重磅报告 | 未来5G与能源的深度融合研究

2.国内5G发展现状

我国政府、企业、科研机构等各方高度重视前沿布局，力争在全球5G标准制定上掌握话语权。目前，我国位于全球5G产业第一梯队，并在5G标准研发上具备了引领全球的实力。

政府层面，顶层前沿布局已逐步展开，明确了5G技术突破方向。一是我国从国家宏观层面明确了未来5G的发展目标和方向。《中国制造2025》提出全面突破5G技术，突破“未来网络”核心技术和体系架构;《十三五规划纲要》提出要积极推进5G发展，布局未来网络架构，到2020年启动5G商用。2013年，工信部、国家发改委和科技部组织成立了“IMT-2020(5G)推进组”，推进组负责协调推进5G技术研发试验工作，与欧美日韩等国家建立5G交流与合作机制，推动全球5G的标准化及产业化。推进组陆续发布了《5G愿景与需求白皮书》《5G概念白皮书》等研究成果，明确了5G的技术场景、潜在技术、关键性能指标等，部分指标被国际电联(ITU)纳入到制定的5G需求报告中。为加速和引导我国信息产业发展，国家发改委于2017年12月印发了《关于组织实施2018年新一代信息基础设施建设工程的通知》，将5G规模组网建设及应用示范工程作为国家新一代信息基础设施建设工程重点发展领域之一。二是依托国家重大专项等方式，积极组织推动5G核心技术的突破。国家“973”计划早在2011年就开始布局下一代移动通信系统。2014年国家“863”计划启动了“实施5G移动通信系统先期研究”重大项目，围绕5G核心关键性技术，先后部署设立了11个子课题。2016年“新一代宽带无线移动通信”国家科技重大专项，全面启动了我国5G技术研发试验，目前已完成第一阶段测试，各关键技术均通过验证。2017年国家科技重大专项中有三项与5G相关的研发项目。根据计划时间，2017～2018年我国将全面推进第二阶段、第三阶段的5G技术研发试验。综上，我国5G网络发展以政府为主导，以国家重大科技专项为依托，由IMT-2020推进组负责具体研究推进。

企业层面，国内5G技术研发试验进展良好，国内领军企业已赢得先发优势。截至目前，我国在北京怀柔已经规划了30个站规模的5G外厂建设，华为、中兴、大唐、爱立信、诺基亚贝尔5家系统厂商共同完成了15个站的建设工作，有力支撑了5G研发技术的试验，也加速了产业链的合作与技术的成熟。2018～2020年，中国计划推出5G产品研发试验，并于2019年展开5G试商用，2020年实现5G规模商用。同时，华为、中兴、大唐等国内领军通信设备企业高度重视对5G技术的研发布局，在标准制定和产业应用等方面已获得业界认可。中国移动、中国联通、中国电信等电信运营商作为IMT-2020推进组创始成员和核心成员，积极推动中国5G发展。2017年以来，中国移动在北京、上海、广州、苏州、宁波5个城市启动5G试验，推动平台架构成熟，中国移动5G试验网已经全面启动，稳步向5G商用迈进。2018年，中国联通将在5～6个城市进行5G系统组网验证，2019年扩大5G试验的城市数量和基站规模，预计在2020年进行更大规模的面向商用的5G网络部署。目前，中国电信5G创新示范网试验启动城市包括兰州、成都、深圳、雄安、苏州、上海6个城市，每个城市6～8站，目前主要测试3.5GHz频段的无线组网能力和方案验证。同时，中国电信联合垂直行业合作伙伴，合作研发5G创新示范应用，建立5G联合开放实验室，与合作伙伴共同打造5G生态链。

二、5G在能源行业的应用

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，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。

案例

2018年3月12日，河北省涞水县南郭下村的分布式光伏扶贫电站，正式实现了5G通信链路的全面打通，该电站发电量、功率、转化率等信息成功以100G每秒的速度远程传输到国家电网分布式光伏云网主站，这意味着5G技术在光伏云网首次成功试运行。此次5G技术在光伏云网的率先成功应用，将有助于整合光伏全产业链资源，提升光伏产业全社会参与度，打造开放、共享的分布式光伏行业新业态，助推国家电网综合能源服务战略落地及国家清洁能源健康快速发展。

(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。

案例

电动汽车主要的问题是充电桩等基础设施不发达，开具账单和支付费用都较为困难。德国莱茵能源公司结合移动通信技术、区块链技术在电动汽车充电和支付系统流程简化方面进行了积极的探索。2016年，莱茵能源公司旗下的Innogy公司推出Share&Charge区块链平台，以方便司机处理与电动汽车相关的操作，如寻找充电站、(利用智能合同)支付费用等。除了在德国推广外，在Innogy和美国公司eMotorWerks的共同倡议下，美国也启动了Share&Charge平台。在Innogy的参与下，德国建立起由100个自动充电站组成的电动汽车充电网。此外，Share&Charge还拥有其他发展空间，比方说，允许用户自建充电站。