磷酸铁锂产业链专题报告-5G布局提速基站电池有望全面铁锂化

磷酸铁锂产业链专题报告：5G布局提速，基站电池有望全面铁锂化本文详细分析磷酸铁锂电池在5G基站储能中的应用前景，我们认为随着三大运营商和铁塔招标开启，磷酸铁锂电池将成为本次5G基站备用电源的主流，对整个铁锂产业链产生积极影响。5G布局提速，基站储能电池需求超161GWh三大运营商齐发力，5G基站建设进度或超预期近日，中央政治局以及工信部先后召开会议，会议明确表示加快5G建设进度，推进5G复工复产，三大运营商也相继表态加大5G基站建设力度。从时间轴来看，联通于2月21日召开全国疫情期间投资建设工作推进视频会，要求各省公司突出重点、加快5G建设，上半年与力争完成47个地市，10万个基站的建设任务，预计前三季度即可合作完成25万个基站建设，比原计划提前一季度。截至2020年2月20日，已累计开通5G基站6.4万个，网络覆盖所有直辖市、主要省会城市，以及京津冀、、大湾区等区域的重点城市。2月22日工信部召开电视会议，、、、和中国广电相关负责人参与会议并发言。会议强调要加快5G商用步伐，加快推进建设进度，特别是独立组网的建设步伐。2月29日，表示2020年“建设30万个5G基站”的目标不会变，今年将在全国地级以上城市建设5G网络。截止1月底，中国移动已开通7.4万个5G基站，5G套餐用户数达到673.6万户。3月4日，中共中央政治局召开常务委员会议，指出要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。同日，发布2020年度通信用磷酸铁锂电池集中招标公告，计划采购1.95GWh磷酸铁锂电池，金额不超过25.08亿元。3月6日，发布2020年5G二期无线网主设备集中采购公告，正式启动旗下28个省、自治区、直辖市共232143个基站的采购招标，拉开2020年5G大规模建设的序幕。当前中央政治局、工信部等一系列举措表明国家推进5G建设决心十分坚决，在顶层协调部署下，相关主力单位也纷纷表态，预示着疫情期间将创造条件，积极开展5G布局，而防控结束之后，5G基站的建设将明确提速。根据三大运营商计划，2020年将完成55万个5G基站建设，鉴于联通和电信完成计划超前，预计今年5G基站建设将超预期，实现全国主要地市5G信号覆盖。5G基站高功耗促使备用电源扩容通信移动网络中，基站是移动通信网络耗能主要组成部分，占到整个网络耗能80%以上。基站的供电系统由市电引入，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，基站设备再通过馈线/光纤连接到铁塔上的天线。基站设备的内部结构主要包含：BBU、射频单元（RRU/AAU）、功率放大器（PA）、主电源、天线接口、散热系统（空调或风扇）等，也是基站主要的耗电部分。在4G时代，单个基站功耗最大可达1300W，由于5G使用了更大规模的阵列天线、更高的带宽，基站将处理海量数据，耗能明显高于原有3G、4G基站。根据测算，满载5G基站单站功率接近3800W，是4G的3.5倍，即使空载情况下，功率也达到2300W，是4G的2.6倍。如果考虑其他设备的能耗（如空调系统），单个5G基站的能耗将超过5KW。备用电源容量的设计一般按照基站峰值功耗来定，为了满足必备的时长需求，更换大容量的后备电源不可避免。单个4G基站备用电源典型值约11.2KWh，而5G基站则需要扩容到21.2KWh，几乎翻倍。5G基站储能电池总需求高达161GWh，其中2020年新增14.4GWh2020年将是5G基站建设加速年，根据三大运营商规划，预计2020年将新建68万个5G基站，对备用电池需求容量高达14.4GWh。由于5G通信频段在3300-3400MHz、3400-3600MHz和4800-5000MHz范围，同等功率下，传输距离下降，单个5G基站覆盖范围较4G基站小，行业预计5G基站部署数量将是4G基站的1.5倍。目前三大运营商供给拥有514万个4G基站，其中移动241万个，联通135万个，电信138万个，那么5G网络实现全国覆盖需要超过770万个基站。我们预计2025年前，我国5G宏基站数量达到760万个，此后5G组网以微基站为主。那么整个5G宏基站备用电源总需求容量高达161GWh，未来三年新增电池需求分别为14.42GWh，21.2GWh和27.56GWh，增速分别为423%、47%和30%。铁锂基站储能元年，替代趋势明确通信基站备用电源：铅酸落幕，铁锂登场自移动通信行业发展以来，铅酸电池以极高的性价比和技术成熟稳定性，再加上铅酸电池庞大的市场和完善的后端资源处理配套，在通信基站领域是备用电源的首选，占据了基站备用电源90%以上的市场。而随着磷酸铁锂电池成本持续下降，铅酸电池的备用电源地位岌岌可危。当前铅酸电池48V/12Ah价格仅为220元左右，对应单位价格0.38元/Wh；储能用磷酸铁锂电池价格下降到0.78元/Wh，梯次利用铁锂电池价格约0.4元/Wh。从售价上看，磷酸铁锂电池是铅酸电池的两倍，但从使用成本角度考虑，铁锂电池在基站储能领域的全生命周期成本已经远远超过铅酸电池。我们认为铅酸电池被替代是行业发展的必然结果，随着5G基站功耗大幅增长，用电成本大幅增加，基站对调峰调频需求强烈，铅酸电池较低的循环寿命和较慢的充电速度无法满足5G时代的需求，而铁锂电池在这方面为5G基站带来很大的经济性。从两类电池的性能指标对比来看，磷酸铁锂电池性能指标全面领先铅酸电池。铁锂电池循环寿命可达3000次以上，而铅酸电池的循环寿命仅500次左右，能量密度方面，铁锂电池大幅领先，叠加工作电压，工作温度等，更适合替代铅酸作为基站备用电池。尽管当前铅酸电池较铁锂电池便宜一半，把循环寿命、占地面积、维护花销，空调降温花销等考虑进来后，铁锂配套的备用电源使用成本优势已经有所体现，我们测算采用铁锂电池之后，平均每年的备用电池费用8100元，较铅酸电池低1700元/年，若全国500万个基站全部采用铁锂电池，则可节约85亿元备用电源费用。而从时间轴上看，第三年之后铁锂电池的累计使用成本就可低于铅酸电池。运营商的压力不仅在备用电源花费上，在5G时代，由于功耗大幅增加，运营商将面临非常大的电费压力，单个5G基站每天电费约125元。如果把铁锂电池削峰填谷作用考虑进来，可大幅降低5G基站用电费用。一般工商业用电分为高峰时段、平段和低谷时段，各段时长的分配以地区划分均不一样。但每天的时段划分并不连续，以北京为例，高峰时段为10:00-15:00和18:00-21:00共8小时；平段为7:00-10:00、15:00-18:00和21:00-23:00，共计8小时；低谷时段为23:00-7:00共8小时。利用低谷时段给备用电源充电，在高峰时段用备用电源给基站供电，则起到削峰填谷的作用，峰谷电费价差高达1元/KWh，则每年可为基站剩下一笔不小的费用。磷酸铁锂电池倍率性能优异，充放电速度快，根据北京规划的峰谷时间段分布，可完成两次充放电，如23:00-7:00用谷电充满，10:00-15:00高峰期放电；然后在15:00-18:00用平电充满，在18:0021:00高峰期放电，每天可节约35.8元电费（4小时*6.5KW*1+3小时*6.5KW*0.5）。而铅酸电池只能循环一次，可节约26元电费。我们设置了三种情景来对比铁锂电池与铅酸电池对基站储能削峰填谷的作用：情景1：备用电源不进行削峰填谷，单个基站每年电费+更换电池费用对比全新铁锂电池较铅酸电池少1500元，而梯次利用铁锂电池花费仅减少600元。情景2：备用电源进行削峰填谷，各类电池日均充放电1次，铅酸电池可节省电费7843元/年，全新铁锂电池可节省9048元/年，梯次利用铁锂电池可节省8970元/年。使用全新铁锂电池比铅酸电池可多节省电费1200元/年。情景3：备用电源进行削峰填谷，铅酸和梯次利用电池日均充放电1次，全新铁锂电池依托快充优势，充分利用24小时峰-平-谷转换时间，进行2次完整的调峰调频，则可节省电费1.04万元，较铅酸电池多节省电费2554元/年。若全国完成760万个5G基站布局，使用铁锂电池作为备用电源并进行削峰填谷，较使用铅酸电池每年多节省电费194亿元。面对巨大的电费压力，铁锂电池在基站中作为高频调峰调谷的重要性凸显，我们看好磷酸铁锂电池成为5G基站的必备电源。随着5G基站的布局，假设2020-2022年磷酸铁锂电池的使用比例分别为50%、70%和80%，则未来三年对铁锂电池的需求量分别为7.21GWh、14.84GWh和22.05GWh。铁塔停止采购铅酸电池，铁锂渗透加速根据披露，全国180万个存量铁塔备用电池总容量超过44GWh，几乎全部为铅酸电池。2018年中国铁塔下发《关于停止铅酸电池采购和置换的通知》，要求停止采购铅酸电池，新增和替换电池转为采用车载梯次利用电池或全新磷酸铁锂电池，按6年的存量替换周期，预计2024年之后，铅酸电池将彻底告别通信基站备用电源配套，磷酸铁锂将成为基站备用电源主力。2018年，铁塔在全国31个省市约12万个基站中使用了梯次电池约1.5GWh，替代铅酸电池约4.5万吨，与中国一汽、等11家汽车生产企业合作规划构建回收渠道，并在上海、湖北、广东等区域率先实施。2019年更换了30万个塔，使用锂电池4-5GWh，2020年预计替换60-70万个塔，使用锂电池预计8GWh。2019年以来，铁塔不仅在梯次利用铁锂电池上进行多次招标，也采购了大量全新磷酸铁锂电池。一方面新能源汽车电池退役报废未进入放量期，梯次利用电池规模还不能满足铁塔需求；另一方面，全新铁锂电池更适合在5G基站上作为频繁调峰调频使用。此外，铁塔在未来6年还规划了60万座削峰填谷站和60万座电站，新增电池需求量92GWh，结合铅酸替代速度，预计铁塔每年铁锂电池需求量超过22GWh。而未来2-3年，动力电池梯次利用规模不能满足要求，我们预计铁塔仍以全新+梯次铁锂电池并行采购，对铅酸电池的替代也将随着5G基站部署而加速。率先开启铁锂电池招标，联通电信有望跟进2020年3月4日，率先发布2020年通信用磷酸铁锂电池产品集中采购招标公告，计划采购不超过25.08亿元的通信用磷酸铁锂电池共计6.102亿Ah（规格3.2V），合计约1.95GWh，采购需求满足期为1年。本次招标项目不划分标段，采用份额招标，中标人数量为6-8家，最高中标份额23.91%，最低份额7.25%。历史上，曾两次集中采购磷酸铁锂电池，其中2015年采购数量为2.4亿Ah；2017-2018年采购总规模为2.41亿Ah，用于除铁塔以外的基站。除此之外，移动各地分公司也分散多批次采购磷酸铁锂电池。为配合5G基站建设，今年中国移动集中采购量大幅提升。我们测算本次采购量可满足7.5万个5G基站备用电源，而中国移动今年计划新建25万个5G基站，电池需求量为6.5GWh。我们预计中国移动和铁塔后续还会有新的招投标项目出现。对比三大运营商对铁锂电池的接受程度来看，移动明显走在前列，本次大幅加大采购的动作也有望带动兄弟公司向铁锂转舵。从动力到基站，铁锂的未来是星辰大海铁锂复苏的逻辑在动力电池上已经有所验证，如今在5G时代的通信基站储能上，铁锂电池将发挥更大的作用。而铁锂的未来并不止步于此，随着锂电池成本持续下降，铁锂电池有望在大储能领域彻底打开配套空间，广泛应用在发电侧、输配电侧和用电侧各行各业各领域，发挥平滑发电输电、削峰填谷、调峰调频、峰谷套利、光储风储和备用电源的强大作用。全球范围内，抽水蓄能仍然是成本最低且难以被超越的储能方式，据中关村技术联盟CNESA）统计，截至2018年底，全球累计已投运储能项目181GWh，同比增长3.19%，抽水蓄能占比高达95%，电化学储能累计装机6.625GW，同比增长126.4%，占比3.7%，是抽水蓄能以外累计装机规模最大的技术路线。但受制抽水蓄能对地理位置的依赖性，在无法覆盖到的地方，锂电池均体现出强大的竞争优势。电池储能的投资成本主要包括电池、BMS、PCS、其他一二次设备、设计、土建施工、安装等，其中电池是成本的主要构成，一般占比40%-60%。据BNEF预计，2018年储能系统成本为364美元/kWh，根据各地方用电政策，当前铁锂电池循环寿命条件下，削峰填谷已经开始实现正收益，而到2030年，BNEF认为储能系统成本有望降至165美元/kWh，考虑循环寿命的提升，储能的度电成本下降更快，我们认为磷酸铁锂电池在各类储能系统中的应用在不需要任何补贴的情况下已经初步具备经济性，铁锂的未来不是分散的江河湖泊，而是苍茫的星辰大海。投资建议：全面配置磷酸铁锂中游材料和电池环节我们认为本轮铁锂电池产业链的