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降损耗 磁性元器件撬动千亿储能电源市场秘钥
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降损耗 磁性元器件撬动千亿储能电源市场秘钥

2022-04-12 09:45:23 来源:电子变压器与电感网 作者:陈泽香 点击:2290

【哔哥哔特导读】据估算,2025年通信储能电源市场达两三千亿元,其中磁性元器件市场规模可达280-420亿元。而要撬动这千亿通信储能电源市场,降损耗是磁性元器件企业面临的最重要课题。

2021年12月国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局4部门联合制定《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》。

《方案》指出,到2025年,数据中心和5G基本形成绿色集约的一体化运行格局。数据中心运行电能利用效率和可再生能源利用率明显提升,全国新建大型、超大型数据中心平均电能利用效率降到1.3以下,国家枢纽节点进一步降到1.25以下,绿色低碳等级达到4A级以上;全国数据中心整体利用率明显提升,西部数据中心利用率由30%提高到50%以上,东西部算力供需更为均衡;5G基站能效提升20%以上。

这意味着在基站通讯、数据中心领域,如何降损耗将是其未来发展的关键突破口。作为在基站通讯、数据中心中广泛应用的通信储能电源与磁性元器件,降损耗自然也成为一道重要课题。

通信

基站铺设、东数西算下通信储能电源新增长

通信储能电源是基站通讯、云服务器的能源库,为各种传输设备提供电能,保证通讯系统正常运行。

目前,我国5G建设和应用保持在全球领先水平,5G网络已经覆盖全国所有地市一级和所有县城城区,87%的乡镇镇区。今年工信部发言人田玉龙表示,2022年我国5G基站要新建60万个以上,现在基站超过142万个,即2022年底基站数量达到200万个。

48V直流远供电源、HVDC直流远供电源、DPS分布电源是5G基站常用电源,按照市场价格计算,48V直流远供电源模块约4000元/个,HVDC直流远供电源约7000元/个,DPS分布式电源约10000元/个。安信证券按照2025年国内5G基站有450万站的建设规模测算,预计5G基站电源市场空间有望达到315亿元。

而在服务器领域,大比特产业研究室按照不同的冗余电源模式推算,假设2025年全球x86服务器出货量为2191万台,则2025年全球x86服务器电源规模数量范围为4382~8764万个。市面上服务器电源报价大有不同,低至200元/个,高至7500元/个,若取中间值3850元/个计算,估算2025年全球x86服务器电源市场总规模约为1687-3374亿元。

这代表在5G基站通讯与服务器两大通信领域中,2025年通信储能电源市场便能撬动两三千亿元的市场规模。根据企业公布的采购金额可知,磁性元器件约占通信储能电源成本14%,据此可推算,2025年通信储能电源用磁性元器件市场规模达280-420亿元。

如今,通信储能电源领域已吸引了众多知名企业入局。华为、中兴、中恒电气、中达电通、核达中远通、动力源、威迈斯、麦格米特、金威源、维谛等企业均是通信储能电源领域的佼佼者。

提高效率 降低损耗为现阶段通信储能电源主要技术方向

近年来,基站通讯与数据中心建设如火如荼,带来的能耗问题引起人们热议,成为了名副其实的“电老虎”。

据中国能源报估算,5G基站的用电量将由2020年的不足200亿度电迅速攀升至2025年的3500亿度电左右。相关机构预测,全球数据中心能耗从2020年的6700亿度电,将增长至2025年的9500亿度电,约占全球总用电量的3%。基站通讯与数据中心的节能减排已经成为行业面临的主要难题。

中兴通讯作为全球领先的综合通信信息解决方案提供商,其生产的通信储能电源产品主要适用于市电良好区域的通信站点及机房供电。

中兴通讯携手腾讯建立清远清新云数据中心 图源中兴通讯官网

中兴通讯携手腾讯建立清远清新云数据中心 图源中兴通讯官网

中兴通讯高级副总裁、数字能源产品经营部总经理俞义方此前在接受其他媒体采访时表示,随着5G的部署和数据中心的大规模建设,高昂的电费支出会大幅侵蚀运营商的经营利润,同时在全球碳中和的大趋势下,促使运营商需要以新的方式思考如何降低移动站点能耗,降低碳排,使绿色网络成为现实。通信储能电源作为基站不可或缺的重要基础设施,未来的演进必然朝着架构极简化、管理智能化、用电绿色化、运营网络化发展,以助力运营商实现网络能效提升、节能减碳等。

中兴通讯研发总工熊勇表示,随着5G基站的功耗要求越来越高,中兴通过提高通信储能电源转化效率,逐步推出97%-98%的转化效率电源,降低损耗。此外,从公司管理方面,也可以去提高通信储能电源的开发效率,节省开发周期。

可靠、稳定是通信设备对电源系统的基础要求。然而由于不同时间段用电需求的不同,对电源的可靠性、稳定性提出了一定的挑战。通信储能电源就能帮助通信站削峰填谷,保证其安全性稳定性。

近日,铭普光磁便开发了通信储能电源用于通信站中,为“翼安能”电信级安全储能系统提供服务。

铭普光磁表示,通信储能电源能在不对现有48V通信电源系统进行改造的情况下代替原有蓄电池,在保证安全后备供电的前提下,充分利用电网峰谷电价差,为电信企业节省大笔电费,降低电信运营商的运营成本,同时为电网提供用户侧削峰填谷服务,一定程度上减轻电网的峰谷不平衡压力。

同时,“翼安能”电信级安全储能系统解决了大容量锂电池组在电信机房中安全应用所面临的难题,为储能系统应用于电信机房等高度敏感场合扫清了障碍。该系统已于2021年底开始在多个地区的中国电信机房投入试点运行,取得了良好的效果。

磁性元器件新要求:高频率、低损耗、强绝缘

1.磁性元器件高频率、降损耗适配低碳要求

另外,随着电子产品智能化的发展,内部IC集成度也越来越高,为此需要加强电路安全保护。然而,整个通信储能电源的功率提高,元器件需要小型化、贴片化,把小体系的电流做大,以此来提高产品性能。因此,在通信储能电源电路保护方案设计过程中磁性元器件需同时满足高频率、低损耗、小型化的性能要求。

麦捷科技子公司金之川向华为、中兴通讯供应基站电源类功率电感和平板变压器等元器件产品,覆盖通讯系统的云管端各个环节。

德维斯总经理邵光华认为,要解决“电老虎”难题,减少通信储能电源损耗,从磁性元器件角度来看主要还是从磁芯方面去做改善。如平板变压器用铜箔,做一个绕组结构使其电流能够更大。另外一个就是从线材方面做调整,可能选择不用漆包线,改用铜皮,也有可能直接选用膜包线、FIW线。

经纬达研发总监汪洪伟表示,通信储能电源等电源类产品步入“大功率小型化”时代,使得磁芯材质要求提升。在提升磁芯饱和磁通密度的同时降低剩磁密度,保证磁芯在高频率工作情况下不会产生磁饱和、温度过高等现象。此外,传输线材也需要进一步优化。次级大电流线材选用“绞合三层绝缘线膜包线”,大幅度降低铜线趋肤效应,提升铜线的有效使用面积,到达提升次级电流强度上限,降低温升等效果,同时合理满足安规要求,提升产品生产效率及安全性。

2.磁性元器件所用线材需提升绝缘强度

基站通讯与服务器高压高频的特性,使得通信储能电源在检测中,需保证具有过电流保护、短路保护、欠压保护、输出过压保护、高温放电保护、低温放电保护、交流低温充电保护、交流高温充电保护、湿热保护等。

这意味着通信储能电源应具有良好的绝缘层,绝缘层包括有足够大的绝缘电阻和绝缘强度。对磁性元器件来讲,则代表其所用绝缘线需有更大的绝缘强度。奥立电子总经理胡秀江向记者表示,奥立电子所产的多股线不仅大大提升了磁性元器件的绝缘强度,而且在磁性元器件的实际应用中,在集肤效应、产生热源上起到很大的改善作用。

3.磁性材料往耐高温、高频方向发展

通信储能电源与磁性元器件的性能提升离不开磁性材料。金刚磁业深耕通信领域多年,围绕基站、路由器、通讯终端等通讯各领域出了系列产品。其总经理刘关生表示,金刚磁业在通讯领域一直都有做出属于自己特色的产品,生产的磁性材料能够应对更高的传输速度,满足当前通讯需求。

金刚磁业市场总监刘峰介绍,针对通信储能电源高温高频的应用要求,金刚磁业在2021年推出高温磁性材料P28并开始大量供货,高频磁性材料P51已经开始测试,预计2022年可以大量供货。除部分高端材质和一流品牌仍有差距外,通信储能电源用磁芯、电感等常规产品基本能满足客户需求。

4.第三代半导体材料的添加助推磁性元器件效率提高

以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体成为新一代通信领域产品的重点核心材料。早在2019年,金威源便与基本半导体共建联合实验室,推动包括通信储能电源领域在内各电源产品创新。第三代半导体的高频特性一方面使得电源电路中的磁性元器件体积更小、重量更轻,通信储能电源整体效率更高,一方面也要求磁性元器件提升性能,以更好的发挥出第三代半导体的优势。

台达电子磁性元器件设计工程师张会常表示,在电源模块中运用半导体材料能大大提高通信储能电源的工作频率。但就需要磁性材料、磁性元器件去做相关的配合。磁性元器件中,以电子变压器为例,其工作频率会提高到100khz左右,这也是目前常规磁性元器件能达到的最佳工作频率。未来还是会继续往高频化方向发展。

结语:

针对当前基站通讯、数据中心最为人关注的能耗问题,国家近几年多次发布相关政策,指导建立新型数据中心,绿色发展。

于通信储能电源企业而言,提高电源转化效率,加入第三代半导体材料是降低电源损耗的重要方式。

而对磁性元器件企业来说,可从磁芯、线材选用等方面降低损耗。一方面,在提升磁芯磁通饱和密度的同时避免磁饱和、温度过高等现象;一方面,选用绞合三层绝缘线膜包线、FIW线等能降低铜线趋肤效应,提升铜线的有效使用面积等能减少损耗的线材。

我们期待,越来越多的企业能参与进来,在通信储能电源的赛道上各显神通,大放异彩!

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