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助力 绿 色 全 联 接 ， 使 能 行业 数 字 化 ， 消 除 能 源 鸿 沟 站 点 能 源十 大 趋 势 白 皮书站点能源十大趋势白皮书 2 为应对全球气候变化 ，世界主要经济体陆续作出 碳中和目标的承诺 欧盟委员会公布 2050 年实 现碳中和， 并发布绿色新政 ； 英国、 日本、 韩国、 加拿大等国相继公布本国 2050 年实现碳中和 ； 中国则承诺在 2060 年前达成目标 。在碳中和目 标的驱动下 ，全球规划以风光水为代表的低碳化 清洁能源 ，从 2020 年的能源占比 26，提升到 2050 年能源占比的 60，能源结构由化石能源 加速向可再生能源转型。 与此同时 ，随着物联网 、云计算 、人工智能等新 技术规模化商用 ，新基建和各行业数字化转型加 速发展 ，多样化的智能应用普及 ，数字经济焕发 出更大活力。 从钻木取火到煤炭 、油气 、再到新能源 ，人类历 史上经历了三次能源革命 。现在 ，以可再生能源 为代表的绿色化和以数字技术为基础的智能化开 启新一轮能源革命 ，将为日益数字化的世界带来 新的动能。 2021 年 1 月 ，来自站点能源领域的多位权威专家 学者共同探讨能源绿色化 、数字化转型 ，并联合发 布 站点能源十大趋势白皮书 ，洞察未来趋势 ， 明析未来方向， 为站点能源转型升级提供战略参考。 前 言站点能源十大趋势白皮书 3 目 录 趋势一能源数字化 01 趋势二“零碳”网络02 趋势三全面锂电化 05 趋势四通信站点社会化 .06 趋势五供能多样化 07 趋势六全链路智能 08 趋势七融合极简 09 趋势八多模架构 11 趋势九自动驾驶 12 趋势十安全可信 13 缩略语 .14站点能源十大趋势白皮书 01 传统能源链路上只有瓦特流 ，模式单一 ，难以协同 。能 源数字化在瓦特流基础上加入比特流， 用比特管理瓦特， 整个能源网络， 从传统单一瓦特流到瓦特 比特相互协同， 实现 “发 - 转 - 储 - 配 - 用”全链路的互联化 、数字化和 能源数字化 趋势一 智能化， 驱动站点能源实现点、 链、 网的数字化变革。 同时， 通过引入 5G、AI 1 、大数据 、IoT 2 等数字化技术 ，并将 电力电子技术与数字技术创新性地融合， 可实现全系统的 可视、可管、可控、可优。 图 1能源数字化、智能化 发 转 用 比特流 瓦特流 数字化管理 储 配 能源网数字化，全系统可视、可管、可控、可优 数字技术与能源技术融合 整流器 智能光伏 智慧储能 智能温控 控制器 逆变 5 G I o T 机器视觉 传感器 云 语音控制 功 率 数 字 化 运 维 数 字 化 储 能 数 字 化 5G 从瓦特到瓦特 比特，比特管理瓦特，数字与能源技术融合，实现能源网络数字化管理站点能源十大趋势白皮书 02 清洁能源应用 节能成为主流 促进绿色可持续发展，全球在行动，碳中和成为当今世 界最为紧迫的使命。全球领先的运营商也陆续提出碳减 排战略，将在 2025-2040 年相继实现 100 可再生能源 供电。同时，随着新能源技术的迅速发展，新能源发电 成本大幅下降，光伏已经全面进入了平价时代，风力也 即将进入平价时代。 能耗高企，利润被侵蚀 据统计， 全球运营商仍有 60 万油机长期运行， 油费高， 每年约 0.2 亿吨碳排放。 同时， 大量站点及机房的 SEE 3 小于 60，电费高。构建绿色高效的“零碳”网络不仅 是企业基于自身经营的需要，也是积极践行社会责任的 体现。 数字技术、 硬核技术、 高效技术的快速发展， 使得 “零碳” 网络成为可能 。运营商网络将实现加 5G 不加能源相关 OPEX，极省 CAPEX。 数字技术使能 “零碳” 网络， 全生命周期实现 “零碳” 管理 “零碳”网络 趋势二 图 22020 年主要国家光伏度电成本与煤电标杆电价比较 （来源数字能源产业智库） 数字技术与电力电子技术的融合为网络碳中和的实现提 供了可行性。 “零碳” 网络需依托网络全生命周期的 “零 碳”规划 ，从 “建网 - 运行 - 营维”三个环节的实践加 速降碳。 建网环节，通过 “以柜替房”、“以杆替柜”实现极简 部署，减少施工和改造环节的碳排放，同时节省站址、 免工程改造、减少机房空调使用等节省网络 CAPEX 4 和 OPEX 5 投资， 完成网络的顶层规划与设计、 新建与扩容、 改造与优化的“零碳”。 0 5 10 德国 意大利 荷兰 韩国 西班牙 匈牙利 墨西哥 阿根廷 印度 泰国 马来西亚 沙特 尼日利亚 中国 2 0 2 0 光 伏 度 电 成 本 传 统 能 源 上 网 电 价站点能源十大趋势白皮书 03 运行环节 ，着力于 “发 - 转 - 储 - 用”全链路四个节点 进行“零碳”设计，实现全链路的绿色高效。发电侧， 充分应用清洁能源 ，加大站点和机房场景对太阳能 / 风 能等可再生资源使用，光储结合全面去油省电；转换侧 , 通过高效模块与单套系统替换传统低效模块与多套电源 部署；用电侧，通过智能用电管理单元实现单租户、单 制式、单路负载的精确计量及备电的按需供给；储能侧， 运用云化的智能锂电，通过与电源、负载的协同，实现 备电资源的精准配置。 营维环节，基于站点数字化实现功率智能化和运维智 能化， 结合 AI、IoT 等技术， 实现 “发 - 转 - 储 - 配 - 用” 全链路的智能协同，以远程智能运维替代传统人工上 站，实现远程巡检和风险预测，降低宕站风险同时降 低故障维护成本。应急场景通过移动锂电替代传统应 急油机，实现绿色低碳。此外精细能效管理持续筛选 网络低效设备与低效站点，针对现状，系统自动输出 图 3全生命周期“零碳”示意图 图 4硬核技术使能能源绿色示意图 图 5高效技术使能全网低碳示意图 改造建议与迭代优化方案。最终，基于建网 - 运行 - 营 维的“零碳”规划与实践，推进网络全生命周期内实 现“零碳”。 硬核技术使能能源绿色 新能源技术涌现，如在发电环节，有智能光伏技术，源 网荷自适应技术；在转配的环节，以新一代的电力电子 宽禁带器件为主，包括智能配电技术等；在用电侧，有 精细化的能效管理技术，也包括热耗的管理，应用智能 能源实现放生自然散热， 助力站点全节点实现绿色节能。 高效技术使能全网低碳 大量的数据应用于能源网络里面，实现了从部件到站点 再到网的高效的能效管理，从站点到网络，到全生命周 期的电费节省、能耗节省。 发电技术 转配技术 用电技术 智能光伏 宽禁带器件 精细化用电 源储荷自适应 智能配电 仿生自然散热 全生命周期零碳 “零碳运行” “零碳”运维 “零碳”建网 全生命周期规划 极简建站 绿色发电 高效转换 智能储能 高效用电 远程可视 绿色运维 部件级 站点级 网络级 低效部件改造 每站每年节电 5000 度 9096 4560 4055 9699 7595 7090 模块效率 站点级能效 网络级能效 低业务效率站点改造 每站每年节电 10000 度 0 watt 0 bit 每站每年节电 20000 度 有效 转换 有效 转换 有效 转换 能量 损耗 能量 损耗 能量 损耗 当前 当前 当前 2025 2025 2025站点能源十大趋势白皮书 04 在希腊 ，通过在站点叠加太阳能光伏 ，运营商降低了 51.2 的市电使用，年节省电达到 14500 度。 图 6站点叠光，节电 14500kWh/ 年 希腊 图 7以光去油，OPEX 节省 81/ 年 巴基斯坦 在巴基斯坦，通过在站点应用光伏和智能技术，大幅降 低油机运行时间，年节省 OPEX 81。站点能源十大趋势白皮书 05 锂电替代铅酸，在全球各行业规模应用 5G 快速发展，站点功耗倍增，需要能量密度更高的储能 系统，传统的铅酸电池使用面临很多问题，比如体积大、 重量重、循环使用寿命短，维护难等。从全生命周期的 拥有成本、使用寿命、安全性等多方面来看，锂电优势 显著。且随着电动汽车的快速发展，锂电池成本正在大 幅下降，目前锂电已广泛在各行各业得到应用。 全面锂电化 趋势三 功能单一，各自孤立，只能提供简单备电，无协同、粗 管理、资源浪费、演进成本高、运维困难。站点储能系 统需要重新定义新架构，云化智能储能系统应运而生。 云化智能储能系统融合电力电子 、AI、大数据 、IoT 与 储能技术等 ，本地 BMS 6 结合云 BMS，实现储能系统 的分布式储能 、云化的综合管理 。使用 IoT 联接技术实 现储能系统全场景极简云维，站网云协同实现云升压、 云削峰、云错峰、云混搭、云防盗，AI 精细配置实现高 效投资， 以云状态监测、 风险预判、 寿命预测、 故障定位、 多重防盗等途径实现全面的资产安全管理。锂电从单一 部件到云化智慧储能系统，储能更安全，场景更丰富， 运维更高效，最大化站点储能价值。 图 8锂电在全球各行业应用广泛 图 9云化智能储能系统示意图 普通锂电逐步走向云化智能储能系统 ，最大化站 点储能价值 目前行业对电池的场景需求已经从单一的应急备电需求 发展到复杂站点综合供能的需求。普通锂电池虽然具备 锂电池本身的特性，但也仅是电芯加结构件简单组合， 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 20 16 20 17 20 18 20 19 20 20 20 21 20 22 20 23 终端 储能 电动车 G W h 全行业规模应用驱动技术发展， 进入全面锂电化时代 锂电智能化 数字技术、电力电子与储能技术融合 分布式储能，云化管理 双向功率变换 热安全管理 软件定义电池 高精度SOC/SOH 锂电组 云BMS AI大数据 IoT 本地BMS站点能源十大趋势白皮书 06 ICT 7 融合成为趋势，千行百业数字化站点海量 涌现 5G 发展逐步进入千行百业 ，行业数字化转型加速 ，大量 站点走向 ICT 融合 ，满足行业站点的数字化应用需求 。最 大化释放现有站点的功能逐步得到重视 ，站点基础设施将 从单一通信联接功能走向综合功能，丰富社会应用价值。 站点资源社会化带来站点价值最大化使用 原有的通信站点， 资源将逐步共享给社会， 如应急用电、 商业广告 、气象环保监测 、视频监控等应用 。站点的能 源基础设施 ，也在进行能源相关业务经营 ，除了为通信 设备供电外， 还可承载工商业供电、 充电、 换电等业务， 甚至在一些市电不好、 无市电的区域， 为当地的生产和民 生用电，实现站点价值最大化。 通信站点社会化 趋势四 图 10通信站点社会化应用场景示意图 站址共享 能源经营 应 急 工商业 广 告 充 / 换电 环 保 生 产 视 频 民 生站点能源十大趋势白皮书 07 多样化的应用场景 供电不再单纯只给 IT 或 CT 设备服务， 将走向 ICT 融合、 民生和生产场景。借助丰富的站址资源和灵活的供电架 构，可以非常便利地向周边的住户、商铺等提供高质量 供电。在保障设备可靠供电的同时实现更多增值服务。 多样化的部署形式 能源供电存在多种部署方式，如集中式太阳能大电厂引 入绿电，园区部署供电以及小型微电网部署，分布式供 电，户用光伏等多形式部署，以满足不同的应用需求。 在中国珠海 ，采用绿色叠光的分布式部署方案 ，通过对 太阳能发电系统和智能锂电储能系统的多能源调度 ，替 代原 “油机 UPS 铅酸电池”方案 ，节省燃油成本约 10 万 / 年， 减少碳排放 25 吨 / 年， 全面守护海岛安全。 在尼日利亚 ，通过先进智慧超级混电技术 ，年燃油节省 1226 万升 / 站 ，油费节省 2 万 / 站 ，减少碳排放 26.2 吨 / 站。 多样化的供电来源 传统站点主要由市电或者柴油发电机发电，未来供电来 源更加多样化，新能源，特别是太阳能将逐步从补充供 电走向主供电，并通过和市电、储能有机结合，形成多 样化最优供电方案。 供能多样化 趋势五 图 11供电来源演进示意图 图 12应用场景演进示意图 图 13 智慧海岛 中国珠海 图 14 智慧医院 尼日利亚 市电 市电 太阳能 储能 风能 油机 IT设备 ICT设备 专业设备 居民用电 生产设备 CT设备站点能源十大趋势白皮书 08 功率全链路智能化，软件定义 能源全链路由发电、转换、储能、配电、用电等组成。 传统能源各子系统之间是烟囱式分立架构和孤岛式管 理，缺乏协同，未来将走向全链路智能的综合智慧能源。 综合智慧能源运用数字化的技术， 统一管理能源的发电、 转换、输电、配电、用电各个环节，通过供电全链路的 各子系统的数字化以及软件定义， 最终实现全链路智能。 如发电部分，通过光伏组件集成优化器，实现光伏组件 输出可软件定义；智能配电，通过智能空开实现保护容 量、上下电策略等软件定义，极大提升能源利用效率， 降低用能成本；智能用电，通过 AI 智能负载管理特性加 持的能源切片技术，支持软件定义空开、分路控制、分 路下电、分路计量和 AI 用电稽查等智能特性，实现站点 负载精细化智能管理、明明白白用电。 全链路智能 趋势六 图 15AI 价值特性演示图 图 16AI 价值特性演示图 AI 加持激活能源更多价值 AI 寻 优、AI 削 峰、AI 错 峰、AI 预测等实现供电系统的 最优匹配。如通过 AI 建模和功率协同寻优，实现供电链 路的效率最优；通过负载用电预测、电池高精度 SOC 8 / SOH 9 预 测 ， 实现最优市电错峰用电， 从而节约电费。 在 中国浙江， 通过智能错峰功能， 站点每年节省 17.1 电费。 发 转 用 配 储 功率全链路智能化，软件定义 AI寻优 AI削峰 AI预测 AI错峰 AI加持，功率协同站点能源十大趋势白皮书 09 形态极简 站点形态从传统的房子到柜子 ，再到刀片式电源 ，极大的 节省了占地面积 、降低了能耗损失 。在中国贵州铁塔 ，以 1 柜替 3 柜 ，租金电费节省4400/ 月 ，运维节省 75。 在中国北京廊坊 ，通过刀片电源极简部署 ，站点能效提升 至 96，温控损耗减少 700kWh/ 年，线损减少 50。 供电极简 交流直流一体化供电，多种供电制式输出，电源与储能 系统进一步融合联动，带来能源供电进一步极简。 海量站点规模部署， 无线、 传输、IT 等业务进一步融合， 传统站点建站方式多依赖于机房建设， 多套电源、 电池拼 凑， 缺乏整体性设计， 成本高、 可靠性差， 难以统一管理， 演进也十分困难。 全网融合走向低碳化， 能源全生命周期 走向极简，实现更快交付、更低能耗、更优 TCO 。 业务融合 通信站点从以前的多套电源供多种电压制式设备到未来 多场景下的一套电源融合供电，使得站点能源同时支持 无线、 传输、 IT 设备的场景应用， 建设更简单， 更省占地、 省租金。 融合极简 趋势七 图 17极简站点 中国贵州 图 18极简刀片站 中国北京站点能源十大趋势白皮书 10 图 19能源设备极简融合示意图 管理极简 通过能源统一管理平台的调度，能源对电源和储能做智能控制，极大简化了运维难度。产品的预制化设计，除了缩短交 付周期外，更能通过远程网管系统集中管理，实现预防性维护免下站，降低运维费用。 全网融合低碳化 全生命周期极简 部件模块化 快速建站 设备高密化 轻松管理 能基融合化 简单维护 管理平台化 灵活扩容 业 务 形 态 供 电 管 理站点能源十大趋势白皮书 11 支持多业务系统的协同，多种场景的应用 能源系统跟电网系统协同，可实现调峰、调频、错峰； 跟储能系统协同，实现多场景应用，从而实现不同业务 的融合 。如通过业务协同 ，实现 “0 比特 0 瓦特”的深 度休眠管理，达到最佳网络节能效果。 能源走向多模协同架构，实现多样化的供电的模式 如通过能源的自由流控制手段， 实现能源的多向的流动， 达到站点的离网用电和并网发电之间的自由的切换，从 而实现站点向分布式虚拟电厂（VPP）的转换等。 多能源 多制式 , 适应多业务融合站点需要 “多模”体现在多个层面，首先是电源的技术架构支持 多能源输入、多制式输出。传统能源只能实现单一能源 的输入和单一能源制式的输出，对于融合应用场景，往 往通过多套不同类型的供电系统叠加实现，占地大，管 理难。 未来电源的架构将走向一个电源平台支持太阳能、 市电、油机、储能等的多种能源输入，交、直流多制式 输出，满足全场景的供能需求。 多模架构 趋势八 图 20多模协同示意图 支持硬件与软件的模块化扩容 ，多模式的调度 、 控制和管理 采用模块化设计，在多能源输入、多制式输出的架构基 础上，支持硬件、软件的模块化扩容，整个系统的架构 可灵活扩容和扩展。 市电 IT设备 CT设备 传感器 视频设备 业务设备 光伏 油机 电池 能源自由流 多模协同 多能源，全环境适应 多制式，全业务兼容站点能源十大趋势白皮书 12 新时代呼唤智能自治网络 海量站点业务差异化、场景复杂化驱动运维管理更高需 求。传统网络运维都是简单的监控、告警管理，且能源 设备维护多依靠人工，需要大量重复和复杂的操作，人 工成本高 。2019 年 9 月 GSMA 10 发布 智能自治网络 案例报告中表示，自动驾驶的应用贯穿于网络规划、 建设、维护、优化、运行的各个阶段，智能自治的网络 逐步被需要和呼唤。 能源网络运维向自动驾驶迈进 随着人工智能技术的发展，应用 AI 技术将使能整个能源 网络实现智能运维、智能感知、智能互联，让能源的运 营和运维更为简单 ；通过智能的 IoT 技术 ，将会实现站 点能源数字化管理，改变原来的“哑设备”管理状态， 通过一系列数字化传感器的部署，结合智能管理平台， 最终能够实现能源网络的智能感知和互联。 自动驾驶 趋势九 图 21能源网智能运维示意图 数据治理 模型训练 生成 模型升级 发布 在线AI 推理 本地知识库 网络 分层自治 数据实时采集 过滤 执行推理结果 实时本地闭环 云端AI 网络AI 网元AI 智能 电表 温度传 感器 水浸传 感器 烟雾传 感器 摄像头 湿度传 感器 电子门锁 门禁 规 建 维 优 运 数据湖 AI 训练 知识库 站点数字化，实现智能感知 → → → → AI 使能，能源网智能运 维智能感知，IoT 互联 IoT 站点能源十大趋势白皮书 13 能源作为基石， 随着数字化、 全链路智能、AI 等应用， 加速向网络化、 数字化、 智能化转型， 加强硬件和软件的可靠性、 安全性、隐私性、韧性、伸缩性等成为必要要求。 加强软硬件的安全可靠性的设计 在硬件端除了高可靠设计及制造外，同时加强预测性维护，夯实可靠地基，做到硬件可信；在软件端，重点投入分层级 防御，实现软件的分层可控、分层防御，使软件更加安全可靠，使能源产业更加安全可靠。 安全可信 趋势十 图 22系统级设计保障安全可信 缺陷 干扰 可靠性 安全性 隐私性 可用性 韧性 Security 合规使用数据 技术、企业、行业、社会 协同要求、共同努力 实现数字信任 软件工程能力提升变革 可验证的可信和高可靠 Reliability Resilience Availability Privacy 故障 攻击 偶然地 非恶意人为 恶意 故意人为 不伤害人和环境 高可靠设计及制造预测性 维护，夯实可靠地基 分层级防御，巩固软件安全 可信 安全性 Safety 硬件可信软件可信 芯片加密 （技术） 流程体系 （企业） 三方认证 （行业） 行业监管 （行业） 法规政策 （社会）站点能源十大趋势白皮书 14 缩略语 序号 缩略语 中文名称 英文名称 1 AI 人工智能 Artificial Intelligence 2 IoT 物联网 Internet of Things 3 SEE 站点级能效 Site Energy Efficiency 4 CAPEX 初始投资成本 Capital Expenditure 5 OPEX 运营成本 Operating Expense 6 BMS 电池管理系统 Battery Management System 7 ICT 信息及通信技术 Information and Communications Technology 8 SOC 荷电状态 State of charge 9 SOH 健康状况 State of health 10 GSMA 全球移动通信协会 Global System for Mobile Communications Association免责声明 本文档可能含有预测信息， 包括但不限于有关未来的财务、 运营、 产品系列、 新技术等信息。由于实践中存在很多不确定因素， 可能导致实际结果与预测信息有很大的差别。因此，本文档信息仅供参考，不构成任何要约或承诺，华为不对您在本文档基 础上做出的任何行为承担责任。华为可能不经通知修改上述信息，恕不另行通知。 版权所有 2021 华为。保留一切权利。 允许转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点，但需注明来源 华为。