新能源發(fā)電：綠色清潔更美好

當(dāng)前，世界各國都將風(fēng)能、太陽能等新能源作為支撐未來經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的主力能源之一。在新能源大規(guī)模開發(fā)利用的情況下，如何將其安全、可靠地接入電網(wǎng)成為亟待解決的世界性技術(shù)難題。國家電網(wǎng)公司不斷推進(jìn)新能源發(fā)展，成功攻克了從科研理論到工程應(yīng)用的多個難關(guān)，開辟了“清潔中國 領(lǐng)跑世界”的全新路徑。

風(fēng)馳電掣 風(fēng)能資源豐富

風(fēng)能是太陽輻射造成地球各部分受熱不均勻，引起各地溫差和氣壓不同，導(dǎo)致空氣運(yùn)動而產(chǎn)生的能量。風(fēng)能是一種清潔能源。從廣義上說，風(fēng)能是太陽能的一部分。風(fēng)除了具有隨機(jī)性，以及隨高度增加而增大等特性外，還具有隨季節(jié)、日夜變化的特點。風(fēng)能儲量巨大。

風(fēng)力發(fā)電受到世界各國的重視。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)輪(包括尾舵)、發(fā)電機(jī)和鐵塔三部分組成。風(fēng)輪是把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的重要部件，它由兩只(或更多只)螺旋槳形的葉輪組成。當(dāng)風(fēng)吹向槳葉時，槳葉上產(chǎn)生氣動力驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動。在帶動發(fā)電機(jī)之前，還必須附加一個齒輪變速箱和調(diào)速機(jī)構(gòu)，然后再聯(lián)接到發(fā)電機(jī)上。為保持風(fēng)輪始終對準(zhǔn)風(fēng)向以獲得最大的功率，需要在風(fēng)輪后面裝一個類似風(fēng)向標(biāo)的尾舵。鐵塔是支撐風(fēng)輪、尾舵和發(fā)電機(jī)的構(gòu)架。它一般建得比較高，同時需要具有足夠的強(qiáng)度。風(fēng)能不可控且隨機(jī)波動，不能按計劃發(fā)電，調(diào)度困難;對于大容量風(fēng)電廠接入系統(tǒng)，其對電力系統(tǒng)的影響可能是局部范圍的，也可能是全系統(tǒng)范圍的。

到處陽光到處電 萬物生長之源

太陽能是地球永恒的能源，特點是廣泛性、分散性、隨機(jī)性、間歇性、區(qū)域性和清潔性等。太陽能發(fā)電的方式包括光伏發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、太陽能熱發(fā)電等。太陽電池是一種具有光—電轉(zhuǎn)換特性的半導(dǎo)體器件，可將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成直流電，是光伏發(fā)電的最基本單元。在光照下，具有特殊電性能的半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生自由電荷，電荷定向移動并積累，進(jìn)而在其兩端形成電動勢，用導(dǎo)體將其兩端閉合時便產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象被稱為光生伏打效應(yīng)，簡稱光伏效應(yīng)。目前應(yīng)用最廣的是晶體硅太陽電池，其厚度大約為0.35mm。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過太陽能電池吸收陽光，將太陽能直接轉(zhuǎn)變成電能輸出。但是，單個太陽能電池由于輸出電壓低、輸出電流不合適，晶體硅太陽能電池本身又比較脆，不能獨立抵御外界惡劣條件，因此，在實際使用中需要把單體太陽能電池進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)，并加以封裝，成為太陽能電池組件。若干塊光伏組件經(jīng)過串聯(lián)、并聯(lián)后組成太陽能電池方陣。光伏發(fā)電系統(tǒng)由電池方陣、控制器、逆變器、支架、輸配電纜、開關(guān)、熔斷器等組成。太陽能能量密度低、穩(wěn)定性差，受地理分布、季節(jié)變化、晝夜交替等影響。

厚積薄發(fā) 電力儲能技術(shù)

電力儲能是通過物理或化學(xué)手段將電能儲存起來，并在出現(xiàn)用電需求時釋放。電力儲能技術(shù)主要分為物理儲能(如抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)、化學(xué)儲能(如鉛酸電池、氧化還原液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池)和電磁儲能(如超導(dǎo)電磁儲能、超級電容器儲能等)三大類。物理儲能中最成熟、應(yīng)用最普遍的是抽水蓄能，主要用于電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用等?；瘜W(xué)儲能根據(jù)所使用化學(xué)物質(zhì)的不同，可以分為鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池等。鋰離子電池、鉛酸電池技術(shù)成熟，可制成大容量存儲系統(tǒng)，是目前最實用的儲能系統(tǒng)。液流儲能電池在國內(nèi)及美國、德國、日本等國有示范性應(yīng)用。電磁儲能以超級電容器儲能為主，超導(dǎo)儲能目前還處于探索研究階段。

風(fēng)光無限好 國家風(fēng)光儲輸示范工程

風(fēng)能和太陽能發(fā)電具有波動性、隨機(jī)性、間歇性的特點，在新能源大規(guī)模開發(fā)利用情況下，如何安全、可靠地接入電網(wǎng)成為亟需解決的技術(shù)難題。2009年6月，國家電網(wǎng)公司會同國內(nèi)知名高校、研究機(jī)構(gòu)、設(shè)備供應(yīng)商聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)，采用全球首創(chuàng)風(fēng)光儲輸聯(lián)合發(fā)電技術(shù)路線，建成全球規(guī)模最大的集風(fēng)電、光伏、儲能及智能輸電于一體的新能源示范工程——國家風(fēng)光儲輸示范工程(以下簡稱示范工程)，其中風(fēng)電450兆瓦、光伏100兆瓦、儲能33兆瓦。工程位于河北省張家口市壩上地區(qū)，國網(wǎng)冀北電力有限公司為建設(shè)運(yùn)營單位。

示范工程實現(xiàn)多項技術(shù)創(chuàng)新及突破，包括風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)集成、運(yùn)行調(diào)控、風(fēng)光功率預(yù)測、大規(guī)模儲能、風(fēng)電入網(wǎng)檢測等多項核心技術(shù)，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，解決了制約大規(guī)模新能源集中并網(wǎng)的世界性技術(shù)難題。示范工程攻克了聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度、全景監(jiān)控、電池儲能大規(guī)模系統(tǒng)集成、風(fēng)光儲設(shè)備并網(wǎng)友好性、風(fēng)光聯(lián)合功率高精度預(yù)測等一系列重大難題，建立了完整的風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電核心技術(shù)體系，取得了多項自主知識產(chǎn)權(quán)，總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

風(fēng)電技術(shù)用了國內(nèi)最典型的6種型號風(fēng)機(jī)，包括陸上最大5兆瓦直驅(qū)風(fēng)機(jī)，機(jī)型均系首臺首套，引領(lǐng)風(fēng)電技術(shù)向大容量、高效率發(fā)展;光伏應(yīng)用了最全光伏組件和跟蹤方式，多角度、全方位開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較;儲能在全球首次實現(xiàn)了30多萬節(jié)電池集成應(yīng)用，協(xié)調(diào)控制技術(shù)世界領(lǐng)先，是全球種類最多的大規(guī)?；瘜W(xué)儲能電站。

國家風(fēng)光儲輸示范電站成功完成“黑啟動”實驗，成為全球首家具有“黑啟動”功能的大規(guī)模新能源聯(lián)合發(fā)電站，填補(bǔ)了國內(nèi)外該領(lǐng)域技術(shù)空白，確保了新能源涉及的局部微電網(wǎng)在特殊情況下的可靠運(yùn)行。

2016年12月，示范工程獲得第四屆中國工業(yè)大獎，這是我國工業(yè)領(lǐng)域最高獎項;2017年11月，示范工程榮獲第十七屆全國質(zhì)量獎卓越項目獎，這是我國質(zhì)量管理領(lǐng)域中的最高榮譽(yù)。

綠電7日 讓新能源成為主角

青海省清潔能源資源豐富，具有建設(shè)大型清潔能源基地的優(yōu)越條件。以創(chuàng)建全國清潔能源示范省為牽引，青海省穩(wěn)步建設(shè)海南、海西兩個千萬千瓦級新能源基地，相繼建成全國首座規(guī)模化儲能光熱發(fā)電示范項目、世界上最大的光伏電站群和全球最大的龍羊峽水光互補(bǔ)電站，光伏電站以平均每年100萬千瓦的速度有序增長，年均增速達(dá)58%，太陽能開發(fā)利用走在了全國前列。

2017年6月17日0時～6月23日24時，國家電網(wǎng)在青海創(chuàng)新開展了連續(xù)7天168小時全清潔能源供電。期間，累計用電量11.8億千瓦時，真正實現(xiàn)了用電“零”排放。這次測試從持續(xù)時間、運(yùn)行難度、供電結(jié)構(gòu)等方面，全面超過了葡萄牙國家電網(wǎng)2016年5月連續(xù)4天107小時清潔能源供電。“綠電7日”成為能源發(fā)展的綠色樣本，不僅彰顯了國家電網(wǎng)公司在促進(jìn)清潔能源發(fā)展方面的領(lǐng)先水平，而且向世人展示了清潔能源使用的廣闊前景。

青海的清潔能源分布廣、時空互補(bǔ)性強(qiáng)，光與光、風(fēng)與風(fēng)、風(fēng)與光、風(fēng)光與水之間存在互補(bǔ)特性，能夠平滑新能源出力波動;利用水電快速調(diào)節(jié)能力以及光熱的儲能作用，顯著改善新能源發(fā)電品質(zhì)，可以實現(xiàn)清潔電力大規(guī)模外送。

【鏈接】

本版部分內(nèi)容來源于《電網(wǎng)新技術(shù)讀本》《新能源發(fā)電技術(shù)》、國網(wǎng)冀北電力有限公司、國網(wǎng)青海省電力公司。金雍奧對本文有貢獻(xiàn)。