能源企业如何借助5G 技术转型升级

2020-02-24李雪

市场论坛 2020年10期

李雪

随着国家经济的不断发展，能源作为核心资源其战略地位日趋凸显。一方面是全球资源日趋匮乏的严峻形势，另一方面是日益增长的能源使用需求，二者如何平衡实现资源效益最大化极其重要。而作为能源企业随着这多年的发展，面临着诸多问题和困难，发展缓慢，急需转型升级跟上经济发展的速度。

一、能源企业发展现状及特点

（一）能源企业发展迅速

我们国家自从建国以来，对能源行业发展极其重视。从 “一五” 计划开始，国家对电力、煤矿、石油等能源工业发展提出节约使用的具体部署，直至 “十三五” 计划，以 “四个革命，一个合作” 为能源安全新战略，坚持安全、绿色、高效的发展目标，大力推进生态文明建设。

在此期间，能源企业也随之快速发展。能源生产逐渐由弱到强，生产能力和水平大幅提升，一跃成为世界能源生产第一大国。从历年国家统计局的统计数据显示，2018 年，能源生产总量达到37.7 亿吨标准煤，比1949 年增长157.8 倍，年均增长7.6%。而能源企业的规模也得到了较大的提升，从2008 年年生产规模超过500 万元以上的规模企业1.56 万家，提升到了2018 年年生产规模超过2000 万元以上的规模企业1.6 万家。

能源企业也从原来单纯的电力、煤矿、石油等生产企业，横向扩宽到包含新能源，光伏、水电、风力电厂等生产企业。截止2018 年底，能源行业规模企业的1.6 万家中，煤矿企业约占28.75%，电力企业占比48.13%。而在2008 年规模企业中，煤矿企业占比49%，电力企业占比仅有35.9%。

能源企业的发展，也纵向延展到包括生产、运输、存储和消费各个环节的能源企业，如近年高速增长的能源存储企业，储能锂电池企业等。但是仍有超过四分之三的能源企业仍集中在能源生产环节，煤矿和电力生产企业仍占大多数。

（二）能源企业点多面广

能源企业由于其生产特性，要依托能源储量较高的地域，如各大煤矿则分散在我国的内蒙、山西等省份，天然气生产企业分布在我国中西部的盆地地区。电力企业按照分类以水电、风电为主，水电则分布在沿海和内陆河流地域，而风能资源主要分布在我国东北、华北、西北地区。这些能源企业地域很分散，遍布全国各地，在各个省市都有涉及。

能源企业种类繁多，跨度很大。即有类似国家电网、南方电网、国家能源等大型特大型国有企业，也有从事传统的煤矿生产、电力生产的中小型企业，更有零星独立创业的新型电池生产的私营企业。并有越来越多类型的发展趋势。

（三）能源行业壁垒高

能源一直以来都是经济发展的必要元素，自古以来都有相应的从业者，如传统的人工煤矿。随着科技的进步和技术的发展，人们能够获取的能源方式和途径越来越多，也涌现出很多新型能源企业。风电、水电、天然气，甚至核电等新型能源都与科技的发展与进步密不可分。与此同时，他们也与原有的传统能源生产企业不同，需要前期高投入，建设和开发成本很高，由此形成较高的行业门槛，注定了这个行业不可能像生产制造业一样遍地开花，任意生长。且随着行业的发展，规模经济将会给该企业带来越来越明显的效益和成本优势，早进入者和科技掌握者对整个行业的话语权更高。

二、能源企业发展面临的问题和挑战

（一）能源企业存在的问题

随着国内能源体系近年的高速发展，以下几个问题逐渐显露出来。

1. 能源企业效率较低

随着目前的能源企业产能提升，能源消费的增长也呈现减速换挡的趋势，能源供需关系相对缓和，暴露出能源企业结构性产能过剩效能过低的问题。目前的能源企业中绝大多数仍是以传统的生产制造工艺为主，生产供电煤耗较高，生产的能源品质仍有较高的损耗量，能源使用效益仍需进一步提升。对于新型能源企业而言，建设规划、运行管理也给风电、光伏等新型能源企业带来较大挑战，产出能源效率低，运营维护成本高，迟迟未能实现盈利，至今仍需要国家不断的进行能源补贴进行生产，未能实现平价售电。

2. 能源系统统筹发展弱

新型能源建设范围广泛，但目前源网荷之间的协调发展衔接不好，如电网统筹调度能力仍需提升，配套电网建设较慢，会造成电网并网效率不高，弃风弃水限电的情况严重。而煤电没能实现灵活改造，整体能源系统的灵活性仍不高，兼容性低，没能保障更大规模的清洁能源消纳，给新型能源企业带来较大的运营压力。如何削峰平谷，使能源效能最大化，减少能源不必要的损耗是整个能源体系中的各环节均需要持续改善的问题。

3. 能源企业发展模式单一

能源企业在过了前期高速增长期后，逐渐进入发展平稳期，很多能源企业前期通过规模扩张，如增加风电机组，增加光伏组件等方式提高规模和产能。而随着可利用资源的日趋减少，竞争白热化，能源市场日趋饱和，原有的增长模式不再有提升空间，能源企业仅依靠单一的发展模式难以为继，更难获利，没能及时转变发展方式，积极探索新型发展模式，形成自身核心竞争力，企业将会缺乏后续可持续发展的竞争优势。

（二）能源企业面临的挑战

1. 能源结构调整将加快

能源系统的整体发展目前面临巨大的挑战，节能减排近年来的压力越来越大。大气污染防治行动和清洁能源的目标在各个能源企业都要全力推动。能源结构调整是近年重点推进的一项工作，能源结构逐渐向低碳化发展，天然气和非化石能源成为世界能源发展的主要方向，目前我国的非化石能源发电量增量占到全社会用电量的50%，相关产能已经基本可以承接消费量，以风能、光能等新能源已经陆续进入增量替代阶段。但是整体新能源在消费比重中仍偏低，不足10%。而欧盟的可再生能源消费比重将在2030 年超过25%。对于所处于其中的煤矿企业而言，能源结构转型会推进行业的重新洗牌。而对于新型能源的生产企业，如光伏、风电、核电、天然气等，结构性调整也对其提出了更高的要求，除了生产环节实现能源的可再生制造和低碳化，如何提升消费环节的比重是能源企业面临的挑战。

2. 能源发展动力加快转换

能源发展由原有的依托资源投入发展牵引向创新技术牵引，也就是从要素竞争逐渐向能力加要素的竞争发展，技术、体制和发展模式的创新将推动能源系统的快速发展。发展动力的变化带来了整个能源体系的发展增速，并由此会衍生出新的形态和新的增长点，如分布式能源体系的出现，新型的能源供需结构和模式将打破原有的能源体系供需方式和平衡。处在这个快速变化行业中的能源企业如果通过改革适应这个快速的变化，是一个持续研究不断探索的过程。

3. 能源与千行百业融合加速

能源作为国民经济的支柱产业，随着近年国家经济的全面发展，能源行业对千行百业的发展支持与推动越来越重要，也慢慢深度融合进各行各业的生产中。不仅仅作为一个能源提供方，更多是合作共创的方式。能源企业从供给方逐渐转变为合作方，这个角色的变化也给能源企业带来较大的挑战，从原来一次性的合作，纯粹的资源买卖，变成生产模式嵌入、融合，能源服务根据生产与制造特性进行量身定做。对能源企业的主要生产方式和运营方式有较高的要求，也有根本性的变化。

三、能源企业借助5G+ 技术转型升级策略

中国政府在2015 年印发和部署了中国制造2025，全面推进实施制造强国的战略文件。其核心指导思想也是以促进各行业创新发展为主题，以提质增效为中心，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，满足经济社会发展的需要。能源企业作为其中重要的组成部分，也需积极借助新技术新科技，不断提升和锻造自身转型升级能力。

（一）企业兵的转型突破

能源企业，尤其是传统生产企业首先要在保证安全的前提下，提升能源生产效率。如传统的煤矿企业，生产矿山都在比较偏远的地域，生产作业环境比较恶劣，随着资源开采的工作推进，生产难度逐渐加大，开采深度提升，很多矿山开采都深入到井下作业，对作业人员的保障机制要求越来越高。

就单个煤矿矿山生产作业，可以结合5G 网络技术来提升矿山生产效率与安全性能力。5G 网络较4G 网络而言，具有广连接，高带宽和低时延的特性，在矿山范围可以通过部署5G 专网，来专项保障矿山的网络连接顺畅。在井上矿区，露天矿的采矿工作则可以利用物联网技术与5G 技术的结合，运用无人矿卡作业方式进行机械化生产的升级，能有效提升每小时采矿效率。在井下，也可通过5G 井下网络专网的部署，实现无人采矿设备的深入进行采矿作业和生产工作。无人设备技术结合AI 技术的应用，逐步实现专业工人的替代。

无人矿卡作业较人力采矿的优势除了直接机械作业效能提升外，还有可作业时间加长的优势，月度内除了必要的保养间歇，其他可持续作业时长会远高于采矿工人每天的8 小时。且在无人矿卡持续工作期间，一直采矿效能会维持高位和平稳，不会出现个人由于身体状况的不同有产能波动的情况出现。使矿山的整体生产效率和生产产出变成可视可管可预测。

在采矿生产主流程中，安全生产尤为重要。除了使用无人设备采矿方式进行人员人身安全保障外，还可实现关键指标的远程监控，如通过在井下部署5G高清摄像头，高清实时图像与视频高速回传，能够在统一的工业互联网平台实现监控与监测。通过部署红外线探测仪、烟感探测仪等专业设备进行井下环境的实时监测，如温度是否超高，瓦斯或有害气体的浓度是否超标，容易引发爆炸等特殊情况都能实时监测，及时防控与处理。

通过专业技术为采矿等生产能力的提升，将有效提高单个矿山的生产效率，转变生产模式，为煤矿企业打造自己的核心竞争优势极为有利。

不光是传统型能源企业需要进行5G 信息化技术升级，新型能源企业也同样可以借助新技术加速自身发展。如风电等新型能源企业，可以借助5G技术的低时延高带宽特性，结合云计算、物联网、人工智能等先进技术，对风电的机组选址，精细化测风，周围环境监控，风电场规划与设计等各个核心生产环节进行信息化整体解决。此外，5G 网络的广覆盖，能够让风电企业的信息化管理成为可能，实现每个发电站状态可控，数字化运营和产能科学化管理更上台阶。不仅仅是生产效能上台阶，管理能力也上台阶。

（二）集团军的转型升级

随着近年能源企业的整合发展，很多大型能源企业同时管理着跨地域的多个大型矿山，集团生产方式较之前有很大的变化。此前众多小煤窑开采技术水平低，煤炭资源浪费严重，由此也推动煤矿企业逐渐规模化整合。如何实现集团内统一管理与监控调度，对大型能源企业很关键。结合5G 技术的统一工业互联网平台打造则能很好的有效支撑和解决集团军作战问题。

在各个矿山等生产单元布局5G 技术生产基建与生产流程改造后，可以统一接入工业互联网平台，实现集中管理与集中监控。能源企业可以在自己的监控室即可实现下属矿山的全部生产作业环境监控和生产单元调度，也可以通过5G 专属网络直接操控某个矿山的无人矿卡进行采矿作业。相关生产数据和信息能够实时从平台上获取，避免原来凡事通过线下上报，数据统计不及时，引起决策不准确、有滞后的问题。

能源企业除了生产环节，还有传输和运营环节的电网。像国家电网、南方电网这样的龙头企业又与生产环节的企业很大的不同，他们主要的工作是在于整个电网平台的平稳运营与统筹发展。在发电侧，风电、光伏等新能源的大量接入，在传输侧，调度控制从局部拓展到了全域，在用电侧，民用与工业用的应用和设备需求爆发式增长。国家对电力这张重要的网络要求是安全高效，清洁友好，灵活可靠。目前国内由国家电网集团负责北方26 个省市的电网运营，南方电网集团负责南方粤桂云贵琼5省的电网运营。

电网网络更多关注的是可以实现平稳运营，灵活调度，安全隔离。电网公司首先借助5G 的切片与边缘计算等技术手段实现电力业务低时延高可靠，高精度网络专属的业务需求，形成电网专属的5G 切片专网，实现数据不出场，专网专用，保证电网的数据和信息安全隔离要求。其次，结合5G 技术的广连接特性，1 平方公里可实现100 万个接入设备的特性，在各个传输、变电、配电环节，或者是用电侧的电子计量表均可运用物联网技术，实现海量设备的实施检测、数据采集与远程控制，实现巡检高清视频回传，及时监测、发现和定位问题并尽快解决，确保供电平稳。有效解决目前巡检困难、人力投入大而频次低，故障问题定位困难的困境。然后在用电环节，电网公司也可以通过5G+ 人工智能，大数据分析技术将千行百业、千家万户的日常用电波动数据进行汇总分析与应用，提前规划与部署，有效提高电网资源的使用效率。

通过系列5G 技术的结合，电网企业能够有效的提升能源企业自身的生产效率，转变生产模式，形成自身核心竞争力。

（三）价值链生态构建

能源系统整体的转型升级除了单个能源企业和能源集团级的改革升级外，还会涉及整个能源生态的构建与优化，能源企业的转型升级离不开其上下游价值链生态的升级。如相关生产设备的信息化升级，利用5G 信息通信技术融合能源电力技术，能够快速支撑能源企业实现生产主环节的信息化升级，上下游价值链的信息化程度提高，进而推进能源企业生产效率提高，信息化综合管理成为可能。

随着能源结构性调整，多种能源的高速发展，各种能源网络的无缝衔接和融合，需要原来各能源网络的价值链进行相互融合与渗透。原来的各能源网仅实现的是能源流的传输和管理，以后最关键的是信息流的汇聚与管理。5G 网络、云计算及大数据技术将能够很好的帮助这些分散、不同领域的价值链在信息流层面进行互通和升级。电能、热能、天然气能等多种能源相互转化、存储和并网将组建大的能源网，所有能源企业的数据、信息、资源的汇总整合将有效推动能源从原来的供需转变为新型服务应用。

除了能源体系内部的价值链生态重塑，随着能源互联网的不断发展，能源系统与各个行业的深度融合与渗透，能源体系的价值链与整个社会的价值网生态相互影响与共同发展的趋势将越来越明显。更多已利用信息通信网络进行智能化升级的行业又会反向影响能源系统的升级与变革。