淺析第五代通信技術和能源互聯網融合發展趨勢

王君岑梓華劉勁彬宋澤生何新宇梁薇薇黃映武

淺析第五代通信技術和能源互聯網融合發展趨勢

王君1，4，岑梓華1，劉勁彬1，宋澤生2，何新宇1，梁薇薇3，黃映武1

（1.中山大學南方學院，廣東 廣州 510970；2.南昌大學，江西 南昌 510970；3.重慶郵電大學，重慶 400065；4.廣州恒通智聯科技有限公司，廣東 廣州 510630）

第五代通信技術的出現使得人工智能、大數據、能源等領域發展迅速，其中第五代通信技術網絡在能源領域引發了深層次的變革，對能源行業的設施規劃等具有廣泛而深遠的影響力，而以第五代通信技術為代表的先進信息通信技術和能源互聯網融合發展具有廣闊的應用前景。介紹了能源互聯網的概念特征、發展現狀以及主要使用的技術，并且淺析了第五代通信技術和能源互聯網融合發展及關鍵技術，尋找兩者之間的契合點，并探討了兩者相互促進的未來發展之路。

能源互聯網；第五代通信技術；融合發展；關鍵技術

能源是現代社會賴以生存和發展的基礎。自20世紀末以來，化石能源等不可再生能源的日漸枯竭使得人類迫切需要尋找新的能源。為了應對能源危機，各國開始研究新能源技術，力求尋得清潔、環保、不會枯竭的可再生能源。然而可再生能源難以集中采集和統一管理，不適宜大規模利用。因此，結合互聯網的交互性、不受時間空間的限制等特點，能源互聯網的提出很好地突破了可再生能源的限制[1]。正在大力發展的第五代通信技術有著高速率、低時延等獨有的特點，將第五代通信技術應用于能源互聯網中，有望解決其中的一些難點。

1 能源互聯網

能源互聯網這一概念是由美國學者杰里米·里夫金（JEREMY R）提出的。他認為：“基于可再生能源的、分布式、開放共享的網絡，即能源互聯網。”能源互聯網可以理解為：通過綜合運用先進的電力電子技術、通信技術，在現有電網的基礎上，使用分布式能量采集裝置、分布式能量儲存裝置，將新型電力網絡、石油網絡、天然氣網絡等能源節點互聯起來，以實現雙向流動的能源交換與信息共享。通俗來說，能源互聯網是把互聯網技術與可再生能源相結合，在能源開采、配送和利用上從傳統的集中式轉變為智能化的分散式，從而將全球的電網變為一個能源共享網絡。

1.1 能源互聯網的發展現狀

目前，能源互聯網在發展過程中主要有以下幾個難點。

長距離傳輸。能源互聯網的發展趨勢是走向能源全球化，而發展能源全球化的第一步是建設起國家級能源互聯網，然后再擴大到建設洲級能源互聯網，最終建成世界級能源互聯網，實現能源全球化。在這三個階段的建設過程中，克服全球各地的長距離且錯綜復雜的地形，以達到安全傳輸能源這一問題仍需解決。

能源消耗。由于遠距離傳輸，運輸路途中將出現能源消耗，因此能源利用率偏低。針對這一難點，發展特高壓柔性直流輸電技術、超導技術和管道儲能技術等克服能源消耗這一難點的技術是當務之急，這些技術能使能源在不同地方長距離傳輸時的適應性更好、可控性更高、傳輸時間更短，提高能源的利用率[2]。

儲能容量。目前全球儲能設備裝機容量遠遠小于其所需能量，并且儲能設備的分布不夠均勻，現實中儲能抽水模式占據儲能方式的絕大部分，而能源互聯網追求低成本高分布的儲能方式。因此需要發展低成本高容量、分布均勻的儲能系統。

信息數據安全。對于能源互聯網來說，信息數據的安全極為重要，由于能源互聯網的體系十分龐大，需要處理分析決策的數據量相當巨大，因此對數據安全尤為重視。然而現在的大數據技術還不足以支撐起處理海量數據的同時還具有足夠強大的抗干擾以及識別錯誤信息的能力[3]。

1.2 能源互聯網的關鍵技術

新能源發電技術。新能源指的是以清潔、低碳為主，新技術開發的可再生能源，包括太陽能、生物質能、風能、地熱能、波浪能、洋流能和潮汐能等。能源互聯網將通過新能源發電技術構建出可持續發展的能源體系[4]。

電力電子技術。能源互聯網各級節點的實現都離不開電力電子技術的支撐。固態變壓器是目前能源互聯網的研究重點之一[5]，它通過電力電子技術，實現電能的控制與傳輸，且體積較小，質量較輕；電氣隔離功能保證了接口的安全性，能量控制單元利用自動控制技術能夠感知能量供需的變化，保障能量實時供給和穩定高效[6]。

儲能技術。相比于普通電網系統的用戶側，分布式的能源互聯網的用戶側同時也具備產能功能，因此需要相應的儲能設備。同時，由于可再生能源的滲透率較高，因此需要在產能側集中配備較大規模的儲能系統[7-8]。

信息技術。建立能源互聯網的目的是要實現較大范圍內的能量生產、交換和傳輸，因此信息的采集分析輸出是必不可少的。通過傳感技術、大數據云計算技術、通信技術等先進信息技術，能源互聯網將能夠實現信息在各設備之間高效準確的雙向傳遞[9]。

2 第五代通信技術與能源互聯網的融合發展

能源互聯網通過通信網絡進行數據信息的傳遞、信息技術連接的紐帶，目前第五代通信技術的發展正在如火如荼地進行中。第五代通信技術作為目前的前沿技術，帶有自身的優勢，將作為能源互聯網的信息技術支撐。由于近年來信息數據以爆炸式增長，現有通信系統難以滿足，因此第五代通信技術應運而生。同時移動互聯網的蓬勃發展驅動著第五代通信技術的進步，相比于以往的通信系統，第五代通信技術的無線覆蓋性能、傳輸時延、系統安全等優點更符合時代的需求，用戶體驗也將得到顯著的提高。

高速率、覆蓋廣、低時延、低能耗是第五代通信技術和能源互聯網融合發展的趨勢。

高速率。第五代通信技術具有高速率傳輸的特點。相比于4G，第五代通信技術的傳輸速率更高，傳輸速率可達 10 GB/s。在能源互聯網中，各類傳感器是采集數據的主要工具。有了高速率的第五代通信技術作為支撐，傳感器采集到的數據能更快地進行傳輸，實時采集數據變為可能[10]。對數據進行更精準的分析，為大數據分析提供堅實的基礎和為海量數據的傳輸提供強有力支撐。

覆蓋廣。在大部分地區日常生活中的大多數場景第五代通信技術網絡都已覆蓋，同時地形復雜的地區也正在積極部署第五代通信技術網絡，這很好地解決了能源互聯網在一些偏僻地區無法進行信息傳輸的問題。

低時延。在能源互聯網中，存在許多設備協同控制的場景，且由于能源互聯網的設備海量的特性，對通信低時延有著較高的要求。第五代通信技術空口時延達到1 ms，端到端時延小于10 ms，為設備的及時靈活響應提供支撐。

低能耗。低能耗對于有海量設備連接的能源互聯網來說較為重要。若傳感器或其他設備時常需要更換電池或充電，則對該區域的能源流動有一定的阻礙，第五代通信技術功耗低這一特點則能解決這一問題[3]。

3 第五代通信技術與能源互聯網融合關鍵技術

為應對未來持續增長的數據業務需求，第五代通信技術的發展尤為重要。第五代通信技術的關鍵技術如超密集異構網絡技術、大規模MIMO技術等能夠改善第五代通信技術的性能，得以應用于能源互聯網中[11]。

3.1 超密集異構網絡技術

超密集異構網絡是第五代通信技術網絡的一項關鍵技術，它能有效提高傳輸速率、頻譜效率。密集的網絡部署將縮小站點與站點間的距離，由于一定區域內的站點數增加了，甚至也可能出現站點對活躍用戶數一對一服務的現象[12]。

3.2 大規模MIMO技術

MIMO技術在4G時代就已經在應用，即在發送端和接收端放置多個天線，形成多條路徑進行數據傳輸。這能使通信系統的容量和頻譜利用率在不增加帶寬的情況下，成倍地提高。大規模MIMO技術則是在MIMO技術的基礎上的擴展。在天線數量上，大規模MIMO基站側放置有從幾十到幾千規模的天線陣列，拓寬了信號覆蓋的維度。同時，大規模MIMO技術的抗干擾能力也得到了提升[13]。

4 結束語

能源互聯網是未來能源產業的發展方向，而第五代通信技術將是能源互聯網在信息技術上的支撐。能源互聯網內各種設備的協調與交互需要強大信息網絡的支撐。信息技術中的第五代通信技術則能很好地為能源互聯網中的信息傳輸、需求響應、能源控制等問題提供服務。在第五代通信技術的輔助下，能源互聯網將有更好的發展。

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TK01

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.08.018

2095－6835（2021）08－0052－02

王君（1987—），男，雙學位碩士，CCF會員（會員號：C5030G），研究方向為智能圖像處理、機器視覺。

岑梓華（1999—），女，本科，研究方向為電氣工程及其自動化。

〔編輯：王霞〕