有“电老虎”之称的5G能为实现“双碳目标”做些什么?

作者:程琳琳 责任编辑:朱文凤 2021.07.06 17:24 来源:通信世界全媒体

通信世界网消息(CWW)“实现2030年前碳达峰、2060前碳中和”的双碳目标,是我国向世界作出的庄严承诺。科技创新、推动双碳行业数字化转型是实现双碳目标最为有效的手段。5G是未来产业发展的重要使能技术,可从两方面推动5G发展实现双碳目标已成为行业共识:一是5G自身的节能降碳,二是通过5G数字化技术赋能双碳行业推进数字化转型实现增效减排。目前运营商正在与能源行业以及产业企业积极展开对话,从而推动我国双碳目标的实现。

5G网络如何实现自身节能降碳

数字新基建未来变成新的耗能大户,根据之前的统计数据,5G基站平均功率是2K-3K瓦,据统计,5G基站耗电占全社会用电量2%左右,这其中有很大的节能空间。5G自身的节能减排备受重视。

对运营商来说,建设5G网络,由于应用发展较慢,很多5G基站在空跑。另外很多5G基站采用智能关断、闲时休眠的模式,就是为了降低能耗。5G的耗电量对运营商电费的支出影响非常大。另外由于5G频段高,要求5G基站的密度比4G密度大,所以将来要达到4G的覆盖程度,5G基站建设的站点会多两到三倍,再加上5G能耗本身就是4G的好几倍,因此5G对运营商的电费支出是非常大的。

在2019年刚刚开始建设5G的时候,很多人都说5G基站的能耗达到了4G基站的4倍。但是事实上因为5G本身速率比较高,单比特的能耗是4G的五分之一,然而单个5G基站的比特量太大、速率很高,所以单站能耗达到了4G的4倍。运营商每年电费规模要到百亿级,未来要通过新型技术真正把5G基站的耗电量、功率全面降低。

中国移动从2019年开始全面开展节能降耗工作,如利用新型材料提升基站的集成度。中国移动研究院无线与终端所所长丁海煜讲道,如今5G基站单站的能耗跟2019年相比降低了25%,现在5G基站的能耗大概是4G的3倍,功耗大概为1900瓦左右。希望能够通过新技术、新器件的使用,进一步降低5G基站的能耗,中国移动的目标是要求5G基站的峰值功耗在十四五期间降至4G的两倍。

5G技术助力电力系统碳达峰碳中和

我国双碳目标的实现,时间紧任务重。据统计,目前我国能源领域的碳排放量占到全国碳排放的87%,其中有约一半源于化石能源发电,所以谈到碳达峰碳中和,能源领域是主战场,电力是主力军,构建以新能源为主体的新型电力系统是实现双碳目标的必由之路。

预计在不久的将来,新能源发电将从配角成为主力,预计到30年发电量占比约为30%左右,60年占比约60%左右。由于风电、光伏等新能源发电基本上是靠天吃饭,受气象条件决定,具有极大的随机性、间歇性,为电力系统的电力供应安全和运行安全带来极大挑战。

传统电力系统通过集中调节大容量、同质化、稳定可控性好的传统发电机组,以实现与随时波动的用电负荷的实时平衡。在新型电力系统中,要同时应对发电与负荷的高度不确定性,通过调度广域分布的、海量的、异构资源(包括风光发机组、储能、负荷)实现“源网荷储”实时互动平衡,这就需要充分应用先进的数字化技术升级系统的运行控制能力。

5G通信是其中关键技术之一。全球能源互联网研究院副院长高昆仑讲道,利用5G的高速率、低(且稳定)时延、大连接的特征,能有效满足“终端海量接入、信息交互频繁、控制向末梢延伸”的业务发展态势,有效扩展了电力系统监测控制的范围与能力。电力企业已经开展试点验证了5G在输电线路在线监测、变电站巡检、配网控制与保护、源网荷储协调控制等业务中的应用效果,并且随着5G网络的完善还会催生新的生产作业方式与新业务模式。

通过5G技术与能源互联网融合,能够实现高能量密度、宽温稳定性、服役与回收、特殊功能性,快速充放电等等,能够赋予整个网络和电力系统新的特性。通过海量数据的接入与准实时数据,实现用电信息的采集、实时监控等,能够使电网的故障、停电等智能修复。

推动能源行业节能减排,运营商开展了广泛的实践与合作。中国电信此前发布了助力双碳目标的行业研究报告,打造5G定制网,列举了水泥、石化、电力这些重点赋能行业、用电大户的能耗需求,致力于真正解决用电大户的数字化问题,持续降低重点行业的5G能耗。

面向未来,中国电信研究院标准总监、PES技术委员会理事夏旭讲到,近期四部委印发了《能源领域5G应用实施方案》,未来要在3GPP、ITU国际组织中贡献中国智慧、提供中国方案,拓展能源领域5G应用场景,探索可复制、易推广的5G应用新模式、新业态,支撑能源产业高质量发展。未来希望中国企业能够提供更全面的技术和方案,降低5G建设能耗,创新共建共享模式,打造5G+双碳垂直行业产业生态,在更多领域开展更多形态的共建共享,并在资本投资与合作经营层面提升5G+双碳能力。

利用5G基站储能参与电网调节

5G基站需要配备储能。5G基站本身就是一个储能站,随着电化学储能技术的成熟,高能量密度、低成本的储能设备发展,在提供5G供电备用的同时,5G基站还可以回送给电网,以辅助服务的方式参与电网的调峰调频,助力电力系统的安全运行,会取得比较好的经济效益和社会效益。另一方面,5G在电力系统中的应用,目前看也面临一些局限性,需要5G产业继续加大发展。

一是服务成本,以电网为代表的关键基础设施,需要的是高安全、高可靠、高质量的通信服务,比如端到端的网络切片、固定时延通道,以及成本能否被电力系统接受。二是网络覆盖,电力自身的通信网络比较发达,在自身网络覆盖不到、需要5G网络的情况下,往往5G也没有覆盖,需要5G按需布网,以形成对电力系统通信的有效补充。

未来电池发展需要5G支持

未来电池行业也将与5G开展深度融合。预计未来能源需求增长在25%~35%之间,2040年电力会占到最终能源消费增量的40%,风能和太阳能清洁能源未来占比超过54%,可再生能源需求增加,风能、太阳能、生物质能、潮汐能都将成为未来清洁能源的重要组成部分。长期深耕电池领域的中国工程院院士吴锋讲道,面对多领域需求,要求电池有高的能量密度、高的功率、高的安全性和长的循环寿命。

5G技术与能源互联网融合将孕育一些新的技术,这包括电动汽车、新能源汽车、可再生能源、电网通信、智能电网等,以及分布式电源集成与接入、多电源网络配置实现电流双向流动与动态监测,还可提高全网传输速率与效能利用,以分布式光伏为代表的能源将实现复合化发展。

新能源汽车作为万物互联中重要的一个维度,将成为未来争夺的重要阵地。吴锋讲道,而其中的关键环节电池是能源互联网的核心一环,智能电池本身与5G和能源互联网是紧密相连的,对此欧洲2030电池计划出了智能电池、电池的智能化制造。对此,我国也应加强5G与智能电池的融合发展。

期待行业推出更多节能降耗举措

为推动双碳目标的实现,全产业都在积极努力,推出更多新技术与新模式,助力产业节能降耗。

中国移动跟产学研各界一起发布了绿色5G倡议书,全面落实双碳战略。未来中国移动将在以下四方面努力提升节能降耗水平。

一是进一步加强5G与传统高能耗行业的深度融合,包括跟钢铁、化工、冶金等高能耗行业在产品的开发、技术创新以及数字化转型方面发挥作用,能够更好地提质增效,更好地节能减排。二是进一步加强5G产业链上下游机制的研发。尤其在节能减排方面,希望发挥中国移动运营商的牵引作用,能够更好地跟相应的设备、器件、材料以及相应的配套等产业上下游紧密结合,形成联合创新机制,推动整个产业链更好的发展。三是要加强跟高校、科研院所的结合,在能源方面的新材料、新器件、新能源方面,加强基础技术的研究,加强基础研究,更好地实现技术突破,从而应用到5G中。四是构建一个集研究、标准、产品以及应用一体化合作平台,未来基于CCSA形成一体化合作平台,跟高校、科研机构联合在创新,开展全方位的5G与新能源结合的研究。

中国电信将以“云改数转”、数智化转型为战略牵引,充分利用5G技术、数字化中台、产业应用生态等数字化能力全面赋能垂直行业客户数字化转型需求,为双碳行业客户打造5G一体化解决方案。接应国家双碳目标,优先拓展5G+高耗能产业、工业制造、清洁能源产业、交通、节能环保产业。创新合作模式,打造5G双碳垂直行业产业生态,积极推进双碳垂直行业的专业化运营。

在具体解决方案方面,华为持续聚焦技术/产品/解决方案的创新,从设备级、站点级和网络级等多层级、多维度降低5G能耗与碳排放。华为中国运营商服务与软件Marketing部部长张楠讲道,华为提出了“零碳网络”的理念,即极简站点、极简机房、极简数据中心、无处不在的绿电,以及智慧能源云,全面助推运营商节能降耗。

总而言之,双碳目标尤其是碳中和是一个远景目标,同时实现双碳目标也是一项系统工程。作为全球最大的发展中国家,中国要实双碳目标面临碳排放体量大、任务重、时间紧。全行业应行动起来,加速5G技术与双碳垂直行业的融合,加强产业合作,以数字化技术推动双碳垂直行业数字化转型,助力双碳垂直行业节能减排和低碳发展,推动双碳目标的实现。


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