中國新能源發(fā)電技術發(fā)展現(xiàn)狀和前景

李 滔，華 飛

（浙江星月實業(yè)有限公司，浙江 永康321300）

1 新能源發(fā)電技術概要

常見的新能源發(fā)電技術包括太陽能光伏發(fā)電技術、風力發(fā)電技術、潮汐能發(fā)電技術和燃料電池發(fā)電技術等。其中，風力發(fā)電技術最為成熟，太陽能光伏發(fā)電技術最具發(fā)展前景。

截至2003年年底，中國已建成并網(wǎng)型風電場40座，累計運行風力發(fā)電機組1 042臺，總?cè)萘窟_567.02 MW[1]。風力發(fā)電系統(tǒng)主要依靠風機和發(fā)電機進行工作。風力資源的可再生性，使得風力發(fā)電不僅可以減少環(huán)境污染，而且能減緩化石能源的消耗。近年來，風力發(fā)電技術日益成熟，其運行方式可因地制宜地進行選擇。在風力資源的集中地可以采取并入國家電網(wǎng)補充電力的方式，在偏遠地區(qū)可以利用小型風電機組提供生產(chǎn)、生活用電的方式。

太陽能光伏發(fā)電技術是通過太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能繼而輸出的一種過程[2]。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1所示，分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)以及分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)三種。千萬年來，太陽光照生生不息，每年到達地球表面的太陽輻射能量相當于1.3×1014t煤，而太陽能光伏發(fā)電技術運行相對簡單，并不需要損耗其他燃料，只要光伏系統(tǒng)設計合理，哪里有陽光，哪里就可以產(chǎn)生電能，不僅清潔高效，而且有效解決了長距離輸送電能產(chǎn)生損耗的問題。

圖1 光伏發(fā)電系統(tǒng)

2 新能源發(fā)電技術發(fā)展現(xiàn)狀

2019年末，中國發(fā)電裝機容量2.01×109kW，比2018年末增長了5.8%[3]。其中，火力發(fā)電1.19×109kW，占全部裝機容量的59.2%，增長4.1%；水力發(fā)電3.56×108kW，占全部裝機容量的17.7%，增長1.1%；風力發(fā)電2.10×108kW，占全部裝機容量10.4%，增長14.0%；太陽能發(fā)電2.05×108kW，占全部裝機容量10.2%，增長17.4%；核電4.874×107kW，占全部裝機容量的2.4%，增長9.1%。

表1 2010—2019年中國風電、太陽能累計發(fā)電裝機容量

如表1所示，從2001年年底到2019年年底，中國風力發(fā)電累計裝機量由4.04 GW增長至210 GW[4]；太陽能光伏發(fā)電裝機情況也從2010年的0.26 GW增長至2019年的30.05 GW，截至2019年年底，中國太陽能光伏發(fā)電累計并網(wǎng)裝機量高達205 GW[5]。

以上數(shù)據(jù)顯示，截至2019年年底，傳統(tǒng)的火力發(fā)電在中國電力系統(tǒng)中依然占據(jù)主導地位，利用新能源發(fā)電技術生產(chǎn)的電能規(guī)模較小，新能源發(fā)電作為傳統(tǒng)火力發(fā)電的一種補充形式存在著。新能源發(fā)電的裝機容量在全年裝機總?cè)萘恐姓紦?jù)了一定比重，但利用新能源發(fā)電技術產(chǎn)生的電量遠遠無法滿足中國大規(guī)模的用電量需求。單方面從裝機容量較2018年的增長率來看，新能源發(fā)電量增長十分迅猛，以太陽能發(fā)電和風力發(fā)電最為突出。

風力發(fā)電發(fā)展短短19年，累計并網(wǎng)裝機量達到210 GW，太陽能光伏發(fā)電更是在短短的10年達到累計并網(wǎng)裝機量205 GW，可見新能源發(fā)電技術正在日益成熟，也逐漸在中國的電力系統(tǒng)中承擔起更加重要的角色。從綠色、可持續(xù)、長遠發(fā)展角度考慮，新能源發(fā)電才是未來電力系統(tǒng)的發(fā)展方向，其不僅緩解了資源匱乏、環(huán)境污染等問題，而且提高了可再生自然資源的實際利用率，增加了社會效益，進一步為社會穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎。

3 新能源發(fā)電技術發(fā)展存在的問題和挑戰(zhàn)

近年來，風力發(fā)電、光伏發(fā)電得到了長足發(fā)展，但資源聚集地和電能集中使用地相隔甚遠，加之技術問題，電力體制內(nèi)部的惡性競爭，導致了新能源發(fā)電消納難、并網(wǎng)難問題突出，甚至出現(xiàn)了區(qū)域性棄風、棄光現(xiàn)象。

技術缺陷導致目前尚缺乏新能源產(chǎn)生電能的儲存及輸送設施。如圖2所示中，中國新能源風力發(fā)電場集中在華北以及西北等地區(qū)，這些區(qū)域相對其他人口密度較大的地區(qū)用電量少了許多[6]。將風力發(fā)電產(chǎn)生的電能不遠萬里地進行輸送，即使不考慮電能在運輸途中的損耗問題，建設高壓線路的費用、線路的利用效率以及對電力系統(tǒng)的安全運行等成為一大難題。

圖2 截止2017年中國六大地區(qū)風電累計裝機容量（單位：MW）

利益沖突導致電力系統(tǒng)體制內(nèi)出現(xiàn)不可調(diào)和的矛盾，從而制約新能源發(fā)電技術的發(fā)展。新能源發(fā)電得到了我國政策上的大力支持，具有優(yōu)先上網(wǎng)、優(yōu)先調(diào)度的優(yōu)勢，但是依靠化石能源的傳統(tǒng)火力發(fā)電企業(yè)就往往被迫為新能源調(diào)峰，長此以往，惡性循環(huán)，加劇了體制問題對新能源發(fā)電的負面影響。

要想從本質(zhì)上解決新能源發(fā)電消納難、并網(wǎng)難的問題，就要先攻克技術難關、解決電力體制矛盾。在體制問題方面，要兼顧新能源發(fā)電和火力發(fā)電雙方的利益，再大力調(diào)整各自在社會中的比重，讓二者由競爭關系變成合作共贏的局面；在技術方面，要大力攻克電能儲存和運輸?shù)碾y題。只有這樣才能打破如今新能源發(fā)電尷尬的局面，才能更好更合理地利用每年風電、光電產(chǎn)出的電能，從而減少資源浪費。

4 新能源發(fā)電技術的發(fā)展趨勢

最近幾年，新能源發(fā)電技術得到了長足發(fā)展，在很多區(qū)域正式投入使用。

社會在發(fā)展，各行業(yè)的用電需求在增加，提高電網(wǎng)的可靠性成為新能源發(fā)電技術發(fā)展面臨的一個重要問題。現(xiàn)在普遍使用的傳統(tǒng)大電網(wǎng)在用電高峰期變得十分脆弱，會出現(xiàn)停電、電路短接損壞等問題，新能源發(fā)電的微電網(wǎng)在一定程度上可以緩解這種情況，避免部分超負荷斷電帶來的經(jīng)濟損失。持續(xù)技術開發(fā)，大力推廣微電網(wǎng)技術，將是提高電網(wǎng)可靠性的一個發(fā)展方向。

中國偏遠地區(qū)的電網(wǎng)覆蓋面存在一定的缺漏，擴大電網(wǎng)覆蓋面刻不容緩。中國很多地方由于地處偏遠，電網(wǎng)覆蓋面缺漏在一定程度上抑制了當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。新能源發(fā)電出現(xiàn)后，可以就地取材，利用當?shù)氐娘L能、水能、太陽能等設計合理的小型電力系統(tǒng)，以達到自我供電的目的。充分利用當?shù)氐淖匀粌?yōu)勢設計微電網(wǎng)，既能提高當?shù)鼐用竦纳钏剑铀佼數(shù)亟?jīng)濟發(fā)展，也能實現(xiàn)電力系統(tǒng)的快速發(fā)展。

電網(wǎng)的不斷互聯(lián)，導致電力系統(tǒng)的運行越來越復雜。自然災害、戰(zhàn)爭等因素，有時候會導致大電網(wǎng)區(qū)域電力系統(tǒng)的面積癱瘓。新能源發(fā)電技術可以利用“就近入網(wǎng)，當?shù)叵{”的原則，以微電網(wǎng)的形式減少大面積斷電的情況，從而提高電網(wǎng)的抗破壞能力，提高電網(wǎng)的安全性。

5 結(jié) 論

中國應大力推廣新能源發(fā)電技術。化石能源在日益減少，可再生能源的發(fā)電技術在未來電力系統(tǒng)中會起到主導作用。新能源發(fā)電不僅解決了資源匱乏、環(huán)境污染的問題，還有效緩解了中國用電高峰期電力緊張的問題，對電力系統(tǒng)的快速發(fā)展以及國家可持續(xù)戰(zhàn)略的實施有著極其重大的意義。