5G赋能未来电力

5G赋能未来电力 前言 5G改变社会，电力点亮未来。5G如何赋能智慧电网？应用场景有哪些？主要挑战在哪里？从技术创新到商业落地如何穿越？这些问题催生了这份报告的诞生。 从2014年开启5G场景需求的制定、技术研发和测试验证工作，到2018年全面开展5G规模试验，再到2019年实现5G试点商用和2020年全面商用，5G价值体现由实验室走向垂直行业应用，赋予各个行业完善现有产品开发、服务提升和开拓新业务的更多可能性。 据估算，到2026年，5G将为全球十个主要产业带来1.3万亿美元的数字化市场规模，其中能源/公用事业（水、电、燃气等）占比高达19%，市场规模约为2500亿美元。电力行业无疑是5G垂直应用的重点赛道和风口之一， 胡新春博士 德勤5G应用研究院院长 5G通信特点与电力通信需求高度契合，在智慧电网的各大应用场景中，5G均可充分赋能，5G能为电力行业带来深远的社会影响，并产生巨大的经济价值。 在这样的背景下，全球能源互联网研究院（以下简称“联研 院”）与德勤中国共同撰写本报告。依托国家电网公司电力通信网络技术实验室，联研院的周飞先生、李炳林先生、吴鹏先生、郭云飞先生基于对电力行业的深刻理解，对5G在电力行业四大应用场景进行了仔细梳理，并对各场景下的具体应用、体系架构和通信需求进行了详细分析。德勤中国的蒋颖女士、郭晓波先生、张慧女士和屈倩如女士基于多年咨询服务经验及电力行业深度观察，指出了5G电力行业应用的主要挑战，并对5G在电力行业商业落地的关键措施提出了 建设性意见。这些有益的研究、分析、探讨紧扣生态内企业对5G赋能电力的主要疑问，报告撰写团队也进行了深度思考和建设性建议，这必将帮助相关企业积极应对挑战，实现从技术创新到商业应用的跨越。 过去未去，未来已来。祝大家开卷有益，阅读愉快。 目录 一、5G驱动未来电力1 1.1从电力行业看5G1 1.2全球及中国5G+电力行业发展3 二、5G电力行业主要应用场景7 2.1控制类业务8 2.2采集类业务11 2.3移动应用类业务13 2.4电网新型业务14 三、5G电力行业应用挑战17 3.1安全性与电力业务适配性仍需验证17 3.2找到商用价值与成本的平衡点18 3.3业务模式尚不清晰19 四、从技术到商业21 4.1深度参与标准制定21 4.2选择最具潜力应用场景22 4.3商业模式创新23 五、联系我们27 5G赋能未来能源|二、5G电力行业主要应用场景 1 一、5G驱动未来电力 未来大部分的电力场景将搭建在能源互联网之上，能量像信息一样在网络中随时随地产生和共享，其发展呈现出新的趋势和特征：发电清洁友好，融合多种清洁分布式电源，融合储能和电动汽车，融合分散可靠负荷，具备清洁低碳、网源协同、灵活高效的特征；输变电安全高效，具备态势感知、柔性可靠、协调优化的特征；配电灵活可靠，具备可观可控、开放兼容、经济适用的特征；用电多样互动，具备多元友好、双向互动、灵活多样、节约高效的特征。 通信技术是各项数字技术在电力行业应用的基础，是发展能源互联网的技术支撑。目前，电网可以通过不同类型的通信网络进行互联，但日益多样化的电力需求需要一个更精密、包容和创新的系统以满足海量设备互联互通和数据传输。 1.1从电力行业看5G 5G定义的三大场景——增强移动带宽（eMBB）、超可靠低 时延通信（uRLLC）和大规模机器通信（mMTC），具备超高 带宽、超低时延、超大连接的技术特点，在电力系统的发电、输电、变电、配电、用电、调度，以及应急通信各个环节，均可发挥重要作用，能够深刻变革电力通信网，全面提升电力信息化水平。据估算，到2026年，5G将为全球十个主要产业带来1.3万亿美元的数字化市场规模，其中能源产业/公用事业（水、电、燃气等）占比最高为19%1，约为2500亿美元。 图表1：到2026年5G将带动1.3万亿美元产业数字化市场规模 5G将带动产业数字化转型市场1.3万亿美元（2026） 6% 4%1% 19% 8% 9% 18% 10% 12% 13% 能源/公用事业制造业 公共安全健康养老公共交通媒体/娱乐汽车产业金融服务业零售业 农业 来源：Ericsson《TheIndustryImpactof5G》，德勤研究 5G通信特点与电力通信网络需求高度契合 5G网络技术的峰值速率、区域速率、边缘速率，都比4G大幅提高。5G峰值速率最高可达 20Gbps，满足高清视频、虚拟现实等数据的大量传输。5G的通信时延比4G少一个数量级，空中接口的时延在1ms左右，因此为电力差动保护、精准切负荷等超低时延业务应用创造了条件。5G网络容量更大，每平方公里能够连接100万个终端，包括智能家电和各种智能终端，能够满足电力物联网的海量智能终端的接入需求。5G技术通过通信原理的优化，会降级传感器或节点的能耗，不需要对通信设备进行更换电池或者充电，给万物互联提供了很好的技术条件。 图表2：5G通信特点与电力通信系统需求高度契合 电力通信网络需求 5G通信特点 解释 确保可靠运行 高可靠性 电力系统安全可靠运行为基本要求，5G高可靠性可提升电网可靠度 灵活响应与精准控制 低时延 电力系统需灵活响应，部分业务达到零中断，5G毫秒级时延可满足电网实时通讯需求 海量数据传输 高速率 电网物联网应用规模持续提升，带来海量实时测量数据于视频皆空数据，5G告诉率特性可提供有力支持 万物信息互联 广连接 电网超大规模智能终端设备连接需求可以被5G广连接性满足 设备电池寿命保障 低能耗 5G优化通信硬件协议，提升电网设备使用寿命 来源：《电网技术》、德勤研究 5G特点与智能电网性能高度匹配 基于5G的智能电网将充分支持分布式新能源、分布式储能、电动汽车、大功率电动智能机器等 各种新型电器进入家庭、商业建筑、工厂和园区，为满足个性化、多样化、市场化的能源供应服务提供连接的桥梁。5G为电力终端接入网提供了泛在、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；同时可以极大的丰富和扩展电网应用场景，降本增效，助力电网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，其电能质量、响应速度、服务内容均将因5G而发生重要变化。因5G而全面实现智能电网的有关业务，将大幅提升电力系统的服务质量，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，用户的服务响应速度也将十分迅捷，新能源报装、电动充电桩报装、电费结算、账单查询、精确到分钟级的用电查询都将十分快捷方便。 1.2全球及中国5G+电力行业发展 目前全球已有42个国家和地区部署5G商用，386家运营商已宣布对5G进行投资，81家运营商 已经推出了一项或多项支持3GPP标准的5G服务。 标准制定 标准化将确保连入5G网络的各个设备和解决方案的互操作性和网络安全。3GPP（第三代合作伙伴计划）是最重要的5G标准制定国际组织，重点覆盖交通、能源等重点通信垂直应用行业相关单位。该组织目前已成功吸纳中国移动、中国电信、中国联通三大电信运营商及华为、中兴主要通信设备制造商等来自40多个国家的500家会员单位。中国电科院（国网能源互联网技术研究院）于2020年4月成功加入3GPP国际标准化组织，标志着电力企业在参与5G国际标准制定方面迈出重要步伐。 2020年8月，由中国电信牵头并联合国家电网、中国南方电网、华为、中国移动、中国联通等 5G确定性网络产业联盟成员单位，以及海内外运营商、设备商等28家成员单位提交的5G智能电网研究项目在3GPPR18(第18版)标准中成功立项。该项目研究范围包括传统能源系统服务、远程控制、远程保护、计量以及高级计量基础设施、分布式发电、分布式自动化、需求响应、能源管理系统和配电管理系统等智能电网服务。是第一次定义5G+智能电网端到端标准体系架构，为5G+智能电网的快速发展奠定标准框架和平台。 商用部署 全球各国高度重视5G发展。欧盟将发展5G作为构建“单一数字市场”的关键举措，计划2020年底在所有成员国部署5G，重点放在5G垂直行业如汽车、医疗及电力领域的应用。美国5G发展规划主要围绕美国三大运营商开展，截至目前AT&T和T-Mobile已宣布实现全美境内的5G网络低频段覆盖。美国5G规划重点在于建立共通的5G软件标准，使之适用于任何5G硬件设备，以摆脱对5G设备商的依赖；目前考虑使用美国公司包括戴尔、微软、AT&T作为发展美国5G基础设施的主导者。2020年3月日本三大电信运营商相继推出5G服务，标志日本正式进入5G时代。韩国已经在2018年平昌冬奥会期间开展5GNSA预商用试验，并在2019年3月开始商用部署。中国自2014年便开始5G场景需求的制定、技术研发和测试验证工作，2018年全面开展5G规模试验，2019年实现5G试商用，2020年实现全面商用。 2020年是中国5G建设的关键年。三大运营商计划年底建成55万个5G基站，其中中国移动计划目标是30万个，中国联通和中国电信计划联合建设25万个5G基站。然而根据运营商前三季度财报，5G建网任务现已超额完成，SA核心网覆盖31个省区市所有地级以上城市。据工信部数据，至9月底，全国累计开通5G基站69万个，超过全球总数的75%，连接用户数超过1.6亿，行业应用的基站数超过3.2万个，涌现出数据采集和感知、高清视频、机器视觉、精准远程操控、现场辅助、数字孪生等典型应用场景。 图表3：全球5G商用中国稳居领导地位 主要国家5G商用进度 201720182019H12019H22020After2021 第一波 中美日韩，欧洲部分国家 5G技术研发试验 商用 大规模商用 第二波 欧洲大部分国家 5G技术研发试验 商用 大规模商用 第三波 亚太，美洲新兴国家 5G技术研发试验 商用 中国领跑5G美国5G综合实力领先 中国已经成为5G技术引领者。5G商业合同覆盖 30个国家，其中20个来自欧洲 中国已经开始使用商用5G的城市数量处于全球前列 预计2030年5G对经济增加值的直接贡献将超过 3万亿元，对当年GDP增长的贡献率将达到5.8% 2020年中国5G手机出货量预计达到1.4亿台，全球占比近8成 中国已经启动6G技术研发 中国目前5G基站占比全球超60% 目前美国AT&T公司实现了5G网络全国覆盖，企业用户及个人用户均可接入 T-Mobile日前宣布其中频5G覆盖已扩展至81个新城市，并且正在推进一项计划，以在2020年底前在数千个地方将Sprint的2.5GHz频谱资产利用起来 2020年苹果公司推出5GiPhone，考虑到该品牌在美国智慧手机市场近40%的份额，预计2020年5G手机将占美国手机总销量的大约20% 美国四大移动运营商的5G用户数已达408.2万户 来源：德勤研究 产业落地 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。 在国家政策指引下，各地纷纷提出了5G智能电网建设计划，雄安、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（独立组网）架构的“5G+MEC（移动边缘计算）”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。 电网公司是5G智能电网技术攻关及工程实践的引领者和主导者。国家电网