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5G&能源 深度融合

作者:邓聪 乐舒 杨赞 李跇 来源:人民邮电报 发布时间:2021-04-02 浏览:
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通信能源随5G走向千行百业,将带领通信新基建走向各种企业级的应用场景,例如港口,石化,矿山,电力,交通,甚至院校,医院,社区等。多种多样的应用场景,要求通信基建功能更加灵活多样。具有通信基础设施和能源基础设施双重属性,或将成为5G基建的的必要框架,通信能源,数字能源,分布式能源未来可期。

通信能源启新篇

5G已悄然走过2019商用元年和2020独立组网规模商用元年,截至2021年2月,中国建成5G基站超过71.8万个,约占全球的70%;独立组网模式的5G网络已覆盖全国所有地市,5G终端连接数超过2亿。全球移动通信系统协会(GSMA)日前发布的《2021中国移动经济发展报告》显示,

2020年中国5G连接数超过2亿,占全球5G连接数的87%,2025年中国5G连接数有望达到8.22亿。5G独立组网已经启航,截至2021年1月,全球57个国家中已有144个5G商用网络,5G连接数达到2.35亿左右。

5G商用带动新基建节奏加快,能源供给模式需求发生显著变化。5G基站设备功耗为4G设备的3~4倍,随着基站数量的增长,对电源,制冷等设施的需求将大幅增加。目前主要运营商的5G基站主设备空载功耗约2.2千瓦,满载功耗约3.8千瓦,是4G单站的3倍左右,这使基站供电面临多项痛点。基站无空间,配电难扩容,温控难扩容,更换复杂,新能源接入难等多项难题,使更为优质的智能化能源解决方案上线变得刻不容缓。

5G或将引领能源革命?走过两载春秋,这种可能逐渐浮出水面。“通信能源”与“分布式能源”随5G加速普及成为行业热词。全球最大的通信铁塔基础设施服务商中国铁塔建设运营了数量庞大的通信铁塔,且多数建在荒山野岭,风光储相结合的电力供应不可或缺。可以说,没有哪种分布式能源项目比通信铁塔的能源系统更“分布式”了。

此前,鲜有外部投资者关注铁塔分布式能源投资,因而中国铁塔自行组建能源投资公司,提供铁塔供电内需保障,同时布局通信能源业务拓展。通信铁塔能源业务布局有几点重要的考量。其一,利用分布式光伏风电(并网或离网)给蓄电池充电,自发自用或余电上网。其二,把储能系统里的铅酸电池替换成梯次利用的动力电池,离网供电或并网削峰填谷。其三,把靠近城镇枢纽的铁塔储能余电反过来建充电桩,给电动车充电。其四,通过自身5G网络优势,建设一个监控运维一体化的智慧能源综合服务平台。随着5G通信技术的应用与普及,分布式能源的应用场景将有显著改变。

有关研究显示,未来全球90%的站点将实现能源数字化,能源数字化对于简化运维,降低站点运维成本至关重要。在数字化传感,控制,处理等技术的加持下,预计到2025年,全球有90%的站点实现能源数字化,运营商打造极简,绿色,自动驾驶的网络成为可能。

未来,连接无处不在,越来越多的频谱投入使用,站点建设将持续加密。5G时代,从站点到承载网再到核心网,能源系统愈加庞大和复杂,更需要简化部署及控制TCO。未来一站一柜,一站一刀,网络自动驾驶运维等能源网络端到端及全生命周期极简技术将规模应用,大幅提升建站和扩容的效率,降低能源运维的复杂度,形成极简能源网。

不难预测,5G网络通信技术将从根本上颠覆电力设备制造,电厂运维,电网运行的传统生态体系,在提高管理效率的同时,大幅降低人工成本。推而广之,所有能源的生产,传输和使用场景,都将在5G技术的推动下进行一场划时代的革命。

为“碳达峰碳中和”提速

“十四五”开局,中国经济将如何实现高质量发展?碳达峰,碳中和带来的发展模式革新将成为重要动能。

2020年12月,中央经济工作会议把“做好碳达峰,碳中和工作”定为2021年八大工作重点之一。此前的2020年9月,习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话,提出我国将采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。今年全国两会上,碳达峰,碳中和也被首次写入政府工作报告,成为代表,委员讨论的“热词”。

就概念来看,碳达峰是指二氧化碳的排放不再增长,达到峰值之后逐步降低。碳中和是指企业,团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量,然后通过植树造林,节能减排等形式,抵消自身产生的二氧化碳排放量,实现二氧化碳“零排放”。要想实现这个目标,能源行业的发展必须由追求规模化扩张向清洁化和高质量转变,使能源结构不断优化,用能效率逐步提升,节能降耗取得显著成效。而其中,5G技术将发挥不可替代的作用。

近年来,能源行业积极实施“互联网﹢”战略,全面提升行业信息化,智能化水平,充分利用现代信息通信技术,控制技术,实现智能设备状态监测和信息收集,推出新型作业方式和用能服务模式。随着各类能源业务的快速增长,电网设备,电力终端,用电客户迫切需要通过最新的通信技术及系统支撑,满足爆发式增长的通信需求。5G技术将支持能源领域基础设施的智能化,并支持双向能源分配和新的商业模式,以提高生产,交付,使用和协调有限的能源资源的效率。风电,光伏等清洁能源将成为5G在能源行业的重点应用场景。

以光伏为例,随着分布式光伏的迅猛发展,光伏电站海量信息采集,现场设备监控,远程诊断运维等业务对通信网络传输能力提出了更高要求。5G通信具有高速率,高安全,全覆盖,智能化等特点,可有效解决分布式光伏电站分散,点多,量大等问题。5G技术对光伏云网带来的最大变化是数据传输速率与质量的大幅提升,这能够有效解决光伏云网所面临的用户数量激增,海量分布式数据难以采集,广域覆盖难以保障等难题。

通过5G技术,可为光伏云网数据采集,运行监控,电费结算等不同属性业务提供隔离独享的网络切片,保障不同业务的差异化需求与服务质量,确保光伏云网更加高效安全可靠地实现个性化,智能化等综合服务。在河北,涞水县南郭下村的分布式光伏扶贫电站就实现了5G通信链路的全面打通。在江西,中国移动携手华为联合国家电投光伏电站完成全国首个基于5G网络的,多场景的智慧电厂端到端业务验证,打造无线,无人,互联,互动的智慧场站,实现了5G技术在智慧能源行业应用的重要突破。

在风电领域,以5G为代表的数字化技术极大地提升了风电厂的灵活性,能够提升发电量5%~10%,施工周期缩短5%~10%,同时使成本降低5%~10%。在内蒙古,国家电投与中国移动针对察哈尔风电场建设开展“智慧风电场”项目合作,提供视频监控,物联网,无人机巡检,无线覆盖等信息化服务,推动全国首家5G智慧风电场的建成。

5G在清洁能源领域大有可为,而我们要做的就是如何利用好5G技术,为实现碳达峰,碳中和的目标贡献更大力量。

数字“油藏”显著降本增效

随着通信技术不断升级发展,数据传输速率越来越快,网络延迟越来越低。5G时代,网络峰值速度可达10Gb/s,比4G快100倍,5G时延可低于1毫秒,通信效率得到极大提升。这正改变着全球工业的面貌,其中,石油化工行业作为传统工业领域,在数字化浪潮席卷下,发生着深刻变化,数字化技术与油气行业的结合日趋紧密,“数字化转型”成为不少油气公司的重要战略选择。

去年,海南石油和海南移动签署战略合作协议,双方共同推动能源行业在5G工业应用,智慧加油站等领域开展深入合作。此前,双方已在物联网应用,通信线路,数据容灾,权益共享,渠道合作等多方面进行合作,而如今,将以“智慧发展”为核心,在信息化技术应用,基础通信,云计算,大数据,5G应用等方面开展合作,抓住“互联网﹢”发展机遇,不断探索合作新模式,深度融合发展,打造未来发展新格局。

那么,以5G为代表的数字化技术对于传统石油行业的价值在哪里?其主要价值是大幅提升生产效率并显著降低生产成本。石油公司将强大的计算能力,云存储,传感器,商业智能工具和分析等数字化工具,应用于勘探,开发,生产整个上游价值链,利用数字模拟和建立模型来提高效能,优化执行,从全球专家库和行业案例中获取经验。同时,数字化技术还深刻地影响着油气行业的运营,投资以及组织机构。虽然其与核心业务的整合过程还处于早期,但仍取得了明显进步。

从目前看,5G与石油化工行业结合,取得了初步成效,应用数字化技术及设备取代人工是设计阶段常见的降本增效手段,效果已经显现。据媒体报道,总体看,通过使用自动化平台,可减少七成的用工,削减两成到七成的经营成本,最高四成的资本支出。

在当前至今后相当长的一段时间内,数字技术是推动产业转型极其重要的力量。未来的那桶金,储藏在数据的“油藏”之中。随着5G时代的到来,更快的数据传输速率与更低的网络时延无疑给数字化技术更多赋能,对于油气行业生产力,利润,安全性以及效率的提升效果将更为明显。我国油气企业可以结合实际情况,考量数字化技术在生产环节,设备设施,管理职能等方面应用的广度及深度,积极提升油气行业生产力,利润,安全性以及效率,并积极应对随之而来的商业模式,生产模式,组织机构,制度体系,员工队伍等方面的变化。

“通”“电”耦合碰出“智慧火花”

5G改变社会,电力点亮未来。作为新一代移动通信技术,与4G网络相比,5G的带宽更大,时延更低,连接更广,而电力行业无疑是5G垂直应用的重点赛道和风口之一。5G网络特性与电力通信需求高度契合,可以为智能电网的各大应用场景充分赋能。

2020年3月,工信部与国家发改委印发《关于组织实施2020年新型基础设施建设工程(宽带网络和5G领域)的通知》,明确提出了重点支持面向智能电网等七大领域的5G创新应用。通知指出,在面向智能电网的5G新技术规模化应用方面,将基于5G新型网络架构及智能电网场景,开展5G端到端网络切片及资源调度系统研发,研发网络关键设备和原型系统,提供融合5G技术的智能电网整体解决方案。这为5G赋能电力行业提供了政策指引。

目前,全国很多地区都提出了5G智能电网建设计划,雄安新区,内蒙古,云南,海南等地纷纷启动5G智能电网建设。以雄安为例,5G正在与电网工程建设深度融合,现已开展基于5G网络的电力业务适配性试点验证工作,选取配电自动化,用电信息采集业务进行了业务承载性能测试。此外,国内首个基于SA架构的“5G﹢MEC”电力保护物联示范工程于2020年10月在雄安正式投运,核心技术达到国际领先水平。

事实上,5G强大的“能力”可以为电力终端接入网提供泛在,灵活,低成本,高质量的全新技术选择,为打造更加安全,可靠,绿色,高效的智能电网提供了强大的基础能力。5G﹢智能电网不仅能够大幅降低用户平均停电时间,有效提升供电可靠性和管理效率,同时可以极大地丰富和扩展电网应用场景,降本增效,助力电网企业向综合能源服务商转型,为用户提供更好的电力综合服务。在为用户供电服务方面,基于5G的电能质量监测和治理,也将减少因供电引起的故障或失效,提升用户的服务响应速度。

在电网通信领域,5G通信网络可以为用电信息采集提供海量接入和实时数据上报的强大技术支持,协助系统完成用电信息采集,处理和实时监控,实现用电信息自动采集,计量异常监测,电能质量监测,智能用电设备信息交互等功能。

5G还可以让电力行业衍生出更多价值。在5G应用采集类业务场景下,电网企业或电表制造商可以源源不断获取用户的各种能源数据和与能源系统运行状态相关的数据,以创造更大价值。例如,国网大数据中心利用电力大数据打造了电力经济指数,从电力使用的视角反映区域,产业,行业等不同层面的宏观经济发展状况。依托电力大数据分析业务,可以实现跨省市和跨行业电力数据的共享,提升区域产业,行业发展态势的洞悉能力,为政府部门的决策提供数据服务,为行业发展提供支持,为投资提供数据依据。

运营商也积极投身电力行业的建设。中国移动依托5G优势及核心产品的研发能力,打造了智慧电力的端,管,云等一体化行业解决方案,满足电力业务发,输,配,用各个环节的安全性,可靠性和灵活性需求。除此之外,基于5G改变电力行业的能力,各方针对5G网络承载电力应用开展了深入探索。目前已证明5G网络能够很好地承载电力业务,进一步的融合应用探索正在逐步开展。

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