以風(fēng)能和太陽(yáng)能為例的新能源特點(diǎn)研究

洪雯 沈青 劉翼 李國(guó)勝 劉洋

摘要：新能源一般是指在新技術(shù)基礎(chǔ)上加以開(kāi)發(fā)利用的可再生能源，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等，和傳統(tǒng)的化石燃料相比，新能源具有綠色清潔和可持續(xù)發(fā)展等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著新能源的飛速發(fā)展，它的裝機(jī)總量和發(fā)電占比也在日益增長(zhǎng)。本文以風(fēng)能和太陽(yáng)能為例，介紹了新能源的發(fā)展歷史，并從發(fā)電方式、輸出功率等方面分析了其特點(diǎn)以及新能源并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)的影響。

關(guān)鍵詞：風(fēng)能;太陽(yáng)能;并網(wǎng);特點(diǎn)

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們?cè)跐M足物質(zhì)需求的基礎(chǔ)上更加注重能源可持續(xù)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)。隨著煤炭、石油等化石燃料的大量開(kāi)采和儲(chǔ)量迅速減少，以及化石燃料開(kāi)采過(guò)程中自然環(huán)境問(wèn)題的日益突出，新能源產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生與發(fā)展對(duì)于社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的意義愈發(fā)重要。新能源一般是指在新技術(shù)基礎(chǔ)上加以開(kāi)發(fā)利用的可再生能源，隨著科技發(fā)展和深入研究，以風(fēng)能和太陽(yáng)能為主要能源的新能源得到不斷的開(kāi)發(fā)，人們的生活深受其益，風(fēng)能發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電在世界各國(guó)的發(fā)展速度與規(guī)模也在與日俱增。

01 新能源的發(fā)展歷史

風(fēng)能作為一種新型可再生資源，具有綠色清潔、價(jià)格低廉等眾多優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)能的發(fā)展歷史十分悠久，早在19世紀(jì)末，丹麥便已經(jīng)研制出世界上第一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。在歐洲的很多國(guó)家，風(fēng)力發(fā)電和火力發(fā)電在電能供應(yīng)的占比不相上下。在我國(guó)，風(fēng)能資源發(fā)現(xiàn)得早，風(fēng)電行業(yè)起步也比較靠前，但是由于發(fā)展緩慢等原因，至今在電力供應(yīng)的占比不是很大。影響我國(guó)風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)的主要原因是風(fēng)能資源的地理分布與電力負(fù)荷不匹配。中國(guó)的風(fēng)能資源主要集中在東南沿海例如江蘇、上海，和北部地區(qū)例如新疆哈密、甘肅酒泉等。目前的風(fēng)力發(fā)電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于風(fēng)能資源儲(chǔ)備量，依然有較大的開(kāi)發(fā)空間。2019年末全國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量為21005萬(wàn)千瓦，較去年增長(zhǎng)了14.0%。

全球每年得到的太陽(yáng)能相當(dāng)于68萬(wàn)億噸石油，其開(kāi)發(fā)和利用有著極大的潛力。目前太陽(yáng)能發(fā)電有兩種發(fā)電方法：一種是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，然后按常規(guī)方式發(fā)電，稱(chēng)為太陽(yáng)能熱發(fā)電;另一種是利用光電器件利用光生伏達(dá)原理將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能，稱(chēng)為光伏發(fā)電。中國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展迅速且成效顯著，目前已經(jīng)是名符其實(shí)的光伏發(fā)電和光伏電池生產(chǎn)大國(guó)。2016年年度光伏發(fā)電裝機(jī)35GW，累計(jì)裝機(jī)78GW，均是全球第一。到2018年六月底止中國(guó)的光伏發(fā)電裝機(jī)容量已經(jīng)超過(guò)了1億千瓦，比美、印、日三國(guó)的光伏裝機(jī)容量之和還要多。

02 新能源的特點(diǎn)

風(fēng)能發(fā)電最明顯的特點(diǎn)是綠色清潔且資源豐富。作為一種可再生能源，它不會(huì)枯竭，儲(chǔ)量豐富，如果得以有效開(kāi)發(fā)，其產(chǎn)生的能量能充分滿足人們的生活需求。風(fēng)能作為一種清潔能源，在發(fā)電時(shí)不會(huì)像燃燒煤炭或者石油一樣產(chǎn)生危害環(huán)境和人類(lèi)生存的有害物質(zhì)，因此具有可觀的環(huán)境效益。與火電、核能和生物質(zhì)能等發(fā)電方法相比，風(fēng)能發(fā)電需要建造發(fā)電廠的周期短，且對(duì)地理環(huán)境的要求相對(duì)較低。因此風(fēng)能在發(fā)電中的應(yīng)用具有很大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)力。但是風(fēng)力發(fā)電具有不穩(wěn)定、不可控、隨機(jī)性的特點(diǎn)。自然界的風(fēng)能的產(chǎn)生會(huì)受到諸如溫度、氣壓等各種因素的影響，這也導(dǎo)致了輸入原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能在不斷變化。

太陽(yáng)能是永久性能源，取之不盡用之不竭，沒(méi)有枯竭危險(xiǎn)。作為一種清潔能源和可再生能源，絕對(duì)干凈環(huán)保，且可靠性高，能源質(zhì)量高，且獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短。此外，太陽(yáng)能電池壽命長(zhǎng)，可以一次投資長(zhǎng)期使用。太陽(yáng)能光伏發(fā)電輸出功率也有顯著的間歇性和不穩(wěn)定性。白天陰晴變化會(huì)引起輸出功率大幅波動(dòng)，陰雨天和夜間無(wú)法運(yùn)行。太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)可以配置技術(shù)上相對(duì)成熟、成本較低的大容量?jī)?chǔ)熱裝置，實(shí)現(xiàn)輸出功率的平衡性和可控性，不但不需要額外配置調(diào)峰電源，而且可以作為調(diào)峰電源為光伏發(fā)電、風(fēng)電等提供輔助服務(wù)。此外太陽(yáng)能熱發(fā)電還具有機(jī)組的慣性，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具具有良好作用，因此太陽(yáng)能熱發(fā)電是較為較有發(fā)展前景的太陽(yáng)能大規(guī)模利用方式之一。

03 新能源并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)的影響

1.并網(wǎng)后影響電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性

中國(guó)目前的風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)還主要以在國(guó)外引進(jìn)的技術(shù)為主，在實(shí)際應(yīng)用和自發(fā)研究方面還不夠成熟。此外，在風(fēng)力或者太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)后，隨著發(fā)電容量的增加，其隨機(jī)性、不可預(yù)見(jiàn)性等特點(diǎn)帶來(lái)的問(wèn)題會(huì)更加突出，尤其是會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行也會(huì)因此受到影響。雖然電力行業(yè)在風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電為代表的新能源機(jī)組有關(guān)并網(wǎng)運(yùn)行方面出臺(tái)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但和發(fā)電機(jī)組運(yùn)行可靠性評(píng)估有關(guān)的措施并沒(méi)有得到有效落實(shí)，且新能源機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性研究并沒(méi)有得到相應(yīng)的重視和發(fā)展，這導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組和光電機(jī)組安全可靠的運(yùn)行以及并網(wǎng)后電力系統(tǒng)運(yùn)行安全問(wèn)題更加突出。

2.增加電網(wǎng)電能質(zhì)量，影響企業(yè)效益

風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電具有顯著的波動(dòng)性，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，其中電壓閃變和電壓波動(dòng)是最為主要的影響。導(dǎo)致電壓閃變的幾種主要因素有風(fēng)電機(jī)組的啟動(dòng)、退出、發(fā)電機(jī)切換、風(fēng)速的紊流、風(fēng)機(jī)的塔影效應(yīng)等。另外，風(fēng)電接入點(diǎn)短路容量、網(wǎng)絡(luò)阻抗角等因素，對(duì)電能質(zhì)量也會(huì)帶來(lái)極大的影響。從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，這兩種新能源的應(yīng)用與發(fā)展會(huì)影響傳統(tǒng)發(fā)電形式，在發(fā)電總量一定的前提下，新能源機(jī)組的大量增多以及政策的傾斜作用會(huì)導(dǎo)致部分火力發(fā)電廠及其設(shè)備被閑置，從而會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。此外，由于風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)以后也容易出現(xiàn)故障，后期對(duì)設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)需要投入不少人力物力，使得電力企業(yè)的成本增加，影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

04 結(jié)語(yǔ)

以風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電為主的新能源發(fā)電具有廣闊的發(fā)展前景與趨勢(shì)。本文對(duì)風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電的特點(diǎn)進(jìn)行了研究，并且對(duì)新能源并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析。同時(shí)也指出了該領(lǐng)域今后的研究?jī)?nèi)容，對(duì)促進(jìn)新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)以及提高互聯(lián)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

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