我國泛在電力物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)現狀與發(fā)展趨勢

　　袁?也?（賽迪顧問(wèn)?物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中心?高級分析師，北京?100048）

　　摘?要：介紹了我國泛在電力物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)現狀與市場(chǎng)趨勢。

　　關(guān)鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)；堅強智能電網(wǎng)；感知層；網(wǎng)絡(luò )層；應用層

　　過(guò)去10年中，國家電網(wǎng)不斷完善堅強智能電網(wǎng)的建設，以特高壓為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展的實(shí)施架構，成功解決了我國電產(chǎn)和耗能地域分布不均的局面。在此發(fā)展基礎上，我國建設“三型兩網(wǎng)、世界一流”的能源互聯(lián)網(wǎng)戰略路徑已逐步清晰。

　　國家電網(wǎng)公司在2019年3月工作會(huì )議上正式提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，目標是將接棒堅強智能電網(wǎng)，充分應用“大數據、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、邊緣計算”等現代信息技術(shù)，打造狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活的需求側智能電網(wǎng)，貫徹國家電網(wǎng)構建具備“能源流、業(yè)務(wù)流、數據流”三流合一的世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)戰略部署。

　　所謂“三型”，是指國家電網(wǎng)公司全力打造具備“樞紐型、平臺型、共享型”的三重屬性企業(yè)。所謂“兩網(wǎng)”，是指國家電網(wǎng)公司應建設運營(yíng)好“堅強智能電網(wǎng)”和“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”?？傮w來(lái)說(shuō)，“三型兩網(wǎng)”是以一個(gè)有機整體的概念提出?！皟删W(wǎng)建設”

　　是手段，是打造世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的重要物質(zhì)基礎?！叭汀笔悄繕?，是國家電網(wǎng)公司旨在通過(guò)建設運營(yíng)好“兩網(wǎng)”，最終實(shí)現向三型屬性企業(yè)轉型。

　　1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)演進(jìn)與現狀

　　從改革開(kāi)放至今，我國電力發(fā)展可分為3個(gè)關(guān)鍵階段。

　　如 圖 1 ， 第 1 階 段是 從 改 革 開(kāi) 放 初 期 到2000年。當時(shí)我國電力體制僵化，沒(méi)有過(guò)多的企業(yè)愿意參與到辦電工作中，缺電現象十分嚴重。對此，在1987年，國務(wù)院發(fā)布111號文，對全國所有用電企業(yè)征收電力建設資金，以每度電2分錢(qián)標準收取，集中交給財政部。這筆資金為當時(shí)的三峽水電站、二灘水電站建設做出了實(shí)際貢獻。改革開(kāi)放以來(lái)，我國用了近20年的時(shí)間，逐步解決了電源側電力供給不足的問(wèn)題。

　　第2階段是2000—2009年。在“市場(chǎng)煤”和“計劃電”時(shí)代，國家開(kāi)始意識到我國的電源結構不合理，煤電比例過(guò)高，新能源占比很少；同時(shí)廠(chǎng)網(wǎng)結構不合理，我國大力發(fā)展發(fā)電廠(chǎng)，而實(shí)際電網(wǎng)的建設嚴重滯后，直接造成我國輸變電成本高、調峰能力差。對此，國務(wù)院于2002年下發(fā)5號，文正式啟動(dòng)第1輪電改，對上述問(wèn)題進(jìn)行政策引導，把發(fā)展的關(guān)注點(diǎn)逐漸放到電網(wǎng)的建設中。

　　第3階段是2009—2019年。經(jīng)過(guò)第1輪電改10年的梳理，我國電力建設重心開(kāi)始從電源側向電網(wǎng)側轉移，電網(wǎng)側投資規模首次超過(guò)了電源側投資規模。在此期間，國網(wǎng)公司發(fā)展建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展的堅強智能電網(wǎng)。以特高壓為骨干網(wǎng)架的戰略能夠促進(jìn)我國大煤電、大水電、大核電以及可再生新能源發(fā)電的集約化開(kāi)發(fā)利用以及遠距離輸送轉移。與此同時(shí)，堅強智能電網(wǎng)的建設開(kāi)始初步實(shí)現電力系統數據化，使電源側和電網(wǎng)側開(kāi)始具備初步的物理互聯(lián)、信息互聯(lián)與商業(yè)互聯(lián)。

　　現階段國網(wǎng)提出的“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”，實(shí)際就是在分布式能源發(fā)電和堅強智能電網(wǎng)的基礎之上，繼續向下游用電側自然形成的產(chǎn)業(yè)演進(jìn)。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，泛在物聯(lián)指的就是任何時(shí)間、地點(diǎn)、人、物之間的信息連接和數據交互，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與我國電力系統的深度融合。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是國家電網(wǎng)提出推進(jìn)“三型兩網(wǎng)”建設，打造世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)當中的第2張網(wǎng)。從定義上看，它是能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈中的其中一部分；從能源結構上看，它將進(jìn)一步降低我國煤電結構比例，支持大規模分布式發(fā)電、儲能系統接入；從受眾范圍上看，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)打造電力用戶(hù)側，它將建立起來(lái)的是一個(gè)包括在電力供給側和使用側全產(chǎn)業(yè)鏈上的物理互聯(lián)、信息互聯(lián)與商業(yè)互聯(lián)。

　　2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)架構全景圖

　　泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的組織架構和物聯(lián)網(wǎng)的4層組織架構相似，分為感知層、網(wǎng)絡(luò )層、平臺層和應用層（如圖2）。

　　感知層是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)物理形態(tài)上的底層形成基礎，主要利用終端設備的傳感技術(shù)和智能化芯片技術(shù)，實(shí)現對電力數據的采集、感知與監測。

　　網(wǎng)絡(luò )層方面，傳統電力系統供給側考慮到聯(lián)網(wǎng)數據安全性，大量使用有線(xiàn)光纖、工業(yè)以太網(wǎng)等有線(xiàn)接入方式將設備聯(lián)網(wǎng)。這種高網(wǎng)絡(luò )安全性限制了信息傳輸的廣度以及延展性，對發(fā)展用戶(hù)側對泛在連接不具備可操作性。所以在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)因其較高的安全性及較低的連接成本，成為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)“最后1公里”接入的首選方案，解決例如電表和井蓋的大規模連接。

　　平臺層在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設中處于核心地位。建設內容主要包括一體化“國網(wǎng)云”平臺、物聯(lián)管理中心、全業(yè)務(wù)統一數據中心，以及圍繞3個(gè)中心進(jìn)行“三站合一”的企業(yè)數據中臺。

　　應用層的建設分為對內業(yè)務(wù)和對外業(yè)務(wù)。對內服務(wù)就是服務(wù)于國網(wǎng)自身，通過(guò)搭設各種平臺來(lái)實(shí)現提升企業(yè)的運行管理效率。應用層對外業(yè)務(wù)主要是打造綜合能源服務(wù)平臺，把國家電網(wǎng)公司、電力用戶(hù)和各能源應用供應商整合到一起進(jìn)行需求對接，同時(shí)不斷培育新興能源業(yè)務(wù)，構建能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈。

　　此外，還有兩個(gè)細節值得關(guān)注。①感知層周邊的邊緣層。隨著(zhù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)底層設備數量的不斷增加，海量的數據信息往返于端側和云服務(wù)器之間，這會(huì )大大降低數據傳輸效率，加劇云服務(wù)器的運行負擔。因此，邊緣層成為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)靠近感知層不可缺少的組成部分。②安全防護設計將貫穿泛在電力物聯(lián)網(wǎng)全場(chǎng)景建設，此項工作由國網(wǎng)公司互聯(lián)網(wǎng)部牽頭，為電網(wǎng)安全運行保駕護航。

　　3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規模和趨勢分析

　　3.1 感知層

　　感知層的市場(chǎng)規模從電力供給側的智能化增量和用電側終端設備增量2個(gè)維度考慮。

　　電力供給側方面，2017年國網(wǎng)云平臺的正式上線(xiàn)，帶動(dòng)了電源側、電網(wǎng)側的電力二次設備和監測監控等設備的數字化轉型升級替代。反映在統計數據上，在2018年呈現出爆發(fā)式增長(cháng)。隨著(zhù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設的不斷深入，到2021年，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)初步實(shí)現業(yè)務(wù)協(xié)同和數據貫通，此時(shí)圍繞電力供給側的智能化數字化建設規模增量將達875.8億元；到了2024年，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將全面實(shí)現業(yè)務(wù)協(xié)同和數據貫通，智能化數字化建設規模增量將超過(guò)千億級別（如圖3）。

　　感知層用電側方面，市場(chǎng)范圍主要涵蓋社會(huì )要素屬性的用電終端，具體細分市場(chǎng)包括智能電表、電動(dòng)汽車(chē)充電樁以及智能聯(lián)網(wǎng)家電（如圖4～6）。

　　電動(dòng)汽車(chē)充電樁市場(chǎng)的增長(cháng)潛力大，但是整體市場(chǎng)受限于近年我國地方汽車(chē)限購限行政策影響，汽車(chē)市場(chǎng)環(huán)境趨冷，連帶充電樁市場(chǎng)總量較小。

　　智能聯(lián)網(wǎng)家電的市場(chǎng)增長(cháng)趨勢最為穩定，不過(guò)受制于整體智能家電的滲透率低，到2024年智能家電聯(lián)網(wǎng)滲透率預測僅為10%，導致聯(lián)網(wǎng)家電市場(chǎng)規模也受局限。

　　相較而言，智能電表是具備明顯周期性替換的終端產(chǎn)品。我國智能電表替換周期為7~8年，我國在2011年迎來(lái)歷史上最大規模的智能電表招標，針對這波智能電表的替換在2019年開(kāi)始得到體現。2019年國家電網(wǎng)第1次智能電表替換招標量近4 000萬(wàn)只，較2018年同比增長(cháng)了近80%，預計2019年全年智能電表市場(chǎng)規模較2018年將提升112.6%。2020—2021年智能電表需求主要表現在增量市場(chǎng)，需求量下行。未來(lái)智能電表市場(chǎng)需求將逐步趨緩，電表替換數量趨于穩定，下一輪大規模放量或需等到2026年第2輪電表替換周期。

　　3.2 網(wǎng)絡(luò )層

　　網(wǎng)絡(luò )層方面，考慮到近年電網(wǎng)智能化業(yè)務(wù)的爆發(fā)增長(cháng)，國家電網(wǎng)向工信部申請頻譜資源的增補，并于2018年9月獲得6.25MHz增補。由此，在230 MHz這個(gè)頻段建設的電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)于2018年起正式迎來(lái)爆發(fā)期。目前，國網(wǎng)納入的無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)標準，一個(gè)是普天的基于4G時(shí)代的LTE230，支持移動(dòng)和非移動(dòng)終端設備的接入。另一個(gè)是華為基于4.5G、面向5G的IoTG230標準，目前只支持非移動(dòng)終端的接入。2018年，我國電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)采用LTE230主流技術(shù)，市場(chǎng)規模4.48億元（如圖7）。隨著(zhù)華為基于5G網(wǎng)絡(luò )特性下的IoTG230專(zhuān)網(wǎng)技術(shù)被納為國家電網(wǎng)的另一項無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)標準，預計2019年我國230MHz電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)市場(chǎng)將迎來(lái)快速增長(cháng)，市場(chǎng)規模突破5.6億元。到2021年，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)初步建成，電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)市場(chǎng)規模將達到11.5億元；到2024年，無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)建設將全面完成，我國電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)輻射范圍將覆蓋全國所有用電區域，市場(chǎng)規模將達到約30億元。

　　3.3 平臺層

　　平臺層是兩網(wǎng)融合建設的核心環(huán)節。在各省網(wǎng)公司一體化“國網(wǎng)云”平臺基礎上，通過(guò)整合物聯(lián)管理中心與全業(yè)務(wù)統一數據中心形成國家電網(wǎng)全企業(yè)數據中臺，以實(shí)現海量電力相關(guān)采集數據的“一次采集、多處使用”、實(shí)現聯(lián)網(wǎng)設備的精細化管理、提升數據處理效率以及平臺能力的開(kāi)放與共享。2019年，通過(guò)對國網(wǎng)公司各子系統數據倉庫的加工、清洗與整合，企業(yè)數據中臺的建設規模突破了5個(gè)億（如圖8）；預測到2021年，國家電網(wǎng)實(shí)現初步數據貫通時(shí)，企業(yè)數據中臺規模將達7.57億；到2024年，國網(wǎng)實(shí)現全部數據貫通時(shí)，企業(yè)數據中臺規模將達9.25億。

　　3.4 應用層

　　應用層方面，市場(chǎng)規?？紤]對外服務(wù)當中，綜合能源服務(wù)所帶來(lái)的電力市場(chǎng)化交易和電力資源信息對接的體量。目前，國網(wǎng)公司對外綜合能源服務(wù)已基本實(shí)現電力市場(chǎng)金融交易、光伏云網(wǎng)2.0、分布式新能源服務(wù)以及儲能業(yè)務(wù)等多個(gè)應用板塊，2019年末預計將達到9 878億的“近萬(wàn)億”市場(chǎng)規模（如圖9和10）。隨著(zhù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代感知層終端信息采集的不斷完善，綜合能源服務(wù)范圍將從用戶(hù)群體和覆蓋地域2個(gè)維度不斷擴展外延，預計到2021年，對外綜合能源服務(wù)市場(chǎng)規模將到達17 974億元；到2024年，綜合能源服務(wù)市場(chǎng)將突破3萬(wàn)億元。除現有應用模塊之外，未來(lái)應用層對外服務(wù)將涌現出大量新興電力應用市場(chǎng)，包括非侵入式負荷監測、微網(wǎng)售電、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、電力配售一體等。這些潛在的新興能源服務(wù)將為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應用層帶來(lái)額外近30%的市場(chǎng)增量。

　　本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第01期第3頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。