摘要:文章從宏觀經(jīng)濟學產(chǎn)業(yè)鏈的角度分析了通信行業(yè)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、問題、發(fā)展趨勢;提出要重視加強通信電源自主創(chuàng)新、國外高新技術的消化吸收再創(chuàng)新、技術規(guī)范的修訂、促進通信電源向更可靠、節(jié)能、環(huán)保、高效方向發(fā)展。
希望文中有關內(nèi)容可供相關決策部門參考借鑒,共同把我國的通信電源產(chǎn)業(yè)做大做強。
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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)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(nèi)嵌式電源模塊,不在本文討論范圍。
2 通信電源產(chǎn)業(yè)鏈組成分析
產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)通信電源產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品高比容鉭粉,鉭粉的比容越高,電容器的容量就越高,尺寸就越小;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(nèi)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品產(chǎn)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(chǎn)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400kVA;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(chǎn)、回收環(huán)節(jié)產(chǎn)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(jīng)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1~4h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(jīng)濟性的最佳結合點,更多的是犧牲了成本。
4 產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(nèi),通信直流電源產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(jīng)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。
(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(jīng)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(diào)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(diào)制冷的節(jié)能,空調(diào)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(diào)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(diào)、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(diào)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(zhì)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(chǎn)品集采測試等。
我國第三方評級、檢測機構發(fā)展滯后于經(jīng)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展存在質(zhì)量問題;單獨依靠政府質(zhì)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(chǎn)生的需求應該由社會化大生產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(diào)、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)保可以促進產(chǎn)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(chǎn)業(yè)布局、政策扶持、創(chuàng)新激勵上拿出更多更好的政策。
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