以风能和太阳能为例的新能源特点研究

洪雯 沈青 刘翼 李国胜 刘洋

摘要：新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、风能、生物质能等，和传统的化石燃料相比，新能源具有绿色清洁和可持续发展等诸多优点。随着新能源的飞速发展，它的装机总量和发电占比也在日益增长。本文以風能和太阳能为例，介绍了新能源的发展历史，并从发电方式、输出功率等方面分析了其特点以及新能源并网后对电网的影响。

关键词：风能;太阳能;并网;特点

1 引言

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们在满足物质需求的基础上更加注重能源可持续发展与环境保护。随着煤炭、石油等化石燃料的大量开采和储量迅速减少，以及化石燃料开采过程中自然环境问题的日益突出，新能源产业的产生与发展对于社会可持续发展的意义愈发重要。新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，随着科技发展和深入研究，以风能和太阳能为主要能源的新能源得到不断的开发，人们的生活深受其益，风能发电和太阳能发电在世界各国的发展速度与规模也在与日俱增。

01 新能源的发展历史

风能作为一种新型可再生资源，具有绿色清洁、价格低廉等众多优点。风能的发展历史十分悠久，早在19世纪末，丹麦便已经研制出世界上第一台风力发电机。在欧洲的很多国家，风力发电和火力发电在电能供应的占比不相上下。在我国，风能资源发现得早，风电行业起步也比较靠前，但是由于发展缓慢等原因，至今在电力供应的占比不是很大。影响我国风能资源开发的主要原因是风能资源的地理分布与电力负荷不匹配。中国的风能资源主要集中在东南沿海例如江苏、上海，和北部地区例如新疆哈密、甘肃酒泉等。目前的风力发电量远远小于风能资源储备量，依然有较大的开发空间。2019年末全国并网风电装机容量为21005万千瓦，较去年增长了14.0%。

全球每年得到的太阳能相当于68万亿吨石油，其开发和利用有着极大的潜力。目前太阳能发电有两种发电方法：一种是将太阳能转化为热能，然后按常规方式发电，称为太阳能热发电;另一种是利用光电器件利用光生伏达原理将太阳能直接转化为电能，称为光伏发电。中国的太阳能发电发展迅速且成效显著，目前已经是名符其实的光伏发电和光伏电池生产大国。2016年年度光伏发电装机35GW，累计装机78GW，均是全球第一。到2018年六月底止中国的光伏发电装机容量已经超过了1亿千瓦，比美、印、日三国的光伏装机容量之和还要多。

02 新能源的特点

风能发电最明显的特点是绿色清洁且资源丰富。作为一种可再生能源，它不会枯竭，储量丰富，如果得以有效开发，其产生的能量能充分满足人们的生活需求。风能作为一种清洁能源，在发电时不会像燃烧煤炭或者石油一样产生危害环境和人类生存的有害物质，因此具有可观的环境效益。与火电、核能和生物质能等发电方法相比，风能发电需要建造发电厂的周期短，且对地理环境的要求相对较低。因此风能在发电中的应用具有很大的市场优势和竞争力。但是风力发电具有不稳定、不可控、随机性的特点。自然界的风能的产生会受到诸如温度、气压等各种因素的影响，这也导致了输入原动机的机械能在不断变化。

太阳能是永久性能源，取之不尽用之不竭，没有枯竭危险。作为一种清洁能源和可再生能源，绝对干净环保，且可靠性高，能源质量高，且获取能源花费的时间短。此外，太阳能电池寿命长，可以一次投资长期使用。太阳能光伏发电输出功率也有显著的间歇性和不稳定性。白天阴晴变化会引起输出功率大幅波动，阴雨天和夜间无法运行。太阳能热发电技术可以配置技术上相对成熟、成本较低的大容量储热装置，实现输出功率的平衡性和可控性，不但不需要额外配置调峰电源，而且可以作为调峰电源为光伏发电、风电等提供辅助服务。此外太阳能热发电还具有机组的惯性，对电力系统的稳定运行具具有良好作用，因此太阳能热发电是较为较有发展前景的太阳能大规模利用方式之一。

03 新能源并网后对电网的影响

1.并网后影响电力系统运行可靠性

中国目前的风力和太阳能发电技术还主要以在国外引进的技术为主，在实际应用和自发研究方面还不够成熟。此外，在风力或者太阳能发电并网后，随着发电容量的增加，其随机性、不可预见性等特点带来的问题会更加突出，尤其是会降低系统的稳定性，从而整个电力系统的运行也会因此受到影响。虽然电力行业在风力和太阳能发电为代表的新能源机组有关并网运行方面出台了相关标准，但和发电机组运行可靠性评估有关的措施并没有得到有效落实，且新能源机组运行的安全可靠性研究并没有得到相应的重视和发展，这导致风电机组和光电机组安全可靠的运行以及并网后电力系统运行安全问题更加突出。

2.增加电网电能质量，影响企业效益

风力和太阳能发电具有显著的波动性，会对电网的电能质量产生较大影响，其中电压闪变和电压波动是最为主要的影响。导致电压闪变的几种主要因素有风电机组的启动、退出、发电机切换、风速的紊流、风机的塔影效应等。另外，风电接入点短路容量、网络阻抗角等因素，对电能质量也会带来极大的影响。从经济角度来看，这两种新能源的应用与发展会影响传统发电形式，在发电总量一定的前提下，新能源机组的大量增多以及政策的倾斜作用会导致部分火力发电厂及其设备被闲置，从而会造成一定的经济损失。此外，由于风力发电和太阳能发电并网以后也容易出现故障，后期对设备的维修养护需要投入不少人力物力，使得电力企业的成本增加，影响企业的经济效益。

04 结语

以风力和太阳能发电为主的新能源发电具有广阔的发展前景与趋势。本文对风力和太阳能发电的特点进行了研究，并且对新能源并网后对电网的影响进行了详细的分析。同时也指出了该领域今后的研究内容，对促进新能源大规模接入电网以及提高互联电力系统的安全稳定运行具有重要意义。

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（武汉电力职业技术学院  湖北  武汉  430072）