通信電源產業(yè)鏈發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢分析

唐懷坤，陶 星，邱祥興

（江蘇省郵電規(guī)劃設計院有限責任公司，江蘇 南京210006）

1 概 述

通信電源是通信系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，其設計目標是安全、可靠、高效、穩(wěn)定、不間斷地向通信設備提供能源。通信電源必須具備智能監(jiān)控、無人值守和電池自動管理等功能，從而滿足網(wǎng)絡時代的需求。通信電源咨詢設計是通信行業(yè)咨詢設計單位業(yè)務單元中的常規(guī)業(yè)務之一，伴隨通信網(wǎng)絡的發(fā)展，設計師們見證了通信電源技術中設備和材料的發(fā)展演變。雖然通信電源一直被視為網(wǎng)絡配套部分，但通信電源設備的投資占比、占機房空間比例、可靠性影響面都已經不能僅僅作為1個輔助專業(yè)來看待。目前行業(yè)的競爭往往趨于產業(yè)鏈之間的競爭，無論是用戶、設備商、咨詢設計商都在了解整個產業(yè)鏈的發(fā)展現(xiàn)狀來制定相應的采購策略、市場策略和研發(fā)策略。本文所述通信電源是指為數(shù)據(jù)中心機房、基站、局樓提供低壓配電、后備發(fā)電設備及交/直流電源的設備、IT設備內嵌式電源，這里需要區(qū)別的是PC機、移動終端等設備電源，后者主要是指設備內嵌式電源模塊，不在本文討論范圍。

2 通信電源產業(yè)鏈組成分析

產業(yè)鏈是一個包含價值鏈、企業(yè)鏈、供需鏈和空間鏈四個維度的概念。產業(yè)鏈中大量存在著上下游關系和相互價值的交換，上游環(huán)節(jié)向下游環(huán)節(jié)輸送產品或服務，下游環(huán)節(jié)向上游環(huán)節(jié)反饋信息。

通信電源產業(yè)鏈從價值鏈上下游角度來看主要分為：原材料、設備制造、代理、工程咨詢設計、施工、監(jiān)理、工程投資。

通信電源產業(yè)鏈從企業(yè)鏈、上下游角度來看主要分為：原材料提供商、設備制造商、機電設備代理商、電信工程咨詢設計院、電信工程施工、電信工程監(jiān)理、電信運營商。

從空間鏈的角度來看，國內通信電源產業(yè)集中在珠三角、長三角、北京地區(qū)；國外主要集中在中歐國家和美國，后者占了通信電源市場份額的60%。

3 產業(yè)鏈現(xiàn)狀與問題

3.1 設備制造環(huán)節(jié)

（1）原始創(chuàng)新不足，國外產品壟斷市場

近年來，隨著技術的進步，特別是功率器件的更新?lián)Q代，新型電磁材料的不斷使用，功率變換技術的不斷改進，控制方法的不斷進步，以及相關學科的技術不斷融合，通信電源在系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、電磁兼容性、消除網(wǎng)側電流諧波、提高電能利用率、降低損耗、提高系統(tǒng)的動態(tài)性能等方面都取得了長足的進步。但是也應該看到，我國通信電源產業(yè)設備制造環(huán)節(jié)還存在很大的問題。

國家“十二五”重點扶持的7大戰(zhàn)略性新型產業(yè)包括節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術、生物、高端裝備制造、新能源、新材料和新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產業(yè)，這些除了生物之外，都與通信設備有關系，如新材料行業(yè)“十二五”重點產品高比容鉭粉，鉭粉的比容越高，電容器的容量就越高，尺寸就越??；新一代信息技術如TDLTE等。三大通信運營商的能耗占了整個社會能耗水平的3%，而且隨著大數(shù)據(jù)時代的到來有增大趨勢，因此通信電源的發(fā)展方向是環(huán)保型電源設備。從小到6 A的微型斷路器到塑殼斷路器、框架斷路器、高壓真空斷路器等，以及高低壓柜體均被國外企業(yè)長期壟斷著。國內電力電子器件企業(yè)發(fā)展緩慢，用戶認可度低，發(fā)展缺乏后勁，一些被兼并或者淪為舊型號產品代工廠。國家的政策主要放在了高端、新技術方面，對基礎需求方面的技術升級和改造缺少投入；實際上還是超前的布局，但是收效甚微。因為整個制造業(yè)體現(xiàn)的是產業(yè)鏈的木桶效應；國家重點布局大型裝備行業(yè)，對民眾廣泛應用的產品產業(yè)缺少指導，是一種趕超、高科研投入但收效甚微，又不得不大規(guī)模進口先進產品的局面。

（2）通信電源行業(yè)需要正本清源

我國通信電源界有不少UPS、防雷接地方面的咨詢設計專家，在著述立說為行業(yè)普及技術知識，對通信電源開發(fā)應用中的一些誤區(qū)進行指導，比如高頻UPS、240 V直流都是很好的技術；高壓油機的使用也是必然趨勢，也值得去投資推廣；對于諸如“零地低壓應小于1 V才能加電”，“輸出功率因數(shù)越高越好”、“工頻UPS優(yōu)于高頻機型UPS”等不分場景的誤解和偏見應該正本清源。

3.2 咨詢設計環(huán)節(jié)

在集中供電必須向分散供電過渡提高可靠性的行業(yè)共識下，通信電源設備由集中走向了分散，但也有一種提法是“交流走向集中、直流走向分散”，筆者認為不妥，除中壓設備外，今后的交流、直流設備都是走向分散。高層通信建筑10 kV上樓已是很常見、電信運營商也規(guī)定“變壓器、UPS單機額定容量應不超過400 kVA；由多臺UPS單機組成的UPS系統(tǒng)額定容量不宜超過800 kVA。提倡采用幾個中等容量UPS系統(tǒng)分散供電，避免大容量UPS系統(tǒng)集中供電”，由此可見交流、直流都是走向分散的。

3.3 電信運營商

從電信運營商方面來看通信電源存在以下發(fā)展瓶頸：

（1）鉛酸電池污染嚴重

根據(jù)工信部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2011年底之前的基站數(shù)量已超過200萬個，無論是宏基站還是微基站，平均每個基站的蓄電池容量已超過2組300 Ah，VRLA、GEL鉛酸蓄電池組在25℃的溫度條件下，最長使用壽命可達10～15年，環(huán)境溫度每升高10℃，蓄電池壽命將縮減一半。但是通常情況下野外環(huán)境惡劣基站蓄電池的使用壽命在3～4年。2011年5月開始，由于一系列“血鉛事件”等鉛污染報道，全國2 000余家鉛酸蓄電池企業(yè)80%被陸續(xù)勒令關停；鉛酸蓄電池在生產、回收環(huán)節(jié)產生了大量的環(huán)境污染。

鉛酸電池在回收時，鉛酸電池會被分解為：塑膠、鉛和硫酸。鉛片會被再加工，以用于新的電池中，也是回收商主要的回收對象，對于硫酸，回收再利用成本高則直接傾倒掉，造成了地表水和土壤的鉛、硫酸污染。

（2）電源設備占用面積大，空間浪費嚴重

通信機房平均數(shù)據(jù)：舊機房規(guī)劃初期的電源設備面積為18%～20%，實際使用占機房面積的30%左右，很多通信機樓因此造成了機房機架安裝空間的閑置。個別承重不符合15 kN要求的機房，機房占比甚至達到了40%～50%；主要原因一是通信設備功耗發(fā)展速度快，二是蓄電池后備時間長，機房空間面積浪費嚴重。即使配備了有人職守、自啟動油機，蓄電池的后備時間仍然是1～4 h不等。

IDC機房平均數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)中心機房單機架功耗大，決定了其電源設備占地面積更大，所有中低壓設備、電源設備、末端配電單元的總占地面積已經達到了機房總使用面積的50%以上，高低壓設備與發(fā)電機組設備占電源面積60%、UPS等不間斷電源系統(tǒng)及電池組、PDU列頭柜占了電源面積的40%。

蓄電池后備時間長，機房面積浪費嚴重。即使配備了有人值守、自啟動油機，開關電源系統(tǒng)蓄電池的后備時間仍然是1～4 h不等；而UPS系統(tǒng)和－48 V系統(tǒng)后備時間不同，有待統(tǒng)一。

（3）新型電源設備推行緩慢：規(guī)范過于保守，節(jié)能型新型電源設備，沒有取可靠性與經濟性的最佳結合點，更多的是犧牲了成本。

4 產業(yè)鏈發(fā)展趨勢

4.1 設備制造商

首先從設備制造商方面來分析，電源產業(yè)有如下發(fā)展趨勢：

（1）節(jié)能環(huán)保儲能設備將大行其道

未來的趨勢靠化學儲能已經出現(xiàn)了“天花板效應”，從環(huán)保和能耗上來講不是長久之計，建議國家研發(fā)部門、科研院所、有實力的企業(yè)加強對機械能儲能方式的研究，包括真空飛輪儲能UPS、飛輪儲能柴油機機組的研發(fā)。

（2）通信電源的效益“天花板效應”

按照TRIZ理論（“創(chuàng)造性解決問題的理論”的俄語縮略語）描述的技術系統(tǒng)發(fā)展進化規(guī)律，一般而言，技術的生命周期包含四個階段：嬰兒期、成長期、成熟期和衰退期。種種跡象表明，通信直流電源的核心技術，開關電源技術基本上開始步入成熟期：效率的提升變得緩慢和困難、而電源損耗不能大幅度降低限制了功率密度的進一步提高。未來幾年甚至十幾年內，通信直流電源產品將進入一個緩慢發(fā)展的階段。直至有一天，一種新的電源變換技術出現(xiàn)，通信直流電源產品就會再出現(xiàn)一個階躍性的發(fā)展，就像開關穩(wěn)壓技術替代線性穩(wěn)壓技術，給電源帶來了革命性的變化。目前來看工頻UPS、開關電源系統(tǒng)、閥控蓄電池行業(yè)都已進入“天花板效應”，出貨增量不增收。電源設備制造商要加強新產品開發(fā)才能在未來幾年走出困局，比如高可靠DPS、機械能儲能代替化學能、基站市電＆太陽能互補等方面。

（3）國內產業(yè)也在逐步發(fā)展

但是可以看到由國外長期壟斷的通信電源市場正在逐步改變，國內諸如珠江電源、科泰油機、科士達、中興電源及動環(huán)監(jiān)控，匯達豐電器設備等國內一批優(yōu)秀民族企業(yè)正在崛起，以不滿足模仿、拼裝，自主創(chuàng)新技術越來越多。

4.2 電信運營商

（1）通信電源供電往高壓發(fā)展

數(shù)據(jù)設備供電高壓化：中國電信主導的240 V直流供電技術、中國移動主導的336 V直流供電技術正逐步擴大使用臺數(shù)；240 V技術從江蘇鹽城開始，2007年開始歷經5年“磨一劍”，開創(chuàng)了通信電源自主創(chuàng)新的先河。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)據(jù)設備占全網(wǎng)設備比例增加、IDC機房數(shù)量增加，大功率密度，高電壓通信電源需求增加；通信電源整體系統(tǒng)在高壓環(huán)境下的可靠性、適用性和節(jié)能水平仍需要加強研究。通信電源維護人員平時在一線工作中善于總結、創(chuàng)新可以做出更多的創(chuàng)新成果。

在通信電源的市電引入方面，目前大樓IDC機樓已逐步從10 kV引電向35 kV引電發(fā)展，全國在建或規(guī)劃建設的5 MkW以上的數(shù)據(jù)中心已有50多個（如表1）。

表1 通信數(shù)據(jù)機房供電高壓化

（2）電源小型化、高功率密度需求增大

2017年以前世界上大型電信運營商2G設備將退網(wǎng)，4G時代已經到來，新一代高性能的路由器、4G基站也提出了更高的供電要求：單板及系統(tǒng)的功耗更高、單板上元件密度更大、系統(tǒng)中電路板密度更大；無線設備單位載頻功耗的耗電量上也有比較明顯的下降，體積小、重量輕、壁掛式安裝需要高防護等級及散熱效果；MINI通信機房對電池的適應性提出了難題。而在通訊設備上，由于現(xiàn)時所需的容量增加、3G發(fā)展、寬頻應用等，造成所需的電源功率大大增加，其它問題也相應提出，必須在整體設計上考慮EMI、防干擾、浪涌、瞬態(tài)保護、散熱設計等重要因素。

4.3 咨詢設計商的專業(yè)任務

（1）協(xié)調節(jié)能減排的趨勢

當今通信機房、IDC機房節(jié)能減排80%的可行空間在于空調制冷的節(jié)能，空調也占據(jù)了40%～55%的全網(wǎng)整體能耗；通信電源的節(jié)能潛力為15%的空間。但是節(jié)能的最終水平仍是通過電量的節(jié)省來體現(xiàn)，因此研究節(jié)能量評估和測定方法、協(xié)調節(jié)能服務將是一大課題。EPC（合同能源管理）模式很好，在國外應用廣泛，但是在通信運營商中卻推行不暢，一方面是國有企業(yè)特點所致，一方面與節(jié)能量認定方法模糊也有關系。

（2）一體化設計專業(yè)融合趨勢

電源與空調、電源與軟件開發(fā)、電源與建筑、電源與維護管理，配套咨詢設計往往體現(xiàn)的是一體化協(xié)同工作的形式；綜合配套是電源設計項目管理的難點，小型機房裝修、小型土建、工藝、消防等多個專業(yè)系統(tǒng)配合最能考驗電源專業(yè)項目管理人員的協(xié)調能力；最好的解決方案是圍繞技術體系將小型配套模塊化、標準化。

（3）新業(yè)務單元趨勢：中立、客觀的第三方檢測機構

技術咨詢向第三方認證測試方向轉變。除了國家強制性CCC標準、工信部入網(wǎng)許可證外，補充認證證書增加。獨立于制造廠、銷售商和使用者（消費者）的、具有獨立的法人資格的第三方機構的測試：通信電源設備效率、節(jié)能水平認證、IDC機房能效評價體系和水平認證、檢測認證。比如某大型設計院成立了電源質檢中心、防雷檢測中心和通信防護中心，可以承接通信電源設備泰爾認證測試、電源和防雷設備入網(wǎng)測試，運營商電源產品集采測試等。

我國第三方評級、檢測機構發(fā)展滯后于經濟的發(fā)展，但市場潛力、需求很大，一方面是由于我國工業(yè)化進程遠未完成，另一方面我國第三產業(yè)的發(fā)展存在質量問題；單獨依靠政府質檢部門的檢測不符合市場規(guī)律也很難檢測到具體細節(jié)，政府也沒有那么大投入去做每個廠家的檢測，由市場產生的需求應該由社會化大生產專業(yè)力量分工消化。

（4）通信電源設計：往低壓配電設計方向發(fā)展

大多數(shù)項目的實踐案例證明，建筑設計單位很難做好通信局樓的低壓配電系統(tǒng)，給后續(xù)的維護、擴容、升級帶來了很大的問題。往往是建筑設計單位做的低壓配電系統(tǒng)3～5年后系統(tǒng)就需要改造，然后交給郵電設計單位去完成艱難復雜的系統(tǒng)改造，風險轉嫁給了郵電設計單位，主要原因是建筑設計單位缺少通信專業(yè)設計經驗、對通信領域了解不夠透徹。大量的局樓需要改造、擴容升級，比如由630 kVA系統(tǒng)升級為1 250 kVA系統(tǒng)；或單獨對配電柜進行改造，從設計費產值角度來看低壓配電設計費基數(shù)大；從技術操作復雜程度來看，目前成套技術都已成熟，市場主要以ABB、施耐德、西門子、GE四家獨大。

（5）引領IDC建設新范式

大型數(shù)據(jù)中心建設模式類似建設一個航空母艦，航空母艦不可能是船體完工后再安裝航海系統(tǒng)、航空系統(tǒng)和支持系統(tǒng)，肯定是統(tǒng)籌設計在前。IDC機房也是這樣，不能再延續(xù)過去通信機房樓建設模式，先蓋樓再考慮細節(jié)，必然是借鑒建筑行業(yè)BIM理念，從最終使用方逆向思維，建設規(guī)劃設計模式先后順序：業(yè)務、主設備、空調、電源、低壓設備、系統(tǒng)集成、建筑配套的逆向思維模式的趨勢。

5 總 結

通信電源是支撐我國信息化的關鍵基礎設施；加強自主創(chuàng)新、注重節(jié)能環(huán)?？梢源龠M產業(yè)的健康發(fā)展；國家應該針對通信電源制定相應規(guī)劃，從產業(yè)布局、政策扶持、創(chuàng)新激勵上拿出更多更好的政策。

［1］ 朱雄世，孫向陽，趙秉信，李慧蓮.通信電源設計及應用［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［2］ 張寶貴，張 旭.通信電源設備使用維護手冊［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

［3］ 鐘景華.新一代綠色數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃與設計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［4］ 王其英.數(shù)據(jù)中心節(jié)能供電系統(tǒng)的規(guī)劃與設計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.