我國泛在電力物聯網產業現狀與發展趨勢

　　袁?也?（賽迪顧問?物聯網產業中心?高級分析師，北京?100048）

　　摘?要：介紹了我國泛在電力物聯網產業現狀與市場趨勢。

　　關鍵詞：泛在電力物聯網；堅強智能電網；感知層；網絡層；應用層

　　過去10年中，國家電網不斷完善堅強智能電網的建設，以特高壓為骨干網架、各級電網協調發展的實施架構，成功解決了我國電產和耗能地域分布不均的局面。在此發展基礎上，我國建設“三型兩網、世界一流”的能源互聯網戰略路徑已逐步清晰。

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

　　所謂“三型”，是指國家電網公司全力打造具備“樞紐型、平臺型、共享型”的三重屬性企業。所謂“兩網”，是指國家電網公司應建設運營好“堅強智能電網”和“泛在電力物聯網”。總體來說，“三型兩網”是以一個有機整體的概念提出?！皟删W建設”

　　是手段，是打造世界一流能源互聯網企業的重要物質基礎?！叭汀笔悄繕?，是國家電網公司旨在通過建設運營好“兩網”，最終實現向三型屬性企業轉型。

　　1 泛在電力物聯網產業演進與現狀

　　從改革開放至今，我國電力發展可分為3個關鍵階段。

　　如 圖 1 ， 第 1 階 段是 從 改 革 開 放 初 期 到2000年。當時我國電力體制僵化，沒有過多的企業愿意參與到辦電工作中，缺電現象十分嚴重。對此，在1987年，國務院發布111號文，對全國所有用電企業征收電力建設資金，以每度電2分錢標準收取，集中交給財政部。這筆資金為當時的三峽水電站、二灘水電站建設做出了實際貢獻。改革開放以來，我國用了近20年的時間，逐步解決了電源側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構不合理，煤電比例過高，新能源占比很少；同時廠網結構不合理，我國大力發展發電廠，而實際電網的建設嚴重滯后，直接造成我國輸變電成本高、調峰能力差。對此，國務院于2002年下發5號，文正式啟動第1輪電改，對上述問題進行政策引導，把發展的關注點逐漸放到電網的建設中。

　　第3階段是2009—2019年。經過第1輪電改10年的梳理，我國電力建設重心開始從電源側向電網側轉移，電網側投資規模首次超過了電源側投資規模。在此期間，國網公司發展建設以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強智能電網。以特高壓為骨干網架的戰略能夠促進我國大煤電、大水電、大核電以及可再生新能源發電的集約化開發利用以及遠距離輸送轉移。與此同時，堅強智能電網的建設開始初步實現電力系統數據化，使電源側和電網側開始具備初步的物理互聯、信息互聯與商業互聯。

　　現階段國網提出的“泛在電力物聯網”，實際就是在分布式能源發電和堅強智能電網的基礎之上，繼續向下游用電側自然形成的產業演進。

　　簡單來說，泛在物聯指的就是任何時間、地點、人、物之間的信息連接和數據交互，是物聯網技術與我國電力系統的深度融合。泛在電力物聯網是國家電網提出推進“三型兩網”建設，打造世界一流能源互聯網當中的第2張網。從定義上看，它是能源互聯網生態圈中的其中一部分；從能源結構上看，它將進一步降低我國煤電結構比例，支持大規模分布式發電、儲能系統接入；從受眾范圍上看，泛在電力物聯網重點打造電力用戶側，它將建立起來的是一個包括在電力供給側和使用側全產業鏈上的物理互聯、信息互聯與商業互聯。

　　2 泛在電力物聯網架構全景圖

　　泛在電力物聯網的組織架構和物聯網的4層組織架構相似，分為感知層、網絡層、平臺層和應用層（如圖2）。

　　感知層是泛在電力物聯網物理形態上的底層形成基礎，主要利用終端設備的傳感技術和智能化芯片技術，實現對電力數據的采集、感知與監測。

　　網絡層方面，傳統電力系統供給側考慮到聯網數據安全性，大量使用有線光纖、工業以太網等有線接入方式將設備聯網。這種高網絡安全性限制了信息傳輸的廣度以及延展性，對發展用戶側對泛在連接不具備可操作性。所以在泛在電力物聯網時代，電力無線專網因其較高的安全性及較低的連接成本，成為泛在電力物聯網“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網建設中處于核心地位。建設內容主要包括一體化“國網云”平臺、物聯管理中心、全業務統一數據中心，以及圍繞3個中心進行“三站合一”的企業數據中臺。

　　應用層的建設分為對內業務和對外業務。對內服務就是服務于國網自身，通過搭設各種平臺來實現提升企業的運行管理效率。應用層對外業務主要是打造綜合能源服務平臺，把國家電網公司、電力用戶和各能源應用供應商整合到一起進行需求對接，同時不斷培育新興能源業務，構建能源互聯網生態圈。

　　此外，還有兩個細節值得關注。①感知層周邊的邊緣層。隨著泛在電力物聯網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器之間，這會大大降低數據傳輸效率，加劇云服務器的運行負擔。因此，邊緣層成為泛在電力物聯網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網全場景建設，此項工作由國網公司互聯網部牽頭，為電網安全運行保駕護航。

　　3 泛在電力物聯網市場規模和趨勢分析

　　3.1 感知層

　　感知層的市場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個維度考慮。

　　電力供給側方面，2017年國網云平臺的正式上線，帶動了電源側、電網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年呈現出爆發式增長。隨著泛在電力物聯網建設的不斷深入，到2021年，泛在電力物聯網初步實現業務協同和數據貫通，此時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，泛在電力物聯網將全面實現業務協同和數據貫通，智能化數字化建設規模增量將超過千億級別（如圖3）。

　　感知層用電側方面，市場范圍主要涵蓋社會要素屬性的用電終端，具體細分市場包括智能電表、電動汽車充電樁以及智能聯網家電（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，汽車市場環境趨冷，連帶充電樁市場總量較小。

　　智能聯網家電的市場增長趨勢最為穩定，不過受制于整體智能家電的滲透率低，到2024年智能家電聯網滲透率預測僅為10%，導致聯網家電市場規模也受局限。

　　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模的智能電表招標，針對這波智能電表的替換在2019年開始得到體現。2019年國家電網第1次智能電表替換招標量近4 000萬只，較2018年同比增長了近80%，預計2019年全年智能電表市場規模較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，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 網絡層

　　網絡層方面，考慮到近年電網智能化業務的爆發增長，國家電網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這個頻段建設的電力無線專網于2018年起正式迎來爆發期。目前，國網納入的無線專網標準，一個是普天的基于4G時代的LTE230，支持移動和非移動終端設備的接入。另一個是華為基于4.5G、面向5G的IoTG230標準，目前只支持非移動終端的接入。2018年，我國電力無線專網采用LTE230主流技術，市場規模4.48億元（如圖7）。隨著華為基于5G網絡特性下的IoTG230專網技術被納為國家電網的另一項無線專網標準，預計2019年我國230MHz電力無線專網市場將迎來快速增長，市場規模突破5.6億元。到2021年，泛在電力物聯網初步建成，電力無線專網市場規模將達到11.5億元；到2024年，無線專網建設將全面完成，我國電力無線專網輻射范圍將覆蓋全國所有用電區域，市場規模將達到約30億元。

　　3.3 平臺層

　　平臺層是兩網融合建設的核心環節。在各省網公司一體化“國網云”平臺基礎上，通過整合物聯管理中心與全業務統一數據中心形成國家電網全企業數據中臺，以實現海量電力相關采集數據的“一次采集、多處使用”、實現聯網設備的精細化管理、提升數據處理效率以及平臺能力的開放與共享。2019年，通過對國網公司各子系統數據倉庫的加工、清洗與整合，企業數據中臺的建設規模突破了5個億（如圖8）；預測到2021年，國家電網實現初步數據貫通時，企業數據中臺規模將達7.57億；到2024年，國網實現全部數據貫通時，企業數據中臺規模將達9.25億。

　　3.4 應用層

　　應用層方面，市場規?？紤]對外服務當中，綜合能源服務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，國網公司對外綜合能源服務已基本實現電力市場金融交易、光伏云網2.0、分布式新能源服務以及儲能業務等多個應用板塊，2019年末預計將達到9 878億的“近萬億”市場規模（如圖9和10）。隨著泛在電力物聯網時代感知層終端信息采集的不斷完善，綜合能源服務范圍將從用戶群體和覆蓋地域2個維度不斷擴展外延，預計到2021年，對外綜合能源服務市場規模將到達17 974億元；到2024年，綜合能源服務市場將突破3萬億元。除現有應用模塊之外，未來應用層對外服務將涌現出大量新興電力應用市場，包括非侵入式負荷監測、微網售電、車聯網、電力配售一體等。這些潛在的新興能源服務將為泛在電力物聯網應用層帶來額外近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。