肖超群，邢 峻，張新波，盧龍龍

（山東華岳電力技術(shù)有限公司，山東 東營 257091）

長期以來，我國在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中主要使用傳統(tǒng)化石能源進(jìn)行發(fā)電。進(jìn)入21 世紀(jì)，考慮到化石能源的不可再生和高碳排高污染，傳統(tǒng)發(fā)電方式不僅無法滿足社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展需求，同時也會帶來較嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，尋求能源的綠色低碳轉(zhuǎn)型事關(guān)國家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和能源安全。我國擁有豐富的太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能以及地?zé)崮艿惹鍧嵞茉矗医?jīng)過近20 年的穩(wěn)步發(fā)展，新能源發(fā)電在政策體系、開發(fā)模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面已經(jīng)逐漸成熟，并在世界上處于領(lǐng)先地位。新能源發(fā)電以其綠色、低碳、可再生的特點(diǎn)，成為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，并將逐步發(fā)展成為主力電源。本文闡述了新能源發(fā)電的主要應(yīng)用類型，研究了其發(fā)展應(yīng)用中的痛點(diǎn)、難點(diǎn)并提出相應(yīng)的解決思路，為今后新能源發(fā)電在能源電力體系中進(jìn)一步大規(guī)模發(fā)展應(yīng)用提供參考。

1 新能源發(fā)電在新型電力系統(tǒng)中應(yīng)用的必要性

1.1 資源可再生與減少碳排放

新能源發(fā)電利用可再生能源，如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等，通過清潔、低碳的方式進(jìn)行發(fā)電。相比傳統(tǒng)的化石燃料發(fā)電，新能源發(fā)電過程中幾乎沒有或極少的二氧化碳排放，對環(huán)境的污染更少。這使得新能源成為減少碳排放的重要手段，有助于應(yīng)對全球氣候變化和提高空氣質(zhì)量。因此，將新能源發(fā)電納入電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠推動綠色低碳發(fā)展，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源的利用。

1.2 電力供應(yīng)穩(wěn)定與調(diào)頻能力

傳統(tǒng)能源發(fā)電主要以火力發(fā)電為主，其燃煤或燃?xì)鉃槿剂?，需要長時間加熱水和蒸汽，啟停過程相對較慢，調(diào)節(jié)能力有限。相比之下，新能源發(fā)電的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快、可調(diào)度性強(qiáng)。例如，風(fēng)能和太陽能發(fā)電都可以通過調(diào)整發(fā)電機(jī)組的功率輸出來滿足電網(wǎng)需求，且可以實(shí)現(xiàn)迅速啟停。因此，將新能源發(fā)電納入電力系統(tǒng)中的應(yīng)用可以提高電力系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性，提高電力供應(yīng)的可靠性和質(zhì)量[1]。

1.3 創(chuàng)新與經(jīng)濟(jì)增長

新能源發(fā)電技術(shù)的引入和應(yīng)用推動了能源領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在新能源發(fā)電領(lǐng)域的投資和研發(fā)不斷增加，不僅提高了新能源發(fā)電技術(shù)的效率和成本競爭力，也促進(jìn)了技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新。這種創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)增長的勢頭，為新能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了充足的動力，并為相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。新能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用不僅可以為社會經(jīng)濟(jì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，還可以創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會和提升技術(shù)競爭力。

2 電力系統(tǒng)中的新能源發(fā)電應(yīng)用分析

2.1 風(fēng)力發(fā)電

我國幅員遼闊，“三北”地區(qū)、東南沿海及附近海域的風(fēng)能資源十分豐富，風(fēng)力發(fā)電是目前應(yīng)用最為普遍的新能源發(fā)電類型。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是將風(fēng)能通過風(fēng)輪轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為機(jī)械勢能，再通過發(fā)電裝置將機(jī)械勢能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主要組成部分有風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架。在風(fēng)力發(fā)電的過程中，風(fēng)輪主要負(fù)責(zé)完成風(fēng)能與機(jī)械勢能之間的轉(zhuǎn)換，用于風(fēng)輪葉片制造的材料帶有明顯的高強(qiáng)度以及輕質(zhì)特性，且葉片一般保持雙流線型，在部分特殊狀況下也會使用s型葉片。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在長時間運(yùn)用的過程中，發(fā)電裝置很容易受到外界自然因素的影響，引發(fā)風(fēng)輪的腐蝕、開裂等質(zhì)量問題，需要相關(guān)人員定期進(jìn)行保養(yǎng)以及維護(hù)。在風(fēng)能發(fā)電裝置體系中的塔架具備支撐作用，要以風(fēng)輪直徑、風(fēng)資源切變指數(shù)為參考對塔架高度進(jìn)行調(diào)整，一般而言，塔架的高度控制在70m～140m 的范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)可以將機(jī)械勢能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)的容量和風(fēng)輪葉片長度之間有著明顯的正相關(guān)關(guān)系[2]。

2.2 光伏發(fā)電

光伏組件在接受太陽光線之后，組件中的電子會在太陽光子刺激下完全激活產(chǎn)生電流，這就是光伏發(fā)電最為基礎(chǔ)的光電效應(yīng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)就是使用此種效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能供生產(chǎn)生活使用。目前我國光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展速度極快，光伏組件類型呈現(xiàn)出多元化發(fā)展趨勢，大致可以分為晶硅光伏組件及硅基薄膜光伏組件和聚光光伏組件等多種類型。晶硅光伏組件應(yīng)用范圍相對較為廣泛，又可以分為單晶硅、多晶硅兩種類型，單晶硅的光伏組件運(yùn)行中的光電轉(zhuǎn)化率能夠達(dá)到24%。硅基薄膜光伏組件在太陽光線較弱的狀況下依舊能夠發(fā)電，但整體的光電轉(zhuǎn)換效率僅有10%，并且轉(zhuǎn)換效率會隨著機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時間的延長逐漸下降。聚光光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率相較于晶硅光伏組件優(yōu)勢明顯，但在具體應(yīng)用過程中，需要為其配備激光設(shè)備以及散熱器等相關(guān)配套設(shè)施，意味著發(fā)電成本明顯提高，但同樣也會帶來較大的發(fā)電收益和利潤，成為現(xiàn)階段發(fā)電系統(tǒng)中備受關(guān)注的新能源發(fā)電技術(shù)[3]。

2.3 生物質(zhì)發(fā)電

生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)是將各種生物質(zhì)經(jīng)過處理之后轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇細(xì)怏w，通過點(diǎn)燃可燃?xì)怏w發(fā)電。這種發(fā)電技術(shù)能夠在有效保護(hù)生態(tài)資源的同時，提高整體的發(fā)電效率，并且清潔性優(yōu)勢也較為明顯。目前自然界內(nèi)分布的生物質(zhì)能種類較多，意味著生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)擁有良好的基礎(chǔ)條件。燃燒發(fā)電技術(shù)可以在鍋爐中放入一定數(shù)量的生物質(zhì)，在燃燒過程中產(chǎn)生的熱蒸汽，其中包含的熱能也可以逐漸轉(zhuǎn)化為電能。生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)的組成部分以內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)、氣化爐、燃?xì)鈨艋鞯葹橹?，需要在發(fā)電過程中針對生物質(zhì)嚴(yán)格按照已有標(biāo)準(zhǔn)的要求提前進(jìn)行加工和處理，并將其放入燃燒設(shè)備中。與傳統(tǒng)的能源直燃發(fā)電技術(shù)相比，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)在可靠性、安全性以及清潔性方面的優(yōu)勢更加明顯。如果生物質(zhì)被完全燃燒，完全可以利用凈化裝置和氣化爐、內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行發(fā)電。如若生物質(zhì)尚未被完全燃燒，同樣可以利用氣化爐對生物質(zhì)繼續(xù)燃燒，氣化氣體可以先后經(jīng)過冷卻、凈化裝置完成發(fā)電工作。在當(dāng)下生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)持續(xù)發(fā)展的背景下，沼氣發(fā)電技術(shù)應(yīng)用越發(fā)普遍，可以將城市發(fā)展過程中形成的污水、垃圾、糞便這類有機(jī)廢物作為基礎(chǔ)材料，在其集中在厭氧環(huán)境下經(jīng)過發(fā)酵處理生成沼氣，隨后將這些沼氣點(diǎn)燃之后轉(zhuǎn)化為電能。這種技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠有效地處理城市在日常生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的各種廢物，并且電力能源的供應(yīng)數(shù)量也有所提升[4]。

3 新能源發(fā)電大規(guī)模發(fā)展的痛點(diǎn)和難點(diǎn)分析

3.1 新能源發(fā)電具有瞬時性、波動性特點(diǎn)，對電網(wǎng)穩(wěn)定性造成威脅

新能源發(fā)電出力存在隨機(jī)性與波動性。常規(guī)火電機(jī)組的可靠性具有平抑電網(wǎng)運(yùn)行中由于運(yùn)行方式或負(fù)荷變化引起的不平衡功率的能力，并具有可以“穿越”電網(wǎng)擾動的能力，具有較強(qiáng)的致穩(wěn)性和抗擾性。相對而言，新能源發(fā)電則存在保證出力低、出力分布大、日內(nèi)功率波動大、季節(jié)性偏差等問題。風(fēng)光具有“極熱無風(fēng)”“晚峰無光”的反調(diào)峰特性，將給電網(wǎng)帶來15%～30%反調(diào)峰壓力，尤其是在極熱極寒無風(fēng)、連續(xù)陰雨等特殊天氣下，對電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力要求更高。風(fēng)電日波動最大幅度可達(dá)裝機(jī)容量的80%，隨機(jī)波動性使得風(fēng)電無法響應(yīng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的功率不平衡，且難以“穿越”電網(wǎng)擾動，因而具有弱致穩(wěn)性和弱抗擾性。光伏具有日周期的特性，白天出力高，但在傍晚無法發(fā)電時，需要電力系統(tǒng)快速補(bǔ)充電力以滿足傍晚晚高峰用電需求，這一需求隨著光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模的擴(kuò)大而不斷增大。

3.2 新能源項(xiàng)目用地點(diǎn)多面廣，土地等要素保障難度大

風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電項(xiàng)目設(shè)備設(shè)施主要建設(shè)在地面上且點(diǎn)多面廣，不可避免地要與其他生產(chǎn)建設(shè)活動產(chǎn)生土地利用競爭關(guān)系，據(jù)統(tǒng)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)占地面積大，每1 萬千瓦光伏發(fā)電占地300 畝左右。連片開發(fā)的風(fēng)電場每2000 畝地可安裝1 萬千瓦的風(fēng)電機(jī)組。新能源的建設(shè)受到多種敏感因素制約，如國家最新劃定的“三區(qū)三線”，還有采礦權(quán)、探礦權(quán)，自然保護(hù)地，重要交通、管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施用地限制。十多年來，我國已經(jīng)形成較為明確的新能源項(xiàng)目用地規(guī)則。新能源項(xiàng)目用地類型多樣，涉及土地類型復(fù)雜，復(fù)合項(xiàng)目建設(shè)要求、是否改變地表形態(tài)的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)等具體要求尚未明確，風(fēng)電光伏項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)面臨著不小的合規(guī)性風(fēng)險(xiǎn)[5]。

3.3 資源分布與電力負(fù)荷的不匹配造成新能源項(xiàng)目電力消納困難

我國新能源資源分布與負(fù)荷分布嚴(yán)重不匹配，風(fēng)、光資源最豐富的地區(qū)在三北，負(fù)荷中心又集中于中東部地區(qū)。西北大規(guī)模開發(fā)新能源所發(fā)電力需要通過高壓輸電通道輸送到中東部進(jìn)行消納，但目前已有通道遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足新能源電力外送需求，新增規(guī)劃高壓輸電通道建設(shè)難度大，周期長，嚴(yán)重制約了三北地區(qū)新能源項(xiàng)目的規(guī)?；l(fā)展。

4 新能源發(fā)電規(guī)?；l(fā)展措施建議

4.1 加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)

未來電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力需求逐步攀升，并呈現(xiàn)不同時空尺度特性?！笆奈濉睍r期，新能源占比逐漸提高，常規(guī)電源將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)節(jié)性和保障性電源。預(yù)計(jì)2025 年，靈活調(diào)節(jié)電源占比將達(dá)到24%左右。遠(yuǎn)期看，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，對調(diào)節(jié)能力的需求將更大。新能源成為主體電源之后，其季節(jié)性出力特性受天氣影響大，特別是對小時級以上的調(diào)節(jié)需求將更加突出。需要挖掘源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)的能力，要利用好可中斷負(fù)荷、虛擬電廠、跨省跨區(qū)交易等調(diào)節(jié)手段，推進(jìn)電動汽車、長周期新型儲能、氫儲能的利用。系統(tǒng)調(diào)節(jié)電源主要包括煤電靈活性改造、調(diào)峰氣電、有調(diào)節(jié)能力的水電、抽水蓄能和電化學(xué)儲能等，未來還將包括壓縮空氣儲能、氫儲能和合成燃料儲能等。不同調(diào)節(jié)電源在性能、成本和配置要求等方面存在差異，需要綜合考慮各類調(diào)節(jié)電源特點(diǎn)和應(yīng)用場景需求，因地制宜地合理配置[6]。

4.2 集約節(jié)約用地，提高土地利用效率

要充分利用沙漠、戈壁、荒漠等未利用地布局大型風(fēng)、光電基地，將新能源項(xiàng)目的空間信息按規(guī)定納入國土空間規(guī)劃“一張圖”，統(tǒng)籌安排大型風(fēng)光電基地建設(shè)項(xiàng)目用地用林用草。沙漠、戈壁、荒漠是按照地貌、植被、氣候等因素分類的，在實(shí)際使用中需要以主管部門劃分的具體土地類型為依據(jù)。根據(jù)第五次全國荒漠化和沙化監(jiān)測結(jié)果，我國荒漠化土地面積261.16 萬平方千米，遠(yuǎn)超過第三次全國國土調(diào)查的未利用地地類面積，因此以沙漠戈壁荒漠為重點(diǎn)的大型風(fēng)電光伏發(fā)電基地建設(shè)也難免涉及使用林地、草地等農(nóng)用地，需要統(tǒng)籌安排。

節(jié)約集約用地是我國國土空間利用的基本原則，新能源項(xiàng)目占地面積大，空間利用效率提升潛力大。要嚴(yán)格執(zhí)行土地使用標(biāo)準(zhǔn)，將新能源項(xiàng)目分類分區(qū)用地面積嚴(yán)格控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，不得突破標(biāo)準(zhǔn)控制；鼓勵推廣應(yīng)用節(jié)地技術(shù)和節(jié)地模式，通過技術(shù)進(jìn)步節(jié)約用地，新建項(xiàng)目用地節(jié)約集約化程度必須達(dá)到國內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平。農(nóng)光互補(bǔ)、林光互補(bǔ)、牧光互補(bǔ)、漁光互補(bǔ)等光伏復(fù)合項(xiàng)目是集約利用土地，是提高土地利用效率的新型節(jié)地模式[7]。

4.3 多措并舉促消納

面對目前西北地區(qū)規(guī)劃的大規(guī)模的沙漠、戈壁、荒灘新能源項(xiàng)目建設(shè)，一是要積極規(guī)劃建設(shè)西電東送高壓輸電通道，并配套建設(shè)調(diào)節(jié)電源，提高輸電通道利用率；二是要支持鼓勵中東部地區(qū)高載能產(chǎn)業(yè)向西部轉(zhuǎn)移，促進(jìn)西部新能源電力的就地消納，構(gòu)建國內(nèi)大循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系；三是要發(fā)展多元化的新型能源體系，促進(jìn)煤炭、油氣等產(chǎn)業(yè)與新能源的融合發(fā)展，積極推進(jìn)新型儲能設(shè)施項(xiàng)目建設(shè)，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行能力[8]。

5 結(jié)語

以風(fēng)電、光伏發(fā)電為代表的新能源發(fā)電，是目前技術(shù)最為成熟、商業(yè)化規(guī)?；_發(fā)程度最高的能源品類，其綠色、低碳、可再生的特性決定了未來在我國新型能源體系中的重要地位。我國風(fēng)、光資源豐富，開發(fā)潛力巨大，面對我國“富煤貧油少氣”的能源資源現(xiàn)狀，為保障國家能源安全，大力開發(fā)新能源，助力實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，是目前的共識，也是大勢所趨。但也要看到新能源發(fā)電本身的問題和不足，要從政策、技術(shù)、成本等方面進(jìn)行深入研究，逐步解決電能質(zhì)量差、要素保障難、源網(wǎng)荷不匹配等問題，不斷進(jìn)行體制機(jī)制和科技創(chuàng)新，將新能源打造成我國另一張亮麗名片，助力實(shí)現(xiàn)2060 年碳中和目標(biāo)。