磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)鏈專題報(bào)告-5G布局提速基站電池有望全面鐵鋰化

磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)鏈專題報(bào)告：5G布局提速，基站電池有望全面鐵鋰化本文詳細(xì)分析磷酸鐵鋰電池在5G基站儲能中的應(yīng)用前景，我們認(rèn)為隨著三大運(yùn)營商和鐵塔招標(biāo)開啟，磷酸鐵鋰電池將成為本次5G基站備用電源的主流，對整個(gè)鐵鋰產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生積極影響。5G布局提速，基站儲能電池需求超161GWh三大運(yùn)營商齊發(fā)力，5G基站建設(shè)進(jìn)度或超預(yù)期近日，中央政治局以及工信部先后召開會議，會議明確表示加快5G建設(shè)進(jìn)度，推進(jìn)5G復(fù)工復(fù)產(chǎn)，三大運(yùn)營商也相繼表態(tài)加大5G基站建設(shè)力度。從時(shí)間軸來看，聯(lián)通于2月21日召開全國疫情期間投資建設(shè)工作推進(jìn)視頻會，要求各省公司突出重點(diǎn)、加快5G建設(shè)，上半年與力爭完成47個(gè)地市，10萬個(gè)基站的建設(shè)任務(wù)，預(yù)計(jì)前三季度即可合作完成25萬個(gè)基站建設(shè)，比原計(jì)劃提前一季度。截至2020年2月20日，已累計(jì)開通5G基站6.4萬個(gè)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋所有直轄市、主要省會城市，以及京津冀、、大灣區(qū)等區(qū)域的重點(diǎn)城市。2月22日工信部召開電視會議，、、、和中國廣電相關(guān)負(fù)責(zé)人參與會議并發(fā)言。會議強(qiáng)調(diào)要加快5G商用步伐，加快推進(jìn)建設(shè)進(jìn)度，特別是獨(dú)立組網(wǎng)的建設(shè)步伐。2月29日，表示2020年“建設(shè)30萬個(gè)5G基站”的目標(biāo)不會變，今年將在全國地級以上城市建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)。截止1月底，中國移動(dòng)已開通7.4萬個(gè)5G基站，5G套餐用戶數(shù)達(dá)到673.6萬戶。3月4日，中共中央政治局召開常務(wù)委員會議，指出要加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度。同日，發(fā)布2020年度通信用磷酸鐵鋰電池集中招標(biāo)公告，計(jì)劃采購1.95GWh磷酸鐵鋰電池，金額不超過25.08億元。3月6日，發(fā)布2020年5G二期無線網(wǎng)主設(shè)備集中采購公告，正式啟動(dòng)旗下28個(gè)省、自治區(qū)、直轄市共232143個(gè)基站的采購招標(biāo)，拉開2020年5G大規(guī)模建設(shè)的序幕。當(dāng)前中央政治局、工信部等一系列舉措表明國家推進(jìn)5G建設(shè)決心十分堅(jiān)決，在頂層協(xié)調(diào)部署下，相關(guān)主力單位也紛紛表態(tài)，預(yù)示著疫情期間將創(chuàng)造條件，積極開展5G布局，而防控結(jié)束之后，5G基站的建設(shè)將明確提速。根據(jù)三大運(yùn)營商計(jì)劃，2020年將完成55萬個(gè)5G基站建設(shè)，鑒于聯(lián)通和電信完成計(jì)劃超前，預(yù)計(jì)今年5G基站建設(shè)將超預(yù)期，實(shí)現(xiàn)全國主要地市5G信號覆蓋。5G基站高功耗促使備用電源擴(kuò)容通信移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，基站是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)耗能主要組成部分，占到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)耗能80%以上?；镜墓╇娤到y(tǒng)由市電引入，通過交流配電箱、開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為48V直流后連接到基站設(shè)備，基站設(shè)備再通過饋線/光纖連接到鐵塔上的天線。基站設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包含：BBU、射頻單元（RRU/AAU）、功率放大器（PA）、主電源、天線接口、散熱系統(tǒng)（空調(diào)或風(fēng)扇）等，也是基站主要的耗電部分。在4G時(shí)代，單個(gè)基站功耗最大可達(dá)1300W，由于5G使用了更大規(guī)模的陣列天線、更高的帶寬，基站將處理海量數(shù)據(jù)，耗能明顯高于原有3G、4G基站。根據(jù)測算，滿載5G基站單站功率接近3800W，是4G的3.5倍，即使空載情況下，功率也達(dá)到2300W，是4G的2.6倍。如果考慮其他設(shè)備的能耗（如空調(diào)系統(tǒng)），單個(gè)5G基站的能耗將超過5KW。備用電源容量的設(shè)計(jì)一般按照基站峰值功耗來定，為了滿足必備的時(shí)長需求，更換大容量的后備電源不可避免。單個(gè)4G基站備用電源典型值約11.2KWh，而5G基站則需要擴(kuò)容到21.2KWh，幾乎翻倍。5G基站儲能電池總需求高達(dá)161GWh，其中2020年新增14.4GWh2020年將是5G基站建設(shè)加速年，根據(jù)三大運(yùn)營商規(guī)劃，預(yù)計(jì)2020年將新建68萬個(gè)5G基站，對備用電池需求容量高達(dá)14.4GWh。由于5G通信頻段在3300-3400MHz、3400-3600MHz和4800-5000MHz范圍，同等功率下，傳輸距離下降，單個(gè)5G基站覆蓋范圍較4G基站小，行業(yè)預(yù)計(jì)5G基站部署數(shù)量將是4G基站的1.5倍。目前三大運(yùn)營商供給擁有514萬個(gè)4G基站，其中移動(dòng)241萬個(gè)，聯(lián)通135萬個(gè)，電信138萬個(gè)，那么5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全國覆蓋需要超過770萬個(gè)基站。我們預(yù)計(jì)2025年前，我國5G宏基站數(shù)量達(dá)到760萬個(gè)，此后5G組網(wǎng)以微基站為主。那么整個(gè)5G宏基站備用電源總需求容量高達(dá)161GWh，未來三年新增電池需求分別為14.42GWh，21.2GWh和27.56GWh，增速分別為423%、47%和30%。鐵鋰基站儲能元年，替代趨勢明確通信基站備用電源：鉛酸落幕，鐵鋰登場自移動(dòng)通信行業(yè)發(fā)展以來，鉛酸電池以極高的性價(jià)比和技術(shù)成熟穩(wěn)定性，再加上鉛酸電池龐大的市場和完善的后端資源處理配套，在通信基站領(lǐng)域是備用電源的首選，占據(jù)了基站備用電源90%以上的市場。而隨著磷酸鐵鋰電池成本持續(xù)下降，鉛酸電池的備用電源地位岌岌可危。當(dāng)前鉛酸電池48V/12Ah價(jià)格僅為220元左右，對應(yīng)單位價(jià)格0.38元/Wh；儲能用磷酸鐵鋰電池價(jià)格下降到0.78元/Wh，梯次利用鐵鋰電池價(jià)格約0.4元/Wh。從售價(jià)上看，磷酸鐵鋰電池是鉛酸電池的兩倍，但從使用成本角度考慮，鐵鋰電池在基站儲能領(lǐng)域的全生命周期成本已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鉛酸電池。我們認(rèn)為鉛酸電池被替代是行業(yè)發(fā)展的必然結(jié)果，隨著5G基站功耗大幅增長，用電成本大幅增加，基站對調(diào)峰調(diào)頻需求強(qiáng)烈，鉛酸電池較低的循環(huán)壽命和較慢的充電速度無法滿足5G時(shí)代的需求，而鐵鋰電池在這方面為5G基站帶來很大的經(jīng)濟(jì)性。從兩類電池的性能指標(biāo)對比來看，磷酸鐵鋰電池性能指標(biāo)全面領(lǐng)先鉛酸電池。鐵鋰電池循環(huán)壽命可達(dá)3000次以上，而鉛酸電池的循環(huán)壽命僅500次左右，能量密度方面，鐵鋰電池大幅領(lǐng)先，疊加工作電壓，工作溫度等，更適合替代鉛酸作為基站備用電池。盡管當(dāng)前鉛酸電池較鐵鋰電池便宜一半，把循環(huán)壽命、占地面積、維護(hù)花銷，空調(diào)降溫花銷等考慮進(jìn)來后，鐵鋰配套的備用電源使用成本優(yōu)勢已經(jīng)有所體現(xiàn)，我們測算采用鐵鋰電池之后，平均每年的備用電池費(fèi)用8100元，較鉛酸電池低1700元/年，若全國500萬個(gè)基站全部采用鐵鋰電池，則可節(jié)約85億元備用電源費(fèi)用。而從時(shí)間軸上看，第三年之后鐵鋰電池的累計(jì)使用成本就可低于鉛酸電池。運(yùn)營商的壓力不僅在備用電源花費(fèi)上，在5G時(shí)代，由于功耗大幅增加，運(yùn)營商將面臨非常大的電費(fèi)壓力，單個(gè)5G基站每天電費(fèi)約125元。如果把鐵鋰電池削峰填谷作用考慮進(jìn)來，可大幅降低5G基站用電費(fèi)用。一般工商業(yè)用電分為高峰時(shí)段、平段和低谷時(shí)段，各段時(shí)長的分配以地區(qū)劃分均不一樣。但每天的時(shí)段劃分并不連續(xù)，以北京為例，高峰時(shí)段為10:00-15:00和18:00-21:00共8小時(shí)；平段為7:00-10:00、15:00-18:00和21:00-23:00，共計(jì)8小時(shí)；低谷時(shí)段為23:00-7:00共8小時(shí)。利用低谷時(shí)段給備用電源充電，在高峰時(shí)段用備用電源給基站供電，則起到削峰填谷的作用，峰谷電費(fèi)價(jià)差高達(dá)1元/KWh，則每年可為基站剩下一筆不小的費(fèi)用。磷酸鐵鋰電池倍率性能優(yōu)異，充放電速度快，根據(jù)北京規(guī)劃的峰谷時(shí)間段分布，可完成兩次充放電，如23:00-7:00用谷電充滿，10:00-15:00高峰期放電；然后在15:00-18:00用平電充滿，在18:0021:00高峰期放電，每天可節(jié)約35.8元電費(fèi)（4小時(shí)*6.5KW*1+3小時(shí)*6.5KW*0.5）。而鉛酸電池只能循環(huán)一次，可節(jié)約26元電費(fèi)。我們設(shè)置了三種情景來對比鐵鋰電池與鉛酸電池對基站儲能削峰填谷的作用：情景1：備用電源不進(jìn)行削峰填谷，單個(gè)基站每年電費(fèi)+更換電池費(fèi)用對比全新鐵鋰電池較鉛酸電池少1500元，而梯次利用鐵鋰電池花費(fèi)僅減少600元。情景2：備用電源進(jìn)行削峰填谷，各類電池日均充放電1次，鉛酸電池可節(jié)省電費(fèi)7843元/年，全新鐵鋰電池可節(jié)省9048元/年，梯次利用鐵鋰電池可節(jié)省8970元/年。使用全新鐵鋰電池比鉛酸電池可多節(jié)省電費(fèi)1200元/年。情景3：備用電源進(jìn)行削峰填谷，鉛酸和梯次利用電池日均充放電1次，全新鐵鋰電池依托快充優(yōu)勢，充分利用24小時(shí)峰-平-谷轉(zhuǎn)換時(shí)間，進(jìn)行2次完整的調(diào)峰調(diào)頻，則可節(jié)省電費(fèi)1.04萬元，較鉛酸電池多節(jié)省電費(fèi)2554元/年。若全國完成760萬個(gè)5G基站布局，使用鐵鋰電池作為備用電源并進(jìn)行削峰填谷，較使用鉛酸電池每年多節(jié)省電費(fèi)194億元。面對巨大的電費(fèi)壓力，鐵鋰電池在基站中作為高頻調(diào)峰調(diào)谷的重要性凸顯，我們看好磷酸鐵鋰電池成為5G基站的必備電源。隨著5G基站的布局，假設(shè)2020-2022年磷酸鐵鋰電池的使用比例分別為50%、70%和80%，則未來三年對鐵鋰電池的需求量分別為7.21GWh、14.84GWh和22.05GWh。鐵塔停止采購鉛酸電池，鐵鋰滲透加速根據(jù)披露，全國180萬個(gè)存量鐵塔備用電池總?cè)萘砍^44GWh，幾乎全部為鉛酸電池。2018年中國鐵塔下發(fā)《關(guān)于停止鉛酸電池采購和置換的通知》，要求停止采購鉛酸電池，新增和替換電池轉(zhuǎn)為采用車載梯次利用電池或全新磷酸鐵鋰電池，按6年的存量替換周期，預(yù)計(jì)2024年之后，鉛酸電池將徹底告別通信基站備用電源配套，磷酸鐵鋰將成為基站備用電源主力。2018年，鐵塔在全國31個(gè)省市約12萬個(gè)基站中使用了梯次電池約1.5GWh，替代鉛酸電池約4.5萬噸，與中國一汽、等11家汽車生產(chǎn)企業(yè)合作規(guī)劃構(gòu)建回收渠道，并在上海、湖北、廣東等區(qū)域率先實(shí)施。2019年更換了30萬個(gè)塔，使用鋰電池4-5GWh，2020年預(yù)計(jì)替換60-70萬個(gè)塔，使用鋰電池預(yù)計(jì)8GWh。2019年以來，鐵塔不僅在梯次利用鐵鋰電池上進(jìn)行多次招標(biāo)，也采購了大量全新磷酸鐵鋰電池。一方面新能源汽車電池退役報(bào)廢未進(jìn)入放量期，梯次利用電池規(guī)模還不能滿足鐵塔需求；另一方面，全新鐵鋰電池更適合在5G基站上作為頻繁調(diào)峰調(diào)頻使用。此外，鐵塔在未來6年還規(guī)劃了60萬座削峰填谷站和60萬座電站，新增電池需求量92GWh，結(jié)合鉛酸替代速度，預(yù)計(jì)鐵塔每年鐵鋰電池需求量超過22GWh。而未來2-3年，動(dòng)力電池梯次利用規(guī)模不能滿足要求，我們預(yù)計(jì)鐵塔仍以全新+梯次鐵鋰電池并行采購，對鉛酸電池的替代也將隨著5G基站部署而加速。率先開啟鐵鋰電池招標(biāo)，聯(lián)通電信有望跟進(jìn)2020年3月4日，率先發(fā)布2020年通信用磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品集中采購招標(biāo)公告，計(jì)劃采購不超過25.08億元的通信用磷酸鐵鋰電池共計(jì)6.102億Ah（規(guī)格3.2V），合計(jì)約1.95GWh，采購需求滿足期為1年。本次招標(biāo)項(xiàng)目不劃分標(biāo)段，采用份額招標(biāo)，中標(biāo)人數(shù)量為6-8家，最高中標(biāo)份額23.91%，最低份額7.25%。歷史上，曾兩次集中采購磷酸鐵鋰電池，其中2015年采購數(shù)量為2.4億Ah；2017-2018年采購總規(guī)模為2.41億Ah，用于除鐵塔以外的基站。除此之外，移動(dòng)各地分公司也分散多批次采購磷酸鐵鋰電池。為配合5G基站建設(shè)，今年中國移動(dòng)集中采購量大幅提升。我們測算本次采購量可滿足7.5萬個(gè)5G基站備用電源，而中國移動(dòng)今年計(jì)劃新建25萬個(gè)5G基站，電池需求量為6.5GWh。我們預(yù)計(jì)中國移動(dòng)和鐵塔后續(xù)還會有新的招投標(biāo)項(xiàng)目出現(xiàn)。對比三大運(yùn)營商對鐵鋰電池的接受程度來看，移動(dòng)明顯走在前列，本次大幅加大采購的動(dòng)作也有望帶動(dòng)兄弟公司向鐵鋰轉(zhuǎn)舵。從動(dòng)力到基站，鐵鋰的未來是星辰大海鐵鋰復(fù)蘇的邏輯在動(dòng)力電池上已經(jīng)有所驗(yàn)證，如今在5G時(shí)代的通信基站儲能上，鐵鋰電池將發(fā)揮更大的作用。而鐵鋰的未來并不止步于此，隨著鋰電池成本持續(xù)下降，鐵鋰電池有望在大儲能領(lǐng)域徹底打開配套空間，廣泛應(yīng)用在發(fā)電側(cè)、輸配電側(cè)和用電側(cè)各行各業(yè)各領(lǐng)域，發(fā)揮平滑發(fā)電輸電、削峰填谷、調(diào)峰調(diào)頻、峰谷套利、光儲風(fēng)儲和備用電源的強(qiáng)大作用。全球范圍內(nèi)，抽水蓄能仍然是成本最低且難以被超越的儲能方式，據(jù)中關(guān)村技術(shù)聯(lián)盟CNESA）統(tǒng)計(jì)，截至2018年底，全球累計(jì)已投運(yùn)儲能項(xiàng)目181GWh，同比增長3.19%，抽水蓄能占比高達(dá)95%，電化學(xué)儲能累計(jì)裝機(jī)6.625GW，同比增長126.4%，占比3.7%，是抽水蓄能以外累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大的技術(shù)路線。但受制抽水蓄能對地理位置的依賴性，在無法覆蓋到的地方，鋰電池均體現(xiàn)出強(qiáng)大的競爭優(yōu)勢。電池儲能的投資成本主要包括電池、BMS、PCS、其他一二次設(shè)備、設(shè)計(jì)、土建施工、安裝等，其中電池是成本的主要構(gòu)成，一般占比40%-60%。據(jù)BNEF預(yù)計(jì)，2018年儲能系統(tǒng)成本為364美元/kWh，根據(jù)各地方用電政策，當(dāng)前鐵鋰電池循環(huán)壽命條件下，削峰填谷已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)正收益，而到2030年，BNEF認(rèn)為儲能系統(tǒng)成本有望降至165美元/kWh，考慮循環(huán)壽命的提升，儲能的度電成本下降更快，我們認(rèn)為磷酸鐵鋰電池在各類儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用在不需要任何補(bǔ)貼的情況下已經(jīng)初步具備經(jīng)濟(jì)性，鐵鋰的未來不是分散的江河湖泊，而是蒼茫的星辰大海。投資建議：全面配置磷酸鐵鋰中游材料和電池環(huán)節(jié)我們認(rèn)為本輪鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的