未来5G与能源的深度融合研究

2018-07-06

当前,以AI为代表的智能化技术正在掀起第四次工业革命的浪潮,以5G为代表的移动通信技术正在与AI、大数据紧密结合,开启一个万物互联的全新时代。无论是德国提出的工业4.0,还是中国制造2025,应对新一轮全球竞争所采取的国家战略都需要借助网络连接来实现。如果说电力是工业化的血液,那么网络连接就是工业化的神经。5G网络不仅能给我们带来更好的带宽体验,而且背负着一个重要的使命——使能垂直行业(Empower Vertical Industries),以超高带宽、超低时延以及超大规模连接改变垂直行业核心业务的运营方式和作业模式,全面提升传统垂直行业的运营效率和决策智能化水平。

作为典型的垂直行业的代表,能源电力行业对通信网络提出了新的挑战。随着分布式能源接入、电动汽车服务、用电信息采集、配电自动化、用户双向互动等业务快速发展,各类电网设备、电力终端、用电客户的通信需求爆发式增长,迫切需要实时、稳定、可靠、高效的新兴通信技术及系统支撑,提升能源行业信息化、智能化水平,为经济社会发展提供可靠的用能保障。

在此背景下,能源电力行业与5G网络的深度结合必将推动能源行业安全、清洁、协调和智能发展,真正实现清洁能源替代和电能替代的核心战略的落地,从而为智能化工业革命提供坚实的基础,助力中国制造2025达成既定目标。

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,激发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。可再生能源、电动汽车、电网通信、智能电网等领域将成为5G在能源行业的重点应用场景。

(一)可再生能源

在过去传统的供电模式下,一般通过大型的热电站及水电站来满足人们的用电需求。而如今为应对全球变暖和实现可持续发展,可再生能源发电得到了长足的发展和普及,太阳能、风能等各种可再生能源发电站越来越多,这使得供电和用电模式变得更加多元。同时,可再生能源发电的大量并网将给电网运行、管理带来新的挑战:一方面,可再生能源发电的间歇性、随机性特点,给电网功率平衡、运行控制带来困难;另一方面,分布式能源的深度渗透使配电网由功率单向流动的无源网络变为功率双向流动的有源网络。

可再生能源发电等新型分布式电源是一种建在用户端的能源供应方式,可独立运行,也可并网运行。分布式电源接入是电网发展中不可缺少的重要环节。分布式电源集成到电网中可带来巨大的效益,除了节省对输电网的投资外,还可提高全系统的可靠性和效率,提供对电网的紧急功率和峰荷电力支持,此外,还为系统运行提供了巨大的灵活性。而过去传统配电网的设计并未考虑分布式电源的接入。在并入分布式电源后,网络的结构发生了根本变化,从原来的单电源辐射状网络变为双电源甚至多电源网络,配网侧的潮流方式更加复杂。用户既是用电方,又是发电方,电流呈现出双向流动、实时动态变化。因此,配电网急需发展新的监控和通信系统,实现分布式电源运行监视和控制,增加配电网的可靠性、灵活性及效率。

以分布式光伏为例。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,可有效地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。

(二)电动汽车

在电动车领域,5G技术同样具有广阔的应用前景。汽车和越来越多的行走机械的动力由燃油转向电力已无悬念。电动车是未来能源系统中一个重要的基本单元,充电桩是一个重要的基础端口,也是连接新能源与电动车两个万亿级市场的结合点。

随着电动车的快速发展,电动车充电容量需求巨大。据报道,2030年电动车保有量将达到1亿辆,车载动力电池的功率将超过10亿千瓦,相当于50个三峡电站;2040年电动车保有量将达到2亿辆,车载动力电池的功率将超过20亿千瓦,相当于100个三峡电站。若再考虑退役动力电池,2030年动力电池功率还将增加2亿千瓦。为更好地对需求侧进行管理(例如削峰填谷),用电管理可以采用新的模式。比如,电动车充电可以由传统的在设备接通时用电,变为充电时间可选的互动式用电。

5G网络拥有超高速率,下行速率可超过20Gbps,上行速率超过10Gbps。同时支持每平方公里内至少100万台设备连接,实现千亿量级容量的连接。5G是电动车发展的最后一个制约因素,将推动电动车完成从“诺基亚”到“苹果”的华丽跨越。

(三)电网通信

当前,电力用户用电信息采集业务主要用于计量,数据传输业务规模小、频次低,呈现出上行流量大、下行流量小的特点。现有的通信方式主要包括无线网和光纤传输方式,各类用户终端采用集中器方式,目前主站为省级公司集中部署。

业务增长将带来用电信息数据准时、实时上报的新需求。同时,终端数量级进一步提升。未来的用电信息采集将进一步延伸到家庭,能够获取所有用电终端的负荷信息,以更精细化地实现供需平衡,引导合理错峰用电。例如当前欧美等国已经在实行的电价阶梯报价机制,需要实时公示通知电价,以便用户能够按需预约采购。

5G通信网络可以为电力用户用电信息采集提供海量接入和准时实时数据上报的强大技术支持,协助系统完成电力用户用电信息的采集、处理和实时监控,实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能。

 



来源:中国能源网 作者:本站编辑 浏览次数:

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