，东吴证券研究所 图：全球云计算市场规模（单位：亿美元， %） 数据来源： Gartner，前瞻产业研究院， 东吴证券研究所 远程办公和线上 会议需求量激增 5G增加对网络 交换设备的需求 IP流量和数据量 的持续增长 IDC等设备资源 的需求量增加 图：全球 IP流量 数据来源： Wind， 东吴证券研究所 0.00% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00% 25.00% 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 2018 2019 2020 2021E 2022E 2023E 全球云计算市场规模（亿美元 ) 增长率 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 80.00% 90.00% 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 2012 2016 2020 2025E 2030E 中国数据中心保有面积（万平方米） 增长率 10 1.3.2 IDC高能耗问题拉动精密空调市场规模扩张 数据来源：工信部 ， Wind， 东吴证券研究所整理 表： 2019工信部国家工业节能技术应用指南与 案例所统计精密空调参数 年节能率 30% 实际制冷效率 3.36 以上 推广应用比例 30% 节能效果 1.485tce/a 减排效果 4.01 万 t/a 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 超大型数据中心 大型数据中心 规划在建超大型数据中心 规划在建大型数据中心 全国数据中心 PUE 国际先进水平 图：全国数据中心 PUE 数据来源： 工信部 ，东吴证券研究所 PUE = 数据中心总设备能耗 /IT设备能耗 评价数据中心能源效率的指标 ,是数据中心消耗 的所有能源与 IT负载使用的能源之比 。 我国数据中心 PUE与国际先进水平 （ PUE 1.3） 仍 有巨大差距 ， 能耗问题仍较为严峻 。 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 2018-08 2019-01 2019-06 2019-11 2020-04 2020-09 国内家电线下市场节能空调渗透率 国内家电线上市场节能空调渗透率 图：国内市场节能空调渗透率（单位： %） 2019年 ， 我国家电线上线下市场节能空调的渗 透率相比于 2018年有较大提升 ， 精密空调市场 逐步扩大 ， 工信部预计未来 5-8年 ， 节能空调的 比例将占据整体市场 90%以上的规模 ， 未来数 据中心将可能向更高密度机柜方向发展 。 根据工信部 2019年发布的国家工业节能技术应 用指南与案例 ， 精密空调年节能率可达 30%， 实际制冷效率提升到 3.36 以上 。 工信部预计未 来 5年 ， 推广应用比例可达到 30%， 可形成节能 1.485tce/a， 减排 CO2 4.01 万 t/a。 11 1.4 UPS应用场景广泛，产业数字化转型带动下持续放量 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 0 20 40 60 80 100 120 2017 2018 2019 2020E 2021E 2022E 中国市场 UPS销售额（亿元 ) 同比增长 (%) 图：中国市场 UPS销售额 数据来源： 赛迪顾问 ，东吴证券研究所 2017至今中国市场 UPS销售额始终保持上涨趋 势 ， 2019年受经济下行趋势影响 ， UPS销售额 增速下降 ， 但 2019年至今随物联网 、 云计算等 信息技术的发展和产业数字化转型升级 ， 国内 市场 UPS销售额增速持续上升 ， 据赛迪顾问预 计 ， 2022年销售额有望达到 96.4亿元 ， 同比增 长 9.6%。 17.60% 15% 14.10%11.20%9.40% 8.90% 6.60% 17.20% 电信 互联网 金融 政府 交通 制造、电力及石油石化 医疗 其他 图： 2019年中国市场 UPS应用场景（按销售额） 数据来源： 赛迪顾问 ，东吴证券研究所 UPS用于为电源稳定性要求较高的设备提供不间断电源 ， 目前应用场景主要为 电信 、 互联网 、 金融行业 。 未来随着产业信息化进一步发展及政府对新建数据 中心标准更加严格 ， UPS的场景应用范围将更加广泛 ， 需求量将逐渐增加 。 随大型数据中心数量增加 ， UPS市场呈现大功率化趋势 。 2019年 200kVA以上 超大功率 UPS市场占比高达 36.8%， 销售额为 26.6亿元 ， 同比增长 15.7%。 图： 2019年 UPS功率结构（按销售额） 数据来源： 赛迪顾问 ，东吴证券研究所 36.80% 7.00%8.40%11.80% 9.60% 10.00% 9.60% x200kVA 100kVAx200kVA 60kVAx100kVA 20kVAx60kVA 10kVAx20kVA 3kVAx10kVA x6万 21万 31万 15万 10万 25万 中国移动 5万 18.8万 35万 13.8万 16.2万 30万 总计 11万 39.8万 66万 28.8万 26.2万 55万 数据来源：三大运营商财报 ， 前瞻产业研究院， 东吴证券研究所 表：三大运营商 5G基站建设进度（单位：个） 图： 5G基站年耗电量测算（单位：亿度） 2019年工信部发放 5G商用牌照， 2020年是我国 5G 独立组网规模商用元年。 三大运营商大力开展 5G 基站建设。 参考 4G基站建设周期，前瞻产业研究院预计 2021 将新增 134万个 5G基站， 到 2025年全国将累计建成 163万个 5G基站。 随着基站数量的增长，对电源、 制冷等设施的需求将大幅增加。 5G基站主要由宏基站、小基站和配套设施组成。 其中，配套设施包括电源、蓄电池等供电设备、空 调等制冷设备、光纤、铁塔和机房等其他设备。目 前主要运营商的 5G基站主设备空载功耗约 2.2千 瓦，满载功耗约 3.8千瓦，是 4G单站的三倍左右。 0 50 100 150 200 4G基站（含小站，万个） 5G基站（含小站，万个） 图：每年新建 4G基站、 5G基站数量图： 5G基站的基本组成 2.2.1 5G商用，运营商基站建设节奏加快 ,电源需求剧增 2019-2025 CAGR： 77.53% 42.14 230.13 489.42 797.34 1024.22 1186.28 1315.93 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 18 2.2.1 5G升级导致功耗大增， 90%存量电源需要改造 5G基站设备功耗约为 4G设备的 3-4倍 ， 导致 90%存量电源需要改造 。 功耗较高的原因是： （ 1） 高带宽 、 高流量 、 高发射功率； （ 2） 收发通道数增多 。 因此 ， 5G设备需要更大的电池容量以及散热容量 。 中国移 动设计院信息能源所表示 ， 90%存量电源需要改造 。 5G基站供电面临多项痛点 ， 电源智能化 、 一体化成为出路 。 目前基站电源面临着基站无空间 、 配电难扩 容 、 温控难扩容 、 更换复杂 、 新能源接入难等多项难题 。 因此当务之急是在有限空间内对电源效率进行 提升 。 智能化电源 、 软件定义电源 （ SDP） 等措施成为了出路 。 数据来源：中国移动， 中国通信学会通信电源委员会 ， 东吴证券研究所 整理 表： 4G、 5G基站设备功耗对比 设备 类型 信号带 宽 （ MHz） 额定 功耗 （ W ） 平均运 行功耗 （ W） 空载功 耗 （ W） 4G (8通道 120W) 60 1100 722 560 5G (16通道 240W) 160 (含 4G) 3131 1798 1226 5G (64通道 240W) 160 (含 4G) 4297 3039 2500 图： 5G基站设备功耗大增， 90%存量电源需要改造 19 2.2.2 全球 IDC景气度向上，耗电严重，存量与增量机会并存 0 200 400 600 2015 2016 2017 2018 2019 2020E 全球超大型数据中心（个） 近五年全球 IDC市场并购活动频繁，行业集中度 提升，市场竞争加剧。 根据 Synergy Research Group公布的数据， 2019年面向数据中心的并购交 易数量已经突破 100笔，并购交易规模约 145亿美 元。 470 480 490 500 2015 2016 2017 2018 2019 2020E 全球数据中心部署的机架数量（万 架） 当前，云计算产业是 IDC产业最为重要的需求 方，云计算也已成为全球 IDC行业发展的最大驱 动力。 2016-2019年，全球云计算市场规模保持稳 定增速。 Gartner 数据显示， 2018年，全球公有云 市场规模达到 1363亿美元，同比增速为 23.01%。 Gartner预计 2020年全球公有云市场将达到 1977亿 美元，增速将达到 19.60%。 0% 10% 20% 30% 0 500 1000 1500 2000 2500 2016 2017 2018 2019 2020E SaaS市场规模 IaaS市场规模 PaaS市场规模 公有云规模增速 2010年以来，全球 IDC数量稳步增长。 超大型数 据中心方面， 2019年，全球超大型数据中心数量 为 447个，预计 2020全球超大型数据中心数量将达 到 485个。数据中心部署机架方面，机架数量除 2018年外每年均保持小幅增长， 2019年全球数据 中心部署的机架数量约为 495.4万架，预计 2020年 机架数将超过 498万架。以上数据来自 Gartner。 0 100 200 300 2015 2016 2017 2018 2019 并购交易规模（亿美元） 并购交易数量（笔） 数据来源： Gartner， Synergy Research Group，前瞻产业研究院，东吴证券研究所 图： 2016-2020年全球公有云行业市场 规模统计情况（单位：亿美元， %） 图： 2015-2019年全球 IDC并购交易数量 及交易规模统计情况图： 2015-2020年全球数据中心部署的机架数量统计情况 图： 2015-2020全球超大型数据中心数 量 20 数据中心耗电量极大 。 根据华为技术有限公司研究可持续信息和通信技术的 Anders Andrae估计 ， 2018年 ， 全球数据中 心年用电量为 200TWh左右 ， 高于伊朗 全国 ， 贡献全球用电需求的 1%， 全球碳排放量的 0.3%；单看中国 ， 根据中国通信 学会通信电源委员会 ， 通信机房 （ 包括各类 IDC机房 ） 的用电量占我国建筑能耗 15% 20%。 昂贵的电费成为了企业的 沉重负担 。 2020-2030年 ， Anders Andrae预计数据中心用电量 CAGR为 12.54%， 2030年用电需求占全球用电的 8%。 节能降本需求迫切 ， 优化转型进行时 。 根据 中国通信学会通信电源委员会 ， 数据中心中与网络电源相关的能耗占 50%。 提高机房供电效能成为了数据中心降本的关键 。 数据来源： 中国通信学会通信电源委员会 ， 通信电源人公众号， Anders Andrae， 东吴证券研究所 图： 2016国内数据中心能耗占比 图： 2020-2030全球数据中心预计用电量（ TWh） 2.2.2 全球 IDC景气度向上，耗电严重，存量与增量机会并存 299 311 328 320 377 412 471 551 652 788 974 -5% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 0 200 400 600 800 1000 1200 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E 2028E 2029E 2030E 全球数据中心预计用电量（ TWh） 同比增速（ %） 50% 13% 5% 30% 2% 设备损耗 UPS损耗 配电系统损耗 空调损耗 照明及其他 21 2.2.3 比特币挖矿需求预计长期存在，能源需求量极大 比特币价格不断走高 ， 挖矿需求上升带来巨大能源需求 。 经历了多年发展与基础设施的完善 ， 比特币的价值受到了更广 泛的承认 。 低利率时期 ， 各大金融机构纷纷加码比特币资产 ， PayPal、 万事通卡等也将比特币纳入了支付网络 。 比特币 价格不断走高 ， 挖矿需求也不断上升 。 然而 ， 挖矿的能源 消耗 是巨大的 ， 要挖到一枚比特币需要消耗约 18万度电 。 Digiconomist的研究表明 ， 比特币交易每年会造成 3700万吨碳排放 。 此外 ， 比特币总量有限 ， 共 2100万枚而比特币区块 奖励拥有每四年减半一次的机制 。 目前 ， 中国已禁止内蒙古地区的挖矿行为 ， 但全球范围内的挖矿热潮远未结束 ， 挖矿 需求会长期存在 。 根据 Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index, 2020年比特币共耗电 126TWh左右 ， 2020年数据 中心预计耗电 299TWh， 可见比特币挖矿带来的能源消耗已不容小觑 。 图： 2020年比特币年耗电量与各国对比（ TWh） 数据来源： Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index， Anders Andrae， 东吴证券研究所 6453 4032 929558 528 299 248 206 147 126 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 中 国 美 国 印 度 日 本 俄 罗 斯 加 拿 大 韩 国 德 国 巴 西 法 国 沙 特 阿 拉 伯 英 国 意 大 利 数 据 中 心 墨 西 哥 土 耳 其 伊 朗 印 度 尼 西 亚 西 班 牙 澳 大 利 亚 越 南 南 非 泰 国 波 兰 埃 及 马 来 西 亚 瑞 典 乌 克 兰 比 特 币 挪 威 阿 根 廷 巴 基 斯 坦 图：比特币年化耗电量测算与当日收盘价（ TWh， $） 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 2015/10/10 2016/10/10 2017/10/10 2018/10/10 2019/10/10 2020/10/10 上界 (左轴， TWh) 下界 (左轴， TWh) 年化估计值 (左轴， TWh) 比特币当日收盘价（右轴， $) 22 第三章： 行情：网络能源公司的核心竞争力 23 3.1.1 空调系统能耗占比下降有效带动数据中心 PUE降低 52% 25% 6% 5% 2% 2% 7% 1%IT设备 制冷机组（压缩机） 机房空调（ CRAC） 冷却器 加湿器 配电 电源 照明 67% 16% 4% 5% 1% 1% 5% 1% 77% 10% 3% 4% 0%1% 4% 1% 数据来源：中数智慧信息技术研究院 ,东吴证券研究所 图：不同 PUE值情况下各类能耗占比 PUE=1.92 PUE=1.3PUE=1.5 空调系统（包括制冷机组、机房空调、冷却器和加湿器）能耗占总能耗的比重对降低数据中心 PUE值 有着至关重要的作用。 据计算， PUE值为 1.92时，空调系统能耗占比为 38%。 PUE值为 1.5时，空调系 统能耗占比为 26%。 PUE值为 1.3时，空调系统能耗占比为 17.5%。提高温控系统的能耗效率将有效带 动数据中心 PUE值降低。 24 3.1.2 IDC温控方案自然冷源利用增加，液冷与间接蒸发领头 高效冷源以及最大限度地利用自然冷源是降低 PUE和运营成本的有效手段。 自然冷 源技术主要包括：间接蒸发冷却、液冷方案、风墙系统等。 间接蒸发冷却 是通过直接接触式换热器，将直接蒸发冷却得到的湿空气 的温度 传 递到机房实现空气等湿降温过程。 平均 PUE为 1.2左右。 液冷 是利用液体直接带走发热元件产生的热量以直接冷却设备。 PUE值能控制在 1.1以下，整体能效提升 30%左右。 导热能力 液体导热能力是空气的 25倍 噪音 液冷噪音比风冷低 20-35dB 耗电量 液冷系统比风冷系统节省电量 30%-50% PUE 液冷方案降低至 1.1左右 故障率 风冷系统震动多，影响稳定性 图：间接蒸发冷却（板翅式）原理案例 表：液冷技术优势 1.55 1.35 1.16 1.13 1.08 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 风冷空调解决方案 冷冻水自然冷方案 直接蒸发冷却方案 间接蒸发冷却方案 服务器液冷 高效压缩机 水冷高效压缩机 水侧自然冷 芯片液冷技术 液冷管路设计 蒸发冷却技术 风冷换热芯体 蒸发冷却技术 直接风侧自然冷 图：各类温控方案制冷效果 PUE对比 数据来源：工信部，东吴证券研究所整理 25 3.1.3 国内下游 IDC厂商资源丰富 机房环境控制行业的上游行业企业主要为铜、不锈钢等金属材料供应商，压缩机、风机等制冷设备供 应商以及各种电子部件制造企业。上游行业企业充分竞争，选择范围较广且多。 下游行业或企业主要为 IDC厂商，目前三大运营商在 我国 IDC市场占据了 63%的市场份额。 其他企业包括 金融、能源等众多行业、企事业单位及政府机关。随着相关产业的不断升级转换，在技术发展、环境 节能、适用性等方面提出了新的要求。未来市场应用的深度及广度将不断扩展。 31% 19% 13%5% 5% 2% 2% 2% 1% 23% 中国电信 中国联通 中国移动 万国数据 世纪互联 光环新网 鹏博士 宝信软件 数据港 其他 图： 2019年我国 IDC市场份额 数据来源：前瞻产业研究院，东吴证券研究所 26 3.2 UPS大功率趋势下，提高转换效率是降低能耗的关键 329.677 182.5 109.892 60.833 100 200 300 400 500 UPS效率 93% UPS效率 96% UPS年电能损耗 UPS年制冷损耗 图：高效 UPS显著降低能量损耗 (MWh) 数据来源：华为数字能源，东吴证券研究所 随着大型 IDC数量上升， UPS工业、电信场景应用需求增加， UPS呈现大功率化趋势。 200kVA以上超大功率 UPS市场占比超过 36%,主要用于互联网、数据中心、结算中心的场景。 提高大功率 UPS使用、转换效率是降低能耗水平的关键。 传统的双转换在线式 UPS转换效率低于 90%， 转换效率的提升将大幅降低电能损耗。 UPS效率从 93%增加到 96%时，全年的能量 损耗将减少 81%。 而 UPS系统的的损耗是数据中心能耗的主要组成部分，占到数据中心能耗的 13%。 要实现 IDC更低 PUE值的目 标， UPS的效率提升非常必要。 直降 81% 图：不同种类 UPS对 PUE下降贡献因子 27 3.3 5G带来 OPEX与 CAPEX的双重压力，智能化、一体化电源成为出路 5G时代下能耗激增 ， 电费 、 运维费用促使 OPEX上升；多数机房受到 空间 、 承重限制 ， 无法承载额外电源 ， 若改造机房则带来昂贵 CAPEX。 针对 OPEX， 电池的智能化管理可以有效改善效率低 。 通过实时监控 电源状态 ， 并进行动态调配 ， 传统 2N冗余架构下的闲置能耗能被最 大限度降低 。 针对 CAPEX， 一体化的电源能够最大限度节省机房空间 ， 减少机房 改造需求 。 逻辑集成式一体化电源具有随需扩容 、 易维护 、 高效率 、 高可用性以及占地小的特点 。 数据来源：华为，中国移动，通信电源人公众号， 东吴证券研究所 电源制式多， 5G供电容量却不足 室内基站存量大，但 70%基站无空间 ，无法新增电源设备 机房承重是短板， 铅酸大容量更换 /扩容呈瓶颈 电源、配电、空间不匹配，存量电源、 配电难扩容 效率低，电费支出高；空调能耗高， 温控难扩容 多套电源独立运行，利用率低， 新能源接入难 现网电源承载通信设备多， 更换割接复杂 图： 5G基站供电主要痛点 图：站点能源无效能耗 图：逻辑集成式一体化电源系统的优势 28 3.4.1 电源转型趋势之一：电池智能化 磷酸铁锂电池 智能磷酸铁锂电池替换铅酸蓄电池 、 普通锂电池 ， 容量 、 效率齐升 。 磷酸铁锂是锂电池 中最安全的电芯 ， 热失控不起火 ， 循环寿命长 。 受机房承重限制 ， 相同机房空间内 ， 铅 酸蓄电池可提供的电源容量小于智能锂电池 。 相比普通锂电池 ， 智能锂电池可以实现智 能充放电控制并动态调整备电容量 ， 减少了人工操作 ， 提高了电源利用率 。 BMS智能电池管理系统 （ Battery Management System） 简化运维 ， 释放锂电池组协同 工作潜力 。 通过采集电池数据 ， BMS能自动分析电池的健康状况并发出预警；通过主动 均流控制技术 ， 可将不同厂家 、 类型 、 时期的电池并联使用 ， 完整释放电池组潜力 。 数据来源：中国移动，通信电源人公众号，华为官网，科信官网， 东吴证券研究所 整理 图：铅酸蓄电池、锂电池、智能锂电池属性对比 属性 铅酸蓄电池 锂电池 智能锂电池 体积 &重量 体积大，重量重， 架式安装（不大于 4层） 体积小，重量轻， 柜式或架式安装 体积小，重量轻， 柜式或架式安装 充放电控制 直接与母排并联， 依靠开关电源调节电压充电 通过 BMS与母排并联， 依靠开关电源调节电压充电 通过 DC/DC+BMS与母排并 联，充放电智能控制 管理方式 完全人工管理 能采集运行数据， 依靠人工管理 动态调整备电容量 兼容性 不同厂家、类型、时期电池 不能直接并联使用 不同厂家、类型、时期电池 不能直接并联使用 不同厂家、类型、时期电池 可并联使用，可以铅酸混用 图：华为 SmartLi智能锂电解决方案 主要特性 循环次数可达 5000次 相对铅酸电池 节省 70%占地面积 3层 BMS系统 节省 80%运维成本 图：科信智慧储能系统 29 3.4.2 电源转型趋势之二：软件定义电源（ SDP） 软件定义电源 （ SDP） 通过智能能源控制平台 （ ICE） 实现对电源设备的集中化管理和控 制 ， 为每个控制单元发送特定于设备的电源策略 ， 为可扩展性强 、 灵活度高的智能电源分 配铺平了道路 ， 使得电源利用率更进一步提升 。 智能调峰： IT负载会出现瞬间峰值 ， 因此需预留功率余量 ， 过度预留会降低电源利用率 。 SDP通过在低功率使用期间对 UPS的电池充电 ， 然后利用它们为峰值负载供电来进行调峰 。 相位平衡： 平衡的负载可提高电源利用率 、 降低发电机的压力和最大限度地提高 UPS 容 量 ， 进而减少电费 。 随着数据中心功率需求的变化 ， 任何电源机框中的 PSU 都可以动态 地从一个输入移动到另一个输入 ， 并根据需要将负载从一个相位分散到另一个相位 ， 实现 整个数据中心内的相位平衡负载 。 动态冗余： 通过区分关键 (2N)和非关键工作负载 ， 解决了数据中心中的所有负载都需要高 可用性的假设 。 通过动态冗余 ， 当两个 UPS均可运行时 ， 可以将大部分冗余容量用于非关 键负载 。 数据来源： IDC圈， MissionCRITICAL， VPS， Artesyn， 东吴证券研究所 图：软件定义电源（ SDP）架构 数据中心管理系统 智能能源控制平台 （ ICE） 电源 & IT基础设施 ICE硬件 其他硬件 4.将数据提供给 管理系统调用 3.将指令转发 给指定设备 1.高频率收 集耗电数据 2.根据耗电数据 识别冗余电量 图： SDP功能之一：智能调峰 图： SDP功能之二：相位平衡 图： SDP功能之三：动态冗余 30 3.5 下游集中度高，绑定大客户尽享 5G红利 数据来源： DellOro，通信产业网，东吴证券研究所 下游通信设备市场集中度高，绑定 5大巨头有助享受 5G红利。 根据 Dell Oro数据统计，截至 2020Q3，前 5大通信设备商占据了 97.1%的 5G市场。 5G建设会带来大量的电源需求，能否与 5大巨头形成绑定将决定 5G对业绩带来的增量。 华为承压之下，爱立信、诺基亚迅速崛起。 根据 Dell Oro数据统计， 2020年，华为市场份额在 Q3急剧下滑，而爱立信则有了 大幅进步。根据通信产业网，截至 2020年底，爱立信在全球签下 122个 5G商用合同，诺基亚则有 187个，二者均已有已经正式 运行的 5G商用网络。未来，手握大量 5G订单的爱立信与诺基亚预计有较大的电源需求。 图： 2020年爱立信、诺基亚 5G商用合同情况图： 2020前三季度 5G通信设备市场份额 35.7% 43.7% 32.8% 24.6% 20.7% 30.7% 15.8% 10.1% 13.0% 13.2% 7.5% 6.4% 9.3% 16.4% 14.2% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 2020Q1 2020Q2 2020Q3 华为 爱立信 诺基亚 三星 中兴 122 77 187 44 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 5G商用合同数量 已经正式运行的 5G商用网络 爱立信（个） 诺基亚（个