時(shí)代變了！以風(fēng)電、光伏和水電為首的新能源已經(jīng)崛起

F1方程式賽車想必很多人都知道，但了解FE電動(dòng)方程式世界錦標(biāo)賽的，卻要少得多。

正如其名，F(xiàn)ormula－E的賽車并不使用內(nèi)燃機(jī)，而是純電驅(qū)動(dòng)。FE與F1有個(gè)很大的不同點(diǎn)賽車車體統(tǒng)一設(shè)計(jì)，而且搭載的電池性能與規(guī)格相同。拋開車手的技術(shù)水平不談，由于車輛技術(shù)規(guī)格差距小，電動(dòng)方程式賽車比賽的關(guān)鍵問題該怎樣用一樣多的電，跑完有限的距離，并跑出更快的速度。

這個(gè)周六，F(xiàn)E第七賽季最后一站柏林分站的比賽就要打響。目前力壓奔馳、寶馬、奧迪、保時(shí)捷等一批頂尖廠商車隊(duì)、領(lǐng)跑積分榜的是一支有著中國(guó)背景的非廠商車隊(duì)——遠(yuǎn)景維珍車隊(duì)。

它成為領(lǐng)頭羊的秘訣，就是“算命”算得準(zhǔn)。當(dāng)然這是一句玩笑話，這支車隊(duì)真正的強(qiáng)大之處，在于其搭載了先進(jìn)的氣象預(yù)測(cè)與能源管理技術(shù)。

舉例來(lái)說，溫度、濕度以及降雨是與新能源車能耗相關(guān)度比較高的幾個(gè)因素。過高的環(huán)境溫度會(huì)造成電池過熱的風(fēng)險(xiǎn)；降雨則會(huì)改變行駛條件，影響電池的充放電。正因?yàn)槿绱耍現(xiàn)E比賽中因?yàn)椴呗圆划?dāng)導(dǎo)致電量耗盡，甚至提前退賽的場(chǎng)景比比皆是。

基于在時(shí)間和空間維度精準(zhǔn)度都更高的氣象預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，車隊(duì)可以根據(jù)實(shí)際情況提前制定能量管理策略，或是在賽事中實(shí)時(shí)調(diào)整駕駛技術(shù)，更合理地管理與釋放電池能量。

而在這樣一套先進(jìn)的算法背后，可再生能源領(lǐng)域數(shù)字化應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)升級(jí)正在悄然發(fā)生。

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時(shí)代變了

也許幾年前還有人會(huì)心存疑慮，但現(xiàn)如今幾乎沒人可以否認(rèn)，以風(fēng)光水為首的新能源已經(jīng)崛起。

中電聯(lián)數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，全國(guó)全口徑發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)22億千瓦，同比增長(zhǎng)9．5％。而作為新能源代表的水電（含抽水蓄能）、風(fēng)電（并網(wǎng)）以及光電（并網(wǎng)），在同期的裝機(jī)容量分別為3．7億千瓦／2．8億千瓦／2．5億千瓦，同比增速分別為3．4％／34．6％／24．1％；在全部裝機(jī)容量中的占比則分別是16．82％／12．79％／11．52％，總計(jì)已達(dá)41．13％?？梢源_定的說，如今的可再生能源，已經(jīng)成為我國(guó)電力系統(tǒng)的支柱，僅次于火電（占比超過49％）。

這一成績(jī)的背后，是新能源發(fā)電設(shè)備裝機(jī)量的迅速增長(zhǎng)。國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2020年我國(guó)電源新增裝機(jī)容量為19807萬(wàn)千瓦，其中風(fēng)電7167萬(wàn)千瓦，太陽(yáng)能發(fā)電4820萬(wàn)千瓦，較2019年新增裝機(jī)量的同比增速分別為178％／80％。［1］

隨著技術(shù)的日趨成熟，產(chǎn)業(yè)逐漸規(guī)?；履茉丛?jīng)被人詬病的昂貴成本也得到了極大改善。

國(guó)際可再生能源署（International Renewable Energy Agency，IRENA）發(fā)布的報(bào)告顯示，過去十年間（2010－2020年），全球規(guī)模以上光伏電站的平均發(fā)電成本，已經(jīng)從0．381美元／kW·h下降到了0．057美元／kW·h，降幅達(dá)85％；陸上風(fēng)電的平均發(fā)電成本則下降了56％，從0．089美元／kW·h降至0．039美元／kW·h；應(yīng)用相對(duì)受限，裝機(jī)量也僅有陸上風(fēng)電二十分之一的海上風(fēng)電，也取得了降本48％的成績(jī)。［2］

更進(jìn)一步，伴隨著我國(guó)“3060雙碳目標(biāo)”的提出，“碳中和”已是我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)最頂層的戰(zhàn)略方針。在這樣的風(fēng)向之下，新能源迎來(lái)了確定性很強(qiáng)的行業(yè)紅利期國(guó)家扶持政策頻出，利好頻傳，同時(shí)在資本市場(chǎng)也獲得了非常廣泛的關(guān)注。

但別忙著慶祝，這可再生能源想大發(fā)展，還有不少問題需要解決。

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年輕的產(chǎn)業(yè)，亟待解決的問題

可再生能源很好，而且風(fēng)光水電所涉及的理念與技術(shù)也不算新，但作為一個(gè)成體系的產(chǎn)業(yè)，它還年輕。

而年輕，可是有代價(jià)的。

作為技術(shù)最成熟，也是裝機(jī)量最大的風(fēng)光水三種可再生能源，還在為“靠天吃飯”這個(gè)根本問題頭疼。

以風(fēng)電為例，比較反直覺的一點(diǎn)是，風(fēng)電并不是“有風(fēng)就行”。風(fēng)速太低時(shí)，葉片轉(zhuǎn)速過慢無(wú)法有效帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組；風(fēng)速太高時(shí)，又會(huì)出于保護(hù)設(shè)備以及安全問題暫停機(jī)組的運(yùn)作。除此之外，即使當(dāng)前風(fēng)速處于“可利用區(qū)間”時(shí)，風(fēng)速的高低也對(duì)機(jī)組最終發(fā)電能力影響重大，輸出功率忽高忽低，導(dǎo)致電網(wǎng)在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間都對(duì)于風(fēng)電接入十分“抗拒”。

而光電雖說確實(shí)是“有光就行”，但光照強(qiáng)度同樣對(duì)最終的輸出功率有著影響，發(fā)電量不穩(wěn)定，一遇到陰雨天氣發(fā)電能力就直線下降的缺陷同樣存在。同時(shí)“有光就行”也意味著“沒光真不行”光電設(shè)備并不具備24小時(shí)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力，一旦入夜就會(huì)立刻停擺，畢竟夜里可以有風(fēng)，但真的沒太陽(yáng)。雖說光熱技術(shù)路線在嘗試以其他的方式利用太陽(yáng)能，然而也受限于技術(shù)門檻和成本問題得不到大規(guī)模應(yīng)用。

水電相對(duì)而言是三者中最為穩(wěn)定可控的，即使如此，也會(huì)受到枯水期和汛期等水文條件變化的影響。

同時(shí)，對(duì)于傳統(tǒng)熱電站來(lái)說，一般選擇靠近電力負(fù)荷區(qū)，具有交通運(yùn)輸方便、地質(zhì)條件好等特點(diǎn)的地點(diǎn)即可建廠。

然而對(duì)于新能源場(chǎng)站來(lái)說，更看重資源本身。從能源獲取方式看，火電站的燃料是運(yùn)輸而來(lái)，只要運(yùn)輸線不出問題就源源不絕，而且在任何地方燒起來(lái)都一樣；可對(duì)大多數(shù)可再生能源來(lái)說，能源是從自然界獲取的，有沒有，多還是寡，均是客觀現(xiàn)實(shí)，如果能源本身缺乏，那其他條件再好也無(wú)法建廠。

這就導(dǎo)致新能源電廠的選址需要追逐風(fēng)光水資源富集的地區(qū)，而這些地區(qū)卻往往不是現(xiàn)成的消納區(qū)。

陸上風(fēng)電裝機(jī)集中在西北地區(qū)［3］

另以光伏為例，我國(guó)太陽(yáng)能資源主要集中在西北地區(qū)，但負(fù)荷區(qū)卻集中在東南沿海。雖然近幾年海上風(fēng)電加速發(fā)展，東南沿海開發(fā)新能源的底氣越來(lái)越足， 但如何解決可再生能源生產(chǎn)與消納的地理不均衡，還是一個(gè)長(zhǎng)期問題。

除了“看天吃飯”之外，可再生能源發(fā)電的另一個(gè)問題是“碎片化”的存在方式。

當(dāng)前全球的供電系統(tǒng)，仍然是以大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓為主要特征的集中式單一供電系統(tǒng)。但部分基于可再生能源的發(fā)電機(jī)組，特別是風(fēng)電與光伏，則往往以分布式的方式存在。

與傳統(tǒng)大型發(fā)電設(shè)備不同，風(fēng)光最大的特征是，每一臺(tái)完整的設(shè)備都具有獨(dú)立發(fā)電的能力，這有利于發(fā)電系統(tǒng)的小型化。畢竟屋頂能安光伏板，可不能裝個(gè)火電站。

現(xiàn)實(shí)中，這些散碎并彼此獨(dú)立的發(fā)電設(shè)備構(gòu)成了一個(gè)個(gè)“微電網(wǎng)”，疊加風(fēng)光發(fā)電固有的不確定性，極大的復(fù)雜化了電力系統(tǒng)的供需關(guān)系。沒有人能很準(zhǔn)確的說出，一棟大樓什么時(shí)候需要供電，什么時(shí)候有能力向外輸電，而且這些小型發(fā)電系統(tǒng)由于各種原因，每個(gè)子系統(tǒng)輸送的電力可能是不均等的，也給電網(wǎng)帶來(lái)了相當(dāng)高的壓力。

這一點(diǎn)在風(fēng)電上更加明顯。受客觀因素影響，一個(gè)風(fēng)電站集群，在同一時(shí)間每臺(tái)設(shè)備的發(fā)電量都有可能是不一樣的，這使得整個(gè)供電系統(tǒng)的復(fù)雜程度呈指數(shù)級(jí)上升。

即使是水電這一在大多數(shù)人印象中，通常屬于大型電站的發(fā)電系統(tǒng)，同樣受困于分布式帶來(lái)的輸電困境。目前我國(guó)的西南地區(qū)，由于水資源相對(duì)富集，修建了大量小型水電站。但這些水電站由于發(fā)電成本高等一系列原因，競(jìng)爭(zhēng)力其實(shí)很弱，再加上缺乏統(tǒng)籌，導(dǎo)致了巨大的浪費(fèi)問題。

更進(jìn)一步，由于用電本身是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，如何根據(jù)下游用電負(fù)荷調(diào)整發(fā)電量，即使集中式供電系統(tǒng)都還沒有特別完美的解決方案，對(duì)于調(diào)峰能力本來(lái)就很弱的分布式電站來(lái)說更是難上加難。

這些問題堆積起來(lái)，都阻礙可再生能源大規(guī)模的并網(wǎng)使用。

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新能源需要一個(gè)“操作系統(tǒng)”

為了應(yīng)對(duì)包括輸出功率不穩(wěn)定，消納難，長(zhǎng)距離輸送難等問題，目前行業(yè)內(nèi)普遍的解決方案是接入儲(chǔ)能系統(tǒng)、多種發(fā)電設(shè)施混用等。簡(jiǎn)單來(lái)說，就是硬件設(shè)施的問題，用硬件手段解決。

那么，有沒有一種方法，能讓行業(yè)建立一套更加智能的系統(tǒng)，統(tǒng)籌規(guī)劃散落各處的儲(chǔ)能設(shè)備、發(fā)電設(shè)備以及用電需求，以軟件的方式，解決硬件問題？

有。

目前在全球范圍內(nèi)，以柔性電力負(fù)荷、虛擬電廠（virtual power plant）、智慧電網(wǎng)等解決方案為代表，試圖為崛起于第二次工業(yè)革命的電力系統(tǒng)，注入來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的數(shù)字技術(shù)，使這一古老的領(lǐng)域獲得一次全面的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

還記得開頭提到的遠(yuǎn)景維珍車隊(duì)么？車隊(duì)的擁有者——遠(yuǎn)景科技集團(tuán)（下稱“遠(yuǎn)景”）就是一家深耕可再生能源與數(shù)字能源賽道多年的企業(yè)。

公司旗下的遠(yuǎn)景智能（Envision Digital）開發(fā)的軟件，正是遠(yuǎn)景維珍車隊(duì)的幕后英雄，它成功完成天氣預(yù)測(cè)、電池管理等關(guān)鍵任務(wù)。

2015年，遠(yuǎn)景智能推出一款名為EnOS（Envision OS）的智能物聯(lián)操作系統(tǒng)，到今天已連接管理了全球超過300GW的能源資產(chǎn)和超過1億個(gè)智能終端機(jī)器設(shè)備，涵蓋了風(fēng)光發(fā)電、儲(chǔ)能、動(dòng)力電池、智能電網(wǎng)、智能樓宇與園區(qū)等多個(gè)領(lǐng)域。

簡(jiǎn)單來(lái)說，EnOS之于能源系統(tǒng)，就類似安卓之于智能手機(jī)。

電力系統(tǒng)本身是個(gè)非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包括發(fā)電端、儲(chǔ)能、輸送、用電等多個(gè)環(huán)節(jié)，且每個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi)部也呈現(xiàn)高度分化的形態(tài)。在這樣一種復(fù)雜環(huán)境下，若沒有一個(gè)通用的底層框架，會(huì)導(dǎo)致每個(gè)環(huán)節(jié)的參與者各行其是，最終就是“車不同軌，書不同文”，各類控制軟件混雜在一起呈現(xiàn)高度碎片化——恰如新能源發(fā)電本身。

而這也正是EnOS要解決的。

EnOS架構(gòu)的最底層是物理設(shè)備連接層，目前已經(jīng)有超過3000 種設(shè)備模型接入，如暖通、風(fēng)機(jī)、空調(diào)等；往上一層是數(shù)據(jù)服務(wù)層，接入的數(shù)據(jù)在這里匯合，并完成清洗與分析，海量的公共數(shù)據(jù)也會(huì)匯集在這一層；第三層是針對(duì)不同場(chǎng)景的各類應(yīng)用服務(wù)；最上層則負(fù)責(zé)提供跨領(lǐng)域、跨應(yīng)用的解決方案。

如此一來(lái)，四層結(jié)構(gòu)便讓物理世界在數(shù)字世界實(shí)現(xiàn)了連接互動(dòng)。

EnOS最根本的意義，在于構(gòu)建了一套開放的生態(tài)系統(tǒng)，將不同環(huán)節(jié)中的不同參與者接入同一個(gè)平臺(tái)，使數(shù)據(jù)可以無(wú)障礙地流通，真正發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，賦予電網(wǎng)智能，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)連接與平衡。

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系統(tǒng)有了，怎么用？

當(dāng)然僅有一個(gè)操作系統(tǒng)是不夠的，還需要具體到實(shí)際應(yīng)用，才能凸現(xiàn)它的價(jià)值——就像一部嶄新的智能手機(jī)，你總需要下載一些應(yīng)用，才能滿足你的日常需求。

在EnOS上，遠(yuǎn)景智能開發(fā)了主要面向可再生能源電力、碳管理以及城市數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施三大場(chǎng)景的應(yīng)用與解決方案。

正如我們?cè)谏衔乃f，天氣是決定可再生能源電力系統(tǒng)發(fā)電能力最核心的要素，若能更精確地預(yù)測(cè)氣象條件，進(jìn)而更好地預(yù)估接下來(lái)發(fā)電系統(tǒng)整體的電力輸出，無(wú)疑能在一定程度上解決并網(wǎng)或是棄電等問題。

遠(yuǎn)景智能開發(fā)的基于AIoT技術(shù)的高精度數(shù)值氣象預(yù)測(cè)方案，正是為此而存在的。這套系統(tǒng)正是我們開篇所說的，遠(yuǎn)景維珍車隊(duì)取得積分榜第一的最大功臣，也是整個(gè)電力管理系統(tǒng)最底層的輸入之一。通過接入全球七大氣象中心數(shù)據(jù)，疊加更先進(jìn)的智能算法，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)諸如為水電預(yù)測(cè)降雨量，或預(yù)測(cè)風(fēng)力、光照條件等，為風(fēng)光發(fā)電提供必要的數(shù)據(jù)支持。它甚至可以提供極端天氣預(yù)警，輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。

當(dāng)然光有氣象數(shù)據(jù)還不夠，還要知曉這些氣象數(shù)據(jù)作用在發(fā)電系統(tǒng)之上的結(jié)果。通過遠(yuǎn)景的另一款軟件“孔明”，收集分析公開的和EnOS接入的超過10萬(wàn)臺(tái)風(fēng)機(jī)與光伏組件實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，每6個(gè)小時(shí)就為發(fā)電企業(yè)提供場(chǎng)站1公里x1公里范圍內(nèi)，未來(lái)0－72小時(shí)的短期風(fēng)光氣象預(yù)測(cè)，以及一個(gè)月到一年的短期氣候預(yù)測(cè)，從而協(xié)助站場(chǎng)制定更合理的運(yùn)營(yíng)方案，最大化經(jīng)濟(jì)效益。

除了供給端的升級(jí)，遠(yuǎn)景智能的智能物聯(lián)技術(shù)同樣尋求對(duì)需求端進(jìn)行改造。

遠(yuǎn)景智能的主要目標(biāo)，是以智能物聯(lián)操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，協(xié)同管理包括分布式光伏、動(dòng)力電池以及充電樁、樓宇暖通空調(diào)和電梯、工業(yè)園區(qū)、碼頭和機(jī)場(chǎng)等關(guān)鍵設(shè)施，形成全新的智能數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。依托大數(shù)據(jù)，精確預(yù)測(cè)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”的基本情況，先行調(diào)整輸出功率，調(diào)配儲(chǔ)能與用電單元，平衡電網(wǎng)的同時(shí)，提供調(diào)峰調(diào)頻，需求側(cè)響應(yīng)等電網(wǎng)輔助服務(wù)。

在2020年9月遠(yuǎn)景科技集團(tuán)CEO張雷的一次演講中提到［4］，早在2018年，遠(yuǎn)景 EnOS 就中標(biāo)了新加坡“智慧國(guó)度”物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)（DECADA），而遠(yuǎn)景智能也正與新加坡國(guó)際港務(wù)集團(tuán)（PSA）合作，為PSA定制了能效管理、微網(wǎng)控制、虛擬電廠（VPP）、電力交易、綠證交易五大應(yīng)用，將港口內(nèi)的分布式光伏設(shè)備、儲(chǔ)能以及用電設(shè)備統(tǒng)一交由虛擬電力中心管理（這也是虛擬電廠的基本模式），將分布式能源與柔性負(fù)荷單元聚合，實(shí)現(xiàn)發(fā)電端與負(fù)荷端的協(xié)同運(yùn)作。

而在歐洲新能源大國(guó)德國(guó)，遠(yuǎn)景智能同樣在進(jìn)行一場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，打通車輛和電網(wǎng)間的“互動(dòng)”。

遠(yuǎn)景智能在德國(guó)的V2G（車輛到電網(wǎng)）試點(diǎn)項(xiàng)目中，通過將電動(dòng)車作為一個(gè)小型單元與電網(wǎng)直接建立連接，可實(shí)現(xiàn)電力從電網(wǎng)流向車輛，也能夠讓車主反向向電網(wǎng)輸送汽車中的能源。如此一來(lái)，過去僅僅是用電單元的電動(dòng)車，就成為了一個(gè)柔性復(fù)合單元——發(fā)電量高時(shí)，它是一個(gè)儲(chǔ)能消納單元，而當(dāng)電網(wǎng)缺電時(shí)，車就成了可供調(diào)用的備用能源。

這樣解決了飛速增長(zhǎng)的電動(dòng)車保有量對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊，是對(duì)新能源車價(jià)值的進(jìn)一步開發(fā)，也提高了可再生能源的利用率，可謂雙贏。

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用軟件解題碳中和

中國(guó)的碳達(dá)峰和碳中和時(shí)間表發(fā)布后，除了關(guān)心碳中和概念股，企業(yè)、城市到個(gè)人，都要開始做一道碳中和的“數(shù)學(xué)題”。

作為一家新能源領(lǐng)域的公司，遠(yuǎn)景也設(shè)立了明確的碳中和目標(biāo)在今年4月22日“世界地球日”，遠(yuǎn)景宣布要在2022年實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)碳中和，在2028年實(shí)現(xiàn)全供應(yīng)鏈碳中和。［5］

同樣在地球日當(dāng)天，遠(yuǎn)景發(fā)布了一個(gè)基于EnOS的碳管理應(yīng)用，并取名“方舟”，它可以為企業(yè)快速完成耗能設(shè)備的碳排采集和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的碳排放量統(tǒng)計(jì)。

不同于物理上可視（煤炭、油氣等）或者技術(shù)上容易監(jiān)測(cè)（電力）的能源管理，從碳排放到碳中和計(jì)算長(zhǎng)期以來(lái)都是一片技術(shù)空白。

除了計(jì)算碳排放，遠(yuǎn)景方舟還能幫企業(yè)“找綠電”——企業(yè)可以選擇分布式光伏發(fā)電、風(fēng)電項(xiàng)目投資、綠電采購(gòu)等解決方案，直通交易市場(chǎng)采購(gòu)碳匯、CCER等，并依靠區(qū)塊鏈技術(shù)查看每個(gè)綠證／碳證的“前世今生”，確保數(shù)據(jù)的可靠性。

簡(jiǎn)單地說，遠(yuǎn)景不僅要自己實(shí)現(xiàn)碳中和、提供軟硬件推動(dòng)能源行業(yè)碳中和，還要幫助其它公司走向碳中和。

在ESG（Environment、Social Responsibility、Corporate Governance；環(huán)境、社會(huì)和公司治理）重要性日益提升，甚至滬深交易所已著手規(guī)劃時(shí)間表，要求企業(yè)盡快在財(cái)報(bào)中遞交ESG內(nèi)容的當(dāng)下，高透明度的碳管理需求無(wú)疑非常真實(shí)，且是一個(gè)巨大的潛在市場(chǎng)。

回頭看看，電動(dòng)方程式賽車設(shè)立的初衷是希望借助賽車這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，加速推動(dòng)全球汽車產(chǎn)業(yè)走向清潔能源，它代表著未來(lái)汽車工業(yè)的發(fā)展方向。但試想如果沒有從電力的源頭上加速讓風(fēng)電光伏替代煤炭，那么越多的電動(dòng)汽車或許將帶來(lái)更多排放——碳中和背負(fù)著構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的使命，也將是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

要贏得同氣候變化的比賽，需要更多像遠(yuǎn)景這樣的先鋒。

References

［1］ 國(guó)家能源局，2020年全社會(huì)用電量同比增長(zhǎng)3．1％

［2］ IRENA， RENEWABLE POWER GENERATION COSTS IN 2020

［3］ 中電聯(lián)，2020年全國(guó)電力版圖

［4］ 遠(yuǎn)景CEO張雷綜合智慧能源的未來(lái)是“基于能源，超越能源”

［5］ 最大膽的碳中和目標(biāo)出爐！遠(yuǎn)景宣布明年實(shí)現(xiàn)自身碳中和