5G與能源行業(yè)融合發(fā)展探討

牟俊

目前，5G技術(shù)逐步成熟，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)加速，5G的技術(shù)特點(diǎn)跟能源行業(yè)發(fā)展和能源智慧化需求高度契合。本文將針對(duì)5G和能源行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施共享、5G技術(shù)在能源行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行探討，為5G及能源行業(yè)融合發(fā)展提供思路。

一、前言

2020年我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)加快部署，在近期舉行的報(bào)告會(huì)上，工信部副部長(zhǎng)劉烈宏表示：“截止2020年底，中國(guó)已建成約71.8萬(wàn)個(gè)5G基站，為目前全球最大的5G網(wǎng)絡(luò)”。預(yù)計(jì)2021年5G基站的增長(zhǎng)仍將保持高速態(tài)勢(shì)，全年將新建超60萬(wàn)個(gè)5G基站，5G To B、To C、ToG端融合應(yīng)用市場(chǎng)前景廣闊。

二、 5G技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景

5G是最新一代即第五代移動(dòng)通信技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）定義了增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）、海量大連接（mMTC）、（uRLLC）三大5G應(yīng)用場(chǎng)景。增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶場(chǎng)景的體驗(yàn)速率和帶寬接入能力都大幅提升，用戶峰值速率達(dá)10Gbit/s，用戶體驗(yàn)性能大幅提升。增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶場(chǎng)景典型應(yīng)用包括VR/AR、高清視頻等。海量大連接場(chǎng)景連接設(shè)備密度達(dá)到每方平米數(shù)百萬(wàn)個(gè)，為大連接物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景應(yīng)用于開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，典型應(yīng)用包括智能抄表、智能家居、物流跟蹤、市政物聯(lián)等。低時(shí)延高可靠場(chǎng)景聚焦對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延極其敏感及可靠性要求很高的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，時(shí)延低至毫秒級(jí)，典型應(yīng)用包括智能電網(wǎng)、智慧城市、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等。

5G標(biāo)準(zhǔn)在2020年也取得了重大進(jìn)展，5G R16標(biāo)準(zhǔn)7月份宣布凍結(jié)。與R15標(biāo)準(zhǔn)相比，R16在應(yīng)用能力、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力和關(guān)鍵性能等方面均明顯提升，為垂直行業(yè)應(yīng)用提供了靈活的網(wǎng)絡(luò)部署模式。

三、智慧能源介紹

智慧能源的含義是充分應(yīng)用最新的多目標(biāo)優(yōu)化、計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)對(duì)各類(lèi)能源的開(kāi)采、生產(chǎn)、使用、調(diào)度、輸配、儲(chǔ)存、銷(xiāo)售與使用等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)和運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、分析和計(jì)算，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)、多參數(shù)尋優(yōu)處理和閉環(huán)控制，促進(jìn)能源和信息深度融合，滿足能源供給側(cè)、能源需求側(cè)和能源管理者的廣泛參與，使能源系統(tǒng)達(dá)到最佳狀態(tài)。

四、5G與能源行業(yè)的融合

（一）跨行業(yè)資源共享

中國(guó)鐵塔積極響應(yīng)十九大報(bào)告提出的培育共享經(jīng)濟(jì)、綠色低碳的新增長(zhǎng)點(diǎn)思路，于2018年4月與兩大電網(wǎng)公司簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，開(kāi)啟了鐵塔資源共享的新模式，促成了通信、電力資源共享的新突破。中國(guó)鐵塔利用大量電網(wǎng)公司的輸電桿塔建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，兩大電網(wǎng)公司也可以借助中國(guó)鐵塔豐富的通信站址資源和信息化運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，快速實(shí)現(xiàn)電力桿塔信息監(jiān)控、電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)低成本建設(shè)，打造互利共贏的良好局面。

（二）多種能源方式解決5G基站能耗

5G基站能耗相比4G成倍增加，5G基站的高能耗將帶來(lái)基站運(yùn)行成本的大量增加。因此，在具備條件的站址運(yùn)用太陽(yáng)能、風(fēng)能等多種能源方式對(duì)5G基站進(jìn)行供電，一方面可以降低基站運(yùn)行成本，另一方面也更加節(jié)能環(huán)保。

（三）5G在能源行業(yè)的應(yīng)用分析

近年來(lái)，隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，能源行業(yè)智慧化建設(shè)進(jìn)程加速。5G技術(shù)將有力的推動(dòng)能源領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施智慧化，提高能源信息采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)效率，激發(fā)新型作業(yè)模式和用能服務(wù)模式。5G在能源行業(yè)的重點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景包括智慧煤礦、智能電網(wǎng)、油氣管道監(jiān)控和分布式能源監(jiān)控等。

1.智慧煤礦

5G技術(shù)的低時(shí)延、高可靠特性，可以很好地滿足井上區(qū)域智能配送的需求。山東棗礦集團(tuán)付村煤業(yè)利用5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人搬運(yùn)車(chē)進(jìn)行固定線路的智能配送。無(wú)人搬運(yùn)車(chē)上安裝有自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，可以保障系統(tǒng)在不需要人工引航的情況下能夠沿預(yù)定的路線自動(dòng)行駛，將貨物或物料自動(dòng)從起始點(diǎn)運(yùn)送到目的地。無(wú)人搬運(yùn)車(chē)輛通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和調(diào)度，在廠區(qū)內(nèi)鋪設(shè)了磁釘定位系統(tǒng)的通道內(nèi)全自動(dòng)化運(yùn)行。無(wú)人搬運(yùn)車(chē)無(wú)人駕駛行走控制均由網(wǎng)絡(luò)調(diào)度中心自動(dòng)化控制，為了防止車(chē)輛間的急停、碰撞帶來(lái)的安全生產(chǎn)事故，對(duì)無(wú)線控制網(wǎng)絡(luò)提出了高可靠、低時(shí)延的嚴(yán)格要求。

另外，5G技術(shù)還可以與井下作業(yè)深度融合，滿足井下通信、人員定位以及無(wú)人井下開(kāi)采等業(yè)務(wù)需求。

2.智能電網(wǎng)

近年來(lái)，我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)速度加快，電網(wǎng)信息化、智能化水平日益提升，5G切片技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用將有力助推智能電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程。

目前，用戶電力信息采集業(yè)務(wù)主要用于計(jì)量，數(shù)據(jù)需求量較小，傳輸頻次較低。不少發(fā)達(dá)國(guó)家已推行電價(jià)實(shí)時(shí)階梯報(bào)價(jià)精細(xì)化模式，實(shí)時(shí)對(duì)電價(jià)向用戶進(jìn)行通知公示，便于用戶按需求進(jìn)行采購(gòu)，未來(lái)我國(guó)也有可能實(shí)行類(lèi)似的精細(xì)化電價(jià)管理，引導(dǎo)用戶均衡、精確錯(cuò)峰用電。這就要求每個(gè)用戶的用電信息必須準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、且實(shí)時(shí)上報(bào)。5G技術(shù)將很好的滿足用戶用電信息海量接入和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上報(bào)的需求，實(shí)現(xiàn)用戶信息自動(dòng)采集上報(bào)、用電分析管理、計(jì)量異常監(jiān)測(cè)、智能用電設(shè)備的信息交互和信息發(fā)布等多種功能。

5G技術(shù)超高可靠性超低時(shí)延的切片類(lèi)型將為智能分布式配電自動(dòng)化、毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制、主動(dòng)配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)等業(yè)務(wù)需求提供保障。各終端之間通過(guò)5G技術(shù)通信，可進(jìn)行智能分析、故障定位、故障隔離以及非故障區(qū)域電力自動(dòng)恢復(fù)等操作，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)故障處理，最大限度的減少故障停電時(shí)間和范圍。

5G增強(qiáng)帶寬切片技術(shù)在變電站機(jī)器人巡檢、無(wú)人機(jī)巡檢、輸變電線路狀態(tài)監(jiān)控、AR遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)等高清視頻回傳業(yè)務(wù)類(lèi)型也有廣泛的應(yīng)用前景，為山區(qū)、環(huán)境惡劣地區(qū)等巡檢工作提供幫助，提升巡檢效率，節(jié)省人力、物力。

3.油氣管道監(jiān)控

油氣管道線路長(zhǎng)，途徑區(qū)域地理環(huán)境復(fù)雜，涉危情況較多，因此，油氣管道的安全防控監(jiān)管是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。傳統(tǒng)的人工巡檢勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、人工成本高，巡檢周期長(zhǎng)，無(wú)法滿足7*24小時(shí)全天候的監(jiān)管需求。借助5G技術(shù)，建設(shè)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)監(jiān)控畫(huà)面的實(shí)時(shí)、清晰回傳，實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)控，同時(shí)可借助監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)預(yù)警，以便工作人員及時(shí)處理異常情況。

4.分布式能源監(jiān)控

分布式能源系統(tǒng)是新的能源供給模式，作為集中式供能系統(tǒng)的重要補(bǔ)充，主要是依托可再生能源（比如光伏發(fā)電、風(fēng)電）等發(fā)展起來(lái)的新的方向，可滿足部分需求量較小、需求分散等特殊場(chǎng)景的能源需求，便于能源的梯級(jí)利用，也為能源利用率的提高、安全性的改善與環(huán)境污染解決等方面做出了突出貢獻(xiàn)。分布式能源系統(tǒng)由于其分散的特性，對(duì)信息采集、運(yùn)維診斷、設(shè)備監(jiān)控等提出了更高的要求。5G高速率、低時(shí)延高可靠性的特點(diǎn)能很好的解決分布式電站分散、海量、智慧化的問(wèn)題，為不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)提供不同的網(wǎng)絡(luò)切片，保障不同業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量和差異化需求，為分布式能源的更好發(fā)展提供個(gè)性化，智慧化服務(wù)。

六、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，5G在能源行業(yè)應(yīng)用前景廣闊，5G網(wǎng)絡(luò)的快速部署為智慧能源建設(shè)提供了先決條件，同時(shí)，智慧能源的建設(shè)也將為5G站點(diǎn)的能耗提供新的解決思路，5G與能源行業(yè)未來(lái)將互相促進(jìn)，進(jìn)一步融合發(fā)展。