我國泛在電力物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
袁?也?（賽迪顧問?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(xiàn)狀與市場趨勢。
關(guān)鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)；堅強(qiáng)智能電網(wǎng)；感知層；網(wǎng)絡(luò)層；應(yīng)用層
過去10年中，國家電網(wǎng)不斷完善堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)，以特高壓為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的實施架構(gòu)，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(chǔ)上，我國建設(shè)“三型兩網(wǎng)、世界一流”的能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略路徑已逐步清晰。
國家電網(wǎng)公司在2019年3月工作會議上正式提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，目標(biāo)是將接棒堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，充分應(yīng)用“大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、邊緣計算”等現(xiàn)代信息技術(shù)，打造狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活的需求側(cè)智能電網(wǎng)，貫徹國家電網(wǎng)構(gòu)建具備“能源流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流”三流合一的世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)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(yīng)建設(shè)運(yùn)營好“堅強(qiáng)智能電網(wǎng)”和“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”?？傮w來說，“三型兩網(wǎng)”是以一個有機(jī)整體的概念提出。“兩網(wǎng)建設(shè)”
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(chǔ)。“三型”是目標(biāo)，是國家電網(wǎng)公司旨在通過建設(shè)運(yùn)營好“兩網(wǎng)”，最終實現(xiàn)向三型屬性企業(yè)轉(zhuǎn)型。
1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)演進(jìn)與現(xiàn)狀
從改革開放至今，我國電力發(fā)展可分為3個關(guān)鍵階段。
如 圖 1 ， 第 1 階 段是 從 改 革 開 放 初 期 到2000年。當(dāng)時我國電力體制僵化，沒有過多的企業(yè)愿意參與到辦電工作中，缺電現(xiàn)象十分嚴(yán)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(shè)資金，以每度電2分錢標(biāo)準(zhǔn)收取，集中交給財政部。這筆資金為當(dāng)時的三峽水電站、二灘水電站建設(shè)做出了實際貢獻(xiàn)。改革開放以來，我國用了近20年的時間，逐步解決了電源側(cè)電力供給不足的問題。
第2階段是2000—2009年。在“市場煤”和“計劃電”時代，國家開始意識到我國的電源結(jié)構(gòu)不合理，煤電比例過高，新能源占比很少；同時廠網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理，我國大力發(fā)展發(fā)電廠，而實際電網(wǎng)的建設(shè)嚴(yán)重滯后，直接造成我國輸變電成本高、調(diào)峰能力差。對此，國務(wù)院于2002年下發(fā)5號，文正式啟動第1輪電改，對上述問題進(jìn)行政策引導(dǎo)，把發(fā)展的關(guān)注點逐漸放到電網(wǎng)的建設(shè)中。
第3階段是2009—2019年。經(jīng)過第1輪電改10年的梳理，我國電力建設(shè)重心開始從電源側(cè)向電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)移，電網(wǎng)側(cè)投資規(guī)模首次超過了電源側(cè)投資規(guī)模。在此期間，國網(wǎng)公司發(fā)展建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)。以特高壓為骨干網(wǎng)架的戰(zhàn)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)電的集約化開發(fā)利用以及遠(yuǎn)距離輸送轉(zhuǎn)移。與此同時，堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)開始初步實現(xiàn)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)化，使電源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)開始具備初步的物理互聯(lián)、信息互聯(lián)與商業(yè)互聯(lián)。
現(xiàn)階段國網(wǎng)提出的“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”，實際就是在分布式能源發(fā)電和堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)之上，繼續(xù)向下游用電側(cè)自然形成的產(chǎn)業(yè)演進(jìn)。
簡單來說，泛在物聯(lián)指的就是任何時間、地點、人、物之間的信息連接和數(shù)據(jù)交互，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與我國電力系統(tǒng)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(shè)，打造世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)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(jié)構(gòu)上看，它將進(jìn)一步降低我國煤電結(jié)構(gòu)比例，支持大規(guī)模分布式發(fā)電、儲能系統(tǒng)接入；從受眾范圍上看，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)重點打造電力用戶側(cè)，它將建立起來的是一個包括在電力供給側(cè)和使用側(cè)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(gòu)全景圖
泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的組織架構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)的4層組織架構(gòu)相似，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)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(chǔ)，主要利用終端設(shè)備的傳感技術(shù)和智能化芯片技術(shù)，實現(xiàn)對電力數(shù)據(jù)的采集、感知與監(jiān)測。
網(wǎng)絡(luò)層方面，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)供給側(cè)考慮到聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全性，大量使用有線光纖、工業(yè)以太網(wǎng)等有線接入方式將設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。這種高網(wǎng)絡(luò)安全性限制了信息傳輸?shù)膹V度以及延展性，對發(fā)展用戶側(cè)對泛在連接不具備可操作性。所以在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)時代，電力無線專網(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(guī)模連接。
平臺層在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中處于核心地位。建設(shè)內(nèi)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(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，以及圍繞3個中心進(jìn)行“三站合一”的企業(yè)數(shù)據(jù)中臺。
應(yīng)用層的建設(shè)分為對內(nèi)業(yè)務(wù)和對外業(yè)務(wù)。對內(nèi)服務(wù)就是服務(wù)于國網(wǎng)自身，通過搭設(shè)各種平臺來實現(xiàn)提升企業(yè)的運(yùn)行管理效率。應(yīng)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、電力用戶和各能源應(yīng)用供應(yīng)商整合到一起進(jìn)行需求對接，同時不斷培育新興能源業(yè)務(wù)，構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈。
此外，還有兩個細(xì)節(jié)值得關(guān)注。①感知層周邊的邊緣層。隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)底層設(shè)備數(shù)量的不斷增加，海量的數(shù)據(jù)信息往返于端側(cè)和云服務(wù)器之間，這會大大降低數(shù)據(jù)傳輸效率，加劇云服務(wù)器的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。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(hù)設(shè)計將貫穿泛在電力物聯(lián)網(wǎng)全場景建設(shè)，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(yùn)行保駕護(hù)航。
3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模和趨勢分析
3.1 感知層
感知層的市場規(guī)模從電力供給側(cè)的智能化增量和用電側(cè)終端設(shè)備增量2個維度考慮。
電力供給側(cè)方面，2017年國網(wǎng)云平臺的正式上線，帶動了電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)的電力二次設(shè)備和監(jiān)測監(jiān)控等設(shè)備的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級替代。反映在統(tǒng)計數(shù)據(jù)上，在2018年呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，到2021年，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)初步實現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同和數(shù)據(jù)貫通，此時圍繞電力供給側(cè)的智能化數(shù)字化建設(shè)規(guī)模增量將達(dá)875.8億元；到了2024年，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將全面實現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同和數(shù)據(jù)貫通，智能化數(shù)字化建設(shè)規(guī)模增量將超過千億級別（如圖3）。
感知層用電側(cè)方面，市場范圍主要涵蓋社會要素屬性的用電終端，具體細(xì)分市場包括智能電表、電動汽車充電樁以及智能聯(lián)網(wǎng)家電（如圖4～6）。
電動汽車充電樁市場的增長潛力大，但是整體市場受限于近年我國地方汽車限購限行政策影響，汽車市場環(huán)境趨冷，連帶充電樁市場總量較小。
智能聯(lián)網(wǎng)家電的市場增長趨勢最為穩(wěn)定，不過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(yù)測僅為10%，導(dǎo)致聯(lián)網(wǎng)家電市場規(guī)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年迎來歷史上最大規(guī)模的智能電表招標(biāo)，針對這波智能電表的替換在2019年開始得到體現(xiàn)。2019年國家電網(wǎng)第1次智能電表替換招標(biāo)量近4 000萬只，較2018年同比增長了近80%，預(yù)計2019年全年智能電表市場規(guī)模較2018年將提升112.6%。2020—2021年智能電表需求主要表現(xiàn)在增量市場，需求量下行。未來智能電表市場需求將逐步趨緩，電表替換數(shù)量趨于穩(wěn)定，下一輪大規(guī)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，國家電網(wǎng)向工信部申請頻譜資源的增補(bǔ)，并于2018年9月獲得6.25MHz增補(bǔ)。由此，在230 MHz這個頻段建設(shè)的電力無線專網(wǎng)于2018年起正式迎來爆發(fā)期。目前，國網(wǎng)納入的無線專網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，一個是普天的基于4G時代的LTE230，支持移動和非移動終端設(shè)備的接入。另一個是華為基于4.5G、面向5G的IoTG230標(biāo)準(zhǔn)，目前只支持非移動終端的接入。2018年，我國電力無線專網(wǎng)采用LTE230主流技術(shù)，市場規(guī)模4.48億元（如圖7）。隨著華為基于5G網(wǎng)絡(luò)特性下的IoTG230專網(wǎng)技術(shù)被納為國家電網(wǎng)的另一項無線專網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計2019年我國230MHz電力無線專網(wǎng)市場將迎來快速增長，市場規(guī)模突破5.6億元。到2021年，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)初步建成，電力無線專網(wǎng)市場規(guī)模將達(dá)到11.5億元；到2024年，無線專網(wǎng)建設(shè)將全面完成，我國電力無線專網(wǎng)輻射范圍將覆蓋全國所有用電區(qū)域，市場規(guī)模將達(dá)到約30億元。
3.3 平臺層
平臺層是兩網(wǎng)融合建設(shè)的核心環(huán)節(jié)。在各省網(wǎng)公司一體化“國網(wǎng)云”平臺基礎(chǔ)上，通過整合物聯(lián)管理中心與全業(yè)務(wù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心形成國家電網(wǎng)全企業(yè)數(shù)據(jù)中臺，以實現(xiàn)海量電力相關(guān)采集數(shù)據(jù)的“一次采集、多處使用”、實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的精細(xì)化管理、提升數(shù)據(jù)處理效率以及平臺能力的開放與共享。2019年，通過對國網(wǎng)公司各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫的加工、清洗與整合，企業(yè)數(shù)據(jù)中臺的建設(shè)規(guī)模突破了5個億（如圖8）；預(yù)測到2021年，國家電網(wǎng)實現(xiàn)初步數(shù)據(jù)貫通時，企業(yè)數(shù)據(jù)中臺規(guī)模將達(dá)7.57億；到2024年，國網(wǎng)實現(xiàn)全部數(shù)據(jù)貫通時，企業(yè)數(shù)據(jù)中臺規(guī)模將達(dá)9.25億。
3.4 應(yīng)用層
應(yīng)用層方面，市場規(guī)模考慮對外服務(wù)當(dāng)中，綜合能源服務(wù)所帶來的電力市場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)已基本實現(xiàn)電力市場金融交易、光伏云網(wǎng)2.0、分布式新能源服務(wù)以及儲能業(yè)務(wù)等多個應(yīng)用板塊，2019年末預(yù)計將達(dá)到9 878億的“近萬億”市場規(guī)模（如圖9和10）。隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)時代感知層終端信息采集的不斷完善，綜合能源服務(wù)范圍將從用戶群體和覆蓋地域2個維度不斷擴(kuò)展外延，預(yù)計到2021年，對外綜合能源服務(wù)市場規(guī)模將到達(dá)17 974億元；到2024年，綜合能源服務(wù)市場將突破3萬億元。除現(xiàn)有應(yīng)用模塊之外，未來應(yīng)用層對外服務(wù)將涌現(xiàn)出大量新興電力應(yīng)用市場，包括非侵入式負(fù)荷監(jiān)測、微網(wǎng)售電、車聯(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(yīng)用層帶來額外近30%的市場增量。
本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第01期第3頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。
