浅谈我国泛在电力物联网产业现状与发展趋

关键词：泛在电力物联网；坚强智能电网；感知层；网络层；应用层
0 引言
过去10年中，国家电网不断完善坚强智能电网的建设，以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的实施架构，成功解决了我国电产和耗能地域分布不均的局面。在此发展基础上，我国建设“三型两网、世界一流”的能源互联网战略路径已逐步清晰。
国家电网公司在2019年3月工作会议上正式提出泛在电力物联网，目标是将接棒坚强智能电网，充分应用“大数据、云计算、物联网、移动互联网、人工智能、边缘计算”等现代信息技术，打造状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的需求侧智能电网，贯彻国家电网构建具备“能源流、业务流、数据流”三流合一的世界一流能源互联网战略部署。
所谓“三型”，是指国家电网公司全力打造具备“枢纽型、平台型、共享型”的三重属性企业。所谓“两网”，是指国家电网公司应建设运营好“坚强智能电网”和“泛在电力物联网”。总体来说，“三型两网”是以一个有机整体的概念提出。“两网建设”是手段，是打造世界一流能源互联网企业的重要物质基础。“三型”是目标，是国家电网公司旨在通过建设运营好“两网”，*终实现向三型属性企业转型。
1 泛在电力物联网产业演进与现状
从改革开放至今，我国电力发展可分为3个关键阶段。
如图1，第1阶段是从改革开放初期到2000年。当时我国电力体制僵化，没有过多的企业愿意参与到办电工作中，缺电现象十分严重。对此，在1987年，国务院发布111号文，对全国所有用电企业征收电力建设资金，以每度电2分钱标准收取，集中交给财政部。这笔资金为当时的三峡水电站、二滩水电站建设做出了实际贡献。改革开放以来，我国用了近20年的时间，逐步解决了电源侧电力供给不足的问题。
第2阶段是2000—2009年。在“市场煤” 和“计划电”时代，国家开始意识到我国的电源结构不合理，煤电比例过高，新能源占比很少；同时厂网结构不合理，我国大力发展发电厂，而实际电网的建设严重滞后，直接造成我国输变电成本高、调峰能力差。对此，国务院于2002年下发5号，文正式启动第1轮电改，对上述问题进行政策引导，把发展的关注点逐渐放到电网的建设中。
第3阶段是2009—2019年。经过第1轮电改10年的梳理，我国电力建设重心开始从电源侧向电网侧转移，电网侧投资规模首次超过了电源侧投资规模。在此期间，国网公司发展建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网。以特高压为骨干网架的战略能够促进我国大煤电、大水电、大核电以及可再生新能源发电的集约化开发利用以及远距离输送转移。与此同时，坚强智能电网的建设开始初步实现电力系统数据化，使电源侧和电网侧开始具备初步的物理互联、信息互联与商业互联。

感知层是泛在电力物联网物理形态上的底层形成基础，主要利用终端设备的传感技术和智能化芯片技术，实现对电力数据的采集、感知与监测。
网络层方面，传统电力系统供给侧考虑到联网数据安全性，大量使用有线光纤、工业以太网等有线接入方式将设备联网。这种高网络安全性限制了信息传输的广度以及延展性，对发展用户侧对泛在连接不具备可操作性。所以在泛在电力物联网时代，电力无线专网因其较高的安全性及较低的连接成本，成为泛在电力物联网“*后1公里”接入的首选方案，解决例如电表和井盖的大规模连接。
平台层在泛在电力物联网建设中处于核心地位。建设内容主要包括一体化“国网云”平台、物联管理中心、全业务统一数据中心，以及围绕3个中心进行“三站合一”的企业数据中台。
应用层的建设分为对内业务和对外业务。对内服务就是服务于国网自身，通过搭设各种平台来实现提升企业的运行管理效率。应用层对外业务主要是打造综合能源服务平台，把国家电网公司、电力用户和各能源应用供应商整合到一起进行需求对接，同时不断培育新兴能源业务，构建能源互联网生态圈。
此外，还有两个细节值得关注。①感知层周边的边缘层。随着泛在电力物联网底层设备数量的不断增加，海量的数据信息往返于端侧和云服务器之间，这会大大降低数据传输效率，加剧云服务器的运行负担。因此，边缘层成为泛在电力物联网靠近感知层不可缺少的组成部分。②安全防护设计将贯穿泛在电力物联网全场景建设，此项工作由国网公司互联网部牵头，为电网安全运行保驾护航。
3 泛在电力物联网市场规模和趋势分析
3.1 感知层
感知层的市场规模从电力供给侧的智能化增量和用电侧终端设备增量2个维度考虑。
电力供给侧方面，2017年国网云平台的正式上线，带动了电源侧、电网侧的电力二次设备和监测监控等设备的数字化转型升级替代。反映在统计数据上，在2018年呈现出爆发式增长。随着泛在电力物联网建设的不断深入，到2021年，泛在电力物联网初步实现业务协同和数据贯通，此时围绕电力供给侧的智能化数字化建设规模增量将达875.8亿元；到了2024年，泛在电力物联网将全面实现业务协同和数据贯通，智能化数字化建设规模增量将超过千亿级别（如 图3）。
 


智能联网家电的市场增长趋势较为稳定，不过受制于整体智能家电的渗透率低，到2024年智能家电联网渗透率预测仅为10%，导致联网家电市场规模也受局限。
相较而言，智能电表是具备明显周期性替换的终端产品。我国智能电表替换周期为7~8年，我国在2011年迎来历史上大规模的智能电表招标，针对这波智能电表的替换在2019年开始得到体现。2019年国家电网第1次智能电表替换招标量近4000万只，较2018年同比增长了近80%，预计2019年全年智能电表市场规模较2018年将提升112.6%。2020—2021年智能电表需求主要表现在增量市场，需求量下行。未来智能电表市场需求将逐步趋缓，电表替换数量趋于稳定，下一轮大规模放量或需等到2026年第2轮电表替换周期。
3.2 网络层
网络层方面，考虑到近年电网智能化业务的爆发增长，国家电网向工信部申请频谱资源的增补，并于2018年9月获得6.25MHz增补。由此，在230 MHz这个频段建设的电力无线专网于2018年起正式迎来爆发期。目前，国网纳入的无线专网标准，一个是普天的基于4G时代的LTE230，支持移动和非移动终端设备的接入。另一个是华为基于4.5G、面向5G的IoTG230标准，目前只支持非移动终端的接入。2018年，我国电力无线专网采用LTE230主流技术，市场规模4.48亿元（如图7）。随着华为基于5G网络特性下的IoTG230专网技术被纳为国家电网的另一项无线专网标准，预计2019年我国230MHz电力无线专网市场将迎来快速增长，市场规模突破5.6亿元。到2021年，泛在电力物联网初步建成，电力无线专网市场规模将达到11.5亿元；到2024年，无线专网建设将全面完成，我国电力无线专网辐射范围将覆盖全国所有用电区域，市场规模将达到约30亿元。

3.3 平台层
平台层是两网融合建设的核心环节。在各省网公司一体化“国网云”平台基础上，通过整合物联管理中心与全业务统一数据中心形成国家电网全企业数据中台，以实现海量电力相关采集数据的“一次采集、多处使用”、实现联网设备的精细化管理、提升数据处理效率以及平台能力的开放与共享。2019年，通过对国网公司各子系统数据仓库的加工、清洗与整合，企业数据中台的建设规模突破了5个亿（如图8）；预测到2021年，国家电网实现初步数据贯通时，企业数据中台规模将达7.57亿；到2024年，国网实现全部数据贯通时，企业数据中台规模将达9.25亿。
3.4 应用层
应用层方面，市场规模考虑对外服务当中，综合能源服务所带来的电力市场化交易和电力资源信息对接的体量。目前，国网公司对外综合能源服务已基本实现电力市场金融交易、光伏云网2.0、分布式新能源服务以及储能业务等多个应用板块，2019年末预计将达到9 87亿的“近万亿”市场规模（如 图9和10）。随着泛在电力物联网时代感知层终端信息采集的不断完善，综合能源服务范围将从用户群体和覆盖地域2个维度不断扩展外延，预计到2021年，对外综合能源服务市场规模将到达17 974亿元；到2024年，综合能源服务市场将突破3万亿元。除现有应用模块之外，未来应用层对外服务将涌现出大量新兴电力应用市场，包括非侵入式负荷监测、微网售电、车联网、电力配售一体等。这些潜在的新兴能源服务将为泛在电力物联网应用层带来额外近30%的市场增量。
4.5 安科瑞产品在泛在电力物联网的应用
近两年来，安科瑞已经陆续参与江苏省部分县市电力公司的用户端能源管理平台、云南省网综合能源服务平台、上海嘉定区147所学校电力运维平台等相关平台的建设，提供了包括云平台、智能网关、终端设备等产品，各类用户端云平台在全国各地运行案例700多套，并且根据用户需求不断完善产品功能，这些项目就是未来泛在电力物联网的一部分。
“能源互联网的春天到了，因其所能，它必将成为充满活力的新型能源业态。”尽管针对泛在电力物联网还有一些不同的声音，但是泛在电力物联网已经悄无声息的铺开来，融入能源互联网基础建设的方方面面。
5 结语
泛在物联网技术是以配电领域为中心,来实现相关技术的智能控制。泛在电力物联网的作用非常重要,且包含的范围也非常广泛。建设泛在电力物联网是社会和科技发展的必然趋势,需要不断地探究,来做进一步的完善。
参考文献
[1]袁 也.我国泛在电力物联网产业现状与发展趋势[J].通信电源技术,2019,36（8):198-199.
[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.
作者简介王蒙蒙，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为物联网智能运维系统。