AIDC系列（三）：母线—点亮算力基石的“隐形引擎”

民生电新邓永康/林誉韬/许浚哲/李佳 核心要点 •数据中心场景中母线应用趋势增加。随着IT设备功能增强，数据中心的IT机房区设备供电功率密度也随之升高。目前数据中心用电量持续提升，主干线的输电电流一般达到3200A及以上，母线由于具有电流更大、更节省空间、更安全可靠的优势，正逐步替代数据中心中末端配电电缆+列头柜应用。 •与列头柜方案相比，母线优势显著 1）灵活度高：小母线部署简易快捷，仅需将母线槽安装到所有的预期机柜上方即可完成部署，个别机柜增加输出容量或者回路数量无需对母线槽做出变更，仅需增加或者变更插接箱即可。2）增加机房利用率：采用母线由于省去了强电列头柜，原列头柜的位置可增加配置1个IT机柜。一般每20个左右IT机柜配置1台强电列头柜，去掉列头柜后可增加1/20左右的IT机柜数量。3）使用寿命长、可重复利用：轨道式精密母线使用寿命长，可达到20-25年以上。由于采用模块化拼装结构设计，可满足多次拆卸使用，而传统的配电列头柜加上线缆的使用周期为8-10年左右，且扩容或搬迁后不能重复利用。4）系统投入快，施工周期短：传统列头柜加线缆模式，完成一个机房工期约为30～40天，母线系统只需7～10天就可以完成一个机房的交付。 小母线方案相对于列头柜方案增加20%的成本，考虑到小母线方案可以在相同空间内放置更多机柜，根据测算2年可以收回小母线方案增加的投入成本。考虑到母线方案机柜数量更多、运维成本更低、使用寿命更长等特点，我们认为小母线方案相比列头柜具有更高的性价比，渗透率有望持续提升。 •市场空间测算：根据Semi Analysis预测，全球数据中心容量将从2023年的49GW增长至2026年的96GW，目前已有部分机房开始采用智能小母线方案，根据敏感性测算，当智能小母线渗透率为50%/70%，市场空间将达到227/318亿元。 •投资建议：推荐国内母线龙头、海外业务加速布局、与数据中心相关企业合作多年的【威腾电气】，关注海外母线核心供应商，深度绑定海外龙头的【电工合金】。 •风险提示：下游资本开支不及预期、渗透率提升不及预期、行业竞争加剧风险、技术替代风险。 目录 母线在数据中心中的应用 02 投资建议与相关标的 03 什么是母线？01. 母线：配电环节重要产品，适用于大电流场景 •输配电系统是整个电力系统的重要组成部分，承担着将电能从发电厂输送到终端用电客户的职能。输配电系统分为输变电系统和配电系统，其中输变电又分为输电和变电。输电是指电能的传输，把距离较远的发电厂和负荷中心联系起来，使电能的开发和利用突破地域的限制；变电是指利用一定的设备将电压由低等级转变为高等级（升压）或由高等级转变为低等级（降压）的过程；配电是指将电力分配至用户和终端设备，起电能传输和分配的作用的产品主要是母线与电缆，但两者在原材料、产品技术、生产工艺、应用场景、性能等方面均存在一些差异。 •母线的上游主要包括铜材、铝材、PET聚脂薄膜以及一些辅助元器件，经过导体加工、外壳生产、装配后做成母线产品销往下游，母线的下游应用场景比较广泛，在大电流传输场景或者需要节约空间的应用场景中，如大电流开关柜（≥3,200A）顶部出线、大功率变压器（≥1,600kVA）顶部出线、大电流的风电机组塔筒、数据中心、电子厂房、半导体、芯片、显示屏等行业的洁净厂房、20层以上的高层楼宇建筑等，母线产品已经逐渐的替代了电缆。图表：母线产业链图谱 配电环节重要产品，适用于大电流场景 •从性能方面来看，母线具有以下优势： 电流更大：在大电流传输的场景，如果输电电流超过1000A时，需要采用多根截面积≥240mm²电缆并联，而母线的结构为密集型模数化设计，其不同电流等级的产品只需要改变高度即可实现，单一回路最大电流可达到6300A。 更节省空间：电缆在施工时由于受到弯曲半径的限制，最小弯曲半径为电缆直径的10-20倍，而母线可以采用预制式弯通设计，可以直接根据工程现场的情况设置直角弯通，相比于电缆能够更加节约安装空间。 更安全可靠：电流分接和引出时，电缆通常采用电缆分支接头，工艺相对复杂且需要专业人员进行操作，电缆接头绝缘方式一般采用绝缘材料在现场缠绕处理，容易发生松弛和绝缘老化；母线可以在相应位置提前预留好分接单元和出线端子，并在每一个分接单元中设置保护断路器，主干线引出电流便捷，更安全可靠。 母线在数据中心中的应用02. 数据中心电力传输和分配的“脉络” •数据中心场景中母线应用趋势增加。随着IT设备功能逐步增强，数据中心的IT机房区设备供电功率密度提升。数据中心设备机柜用电负荷由以前的2kW/台，提高到3kW/台、4kW/台，甚至更高。机房单位面积的平均用电负荷也由1kW/m²，提高到1.5kW/m²、2kW/m²，甚至更高。数据中心的极高的功率密度是其区别于一般工业和民用建筑的一个显著特点，也是衡量一个数据中心性能的重要指标。随着数据中心用电量越来越大，主干线的输电电流一般达到3200A及以上，母线正逐步替代数据中心中电缆的应用。 数据中心电力传输和分配的“脉络” •机房传统低压配电系统一般采用2路10kV市电接入，经过变压器、低压配电柜分别接入不间断电源设备，再经过不间断电源输出柜连接至各个列头柜，从列头柜敷设电缆接入机柜内PDU，可分为三级配电：变压器输出——低压配电——交流（直流）不间断电源——列头柜——服务器机柜。 •第一级通常采用电缆或低压母线，由变压器—交流（直流）不间断电源的数据中心总配电系统。变压器低压侧一般采用单母线分段型式运行，放射式与树干式相结合的方式，对于单台容量较大的负荷或重要负荷采用放射式供电，通过低压配电柜给变压器下游的低压用 电 设 备（UPS、配 电 箱、空 调 等）供 给 电 源。通 常，第 一 级 配 电 的 容 量 介 于800~2500A之间。 •第二级一般采用电缆，由交流（直流）UPS——列头柜的机房配电系统。传统数据中心机房内配电方案大多数使用列头柜加电缆的组合方案。数据中心列头柜通常放置于一列服务器机柜的始端，作为该列服务器机柜的电源分配与保护的终端配电柜，列头柜通常以放射式的配电形式与上一级配电柜连接。通常第二级配电的容量介于100~400A之间。 •第三级一般采用电缆，由列头柜——服务器机柜的末端配电系统。列头柜的功能是对这一列机柜所带的交直流负载提供电源，起到电能分配、数据的监控、数据的测量、设备的保护、设备的告警等功能。列头柜设计了很多断路器，每个输出断路器与各个服务器机柜的PDU连接构成数据中心传统的终端供配电系统。通常第三级配电的容量为25~80A之间。近几年也有些机房在末端配电采用智能小母线方式。 证券研究报告8资料来源：《新型数据中心低压全母线配电方案分析》张飘等，民生证券研究院 数据中心母线分为动力母线和末端智能小母线 •根据母线的容量、运用环境及主要功能，将母线区分为动力母线（俗称大母线）和机房母线（俗称小母线）以及其它母线（如照明、防火母线等）。一般定义800A电流等级为机房小母线和动力母线分界点。 •动力母线主要用于总变配电系统，低压配电柜经动力大母线输配电到机房配电柜；小母线用于终端配电系统，通过小母线配电到机柜和其他关键负载。 与电缆相比，大母线载流量大，防护等级高，施工方便快捷 •大母线配电常用在变压器低压侧到低压配电柜，低压配电柜到交流（直流）不间断电源，以及不间断电源到机房配电柜的路径中，按绝缘方式可分为空气式母线槽、密集绝缘母线槽和高强度母线槽三种，是由金属板（钢板或铝镁合金板）为保护外壳、导电排、绝缘材料及有关附件组成的母线系统。母线槽作为电能的传输介质，可以将电能更可靠、安全地输送到负载侧。母线由工厂成套生产，质量有保证，运行维护工作量小，施工安装简便。 •母线供电方式由主干母线、插接箱、机柜端母线始端箱及测量单元、分支母线、机柜末端插接箱及多功能表采集智能终端组成，其特点是各段母线之间有多个连接点，由于其对母线的温升、电流、电压、功率等参数进行监控，可实现主动式配电智能管理。另外，母线槽外壳采用多点接地，使外壳基本处于等电位接地方式，大为简化结构，并杜绝人身触电危险。相比于传统的电缆而言，母线槽具有载流量大，防护等级高，施工方便快捷，安全可靠等优点。 与列头柜方案相比，智能小母线方案灵活性高、更省空间 •小母线：始端与大母线对接，通过母线插接箱内的断路器与每个IT机柜中的PDU连接构成数据中心小母线终端供配电系统，小母线容量介于100～400A之间。 •列头柜：放置于一列IT机柜始端的配电机柜，作为一列或若干列IT机柜的电源分配与保护的终端配电柜。列头柜通常以放射式的配电形式连接到上游配电柜或与采用树干状配电形式采用主干母线与上游电源配电柜连接。列头柜的每个输出断路器与各个IT机柜的PDU连接构成数据中心传统的终端供配电系统，每个列头柜的容量介于100～400A之间。 与列头柜方案相比，智能小母线方案灵活性高、更省空间 •小母线方案优势： 1）灵活度高：传统的配电方式为UPS出线柜之后接配电列头柜，之后通过线缆为每台机柜内设备供电，即每个机柜通过一根电缆与列头配电柜线缆一对一连接，新增或机柜扩容变更提升功率时需要重新排放电缆；小母线部署简易快捷，仅需将母线槽安装到所有的预期机柜上方即可完成部署，可以依据用户的进驻实现即需即安装的安装安排，个别机柜增加输出容量或者回路数量无需对母线槽做出变更，仅需增加或者变更插接箱即可。 2）增加机房利用率：采用母线由于省去了强电列头柜，原列头柜的位置可增加配置1个IT机柜。一般每20个左右IT机柜配置1台强电列头柜，去掉列头柜后可增加1/20左右的IT机柜数量，按一个机房1000个机柜为例，原需要50个列头柜，采用母线后机房IT机柜可达1050个，每个机柜租赁费6万元/年计算，可增加效益300万元。 3）使用寿命长、可重复利用：轨道式精密母线使用寿命长，可达到20-25年以上。由于采用模块化拼装结构设计，可满足多次拆卸使用，移位使用的特点，使其最大限度的保护用户固定资产投入，而传统的配电列头柜加上线缆的使用周期为8-10年左右，且一旦扩容或搬迁列头和线缆无重复利用的可能。 4）系统投入快，施工周期短：如使用传统列头柜加线缆模式，完成一个机房典型施工工期约为30～40天涉及到配电柜就位，电缆桥架安装，电缆裁剪铺设，电缆对接等多个繁琐工序。而部署母线系统只需7～10天就可以完成一个机房的交付，节约大量的施工时间和人工投入同时也节省了桥架和电缆的需求，可提前近1个月交付客户使用。 母线与列头柜项目全生命周期成本分析 •材料成本部分：列头柜方案主要材料为精密配电柜、镀锌金属线槽、电缆和工业插座，合计材料成本为12.08万元；小母线方案材料为始端电缆馈电箱、母线槽直线段、插接箱、监控系统（包含智能模块与工业插座）等，材料成本合计为16.2万元。 •安装成本部分：列头柜方案需要列头柜安装、市放电缆和安装电缆桥架三道工序，安装成本为3662.4元；母线方案工序简单且耗费工时显著降低，总安装成本为1524元。 母线与列头柜项目全生命周期成本分析 •该项目若采用列头柜方案，可布置1920个机柜，机房总投入成本为1086.57万元；采用小母线方案后由于取消了列头柜，可增加182个机柜，小母线系统的综合成本大部分可以因为系统的边际效应而被节省，因此母线解决方案的总投入介于1308.12万元到1432.20万元之间。 •总体来看，小母线方案的相对于列头柜方案增加20%的成本，由于采用小母线可以增加182个机柜，按单机柜6万元/年租赁费，20%利润率计算，每年增加利润218万元，2年内可以收回小母线方案增加的投入成本。后续考虑到母线方案机柜数量更多、运维成本更低、使用寿命更长等特点，我们认为小母线方案相比列头柜具有更高的性价比，渗透率有望持续提升。 市场规模敏感性测算 根据SemiAnalysis预测，全球数据中心容量将从2023年的49GW增长至202