האבולוציה המהירה של טכנולוגיית התקשורת מעצבת תשתיות קריטיות ברחבי העולם, ואת מגזר האנרגיה עומד ליהנות עמוק מן הגלגל של רשתות אלחוטיות הדור החמישי, הידוע פשוט כ 5G, תקן קישוריות זה מספק מהירויות, רמות חריפות, צפיפות המכשיר ואמינות כי הרבה מעבר קודמיו של אנרגיה ואמין כי הרבה מעבר לרשת החשמל, 5G מאפשר רמה חדשה של מערכות חכמות, תגובתיות, וגמישות בדרך כלל, כמו רשתות חכמות, כדי להפוך את זה של מערכת תקשורת יעילה, 000.

הבנה של רשתות חכמות

רשת חכמה אינה חלק אחד של טכנולוגיה אלא שדרוג מקיף לרשת החשמל המקובלת.רשתות מסורתיות פועלות עם חשיפה מוגבלת למה שקורה מעבר ל substations ומים לקוח.הם חסרים בזמן אמת, שליטה אוטומטית, ואת היכולת לאזן באופן דינמי אספקה עם ביקוש שונה.רשתות חכמות להתמודד עם מגבלות אלה על ידי הטמעת תקשורת דיגיטלית, חיישנים, תשתיות מתקדמות (AMI), פרמטרים של יחידות ניהול אנרגיה מבוזר (PMD) ו-PMD) לתוך מערכות ניהול אנרגיה מבוזרות (PMD)

מטרות הליבה של רשת חכמה כוללות:

  • (ב) ⁇ :0) אמינות ואמינות עצמית: FLT 1:1 זיהוי אשמה אוטומטית ובודדה להפחית את משך הזינוק.
  • (ב) אינטגרציה של אנרגיה מתחדשת: FIRLT:1 השמש, הרוח, אחסון סוללות ניתן לשלוח ולנהל בקנה מידה.
  • ניהול צד:0 (Demand-side Management: FLT:1 Utilities יכול לתקשר עם מכשירים חכמים כדי להתרחק מתקופות שיא.
  • (FLT:0) שיפור יעילות האנרגיה: FLT:1 בזמן אמת נתונים מאפשר שליטה על מתח וכוח תגובתי, צמצום ההפסדים.
  • (ה) העצמה:0 (Consumer powerment: FLT:103) מערכות ניהול אנרגיה ביתי מספקות תובנות וסימנים של שימוש.

כדי להשיג מטרות אלה, רשת חכמה תלויה ברשת חזקה, בטוחה, ונמוכת של תקשורת נמוכה המחברת מיליוני נקודות קצה - מחיישנים ברשת שידור ועד למחזור חכם למגורים מבחינה היסטורית, תקשורת אלה התבססה על תיקון של טכנולוגיות כולל סיבים אופטיים, הפעלת נושא חשמל (PLC), Wi-Fi וסטנדרטים תאיים ישנים יותר (3G, 4G) לכל אחת יש מגבלות יקרות לכדי שימוש בתוכנות מסוג 4GC, וצריכת דלקות (LLC) ו-HD) יכולות תקשורת אולטרה-HD) יכולות גבוהות יותר, כאשר הן יכולות גבוהות יותר, הן יכולות תקשורת אלחוטיות (LLC) יכולות ל-HDC, ו-TLTLGTLXC, כאשר הן יכולות גבוהות יותר, הן יכולות גבוהות יותר, הן יכולות גבוהות יותר, ו-HDC, כאשר הן יכולות גבוהות יותר, הן יכולות תקשורת אלחוטיות (LLC) הן יכולות תקשורתיות (LLC, ו-HD) הן יכולות גבוהות יותר, ו-HD) הן יכולות מורכבות, כאשר הן יכולות ללקות (PLGT.

התפתחות התקשורת

4G LTE ל-5G: A Generational Leap

רשתות LTE הדור הרביעי שימשו כעמוד השדרה לפרויקטים של פיילוט ברשת חכמה מוקדם.הם סיפקו רוחב פס מספיק לקריאה תקופתית ובקרת פיקוח בסיסית ורכישת נתונים (SCADA) עם זאת, שכן ארכיטקטורות רשת הופכות מבוזרות יותר עם גג השמש, כלי רכב חשמלי (EV) תחנות טעינה ואבטחת LTE סוללות, דרישות התקשורת להסלים את דרישות ההגנה והשליטה - כגון הגנה שונה או אי זיהוי זמני יכול להיות משימות לא אחידות עבור 30 שניות.

5G מתייחס לצרכים אלה באמצעות שלוש קטגוריות שירות עיקריות המוגדרות על ידי איגוד התקשורת הבינלאומי (ITU) ותקני 3GPP:

  • (FLT:0)Enhanced Mobile Broadband (eMBBib):FLT ( 1:1 מספק שיעורי נתונים גבוהים (עד 10 Gbps) עבור יישומים כגון בדיקות מל"טים מבוססי וידאו של קווי שידור.
  • (FLT:0)Ultra-Reliable Low-Latency Communications (URLLC): ⁇ FLT:1 Targets End-to-end latency under 1 מ"ר ו-999% אמינות - חיוני להגנה רשתית בזמן אמת.
  • (FLT:0) תקשורת מכונה-Type (mMTC): FLT:1 תומך עד 1 מיליון מכשירים לקילומטר רבוע, המאפשר רשתות חיישן צפופה על פני רשתות הפצה.

בנוסף, 5G מציגה רשת סליקה - היכולת ליצור מחיצות רשת וירטואליות ומבודדות עם פרמטרים מאובטחים ביצועים.תועלת יכולה להפעיל פרוסה ייעודית עבור הודעות הגנה (לחיות נמוכה), עוד עבור מ"ר חכם (דחיסות גבוהה, רוחב פס נמוך), ועוד עבור מעקב וידאו של תת-קרקעי (פס רוחב פס גבוה) - כל על אותה תשתית פיזית 5G.

כיצד 5G משנה את התקשורת החכמה

מידע בזמן אמת ובקרת

ההשפעה המיידית ביותר של 5G על רשתות חכמות היא ההפחתה בעקביות.עם יכולות ה-URL של 5G, פקודות בקרה יכולות להגיע למכשירי שדה בתוך מילימטר השניות.זה מאפשר ליישם אסטרטגיות ייצוב רשת מהירות, כגון:

  • (ב) תוכניות הגנה על זכויות אדם: 10.10.1 ממסרים מוגנים יכולים לתקשר אחד עם השני ועם בקרים מרכזיים כדי לבודד תקלות לפני שהם מתקפלים לשחורים.
  • ניהול משאבי אנרגיה:0 (FLT:0) מונעי אנרגיה מחוברים לוחות סולאריים או בנקים סוללה יכולים לקבל פקודות משלוח בזמן אמת כדי לתמוך במתח ובתקנות תדירות.
  • (FLT:0) להורדת הביקוש ותגובה: FIRLT:1 במהלך אירועי רצף, מתגים 5G-enabled יכולים לשפוך עומסים לא קריטיים במלי שניות, הרבה יותר מהר מאשר תוכניות מסורתיות הנתמכות על הודעות מתחת ל ⁇ .

קישוריות למכשירים ניידים עבור חיישנים

רשת ההפצה היא במידה רבה בלתי מזוהמת כיום. היכולת של MTC של 5G הופכת את זה אפשרי מבחינה כלכלית לפרוס אלפי חיישנים בעלות נמוכה על קווי חשמל, ממירים וקוטבים.חיישנים אלה יכולים למדוד טמפרטורה, רטט, זרם, מתח, ואפילו תנאי מזג אוויר. נתונים מן החיישנים האלה נכשלים במודלים התאומים הדיגיטליים ופלטפורמות ניתוח המנבאות כשלים לפני שהם מתרחשים.

אבטחה מוגברת וחוססן

אבטחה היא חשובה עבור תשתיות אנרגיה קריטיות.5G משלבת מספר שיפורים ביטחוניים על פני הדורות הקודמים:

  • (FLT:0)Subscriber Identity Protection: FLT:1 משתמשים וזהויות המכשיר מוצפנים מעל האוויר, צמצום הסיכון למעקב או לנפיחות.
  • (FLT:0Network ,Sleing Security בידוד: FLT:1) כל פרוסה יכולה להיות מפתחות הצפנה משלה, אימות והגנה על יושרה, למנוע פשרה פרוסה בתוך פרוסה אחת להשפיע על השנייה.
  • (FLT:0) הצפנה מקצה לקצה: FLT:1 נתונים מחיישנים למרכזי בקרת כלי רכב ניתן מוצפנים ללא ביניים המפענחים את המטענים.

יתר על כן, הכדאיות הנמוכה של 5G ואמינות גבוהה מאפשרות זיהוי מהיר יותר של חדירה של סייבר ובודד אוטומטי של פלחים שנפגעו, צמצום פני השטח של ההתקפה. תקנים כגון המכון הלאומי של התקנים וטכנולוגיה (NIST) והנציבות האלקטרונית הבינלאומית (IEC) הוציאו הנחיות ל- 5G אבטחה בהקשרים חכמים, וניתן למנף את המסגרות הללו כדי לבנות מחדש ארכיטקטורות.

רשת שירותים שונים

רשת סליקה היא אולי התכונה המהפכנית ביותר עבור כלי רכב.רשת גישה רדיו 5G יחיד ואת הליבה ניתן לחלק לתוך רשתות לוגיות מרובות, כל אחד מותאם לפרופיל ביצועים ספציפי.

  • (ב) [ה]ה']: [ה'] [ה'] [ב']'[דרוש] ממסרי הגנה, מסנכרנרופים ומכשירי ההפרעות בנוגע להפרעות אשמה – הדורשות שקיפות נמוכה ואמינות גבוהה מובטחת.
  • (FLT:0Slice B (mMTC): ההרחבה 1 (עבור מיליוני מ"ר חכם וחיישנים הפצה - מותאם לדחיסות המכשיר ולצריכת חשמל נמוכה.
  • (FLT:0Slice C (eMBB): ההרחבה 1 (ב) עבור יישומים בעלי חזה גבוה כגון הזנת וידאו מזל"ט עבור בדיקות קו או אימון מציאות מדומה עבור צוותי שדה.

יכולת זו של קידוד מאפשרת לכלי רכב להימנע מביצוע יתר של הרשת עבור תרחישים הגרועים ביותר.הם יכולים לרכוש או לשכור בדיוק את איכות השירות שהם צריכים, צמצום עלויות התפעול תוך עמידה בדרישות הרגולציה.תקני התקנים כמו 3GPP ו- ETSI הגדירו ממשקי ניהול רשת שולבו עם מערכות תמיכה תפעוליות (OSS).

היתרונות העיקריים של 5G-Enabled Smart Grids

שיפור הגמישות וצמצום הפרסומות

מיקום אוטומטי, בידוד, ושיקום שירות (FLISR) מערכות ליהנות ישירות מתקשורת דלת-העוצמה.עם 5G, פגם על מזין הפצה ניתן לזהות ולבודד מתחת ל -100 מילישניות, ושירות ניתן לשחזר לסעיפים שאינם מושפעים באמצעות נתיבים חלופיים בתוך שניות.

שילוב משופר של אנרגיה מתחדשת

מקורות מתחדשים כמו השמש והרוח הם משתנים מטבעם.5G מאפשר ניטור בזמן אמת של פלטת הדור ושליטה מדויקת של מופנים חכמים לשמור על יציבות הרשת.לדוגמה, מערכת אחסון סוללות מחוברת 5G יכולה להגיב לירידה פתאומית בדור השמש בתוך מילימטרים, תוך הזרקת כוח כדי חלקה את השטף.

חיסכון בעלויות תפעול

אוטומציה ותחזוקה חיזוי להפחית את הצורך בבדיקות ידניות ותיקוני חירום.לדוגמה, במקום לשלוח צוות לבדוק באופן ויזואלי כל מהפך מדי שנה, כלי רכב יכולים להסתמך על נתוני חיישן מתמשכים המסופקים על ידי אלגוריתמי למידת מכונה.זה מקטין עלויות עבודה, דלק רכב ופליטות פחמן.בנוסף, רגולציה מדויקת של מתח באמצעות בנקים מחיאות כפיים ו הרגולטורים של מתח יכול להוריד הפסדים על ידי 3 עד 5G,5%, לתרגם חיסכון משמעותי עבור התפלגות משאבים עבור התפלגות מתח.

צרכנים בעלי מוטיבציה ומודלים עסקיים חדשים

מונים חכמים המגובה על ידי 5G יכולים לספק נתונים לשימוש לטווח קצר לצרכנים, המאפשרים תמחור זמן של שימוש ועומס אוטומטי שינוי.מטענים לרכב חשמלי יכול לתקשר עם הרשת כדי לקבוע טעינה בשעות מחוץ ל-peak או אפילו חזרה לרשת (שירותי רכב אל-גריד, V2G) זה פותח הכנסות עבור בעלי EV ומסייע לביקוש שטוח בביקוש מוקדם יותר באזורים כמו ניסויים אוויריים, 5GG2G).

יישומים אמיתיים ומקריות

פרויקטים ותחומי טייס

  • (FLT:0)ON ו- Ericsson (גרמניה): ניסוי A 5G בעיר דרמstadt הראה ניטור ובקרה בזמן אמת של משאבי אנרגיה מבוזרים.הרשת השיגה שקיפות מתחת ל-5 מ"ר שניות, המאפשר שילוב חלק של השמש, האחסון והמטענים EV.
  • (FLT:0state Grid Corporation of China (SGCC): אנדרט 1 SGCC ארגן תחנות בסיס 5G במספר תת-קרקעיות כדי לתמוך ברחפנים מרוחקים ווידאו ממצה גבוה. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  • (FLT:0) פסיפיק גז וחשמל (PG & E) (USA:FLT) 1 PG & E הוא חקר 5G עבור הפחתה באש בר.חיישנים על מגדלי שידור לפקח על תנאי מזג אוויר וקירבת צמחייה, בעוד שפלה רשת מבטיחה עדיפות לתקשורת חירום במהלך הפסקות בטיחות הציבור.

מערכת אקולוגית וסטנדרטים

ספקי ציוד תקשורת עיקריים כמו נוקיה, אריקסון ו- Huawei (שם מותר) מציעים פתרונות 5G ייעודיים עבור כלי רכב. פתרונות אלה כוללים תחנות בסיס קשיחות, רשתות ליבה אופטימיזציה לשליטה תעשייתית, ו- API המשלבים עם שימושיות SCADA ו- DERMS פלטפורמות. בנוסף, 3GPP פרסמה 17 ו- 18 שיפורים ספציפיים עבור רשתות לא ציבוריות (NPs), המאפשרים שירותים לפעול כדי להפעיל את רשתות 5G פרטיות שלהם, או לרשתות מורשה.

אתגרים ושיקולים ב Deployment

עלויות תשתית וכיסוי

חלוקת רשתות 5G באזורים כפריים או מרוחקים נותרה יקרה.שימוש בתוכנות סלולריות (MNOs) או להשקיע בתשתיות פרטיות של 5G.עלות תחנות הבסיס, קישורים אחוריים, ורישיון ספקטרום יכול להיות משמעותי.עם זאת, רשתות 5G פרטיות באמצעות ספקטרום משותף (למשל CBRS בארצות הברית) מציעות נקודת כניסה נמוכה יותר עבור שירות בלעדי של U.S.S.F) במיוחד עבור שירות בלעדי (BCM) במיוחד עבור שירות בלעדי (בקיצור CBR) מאפשר שירות בלעדי (בקיצור CBR) (בקיצור CBR) כולל שירות בלעדי (BR) כולל הרחבה) כולל שירות בלעדי (BR) כולל הרחבה (BRS) במיוחד עבור שירות בלעדי (בקיצור CBR) כולל הרחבה (DR) (DR) (DR) שירות בלעדי של מערכת תקשורת בלעדי (DR) (DR) (D.S.S.S) (BR) מאפשר שירות בלעדי (בקיצור CBRS) באופן בלעדי (BRS) באופן בלעדי של מערכת תקשורת בלעדית (BRS) עבור שירות בלעדי (בקיצור CBRS) מאפשר גישה בלעדית (BRS) מאפשר גישה גיאוגרפית שירות בלעדי (D.S.S.S.

מערכות בין-יכולת ו- Legacy Systems

שירותים רבים מפעילים ציוד שהוא בן עשרות שנים, באמצעות פרוטוקולים תקשורת קנייניים כמו DNP3, IEC 61850 ו- Modbus. Integrating 5G דורש שערים שיכולים לתרגם בין פרוטוקולים אלה לבין רשתות 5G מבוססות IP., למרבה המזל, תקני תעשייה כגון IEC 61850-90-2 מגדירים כיצד למפות הודעות אוטומציה תת-מערכתית על IP, ספקים מפתחים 5G-מסופית מרוחקת (RTU) וטכנולוגיות מורכבות אלה יכולות להיות דורשות.

אבטחה ושיקום הידרדר

בעוד 5G מציע תכונות אבטחה משופרות, משטח ההתקפה המורחבת - יותר מכשירים, יותר נתונים, ממשקי רשת - דורש שיטות אבטחה קפדניות. Utilities חייב ליישם ארכיטקטורות אפס-אמון, קושחה חת קבוע, ולבצע בדיקות חדירה. גופם כגון North American Electric Reliability Corporation (NEGRC) בארה"ב יש סטנדרטים קפדניים הגנה (CIP) החלים על תקשורת לשרת מערכות חשמל עם דרישות סטנדרטיות אלה עם סטנדרטים של 5.

בנוסף, מדיניות ספקטרום משתנה על ידי המדינה.בכמה אזורים, שירותים יכולים להשיג ספקטרום ייעודי מורשה לתקשורת רשת חכמה, בעוד שאחרים הם חייבים להסתמך על שיתוף פעולה בינלאומי באמצעות ארגונים כמו איגוד התקשורת הבינלאומי (ITU) ואת המערכת הגלובלית לתקשורת ניידת (GSMA) פועל לקראת פגיעה בספקטרום של להקות עבור IoT תעשייתי, אבל התקדמות היא לא אחידה.

שיקולים סביבתיים ובריאות

חלוקת אלפי תאים קטנים ליד אזורי מגורים מעלה חששות לגבי חשיפה של שדה אלקטרומגנטי (EMF) אווטריאנס חייב לציית לתקנות מקומיות ולעסוק בבעלי עניין קהילתיים כדי לטפל בדאגות.מחקרים של ארגון הבריאות העולמי (WHO) מצביעים על כך שרמות 5G EMF נותרו הרבה מתחת למגבלות בטיחות מבוססות, אך תפיסה ציבורית עדיין יכולות להאט את הפריסה.

עתיד 5G ורשתות חכמות

6G ומעבר

מחקר לתוך הדור השישי (6G) רשתות אלחוטיות כבר מתקדם, מבטיח אפילו נמוך יותר של נטיות (sub-microII), גבוה יותר שיעורי נתונים (terabit לשנייה), ושילוב של יכולות רגישות ותקשורת. עבור רשתות חכמות, 6G יכול לאפשר באמת הפעלה רשת אוטונומית שבו כל רכיב - מ גנרטורים ועד למכשירים למשתמשי קצה - משתתף במערכת אקולוגית מארגן עצמי.

אינטגרציה דיגיטלית ו-AI

5G יפעל כמערכת העצבים לפלטפורמות תאות דיגיטליות המדהימות את הרשת כולה בזמן אמת.תאומות הללו מקיפים את נתוני החיישן באמצעות 5G ומשתמשים ב-AI כדי לחזות כישלונות, לייעל את זרימת החשמל, ולדמיין תרחישים של רצף גבוה (עבור נתונים סימולציה עשירה) ושקיפות נמוכה (עבור פקודות בקרה בזמן אמת) הופכת 5G ייחודית תמיכה לתאומים דיגיטליים בקנה מידה גדול של אירופה כבר יש כמה שיטות תמיכה.

תפקיד ב-Electrification ו-Decarbonization

כמו תחבורה, חימום ותהליכים תעשייתיים חשמליים, הרשת תעמוד בפני צמיחה חסרת תקדים של עומס.5G-enable רשתות חכמות יהיה חיוני לנהל את הביקוש הזה ללא בנייה מסיבית של הדור ויכולת השידור. ניהול עומס דינמי, טעינה מתואמת ותמחור בזמן אמת כל תלוי ביכולות התקשורת ש-5G מספק. סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA) מעריך כי הדיגיטליזציה של מגזר האנרגיה, כולל 5G, יכול להפחית את פליטות CO2 על ידי 4G בשנה.

מסקנה

השילוב של קישוריות 5G לתקשורת רשת חכמה אינו רק שיפור מצטבר - הוא מייצג שינוי יסודי כיצד רשתות חשמל יכולות להיות מתוכננות, מופעלות, והיקף. עם מהירויות נמוכות, צפיפות מכשירים מסיבית, צפיפות רשת, ואבטחת משופרת, 5G מאפשר שירותים כדי לעמוד באתגרים של שילוב מתחדש, הזדקנות, ולהגדיל את הביקוש לחשמל אמין, בעוד עלות הדדית, וספקי אבטחה מהירים יותר, כולל ספקטרום של 5Gretras יעיל יותר, יהיה מאובטח, כולל קיבולת גבוהה יותר, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 קיבולת, 000