基于5G技术的智慧能源园区建设

　　摘要：文章对5G技术在智慧园区中的应用进行了简要概述，5G技术零时延、高流量密度、超高连接密度和超高移动特性，是健全智慧能源园区产业链供应链的重要支撑。

　　随着我国政府大力推进融合创新新型基础设施建设，人工智能、大数据中心、工业互联网等领域技术发展将使能源生产、传输与消费方式产生极大变化，呈现出“互联网+能源”的新形式。主要集中在清洁友好的发展、输变电技术更加安全以及高效、配电的灵活以及可靠、多样化的智慧能源使用形式、能源互联网5个领域中，涵盖电力生产、输送以及使用的整个流程，对整个电力能源进行智能化改造。

　　1　智慧园区的基本内容

　　园区以人为本，将“智慧”渗透到园区建设与运营，通过全息感知技术，将万物之间的信息智能互联，智慧园区建设内容按照园区发展定位可划分为智慧环境、智慧招商、智慧办公、智慧生活，另外还有智慧管理、智慧基础设施以及针对专业园区建设的各类专项应用。在智慧城市发展的大背景下，智慧园区的建设是智慧能源的一个落地点。园区一般为单一种类或多种类组成的工业园区、产业园区、物流园区、商务区、临港区以及公共服务区，在用能需求方面一般涉及电、热、冷、气、水等。智慧能源园区则是以清洁能源为核心的集中式或分布式智慧供能系统，通过风、光、储、氢等清洁能源向用户提供电、热、冷、水、气等产品的开放的、智慧的、面向用户的综合智慧能源系统，包括能源站、供热管网、用户负荷需求、储能设施等领域。

　　2　能源互联网下智能园区建设的主要步骤

　　选定典型园区案例，分析园区用户组成，集成光伏、风电、废能利用等综合清洁供能体系建设；同时调研用能需求，建立用能预测模型，以用定产，辅以一定的储能设施，建立动态用能系统；为智慧园区提供电、热、冷、气、水、充电桩、智慧路灯等多样化能源供给输出的低碳供能体系；利用5G网络切片、边缘计算等能力，满足电力系统安全生产要求的可行性，提供接入和传输能力。

　　国内几大发电集团建设了自己的智慧能源管理系统，从数据采集、数据传输、业务应用、数据处理和智能运维方面都给出了系统性方案。利用5G超大带宽、超低时延、超高可靠的网络，通过智能穿戴设备的音视频和人员定位功能以及巡检视频图像实时高清回传，实现数据传输从有线到无线，设备操控从现场到远。智慧园区和智慧能源都在积极发展应用中，但在两者的深度结合，从能源生产、到输送、再到使用的现智慧能源园区实践方面，由于涉及领域众多，各大能源企业还在积极探索中，各地在开展示范性园区建设论证。

　　3　选择典型园区构建园区智能体系

　　3.1　选定典型园区

　　在智慧城市整体规划的前提下，依托发电企业的智慧能源建设目标，调研各城市园区建设，选定典型园区。综合智慧能源项目按供能范围和系统组成，一般可分为区域型、园区型和楼宇型3种。其中，区域型项目覆盖市、县域级，包括新建城镇、老城改造等；园区型项目为单一种类或多种类组成的工业园区、产业园区、物流园区、商务区、临港区以及公共服务区等；楼宇性为单栋或多栋群体建筑，如医院、大型商场、CBD办公区以及各类数据中心等。

　　3.2　分析园区用户组成

　　能源互联网下的智慧建筑与智慧园区，正从被动的能源消耗者转变成为主动的参与者。园区用户一般分为工业用户、商业用户、居民用户等类型，对于智慧能源建设，需要准确分析用户组成，将用户按照负荷种类进行分类，各种不同同用户的用能特点，从可靠性、经济性、持续性以及用能参数等方面进行研究。

　　3.3　构建综合清洁供能体系

　　分析园区所在区域外部条件、地方资源禀赋、环境因素、政策补贴、各类能源价格体系等，构建综合清洁供能体系。园区主要能源需求一般为电、热、冷、气、水等，在充分调研用能用户意愿及需求的基础上，根据项目所在地外部条件及用地、地方资源禀赋、环境因素、政策补贴、各类能源价格体系等，加以分析论证，摘取相关数据，选定风电、光伏、废能利用等能源供给方式，构建一套集成光伏、风电、废能利用等综合清洁供能体系。

　　3.4　建立用能预测模型

　　智慧能源园区建设是合理化利用园区资源，实现智慧化供能、输能、用能。其中用户侧需求预测，决定了园区供能的定产。由于园区用户数量多、用能场景种类多、用能特点各不相同，采用大数据分析技术与机器学习技术，通过数据训练，建立用能预测模型，为能源供给提供准确依据。

　　3.5　低碳供能体系构成

　　在前期园区用户组成分析的基础上，根据工业用户、商业用户、居民用户用能需求，确定供能种类，以用定产，辅以一定的储能设施，建立动态用能供能系统，为智慧园区提供电、热、冷、气、水、充电桩、智慧路灯等多样化能源供给输出的低碳供能体系。

　　3.6　5G组网建设

　　5G技术在智慧能源的应用主要分为2个方面，一方面是控制类的应用场景，另一方面是采集类的应用场景。所谓的控制类应用场景，主要是集中在配电管理的智能化，以及对于用电量的总调控。利用5G、物联网技术，实施供能监测，实现智慧化能源供给。

　　根据不同的应用场景，基于网络对用户数、服务质量、带宽、时延、可靠性的不同要求，5G电力切片技术的网络切片类型包uRLLC控制类切片、mMTC信息采集类切片、eMBB移动智能设备类切片、Voice语音切片。

　　4　5G关键技术能力融合及其创新

　　4.1　5G关键技术能力

　　面对场景的多样化，以单一技术针对任何场景的解决方案已不能满足极端差异化性能需求，5G是具有标志性能力指标和核心关键技术的新一代通信系统，关键创新来源于无线技术和网络技术两大领域，如大数据智慧电力技术和新型网络构架技术。

　　（1）大数据智慧电力技术。我国目前智能化研究已经处于世界第一梯队，大数据应用的技术，包括API、智能感知、挖掘建模等大数据技术，技术发展涉及机器学习、多学科融合、大规模应用开源技术等领域。智慧电力可视化大屏能够有效整合电力部门现有信息系统的数据资源，覆盖基建、运检、调度、生产、营销、安监等多个业务领域，凭借先进的人机交互方式，实现数据融合、数据显示、数据分析、数据监测指挥等多种功能，可广泛应用于监测指挥、分析研判、展示汇报等场景。

　　（2）新型网络构架技术。自组织网络技术和5G技术结合能实现网络虚拟化，这种新型网络架构技术使得信息储存平台更加稳定，并且通信的质量更高，进而促进业务的有效整合。尤其是对于无线网络，利用其云端的优势，将数据以及峰值的速率结合起来，这可以清晰明白地凸显通信技术的优势，而且也提高了应用的质量。

　　4.2　技术融合创新

　　基于用户体验速率、流量密度、时延、能效和连接数等不同的挑战指标。将5G主要应用场景归纳出：连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延、高可靠4个主要应用场景，创新是高新技术融合成功的标志。

　　4.2.1　基于大数据分析，建立用户用能预测模型

　　用户侧需求预测决定了园区供能的定产。采用大数据分析技术，利用机器学习技术，通过数据训练，建立用能预测模型，为能源供给提供准确依据。

　　4.2.2　5G网络切片技术，实现数据隔离

　　根据不同的应用场景，基于网络对用户数、服务质量、带宽、时延、可靠性的不同要求，利用5G网络切片，可实现数据隔离，满足电力系统安全生产要求的可行性，提供接入和传输能力。

　　4.2.3　数据化、可视化，实现智慧供能

　　结合光伏、风电、废能利用等出力变化和各用能末端用电/冷/热负荷特性，综合考虑气象变化，负荷类型、节假日及重大事件等影响，对能源站供能区域内用户侧电/冷/热负荷进行即时预测和短期预测。

　　4.2.4　在智慧能源园区建设提供示范

　　通过大样本数据收集，园区用能分析，在科学模型支撑下，形成了可迁移、可复制的智慧能源园区工程建设经验，具有一定的示范性。

　　5　结语

　　智慧能源园区肩负着聚集创新资源、培养新兴产业，推动技术密集型产业的重要使命，是链接区域经济发展、产业升级的重要空间形式，通过5G技术落地搭建智慧能源园区神经网络，无缝融合地实现万物的智能互联形成园区的“大脑”，创建产业自然生态模式。

　　基金项目：石家庄市科技局科学技术研究与发展计划项目“基于5G的智慧能源园区建设研究”（项目编号：201260961）。

　　作者简介：黄红艳（1974-），女，河北献县人，石家庄邮电职业技术学院副教授，研究方向：智慧园区通信建设。

　　参考文献

　　[1]赵俊杰，冯树臣，刘志宏，等. 5G电力网络切片技术在燃煤智慧电厂生产管控应用分析[J].能源科技，2020（2）：5-10.

　　[2]徐正先，朱哲.5G移动通信技术特点及场景应用[J].广播电视网络，2020（8）：36-37.

　　（责任编辑：周羿廷）