隨著5G商用化的鋪開，各行各業(yè)都在積極探索5G賦能行業(yè)的方式。電力作為與通信息息相關(guān)的行業(yè)，5G的到來勢必會為現(xiàn)有的電力行業(yè)運(yùn)行帶來變革。
短期內(nèi)，在電力通信系統(tǒng)中5G難以替代光纖
在電力行業(yè)領(lǐng)域中，電力系統(tǒng)分為一次設(shè)備、二次設(shè)備和三次設(shè)備。一次設(shè)備是指主電網(wǎng)從輸電到配電，也就是把電從發(fā)電廠升壓再降壓直到客戶可以使用的主要骨干設(shè)備，比如變壓器、開關(guān)、線路、電纜等；二次設(shè)備主要是指使電力系統(tǒng)設(shè)備能繼續(xù)保持供電的保護(hù)裝置等設(shè)備；三次設(shè)備指能支撐遠(yuǎn)程動(dòng)作和通信系統(tǒng)等設(shè)備。而這些全部整合起來就是完整的電力網(wǎng)。
通信系統(tǒng)作為電力的三次設(shè)備，主要是保證一次設(shè)備和二次設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。通信系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程人與人之間的語言交流外，另一個(gè)功能就是保證電網(wǎng)所有設(shè)備的信號及時(shí)傳輸并判斷設(shè)備是否正常，如有異?？闪⒓磫?dòng)保護(hù)裝置，切斷故障，恢復(fù)正常的電網(wǎng)運(yùn)行。早期電網(wǎng)通信主要通過載波，存在很多弊端，有信號盲區(qū)也有信號疊加。隨著電力光纖的發(fā)展，徹底實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的信號準(zhǔn)確無障礙傳輸，且光纜內(nèi)的所有通信對數(shù)之間的傳輸信號互不交叉影響。
從傳輸?shù)姆€(wěn)定性上看，5G靠遞次基站傳遞信號達(dá)到功能目的，中間傳遞信號的基站一旦出現(xiàn)故障或者電源故障，那么整個(gè)區(qū)間的信號覆蓋率會受到極大影響，傳遞質(zhì)量無法保障。無線傳輸在任何時(shí)候都會遇上此類可能的情況產(chǎn)生，這也是無線傳輸難以解決的問題。而有線傳輸只有在高度人為破壞的因素或者戰(zhàn)爭情況下才會發(fā)生斷網(wǎng)。因此，對電力行業(yè)來說，維護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行是最基礎(chǔ)的前提，在沒有完全改進(jìn)和驗(yàn)證5G傳輸穩(wěn)定性的情況下，5G目前很難替代現(xiàn)有的光纖。
而從成本上看，光纖在20年前就已經(jīng)全部商業(yè)化，所以5G即使全面完成商業(yè)化，其成本也會遠(yuǎn)高于光纖。所以目前情況下，將傳統(tǒng)光纖替換成5G并不能有效降低成本。
5G對電力行業(yè)的六大革新
雖然短期內(nèi)5G難以替代光纖，5G也擁有其獨(dú)有的優(yōu)勢：在地貌非常復(fù)雜的情況下，如在河流不斷交叉的山區(qū)架設(shè)電力設(shè)備，光纖接入難度和成本將遠(yuǎn)高于5G，此時(shí)，5G的商用價(jià)值就能大大增強(qiáng)。同時(shí)也為在環(huán)境惡劣情況下鋪設(shè)電力設(shè)備提供了可能性。
電力系統(tǒng)已經(jīng)有相對成熟的通信模式和數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，而5G的應(yīng)用更適合體現(xiàn)在移動(dòng)終端上的使用。5G網(wǎng)絡(luò)的超快速響應(yīng)可以提高現(xiàn)有電網(wǎng)的可靠性，并將一些以前無法實(shí)現(xiàn)的管理功能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，拓寬電力行業(yè)的邊界。
第一，5G使能低壓用電的信息采集，低壓主要指電網(wǎng)中220V~380V這一層的電壓等級，低壓用電客戶主要為居民客戶和商業(yè)客戶。低壓用電信息采集是指把居民家里和商戶的表計(jì)所采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娏镜南鄳?yīng)平臺上，后臺用這些數(shù)據(jù)來判斷居民和商店用電的合理性。未來隨著5G基站的全面鋪開，5G高覆蓋的特性將全面改變低壓用電采集的效率，從而降低成本。另外，5G的高速率將能支撐更大量的數(shù)據(jù)采集，為未來AI和數(shù)據(jù)中心的相關(guān)應(yīng)用建立基礎(chǔ)。
第二，5G助力實(shí)現(xiàn)毫秒級精準(zhǔn)負(fù)荷控制。毫秒級精準(zhǔn)負(fù)荷控制指對大工業(yè)客戶一般35kV供電以上的客戶群體，如果電網(wǎng)有頻率波動(dòng)大機(jī)組跳閘等異常情況，要在毫秒內(nèi)準(zhǔn)確定向切除工業(yè)企業(yè)負(fù)荷，保證電網(wǎng)安全。5G的低延遲特性使得在電網(wǎng)有頻率波動(dòng)時(shí)能做到及時(shí)反饋，及時(shí)應(yīng)對，最大程度保證工業(yè)用電安全。中國電信江蘇公司、國網(wǎng)南京供電公司與華為公司在南京今年成功完成了全球首個(gè)基于5G SA網(wǎng)絡(luò)的電力切片測試。測試證實(shí)切片具備安全隔離性，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)對于負(fù)荷單元毫秒級精準(zhǔn)管理的業(yè)務(wù)需求。
第三，在可再生能源發(fā)電領(lǐng)域，5G可實(shí)現(xiàn)高效的分布式電源接入調(diào)控?？稍偕茉窗l(fā)電指風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電等，他們的共同特點(diǎn)是根據(jù)風(fēng)場、光場的特點(diǎn)，進(jìn)行分布式建設(shè)，有別于集中發(fā)電的集中能源模式，被稱為分布式能源。5G可滿足其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和傳輸、遠(yuǎn)程調(diào)度與協(xié)調(diào)控制、多系統(tǒng)高速互聯(lián)等功能，并使通信的模式傳輸方式更加穩(wěn)定快速。
第四，5G其適合移動(dòng)終端的特性，在電力巡檢過程中也將發(fā)揮很大的作用。電力對其所屬的電力設(shè)施巡查具有剛性的規(guī)定：35kV及以上的設(shè)備每月必須巡查一次，10kV及以下設(shè)備每周巡查一次。此前城區(qū)的設(shè)備巡檢都是用車輛載人進(jìn)行定期例巡，農(nóng)村區(qū)域都是靠人翻山越嶺，跋山過河進(jìn)行例巡?，F(xiàn)在國家電網(wǎng)有了戶外戶內(nèi)的智能機(jī)器人巡檢、直升飛機(jī)加無人機(jī)的巡視手段，加持5G，智能巡查設(shè)備將能夠搭載更多監(jiān)測功能，加強(qiáng)搜集信息范圍和效率。如使用具備行為數(shù)據(jù)分析功能的移動(dòng)布控球能對劃定區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)有異物或無關(guān)人員出現(xiàn)就會自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)還能確保作業(yè)區(qū)域內(nèi)施工人員正確佩戴安全帽和工作服。紅外設(shè)備能實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備溫度和環(huán)境溫度，一旦情況異常，數(shù)據(jù)會被立即發(fā)送至調(diào)控服務(wù)器，并在溫度越限時(shí)，自動(dòng)報(bào)警至智能巡檢平臺，從而提升響應(yīng)速度、提高安全性。在4G的情況下，由于傳輸速率的限制很難做到多維度的監(jiān)控事實(shí)反饋，而5G使得未來巡查全面智能化成為可能。
第五，在智能電網(wǎng)的建設(shè)過程中，5G以更快、更細(xì)、更準(zhǔn)的差異化和確定性網(wǎng)絡(luò)能力，為配電通信網(wǎng)接入通信覆蓋提供了新的解決方案。目前的配網(wǎng)計(jì)量全部依賴光纖，將電力配網(wǎng)終端采集的數(shù)據(jù)如電流、電壓、負(fù)荷、功率因素、線路損耗等傳輸?shù)狡脚_。如果城市的5G覆蓋全部完成，未來電力行業(yè)可能會考慮租用通道替代目前沒有光纖到位而租用4G通道作為無線傳輸?shù)囊恍┙K端設(shè)備，也可能作為全備用傳輸數(shù)據(jù)保障。而對于一些特殊的大跨徑、大長度的特殊設(shè)備，如跨江隧道及大橋內(nèi)的電纜的在線監(jiān)測，這些通道非常狹小，人員正常通行檢測非常困難，5G為這種非常特殊環(huán)境中的設(shè)備在線檢測提供了新的途徑。
第六，5G行業(yè)本身的發(fā)展也會拉動(dòng)對電力的需求，電力行業(yè)應(yīng)在5G部署的大趨勢下積極與5G行業(yè)領(lǐng)頭公司積極尋求合作，探索新的商業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)雙贏。2020—2023年將是我國5G基站建設(shè)的高峰期，5G基站在運(yùn)行期間的耗電能力十分驚人，相比4G基站平均高出2~3倍。在高昂的電費(fèi)成本下，未來5G運(yùn)營商和電力公司的相互合作會更為緊密。
目前運(yùn)營商正在積極試點(diǎn)5G基站削峰填谷供電的應(yīng)用：在用電低谷時(shí)段儲存能源，在高峰時(shí)段使用儲存能源為5G基站供電，可以平衡電網(wǎng)用電高峰和低谷時(shí)段的整體負(fù)荷。據(jù)測算，單基站可節(jié)省用電費(fèi)用20%，大大降低5G基站運(yùn)維成本。另外由于5G基站布點(diǎn)密集，目前已廣泛布局的電力桿塔是建設(shè)5G基站可利用的優(yōu)良資源。國網(wǎng)浙江電力正積極參與浙江省智慧桿產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)社會基礎(chǔ)資源的共建共享共用。
綜上所述，5G對電力行業(yè)帶來的變革影響是深遠(yuǎn)的。雖然5G替代目前現(xiàn)有的基礎(chǔ)電力設(shè)備通信模式可能性較小，但在電力行業(yè)的移動(dòng)終端設(shè)備通信中，5G的優(yōu)勢不言而喻。
5G的三大技術(shù)特性為電網(wǎng)的不同業(yè)務(wù)提供了差異化網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力，同時(shí)為智慧電網(wǎng)的建設(shè)帶來新機(jī)遇。同時(shí)，5G基站的用電也會為電力行業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，可以預(yù)見，不久的將來5G和電力行業(yè)將形成相互受益、共同促進(jìn)的局面。
