2019年初，國家電網有限公司提出建設「三型兩網、世界一流」的戰略目標，其中的「兩網」即指堅強智能電網和泛在電力物聯網。泛在電力物聯網是圍繞電力系統各環節，充分應用移動互聯、人工智慧等現代信息技術、先進通信技術，實現電力系統各個環節萬物互聯、人機互動，具有狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特徵的智慧服務系統。通俗地說，就是運用新一代信息通信技術，將電力用戶及其設備、電網企業及其設備、發電企業及其設備、電工裝備企業及其設備連接起來，通過信息廣泛交互和充分共享，以數位化管理大幅提高能源生產、能源消費和相關領域安全、質量和效益效率水平。泛在電力物聯網將和堅強智能電網相輔相成、融合發展，形成強大的價值創造平臺。
隨著國家電網加快推進「三型兩網、世界一流」戰略的落地實施，預計在2024年之前有望全面建成泛在電力物聯網，在此期間，基於泛在電力物聯網建設的相關信息通信投資額度將大幅上升。泛在電力物聯網建設將成為未來幾年加快推進「新基建」和助力建成網絡強國、數字中國的重要組成部分。如何更好、更高效地建設泛在電力物聯網成為接下來幾年亟待深入研究的重要課題之一。本文將在論述深入研究更好地建設泛在電力物聯網的必要性的基礎上，對美、日等發達國家建設電力物聯網的經驗舉措進行分析，為我國提供有益借鑑。
泛在電力物聯網投入規模巨大，將對經濟社會產生重大積極作用
2016—2018年，國家電網在信息通信類方面的投資額分別為111億元、123億元和118億元，在公司總投資額中的佔比為2.5%左右。在這3年中，國家電網投資的重心仍集中在輸配電線路工程及一次設備上。2019年後，隨著我國電網骨幹網建設基本成型，同時國家電網提出建設「三型兩網、世界一流」的戰略目標，未來電力行業的投資將出現結構性變化。實際上，我國電力行業的投資重點隨著經濟社會發展的需要和電力系統架構的調整，基本上經歷了3個階段：一是電源優先階段；二是輸電優先階段；三是均衡發展，傾斜配電網階段。目前，我國電力投資正處於第二階段向第三階段轉變的時期，電力行業在配用電端的投資佔比將持續上升，投資重點開始逐漸向配電物聯網、智能電網、能源網際網路領域傾斜，基於泛在電力物聯網建設相關的智能化以及信息通信領域的投資佔比將會大幅提升。
參照安信證券對泛在電力物聯網投資規模的測算：假設國家電網的電網投資規模每年保持3%~5%的增幅；2020年前後特高壓網架結構基本成形，配網投資佔比開始快速提升，從2020年的55%增至2024年的70%；配網端的泛在電力物聯網相關投資佔配網投資的比例也同步開始大幅增加，從2020年的25%增至2024年的60%；發電端和輸電端每年的泛在電力物聯網投資將約為配網端的20%。基於上述假設，測算得出國家電網2019—2024年在泛在電力物聯網領域的投資規模合計將達8646.8億元，具體各年情況見表1。
此外，南方電網在其《公司數位化轉型和數字南網建設行動方案》中提出建設「電網狀態全感知、企業管理全在線、運營數據全管控、客戶服務全新體驗、能源發展合作共贏」的數字南網新目標，預計未來幾年，南方電網也將大規模投入建設電力物聯網。從過往南方電網的經營數據來看，其經營體量約為國家電網的20%，每年電網的投資額也約為國家電網的20%。因此，對南方電網未來5年的數位化建設投資額也以國家電網的20%的水平進行估算。總體而言，兩家電網公司2019—2024年間在泛在電力物聯網領域的投資額合計將達10376.2億元。
泛在電力物聯網的投入規模巨大，將對經濟社會產生重大積極作用。在經濟價值方面，以數位技術為傳統電網賦能，一是將有利於提升電網的感知能力、互動水平、運行效率和自愈能力，實現對內提質增效，使設備管理更高效，調度控制更靈活，供電質量更優越，電網運行更安全；能更好地促進源網荷儲協同互動，實現削峰填谷，推動「源隨荷動」模式向「源荷互動」模式轉變。二是將有利於構建合作共贏的能源新生態，實現以電為中心向電力生產和消費兩端延伸價值鏈，促進產業鏈上下遊企業之間供需精準對接和優勢互補，高質量開發新產品、新技術，培育新業務、新模式，為上下遊企業創造更大發展機遇、挖掘更廣闊市場空間，構建共建共享共贏的生態圈。
在社會價值方面，發展泛在電力物聯網將有利於助力國家治理現代化、推動能源低碳轉型和滿足人民美好生活的用能需求。一是通過對全社會能源電力生產消費信息的全息感知和匯聚整合，可支撐服務政府高效監管、精準施策、科學調控；並且還可促進能源電力系統更好地與政務、交通、電信等領域實現互聯互通，提升整個城市的統籌管理和協同控制能力，助力智慧城市建設。二是通過泛在電力物聯網建設，將推動清潔能源發電全息感知、智能分析、精準預測，提高清潔能源與電網協同規劃、靈活調度、市場交易能力，有力支撐各類清潔能源接入，提升清潔能源消納水平，促進清潔能源科學發展。三是將有利於主動通知停電信息，及時搶修線路故障，實現辦電、交費等全過程在線透明，能為客戶提供用電提醒、節能分析、能效診斷、遠程控制、撮合交易、能源金融等個性化、多元化增值服務，持續提升客戶體驗。
美日等發達國家已形成較為成熟的電力物聯網建設發展經驗
1.美國基於「戰略規劃研究—立法保障—政府主導推進」模式推進智能電網建設
（1）戰略研究與規劃階段（2001—2010年）
在美國前總統布希以及能源部的大力推動下，2002—2007年，美國依次形成了「國家輸電網研究（2002）」「Grid2030，美國電力系統下一個百年的國家願景（2003）」「國家電力傳輸技術路線圖（2004）」「電力輸送系統升級戰略規劃（2007）」和「智能電網互操作標準框架和技術路線圖（2010）」等具有連續性和承接性的系列戰略研究/規劃報告，為後續立法和政府主導實施奠定了良好基礎。
基於相關研究，美國能源部於2003年提出了未來美國電力系統的願景：通過發電廠和用電設備任意兩點的電力流和信息流雙向聯通，實現對每個用戶和節點的自動監測與控制；到2030年，美國電網將提高現有系統的可靠性、電能質量、安全性和電力傳輸效率。官方首次明確把「信息流」作為未來電力系統建設的重要內容之一。
至2010年，美國進一步明確了智能電網的建設標準，提出了16個智能電網互操作性標準框架，包含計量基礎設施、變電站和饋線裝置自動化、變電站自動化和保護、電力公司和分布式發電之間的物理和電氣互聯、智能電子裝置的安全性、價格支持和直接負載控制等；以及4項智能電網關鍵技術，比如可再生能源和分布式能源併網技術、廣域監控技術和先進輸電技術在內的智能輸電技術、高級配電自動化技術和配電管理在內的智能配電技術、電動汽車充放電技術和自動需求側響應在內的智能用電技術以及高級測量體系和信息通信技術在內的自動化技術等。電力物聯網成為智能電網建設的關鍵核心組成部分。
（2）立法保障階段（2007—2009年）
2007年，美國國會頒布《能源獨立與安全法案》，規定美國政府必須支持美國現有電網的現代化改造，並確立了智能電網的國策地位，就提交國會的定期報告、組織形式、技術研究、開發和示範工程建設、配套資金支持、協調工作框架、各州的職責、私有線路法案影響的研究以及智能電網對於安全性的貢獻研究等問題進行了詳細和明確的規定。
2009年，美國國會進一步頒布《美國恢復和再投資法》，明確將投資45億美元用於發展智能電網；批准了65億美元財政貸款權用於建設電網基礎設施；此外，還對《能源獨立與安全法案》進行了修訂，包括把智能電網投資的政府補貼由20%提高至50%，把補貼對象範圍拓寬至電力公司以外的參與方，並要求加強智能電網建設過程中的開放透明度等。
（3）政府主導推進階段（2008年至今）
在系列戰略研究/規劃報告以及2份法案的指導下，美國能源部牽頭其他相關部門，從2008年起採取了一系列行動推動智能電網建設，主要可以歸納為4個方面：一是建立跨部門的組織機構和工作體系；二是落實激勵政策與資金安排，加大對電網基礎設施規劃與建設的支持力度，特別是加大智能電網投資補助力度和加快智能電網示範推廣；三是加快智能電網標準體系研究，專門由美國國家標準與技術研究院牽頭協調相關部門推動智能電網標準制定工作；四是構建智能電網信息交流平臺和啟動人力資源培訓，完善智能電網相關配套設施和輔助舉措。
與此同時，地方政府也開始推動智能電網建設落地。2008年，美國科羅拉多州波爾德市建設全美第一個「智能電網」城市，開始構建配電網實時高速雙向通信網絡；建設具備遠程監控、準實時數據採集通信以及優化性能的「智能」變電站；安裝可編程家居控制裝置和自動控制家居用能的管理系統；整合基礎設施，支持小型風電和太陽能發電、混合動力汽車、電池系統等分布式能源和儲能設施的建設。
2.日本實行「政府主導+官產學結合」的發展模式，各主體結合自身優勢情況推進技術和業務突破
（1）實行「政府主導+官產學結合」的模式
日本智能電網同樣由政府（經濟產業省）主導，實行官產學結合的模式。2009年，經產省內設「智能電錶制度研究會」「下一代送配電系統制度研究會」「蓄電池系統產業戰略研究會」「下一代汽車戰略研究會」「下一代送配電網絡研究會」「下一代能源系統國際標準化研究會」「智能社區論壇」等12個相關研究會，對智能電網的相關問題在經產省內進行廣泛的研究和討論。
與此同時，經產省根據日本企業在智能電網的技術先進性，遴選出7個領域的26項重要技術作為發展重點，把包括輸電領域的輸電系統廣域監視控制系統（WASA）、配電領域的配電智能化、儲能領域的系統用蓄電池的最優控制、電動汽車領域的快速充電和信息管理以及智能電錶領域的廣域通信等列入其中。
2010年以後，智能電網進入實證階段，經產省組織超過500家企業以及團體成立官產學聯盟——「智能電網聯盟」。聯盟的會長單位為東芝公司，幹事單位由伊藤忠商事、東京燃氣、東京電力、豐田汽車、日揮、松下、日立製作所、三菱電機組成，下設國際戰略、國際標準化、發展路線、智能家居等4個工作組，開展智能電網戰略研究和技術研發。
（2）產學界推動智能電網向更高技術水平的數字電網持續突破
2011年，日本產學界進一步成立「數字電網聯盟」。其研究方向是將能源網際網路中的信息交互技術提升到一個新的層次——使電力本身攜帶信息進行電力調度和電力系統運行優化。數字電網建立在網際網路的基礎之上，利用數字電網網絡路由器和能量信息路由器，以及電網中的發電設施、儲能裝置、能源轉化裝置等，使得電網基礎設施都可以被分配一個IP位址。依據IP位址，各電力設備就如同網際網路的設備一樣，可以被網絡識別和調配。
數字電網網絡路由器和能量信息路由器在數字電網的建設中發揮重要作用，成為持續研發提升的關鍵核心。一是數字電網網絡路由器將實現電網與網際網路相連，主要用於系統結算和電力交易信息傳遞。二是數字電網能量信息路由器將實現雲端能源系統各環節的運行優化結果高速下載至每一個相對應環節的能量信息路由器，每一個路由器再對能量信息賦予電力流，由電力攜帶信息傳導至調度機構，調度機構將根據電力所攜帶的信息自動完成調度操作，並賦予新的能量信息，再傳導至系統各設備處完成信息交換，設備根據電力攜帶的信息自動完成用電行為，並將用電信息大數據通過雲技術返回至控制系統（如圖3所示）。
日本數字電網的「電力攜帶信息」技術深度利用了物聯網、雲計算、大數據等信息通信技術，目前已初具規模，有望推動能源網際網路信息交互技術發生革命性突破。
（3）企業率先在發電、產品及用戶服務領域應用電力物聯網相關技術
作為日本最大的電力公司之一，東京電力公司率先在汽輪機等發電設施安裝傳感器，通過物聯網遠程優化平臺監控國內外電站相關運行數據，開展運行狀態可視化、運行異常檢測和熱效率管理服務。目前已在4家火電廠投用，預計各電廠每年可節省約420萬元人民幣燃料成本，減少10%~20％的停機檢修成本。同時，還與GE合作，在消化、吸收、再創新的基礎上，成立數據監測分析中心，利用GE成熟的資產績效管理平臺開展數據分析，每年產生的價值預計可達5億元人民幣以上。
在產品及用戶服務領域，對於商業發展前景較好的業務，東京電力與相關領域具備技術優勢的合作方組建合資公司，開展專業化運營，並積極爭取控股。例如在家庭住宅領域，與該領域從事設計業務的上市公司EPCO和科技公司Informetis組建合資公司，藉助EPCO成熟的物聯網平臺和智慧家庭技術提供住宅節能診斷、設備交換、儲能以及售後等一站式服務；同時，依託Informetis基於能源物聯網的大數據分析、非入戶式分離技術等，開展家庭用能信息收集、分析、用電方案優化業務，相關數據同時出售給房產、安保、保險、醫護服務公司等進行變現，2018年實現銷售額約4.86億元人民幣。
對於有一定盈利空間，但業務規模難以支撐專業化公司運營的業務，東京電力大多通過業務捆綁的方式，與合作方聯合推出營銷套餐開拓市場。例如，與索尼公司開展「家庭安心計劃」，在家中安裝傳感器、由家庭成員佩戴電子標籤等，通過智慧型手機軟體掌握家庭成員外出和回家情況，使用費約200元/月；與伊藤忠商事合作推出「光伏+蓄電池儲能+AI自控技術」的用電方案，實現高效利用光伏發電，促進用戶夜間電費減少約10%。
美日的經驗啟示
一是政府主管部門有必要深度介入泛在電力物聯網及能源網際網路的建設和發展，為其提供合理的規劃指導、有利的政策環境和充足的資源支持。
二是政府主管部門和兩家電網公司應充分調動科研院所、行業協會等組織機構的積極能動性，為泛在電力物聯網和能源網際網路的發展提供技術和先進經驗等方面的智力支持。
三是泛在電力物聯網的建設主體，即兩家電網公司應結合自身的優勢在發、輸、配、售、用等領域開展物聯網、5G、雲計算和大數據應用，儘快創造價值，總結問題經驗，為後續進行持續廣泛推廣夯實基礎。