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摘要：可再生能源产业的发展，是实现碳达峰碳中和目标的重要手段。如何借助国家“新基建”政策的东风，推动可再生能源产业的数字化转型、打造数字化的可再生能源产业是我国建立新型电力系统的重点之一。目前，制约我国可再生能源产业数字化转型的因素，主要包括可再生能源产业数字化转型的信息化体系不健全、市场参与度低、区域能源安全风险大等。未来，我国需加大信息机制建设与信息技术开发力度，加强市场引导。在保障能源安全的前提下，推动可再生能源产业的数字化转型，成为服务“中国式现代化”发展的重要支柱。
关键词：可再生能源；数字化转型；智慧能源
基金项目：国家社会科学基金重点项目“促进能源转型的能源体制革命理论框架与实现机制研究”（编号：18AGL016）。
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引言
2020年9月，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重宣誓：中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。这一目标的实现需要我国提高可再生能源产业在国家能源结构以及国民经济体系中所占的比重。继国家正式提出“双碳”目标之后，2021年10月，国家发展和改革委员会、国家能源局、财政部等部门联合发布的《“十四五”可再生能源发展规划》指出，我国将“推动可再生能源与人工智能、物联网、区块链等新兴技术深度融合，发展智能化、联网化、共享化的可再生能源生产和消费新模式。推广新能源云平台应用，汇聚能源全产业链信息，推动能源领域数字经济发展。”能源结构的调整，除了逐步使用可再生能源替代传统能源外，推动可再生能源产业自身的转型、努力提高可再生能源的使用效率、挖掘可再生能源的潜在价值同样非常重要，这其中就包括可再生能源的数字化转型。可再生能源产业的数字化转型是指通过对物联网、大数据、人工智能等新兴信息技术的运用，优化可再生能源产业在能源生产、传输、交易和消费等各环节的资源配置能力、安全保障能力以及智慧互动能力，从而实现可再生能源全产业的智能化、数据化和信息化运营管理，以及全产业的智慧化发展形态。
能源产业的数字化转型是助力产业发展的重要途径之一[1]，以往学者如王于鹤和王娟明确指出，能源产业的数字化转型是我国数字经济和实体经济融合发展的生动实践[2]；余畅等则通过实证研究，论证了能源产业的数字化转型可以显著抑制能源强度1和碳排放强度[3]；李彦华和焦德坤发现数字化接入水平有利于能源产业效率的提升，数字化装备和平台建设可以有效改善能源产业区域间技术缺口和管理水平差异[4]；张恒硕和李绍萍则认为，数字化可以通过进步效应和积累效应来加强能源产业的高级化[5]；朱金凤则指出，智慧能源发展的最终目的就是提高能源系统的效率，并最大限度地消纳可再生能源，强化能源安全[6]，还有其他一部分学者论述了先进的数字技术，如区块链、网络安全技术等在能源产业数字化转型中的重要作用[7,8]。综合来看，目前尚未有文献具体深入探讨可再生能源产业的数字化转型，过往文献所总结的现状和问题相对较为宏观，没有凸显可再生能源的特性，而基于可再生能源在我国能源转型中的重要地位，以及数字化对产业发展所起到的重要性，本文将结合可再生能源产业的特性，系统分析我国可再生能源产业数字化转型的现状和问题，并提出相关建议。
1 此处“能源强度”指能源消耗量与能源产出量的比重。
一、我国可再生能源产业数字化转型现状
相比于传统发展模式，数字化转型后的可再生能源产业具有整体运营成本低、运营效率和产量高、能源损耗少等优势[9]。目前，在碳达峰碳中和政策的引导下，我国可再生能源产业的数字化转型在生产开发、传输消费、感知互联以及平台管理环节，都取得了较有成效的高质量发展[4]。
（一）产业生产环节
可再生能源产业数字化系统主要是基于大数据、人工智能、机器学习和云计算等相关技术负责数据的处理、分析、匹配和决策。目前我国在光伏发电和风电的生产供应方面已经具备了较高的数字化程度，产业中应用广泛的核心成果主要包括：“光伏组件EL工业视觉智能监测系统”“全场景AI技术赋能风电场”和“可视化三维数字风电场”等，这些项目基于大数据技术、信息化技术、测控技术以及各类人工智能算法，实现了对光伏组件和风机控制的自动化、设备状态感知及判断智能化、运维决策智慧化，从而大大提升了光伏发电和风电产业的运行效率。
（二）产业储能环节
由于可再生能源具有“不易储存、流失率大”的特点，其储能环节的数字化转型相对于传统能源难度更大。但目前我国国家电网牵头的“光储微电网灵活高校自主运行关键技术与装备项目”帮助我国部分地区实现了通过最大功率控制技术、多电压源逆变器对等并联动态均流控制技术、电压源同步运行模式的储能统一配置技术、微电网日内运行调度计划实时滚动修正方法，以及源网荷储协调控制策略等方法来促进微电网光伏高效的转换和自主运行，这一储能环节的数字化进步大幅提升了光伏发电的消纳能力，对于推行光储微电网具有重大的经济意义。
（三）产业应用环节
可再生能源产业的数字化转型可以与其搭建的能源互联网形成区域性的综合能源系统，以此做到在区域内采用多种可再生能源，以达到节能减排、消纳能源、提高综合能源利用率的目的。数字化转型后的可再生能源产业，可以对地区所要采用的供能方式进行特质性匹配，从而形成多能源相互耦合的应用系统，以此在最大限度使用可再生能源的基础上避免能源供应的不足。目前，我国在可再生能源产业应用端数字化转型的代表性成果主要包括“分布式太阳能光热驱动多联供项目”，该项目以太阳能为驱动热源，采用自重复有机朗肯循环，可同时实现冷、热、电和海水淡化多联供的任务；而由清华大学牵头完成的“高比例新能源电力系统高校绿色供电关键技术及工程应用”在帮助青海省三年内累计消纳风光电力522.9亿千瓦的同时，支撑了青海电网多次不间断地全清洁能源供电，为实现可再生能源的大规模回收利用树立了典范。
除了常见的太阳能和风能之外，我国的水能和地热能等其他可再生能源产业也开始了数字化改革，其市场占有率也在逐渐提升。单从技术角度来看，2021年，我国可再生能源数字化转型方面的专利已经达到了82项，同期年增长率达到了76%，其中太阳能占比最多为41项，风能为8项，其余多为综合能源的数字化转型专利申请1。毫无疑问的是，在高速发展的技术赋能下，未来数字化转型对我国可再生能源的纵向深化发展，将起到巨大的推动作用。
二、我国可再生能源产业数字化转型面临的机遇
（一）政策支持利好我国可再生能源产业数字化发展
习近平总书记在十九届中央政治局第三十四次集体学习时明确指出，发展数字经济是把握新一轮科技革命和产业变革新机遇的战略选择。在碳达峰碳中和目标制定后，国家在政策层面已经出台完备的指导意见来推动可再生能源产业的数字化转型，数字化可再生能源产业在我国具有广阔的发展前景。本文总结的具体政策见表1。
表1 可再生能源数字化转型的支持政策
资料来源：根据公开资料整理
（二）技术革新助力我国可再生能源产业数字化发展
可再生能源产业进行数字化转型的本质是在有限的资源条件下，通过大数据和先进的科学技术挖掘自身的数据价值，优化能源的生产、传输、交易和消费，最终提高产业自身的经济效益，并实现智能化、科学化决策。在加快实现碳达峰碳中和的路径中，5G、云计算、大数据、区块链、物联网和数字孪生等新技术的发展，正在加速可再生能源产业的数字化进程。以可再生能源产业最主要的供电应用领域为例，在发电侧，物联网、云计算、大数据等信息化技术带动可再生能源产业搭建智慧电厂，实现智能发电。例如：传统的风电机组在较为复杂的应用场景下，难以通过单机数字分析实现效率和收益的最优，而智能风机则可以在场站、场群和能源系统三个层级上实现机组间、场站间和不同能源间的协同和补充，从而提高风电机组的运行效率；在用电侧，数字技术也可以通过建立分布式能源一体化体系，满足不同区域、不同群体、不同体量的用能需求，提高能效管理。在保障可靠用电的同时，还可以通过数据云平台的计算和分析，快速响应公众需求，从而提高可再生能源的利用水平和产业运维效率。
（三）国际合作推动我国可再生能源产业数字化发展
美国最大的智慧电网项目西北太平洋示范工程，将可再生能源纳入了智慧供电网络。在可再生能源和数字化的双重引导下，为该电网体系的家庭用户平均每年减少了15%的电力消费；作为世界资源小国的日本目前已经在横滨、丰田、京都和福冈等城市积极打造了“智能能源社区”的建设。在此背景下，从能源投资与技术“引进来”的角度看，尽管受制于部分国家的贸易限制，但是我国在可再生能源数字化转型领域的国际合作一直在稳中求进，如我国在智慧电网的蓄电池领域一直与日本保持着密切的合作关系；国家电网也曾多次引入日本日立公司的电力物联网建设技术，与美国电力公司在特高压技术等领域都保持着长久的合作；此外我国还在积极参考西门子与意大利Enel电力公司打造的以应用太阳能为主的微电网系统，着力在某一区域内实现常规发电设施、太阳能发电系统以及蓄能设施的智能结合。技术与投资的引入，都在大力推动着我国可再生能源产业的数字化转型。
与此同时，由于国际能源市场的竞争愈加激烈，我国能源企业“走出去”也在指导我国在可再生能源领域积极探索数字化转型。目前，我国能源出口的主要市场为“一带一路”领域的中亚和非洲地区，而“智慧电网”是我国能源技术和投资输出的主要产品。因此，探索先进的数字化技术转型是我国可再生能源产业在国际市场保持竞争力的重要因素之一。
三、我国可再生能源产业数字化转型面临的挑战
伴随产业发展机遇的同时，作为能源需求还在上升的发展中国家，我国可再生能源产业的数字化转型，依然面临着许多挑战。
（一）信息化体系不健全的能源转型共性问题突出
首先，可再生能源产业的数字化转型存在着信息建设不完善的问题，且更为突出。首先，目前我国并没有一个强而有效的机制来构建一个可以纵向贯穿政府、能源企业、用能客户以及其他相关市场机构的平台，使得可再生能源数字化转型全产业链相关数据的获取存在难度，同时不同环节获取的信息也存在统计口径不一致的问题，这就阻碍了可再生能源产业与信息技术产业的融合发展。
其次，我国的相关信息技术，如可再生能源产业数字化转型涉及到的信息处理器、操作系统、开源软件以及高精度设备等领域对国际技术的依赖度较高[10]，从而造成我国在可再生能源产业数字化转型的国际市场博弈中处于劣势[11，12]。同时，薄弱的信息建设也存在着较大的安全风险，网络安全建设已成为我国可再生能源数字化转型面临的严峻问题。
（二）市场参与度不高
目前，由于我国可再生能源数字化转型仍处于初级探索阶段，同时数字化转型投入较高、周期较长，投入与回报的不确定性较大，再加之可再生能源产业不易储存、市场占有率等原因，尚无法保证市场各环节的参与者都可以从中受益，部分地区对于可再生能源产业的数字化发展也往往只是“局部转型”，并没有积极推进产业的全面数字化[13]。以可再生能源产业应用广泛的智慧电网为例，将可再生能源纳入智慧电网涉及到发电、输电、变电、配电、用电和调度多个环节，除了沿途所有的输电网络和变电站要完成数字化升级外，用户端也同样需要重新匹配智能电表设备，如此庞大的工程在幅员辽阔的我国是难以完全实现的，因此我国只有少部分地区将可再生能源纳入了智慧电网。
（三）转型后的能源供给面临挑战
首先，我国部分地区仍然以传统运行方式推动可再生能源产业的数字化转型，在转型过程中只关注于数字化技术的扩张，而忽视了其他管理和生产模式的改变，这也就使得其整体管理系统无法与数字化实现匹配，给区域能源安全带来了挑战。其次，我国部分地区可再生能源产业的数字化转型与传统能源产业的数字化转型进程并不协调，传统能源产业在数字化转型上往往滞后于可再生能源产业，这同样也给能源安全带来了挑战。如：我国西北和沿海地区早些年均进行了风电领域的数字化转型，但近几年部分地区已经出现了能源供给安全问题，原因除了风能本身的不稳定外，其次就是数字化转型后的风能产业与当地主体供电系统的匹配协调需要一定的过程，短期难以形成有效的协调统一。
四、政策建议
基于我国可再生能源产业数字化转型的现状、机遇和挑战分析，针对我国可再生能源产业的数字化转型，本文提出了以下建议：
（一）加快可再生能源数字化转型领域的信息化建设
首先，国家层面要建立统一的数据标准，打破能源产业和信息产业数据孤岛的壁垒。其次，要加强网络防火墙建设，保障数据安全。尤其是对于多源异构的跨产业数据要实现分级、分类管理，促进信息的标准化、集中化和专业化，做到数据各个生命周期的全流程监测。
此外，应加快可再生能源领域的数字信息技术开发。第一，我国要坚持可再生能源数字化转型在技术领域的国际合作[14,15]，积极引进、消化和吸收国外先进技术，做到“引技引智”，保障我国可再生能源产业数字化转型过程中的技术供给。在引进先进技术的同时，我们还要积极以技术创新为驱动，发展适应可再生能源转型的新的信息技术，以解决我国长久的能源安全问题[16,17]。我国应大力推进数字孪生、区块链、物联网、大数据和云计算、智能传感器等关键共性技术的研究，完善智能装备体系，并积极推进可再生能源产业与多元化数字技术的密切融合[18]。同时，企业要增加科学研发投入，支持关键技术的自主化和国产化，提升对知识产权的保护，降低对国外技术的依赖性。
（二）加强市场引导，增强全产业的数字化意识和参与意愿
可再生能源不易储存、流失率大的特点，造成了其在我国尚未占据能源市场的主导地位，加之数字化转型的成本较大，因此可再生能源产业的数字化转型，不仅需要综合考量数字化的发展方向，而且需要系统化的发展路径。要充分调动可再生能源数字化转型过程中市场参与者的积极性，尤其是要鼓励民营能源企业加快建立数字化的管理系统，加强与各类提供数字信息解决方案的供应商合作，以实现各子系统之间的联合。在国家层面，相关部门要积极组织开展有关可再生能源产业转型数字化的交流和培训，邀请数据专家和成功企业分享数字化转型的成熟案例，提升全产业的数字化认知接受度；在产业层面，要发挥强有力的管理机制来组织协同发展，以形成专业化的数据分析部门和资源配置中心；在社会层面，政府、企业、高校要顺应数字化时代对优质人才的需求，积极鼓励政企产学研结合，发挥智库专家、专业服务机构的专业作用，加强新型和复合型人才的培育，力争在数字化发展的不同生命周期，有效调配每个阶段人才的知识结构。
（三）做好区域能源测算，协调好数字模式与传统模式的融合问题
能源转型的前提是能源安全[19]，我国应结合大数据、云计算、人工智能等先进技术对区域能源供需情况进行精准评估，统筹好数字化转型后的可再生能源产业与传统能源产业在能源供应链中所占的比重，妥善解决好传统能源模式的退出问题，规划好可再生能源产业与传统能源产业的数字化转型步伐，在尽可能低碳的情况下，避免可再生能源产业转型过快所导致的能源供应不足问题。只有构建好数字化体系下能源供需格局的输配架构，将传统能源产业与数字化可再生能源产业结合好，才能更有效地保障我国的能源安全。
参考文献
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赵烁，博士，中国社会科学院工业经济研究所助理研究员，研究方向为能源经济、公司治理。
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