多站融合是泛在电力物联网建设的基础保障
发布日期：2019/6/19
多站融合是泛在电力物联网建设的基础保障，也是打造新兴业务市场，实现绿色低碳发展的重要支撑，其发展已步入深水区，面临商业模式及发展路径不明晰的问题。文章论述了多站融合的内涵及特点，重点基于运作模式、业务体系两方面论述多站融合的商业模式，并结合项目实例验证所提商业模式的可行性。基于此，结合平安城市分析了多站融合的典型应用场景及其应用价值，并从战略和策略两个层面提出“政府引导，企业运作”以及“核心基础业务先行，带动全产业链协同，助力城市级创新”的发展路径，促进多站融合深入推广和应用。
引言
当前，我国外部环境复杂，经济增长明显放缓，且面临严峻的能源和环境问题[1–5]，亟需在节能减排的前提下培育新的经济增长点。鉴于此，国家层面着力推进网络强国及“互联网+”战略[6]，大力发展数字经济;国家电网有限公司层面深入落实中央部署，提出“三型两网、世界一流”的战略目标。加之用户对于终端信息处理低延迟、网络传输低压力、数据存储本地化需求的日益增多[7–9]，极大地驱动了多站融合的建设和运营。
多站融合深入融通能源、信息通信等国民经济支柱产业，实现海量边缘计算节点的集约化建设和电力场站及通信资源的精益化利用，可有效推动5G商用以及智能制造、智能家居等数字产品和服务市场的开发，助力我国产业升级和经济发展。同时，通过分布式新能源发电站、储能站的建设，可降低弃风弃光率，促进新能源消纳，实现绿色低碳发展。现阶段，对于多站融合的商业模式研究较少，多集中于变电站、储能站、数据中心站间供电模式研究，以及5G通信基站与边缘数据中心站的融合共用场景研究等。文献[10-12]结合数据中心对于供电可靠性的要求，对数据中心的供电模式及供电系统进行了论述和研究。文献[13-14]对面向5G网络的边缘计算技术、边缘计算平台等进行了研究，阐述了面向5G网络的边缘计算节点在时延敏感型业务和大带宽类业务场景中的应用。文献[15]研究了5G网络中移动边缘计算在本地内容缓存类应用、业务处理与优化类应用、本地分流类应用、网络能力开放类应用中的典型应用模式。本文将深入分析多站融合内涵及其特点，论述其商业模式及发展路径，打破电力原有技术和业务的深度捆绑，开展行业融合化应用研究，提升全行业资源优化配置效率。
1 多站融合内涵及其特点
1.1 多站融合的内涵
“多站融合”是对变电站、充换电(储能)站和数据中心站三站合一的延伸和扩充，需要注意的是，基于变电站部署的数据中心站，相对于核心数据中心均属于边缘计算节点。“多站”除了传统三站以外，还包括5G通信基站、北斗地基增强站、分布式新能源发电站、环境监测站等在内的信息通信和能源环境相关基础设施及系统平台;“融合”即通过“多站”的建设，业务上实现能源、信息通信、政务等领域的融合，服务主体上实现电网企业、通信运营商、政府相关委办局等的协同。综上， “多站融合”以提高资源利用效率、促进业务跨界融合为目标，具备开放共享、深度协同的资源和数据服务能力。
1.2 多站融合的特点
多站融合具有融合化、高速化及效益化的特征。 ①“融合化”即通过电力通信资源的复用，多站间的空间融合化建设，实现资源优化配置，并基于多站间的业务进行跨界业务融合应用。②“高速化”即通过5G基站、边缘数据中心站的广泛布点，为高清视频数据的传输提供高速网络，并支持高速渲染、低时延工业控制等应用，实现数据处理的低延迟性及业务响应的高即时性。③“效益化”主要体现在三方面，一是能源领域，多站融合通过对分布式新能源发电站、储能站的建设，可有效促进新能源消纳，降低弃风弃光率，提高发电企业售电收益，降低电网企业输配电网改造和变压器扩容成本，并可降低用户用能成本，实现多方受益;二是信息通信领域，通过电力场站、杆塔沟道的对外开放共享，可有效匹配5G基站、北斗地基增强站、边缘数据中心站等的建设及布点需求，降低通信运营商、铁塔公司等投资主体的信息通信基础设施投资;三是政务领域，多站融合建设可为气象、环保、公安、城管等政府部门提供广泛的场站、杆塔沟道资源以及高速的电力通信和数据响应资源，助力政务服务降本增效。
2 多站融合的商业模式
2.1 多站融合的业务体系
多站融合的业务横向跨越能源、信息通信、政务等多个行业领域，纵向贯通咨询设计、设备制造、系统集成、运营运维等全产业链体系，通过业务融合化发展可开拓新兴市场和业务蓝海。基于横向维度，多站融合业务囊括电力场站、杆塔沟道、电力通信资源等基础设施的共享租赁及设备安装运维服务，日常及应急电力供应、定位及导航、5G通信等特定单领域业务服务，智慧城市、工业互联网、智能家居等多领域融合性服务。基于纵向维度，通过多站融合的建设和运营，可引入咨询设计机构、产品提供商、解决方案提供商、系统集成商、运营运维服务提供商等多样化市场主体，提供多站融合相关端到端的咨询设计服务，涵盖芯片、智能终端、通信硬件等的产品和解决方案的提供服务，基础设施资源与应用系统等软硬件的集成服务，以及多站的特色化运营运维服务。
2.2 多站融合的运作模式
基于云计算、大数据、物联网、人工智能、区块链等新一代信息技术，整合各类市场资源对变电站、充换电（储能）站、边缘数据中心站、5G通信基站、北斗地基增强站、分布式新能源发电站、环境监测站等多站进行融合化建设和精准化运营，为能源用户、通信用户、电网企业及政府等其他市场主体提供多元化、互动化、定制化的服务，提高市场活力和经济发展驱动力，具体的运作模式如图1所示。
对于规划及建设期，为避免规划冲突、产权纠纷等问题，方便后期运营，应采用“统一规划、统一设计、特色化建设”的模式。由电网企业或其他电力基础设施产权单位依据电力场站、杆塔沟道资源情况，统筹平衡各站建设需求，对边缘数据中心站、充换电（储能）站、5G通信基站、北斗地基增强站等在电力基础设施上的空间布局、配套供电系统等进行统一规划和设计。基于此，可由电网企业、多站投资主体、具有电力及信息通信等行业的跨行业融合化建设优势的机构，依据各站建设需求进行特色化建设。
图1 多站融合的运作模式
对于运营期，应制定分阶段的运营思路。运营初期，可在投资少、见效快、条件成熟的区域开展多站融合试点，并基于变电站新建或改造需求优先建设边缘数据中心站、充换电（储能）站和5G通信基站，面向政府和各类企业提供多样化服务。①面向政府侧，基于公安、城管等委办局专业化监控、监测设备的安装需求，通过多站融合建设可提供电力场站及杆塔沟道租赁、监控监测设备安装及一体化运维等服务，相应收取基础设施租赁费、设备安装费及运维费。②面向企业侧，基于通信运营商、铁塔公司的5G基站布点需求及互联网企业的业务布局需求，通过多站融合建设可提供电力场站及杆塔沟道租赁服务、5G设备安装及运维服务，边缘数据中心机柜租赁服务、充换电站售电服务、储能站售电及电网调峰调频等辅助服务，相应收取基础设施租赁费、 5G设备安装费和运维费、机柜租赁费、充换电服务费、储能售电及辅助服务费等。
运营步入成熟期后，多站融合进行全面推广及应用，并面向政府侧和企业侧提供深入业务的数据增值服务，支撑智慧城市、工业互联网及智能家居等的建设和应用。
华北某地多站融合项目基于上述“统一规划、统一设计、特色化建设”模式及其运营思路进行项目成本及收入测算。该项目结合周边负荷现状及未来规划，以当地大数据中心为核心，规划建设2×63 MVA的110 kV智能变电站、10MW/20MWh储能站、120 kW一体化大功率直流充电桩75台、1640 kW分布式光伏电站、10个边缘数据中心。根据多站融合项目建设规模，该项目建设投资8643万元，其中边缘数据中心投资50万元、储能站投资5995万元、充电设施投资1600万元、分布式光伏电站投资998万元。项目运营期为10年，营业收入包括储能站峰谷购售电价差和调峰调频收入4898万元；分布式光伏电站以平均日照小时数1400h，发电效率逐年降低2%测算营业收入1575万元；充电站以日均充电车辆400辆，充电服务费0.45元/kWh的标准测算营业收入3260万元；边缘数据中心以50面机柜，开通率由运营初期60%逐年增至100%测算营业收入2730万元。综上，该项目总营业收入 12463万元，运营成本约1717万元，考虑到项目回收前期建设投资8643万元，运营期结束后项目净收益2103万元，投资回收期为8.1年，具有较高的投资经济性。
3 多站融合的典型应用场景
多站融合的一个典型应用场景是平安城市，如图2 所示。平安城市即通过技防、物防、人防、管理系统的协同配合来满足城市治安管理和社会安全防控的需求，助力平安和谐城市建设［16–18］。平安城市依赖于大规模视频监控联网系统的建设，借助多站融合提供的大量边缘计算能力和高速、泛连接通信网络，并结合人工智能技术可实现公安海量监控视频、图片数据的快速传输、高效解析以及预警、布控、应急处置的实时决策［19–22］。
感知层多样化的感知设备作为平安城市的“触角”，可实时感知车流、人流并进行异常上报，可依托电力杆塔资源进行建设；网络层多元化网络作为平安城市的 “神经系统”，负责接入设备与后台的通信连接以及省、市、区级公安系统的联通，可依托高速互联的电力通信网络进行建设，并结合公安业务提供差异化的专网和互联网部署；计算分析层依托边缘数据中心建设“平安大脑”，完成海量视频、图像数据的快速有效分析和识别判断，可依托35、110、220 kV等多电压等级的变电站进行边缘数据中心建设，实现业务快速决策和及时响应。
4 多站融合的发展路径
多站融合作为新兴业务，且涉及能源、信息通信等多个领域，资源整合存在一定的障碍，亟需统筹考虑政府和各个市场主体，从战略和策略两个层面上制定发展路径。
1）战略层面上，采取“政府引导，企业运作”的战略方针。当地政府结合本地清洁能源消纳、科技示范等特色化需求，给予资本、技术的适度引导和政策倾斜，激发电网企业、新能源企业、运营商、云服务商等市场主体以及相关专业技术人员积极参与多站融合建设和运营，进而激发市场更多的活力，形成市场发展内生动力，推动“多站融合”相关市场的建立和完善。基于 “政府引导，企业运作”的战略方针，同样将推动“多站融合”相关产业生态的建设和发展，通过基础设施提供商、硬件厂商、云服务商、运营商、解决方案提供商等市场主体的转型和创新，开拓联合运营、共创共赢发展模式，推进健康有序的产业生态体系的建设。
2）策略层面上，采取“核心基础业务先行，带动全产业链协同，助力城市级创新”的发展路径。以5G布点为切入点，逐步引入边缘数据中心建设，带动能源、信息通信领域，包括芯片研发、设备制造、运营运维等在内的全产业链发展，同时通过环境监测站、北斗地基增强站、储能站、分布式新能源发电站等的集约建设和协同发展，为新型智慧城市建设注入动力引擎。“多站融合”初期的核心基础业务应主要以变电站、5G基站和边缘数据中心的集约建设和运营为主，并通过5G基站和边缘数据中心形成的广覆盖、低延迟、大带宽的通信网络和即时响应的边缘计算能力，支撑新兴智能化服务应用需求。随着核心基础业务体系的成熟和发展，可引入环境监测站、北斗地基增强站、储能站、分布式新能源发电站等站点的建设和运营，逐步形成区域级、城市级的集约共享、创新融合发展能力。
图2 多站融合在平安城市中的应用
Fig.2 Application of multi-station
integration in the Safe City
5 结语
本文立足于多站融合的内涵及其特点，围绕商业模式和发展路径开展研究。重点论述了多站融合的运作模式和业务体系，并结合平安城市这一典型应用场景，分析多站融合的应用价值。在此基础上，从战略和策略两个层面提出“政府引导，企业运作”、“核心基础业务先行，带动全产业链协同，助力城市级创新”的发展路径，为多站融合的市场化应用和推广提供一定的指导和借鉴。未来可进一步开展电力场站出入安全、信息安全、消防安全等在内的多站融合安全管理研究，实现多站融合建设运营项目的广泛落地。
来源：摩尔储能
