作者：王飞鹏
物联网智库 原创
在数字化潮流中，科技的创新与能源的变革如影随形。随着 10 月中旬工信部《关于推进5G轻量化（RedCap）技术演进和应用创新发展的通知》（后简称《通知》）的发布，5G RedCap 规模化落地便成了行业关注的焦点。众多讨论声都认为，电力行业将是5G RedCap 最先大规模上量的方向之一。
为什么电力行业的变革需要 5G RedCap？被寄予厚望的5G RedCap技术，将如何成为电力行业变革的契机？电力携手 5G RedCap 的变革路径将会如何推进，有哪些需要克服的阻碍，其发展前景又如何？本文将就这些问题展开讨论。
在RedCap之前，人们对于电力行业牵手 5G 的场景就有过许多美好的畅想。德勤的一份报告曾提到：据估算，到 2026 年，5G 将为全球十个主要产业带来 1.3 万亿美元的数字化市场规模，其中能源产业/公用事业（水、电、燃气等）占比最高为 19%，约为 2500 亿美元。
对于电力行业，5G 也的确是其久旱所盼的甘霖。从年中发布的《新型电力系统发展蓝皮书》中我们可以看到，为了推进绿色低碳和电网智能化，电力系统将迎来重大变革。
构建新型电力系统的挑战
按照蓝皮书的规划。在新型电力系统中，电源侧将以可控连续出力的煤电装机占主导，逐渐走向不确定性强、弱可控出力的新能源发电装机占主导。电网侧将由单向逐级输电为主的传统电网，向包括交直流混联大电网、微电网、局部直流电网和可调节负荷的能源互联网转变。负荷侧将由传统的刚性、纯消费型，向柔性、生产与消费兼具型转变。电力系统整体的运行特性，将由“源随荷动”的实时平衡模式、大电网一体化控制模式，向“源网荷储协同互动”的非完全实时平衡模式、大电网与微电网协同控制模式转变。
所谓“源随荷动”，指的是传统电力系统可以根据用电侧的负荷来调整电源的发电量，其前提是用可控的发电系统去匹配波动幅度不大且可测的用电系统，在运行过程中滚动调节，从而实现电力系统安全可靠运行。
但是，随着电能替代战略陆续落实，新能源充电桩、电采暖等电能替代产品在负荷端接入，分布式光伏、分布式储能接入，使得负荷侧用户的用电行为更加复杂，随机性和不确定性增加，预测难度增大。
由于随机变化、弱可控的电源并不容易直接跟随随机性升高、可测性降低的负荷做出调整，电力系统需要从“被动”的跟随调控，转变为“主动”的协同调控。这就需要通过源源互补、源网协调、网荷互动、网储互动和源荷互动等多种交互形式。也即通过“源网荷储互动”模式，充分发挥发电侧、负荷侧的调节能力，促进供需两侧精准匹配，保障电力可靠供应。
为了让电力系统在如此复杂的情景下依旧保障可靠供应，电力系统的通信模块需要在原有基础上呈指数级增加。这些通讯模块的连接，如果仅仅依靠扯光纤（传统的做法）的方式，成本太大，但是传统的无线通信技术，又无法满足低时延和可靠性方面的要求。
及至5G 商用的号角吹响，电力行业的殷殷期盼，才算是看到了一丝希望的曙光。
5G + 电力的应用场景及挑战
5G 所具备的低时延、高可靠、广覆盖等特性，可以有效助力新型电力系统的构建，起码理论上是如此。
德勤和国网联合发布的名为《5G 赋能未来电力》的报告中，总结了 5G可能在电力行业发挥作用的四大应用场景：
在控制类业务中，5G 技术将优化能源配置，避免大面积停电以影响企业和居民用电，同时也将满足配电网实时动态数据的在线监测应用。
在采集类业务中，5G 将推动收集和提供整个系统的原始用电信息。
在移动应用类业务中，5G 将推动监控机房整体环境， 预防安全事故和环境污染，减少人工巡检工作量，提高运维效率。
在多站融合业务中，5G 赋能有助于对内支撑坚强智能电网业务，对外拓展能源服务渠道，助力电力物联网发展，推进电力企业搭建共享平台，更好地为社会创造价值。
然而，刚刚出现的时候，人们往往只关注新生事物的优点及其带来的可能性，一旦决定用真金白银去应用新生事物时，一些之前忽略的问题也随即显现。5G 尽管有上述提到的种种好处，但是其高功耗和高成本的问题，又让电力在内的工业领域在是否采用上犯了难。
不同于手机等消费行业，电力这类工业行业，因为对通讯模块的需求量大，所以对成本也更为敏感。此外，工业级的通讯设备对功耗都有具体的要求，一旦新增的通信单元功耗过大，也无法很好地融入原系统。
5G RedCap，电力行业真正的甘霖
直到5G RedCap提出，属于电力行业的甘霖才算是真正降下。一方面，其有效继承了5G NR 的高可靠、低时延、切片、定位等功能；另一方面，又具备更低功耗、更小尺寸和更低成本等优势。可以说是很好地切中了电力行业的“病症”。
由此，当我们看到电力及其它相关企业对5G RedCap的积极响应时，也就不足为奇。
去年 12 月份，南方电网、中国联通和华为就携手在深圳完成了一场面向电力场景的5G RedCap技术验证。据相关报道，本次测试主要针对电力场景中的网络覆盖、业务性能、业务共存及移动性管理等5G新能力进行技术验证，为5G RedCap在电力场景商用部署奠定了基础。
今年 1 月份，国网浙江电力、中国电信浙江分公司、天翼物联 5G 物联网联合开放实验室，华信设计院与华为 RedCap 技术团队携手在杭州完成全国首个 5G 定制网电力场景 RedCap 技术验证。
今年 4 月份，国网杭州供电公司联合浙江移动通信有限责任公司、南京南瑞信息通信科技有限公司和华为利用基于RedCap的电力负荷控制系统终端，在杭州市钱塘区泰尔茂医疗用户机房内完成真实业务测试并正式投入运行。
今年 5 月份，国网山东省电力公司、中国联通、华为、国网南瑞携手在济南莱芜首次完成了基于省域5G电力专网的RedCap商用部署，推动5G新技术与电网的进一步深度融合。本次商用基于电力配电自动化、分布式光伏场景，证明了轻量化、低成本的5G RedCap在电力行业规模化商用的可行性。
5G RedCap 在电力行业将会如何落地？
《中国电信 5GRedCap 产业白皮书》中提到，电力行业是RedCap技术应用的重点行业之一，RedCap终端可在发电、输电、配电、变电、用电、储电等多个智能电网场景下应用。
《中国移动5G RedCap技术产业白皮书》中预测，电力配电网络的智能终端总体规模预估在 5000 万以上，是 RedCap 的重要市场之一。之所以有如此预测，是因为配电环节的差动保护、自动化三遥、精准负荷控制、配电站综合监测等业务对低时延、高可靠的网络有强烈需求。
5G RedCap 在电力行业究竟会如何落地，将会遵循怎样的路径，这个过程中又有哪些需要解决的问题和待跨越的障碍？带着这些问题，智次方·物联网智库采访了国网北京智芯微电子科技有限公司数字芯片设计中心副总工程师赵旭先生。
在采访中，赵（旭）总表示，国网系统其实从 2021 年就开启了5G RedCap相关的部署。作为国家电网直管单位，跟随国网的大战略，智芯也从 2021 年就开启了5G RedCap 芯片和模组方面的布局。
通过采访赵（旭）总，我们也了解到，作为轻量化 5G 芯片组组长级单位，智芯很早就参与了《通知》的意见征集和修改环节。对于智芯而言，《通知》的发布，某种程度上是加快了其原有布局的进程，预计今年年底智芯就会在一些网省开展规模级的上量。
《通知》中提到，要打造5个以上实现百万连接的应用领域。赵（旭）总对电力领域能够达到百万连接充满信心，他说已经能够看到各网省都在分批次、分阶段开始积极推进5G RedCap相关终端的使用了。
赵（旭）总提到，智芯方面开展的相关业务，已经包含了电力的三大应用场景，比如，与山东网省公司在广域网场景、与浙江网省公司在园区网场景、与湖北网省公司在核心网场景都分别有合作。
但是，面对大家都看好的配电领域，赵（旭）总却表示，尽管前景很好，但是短期内，5G RedCap最先在电力领域的落地，不会是配电相关的场景，而是用采场景，诸如集中器、能源控制器和融合终端等。
原因是，电力行业属于国家基础设施行业，关系国计民生。独特的地位使得其对安全的要求会比其它行业高很多。因此，对新技术的采用也会有一个循序渐进的过程。
赵（旭）总表示， 5G RedCap 作为一项新技术，会优先在用采领域大规模上量，而诸如配电系统这类保护类、控制类系统，则会比较谨慎地推进。因为电力系统并不是只有端侧，端侧设备还需要与网络配合。端侧设备很容易引入，但是要让整个网络熟练配合却并不容易，所以必须等网络训练成熟后，才会在保护类、控制类这种敏感的领域上量。
5G RedCap 牵手电力，还需要克服哪些问题？
如果从单纯的产品角度看，一个新技术加持的产品诞生后，只要质量过关，就可以推动上新汰旧了。但是产品背后，更重要的是商业模式，因为背后涉及各种商业利益问题，也就需要多方参与者频繁地沟通、协调。
赵（旭）总也表示，5G RedCap要渗透到整个电力系统中，商业模式能否跑通是关键。
5G 时代的商业模式将由 B2X 模式（B2B/B2C/B2G）向 B2B2X 模式转变，即通信运营商在其所构建的 5G 环境中，将某项具有附加价值的服务提供给电力企业，电力企业发挥中心作用并向最终用户提供以前无法做到的新服务。
但是，目前“5G RedCap+电力”的业务模式尚未成形，企业仍在摸索自身定位以及不同定位下的核心业务模式。
以切片为例，目前就有三种潜在的业务模式：
标准模式：运营商铺设基础设施，提供增值服务 ，电力公司根据业务需求租用其中的一片或多片。
混合租赁模式：运营商统一建设端到端5G网络，提供增值服务，电力公司向运营商租用运营商基础设施网络，包含基站和核心网，满足对网络切片资源的可视化透明管理需求，尽可能利用现有的传输专网资源 。
托管模式：运营商提供运维管理服务，电力企业拿到5G频谱资源，自建独立专用、资源专享的 5G专网，利用运营商在网络运营方面的经验和优势，把 5G专网切片托管给运营商进行运维管理 。
不同模式下，电力企业的角色不同，对其资源和能力的要求也不同。相关企业需要共同探索哪种模式更可行或找到新的模式。
商业模式之外，还有网络安全的问题。
电力系统对通信网络的可靠性和安全性有着特殊的要求，且网络切片、核心网下沉、超低延时业务承载、海量连接等网络特征对现有电力安全防护架构及网络管理提出了新的要求。
在采访中，赵（旭）总也提到，国际之间的网络安全对抗愈发明显，同时新型电力系统的构建又增加了网络的复杂性。传统的电网安全系统能够起到的保护作用越来越有限，在推进新技术和新方案的过程中，安全问题必须被严格要求。
目前，在尚不成熟的技术和商用环境下，5G RedCap技术如何满足能源互联网下的电力业务安全需求仍有待验证。 不同主体需要协同配合，明确安全责任边界，同步推进5G RedCap发展与安全防护。电力企业、网络运营商和设备供应商需要进一步量化网络的技术指标和架构设计，包括网络切片安全性、业务隔离、端到端业务时延，协商网络能力开放、网络管理界面等要求，以提供满足电力行业多场景差异化的解决方案，并进行技术验证和示范。同时，发挥政府部门、标准化组织、企业、研究机构等各方的能动性，打造多方参与的安全治理体系。
5G RedCap 相关的产品要求
在具体的产品布局上，我们也能够看到一些企业的动作。
今年年初，中国联通发布了全球首款通用型 5G RedCap 商用模组 NX307。
9 月份，利尔达NR90系列5G RedCap模组正式上市，官方宣称NR90系列模组将更好地赋能5G技术在包括能源电力在内的诸多垂直行业，助力RedCap技术快速商用。
在 10 月底的2023世界物联网博览会上，中移物联呈现了一款5G RedCap电力网关产品，宣称具备5G通信和高精度授时能力。
国网智芯也已经推出了一款5G RedCap通信模组，并于9月10日的2023中国能源电子产业（信息通信）创新发展论坛上进行展示。赵（旭）总表示，智芯方面近期预计总共会推出三款5G RedCap模组，明年也会公开发布相关芯片。此外，智芯联合南瑞将推出一款 5G RedCap电力通信仓产品，将大幅降低5G终端价格，加速5G终端在垂直行业的规模上量。
就“这些产品应该满足哪些基本要求”这一问题，赵（旭）总提到：首先要满足一些最基础的工业级的要求和标准，比如特定的温湿度要求、抗辐射性和抗干扰能力等。此外，还需要满足一些 5G 的特性，比如切片特性、5G LAN 特性、高精度授时和高精度定位等。
针对智芯和南瑞计划推出的电力通信仓产品，赵（旭）总也做了简单介绍：这是一款适配电力终端设备的RedCap产品，具备尺寸小、功耗低和接口多的特性，能够满足不同电力终端设备的接入，在支持正常的终端接入、用户识别和数据传输这些基本功能之外，还支持5G RedCap+LTE Cat.4 双模、切片和高精度授时等功能。
5G RedCap 携手电力的未来之路
随着 5G RedCap 在电力领域的逐步渗透，其对电力领域传统业务的优化也将逐步显现。
上文提到，新能源发电的大量并网将给电网的运行、管理带来新的挑战。随着电网设备、电力终端、用电客户通信需求的爆发式增长，5G RedCap将支持能源领域基础设施的智能化，并支持双向能源分配，并发展新的商业模式以提高生产、交付、使用和协调有限能源资源的效率。
5G RedCap独特的可定制化的网络切片技术，可端到端保障电网的高隔离性应用，更好地满足电力网络对“行业专网”的需求，为智能电网不同业务提供差异化的网络服务。
在用采类业务场景下，有了5G RedCap的赋能，电网企业或电表制造商可以源源不断获取用户的各种能源数据（如用电功率）和与能源系统运行状态相关的数据（如电网电压）。这些一手数据蕴含解释用户消费习惯、生活方式等重要信息，可以为政府部门提供宏观经济预测风向标或在其他跨行业领域产生巨大商业价值。
此外，为用能用户、售电企业、新能源开发企业提供创新服务也是5G RedCap采集类业务的重要价值体现，可以在用能特性与潜力的挖掘、能源用量预测分析、能源市场交易等创新服务等方面得到充分应用。
无论是运营商还是电力企业，借助5G RedCap携手共进是一种必然趋势。
对运营商而言，2C市场饱和，增长放缓；2B将成为潜在收入增长点和主要赛道。对电力企业而言，5G RedCap的中高速率、高容量、高可靠性、低延时、低能耗与智能电网电力系统可靠性、灵活响应与协同控制、海量数据传输以及电池寿命与保障的基本需求相匹配，能够有效助力电网智能化，并创造新的商业价值。
当然，RedCap与电力行业的融合，是一项业务线复杂庞大，同时也是一项长周期任务，这也就注定其不是一两家企业能够胜任的使命。这个过程中，需要电力企业、网络运营商和设备供应商发挥各自的资源和能力优势，合作探索核心价值路径下的可行商业模式。
写在最后
在5G RedCap与电力行业的融合中，我们仿佛见证了一场科技与能源的奇妙婚礼。5G RedCap的低时延、高可靠、广覆盖、低功耗、低成本等特性，使得电力系统不再被动地跟随，而能够主动协同调控。源、网、荷、储之间的互动，如交织的音符，在电力交响曲中奏响，实现了供需的精准匹配，保障了电力的可靠供应。
这不仅是一项技术的升级，更是电力行业迎来的一场变革之旅，在5G RedCap的助力下，我们将见证电力行业穿越传统的电力格局，踏入智能、高效和可持续的未来。这一结合不仅仅给电力系统带来了全新的通信方式，更是点燃了电力行业发展的新引擎。
与此同时，我们也要看到，5G RedCap携手电力的未来道路并不平坦，其中还蕴藏着诸多挑战。商业模式的构建、网络安全的保障、产品的创新等问题都需要各方通力合作。只有电力企业、网络运营商和设备供应商在这个奇妙的融合中各显神通，共同努力，才能为5G RedCap与电力行业的融合搭建更加坚实的桥梁。
参考文献：
《RedCap大规模落地在即！哪个领域先上百万？》，物联网智库
《5G 赋能未来电力》，德勤&国家电网
《2019-2020电力通信专业发展报告 》，中国电机工程学会
《新型电力系统视角下的能源IT研究框架》，华西证券
《5G 电力虚拟专网网络安全白皮书》，5GAIA & 5GDNA
《中国电信 5GRedCap 产业白皮书》，中国电信
《中国移动5G RedCap技术产业白皮书》，中国移动
《5G 助力智能电网应用白皮书》，南方电网 & 中国移动 & 华为
原文标题 : 5G RedCap如何助力电力行业变革？一文带你了解实现路径、主要阻碍和发展前景
