任斌

（广东水电二局股份有限公司，广东 广州 511340）

当前，社会能源资源长期处于紧缺态势，再叠加环境污染问题，新能源的开发利用迫在眉睫。“碳达峰·碳中和”战略的提出，为清洁新型能源发展指明道路，在以电为中心的现代能源体系中，将有愈来愈多的新能源接入其中，但要解决风光发电等技术弊端，推动可再生资源高效开发，还需依靠政策与市场驱动，持续加大新能源发电技术研发力度，促进新能源发电效益不断提升，进而建立更加稳定、更加智能并以新能源为主的新型电力系统。下面将对新能源发电技术具体应用、技术难点以及发展建议加以详述。

1 新能源发电技术应用

为实现低碳环保型社会建设目标，以风电、光伏为代表的新能源，逐步改变着发电侧格局，新能源发电技术也愈加成熟，尤其是储能技术在发电侧的应用，弥补了新能源发电的诸多不足，下面便对风电、光伏以及储能技术加以探讨。

1.1 风力发电技术

作为资源储量最高的新能源之一，风力一直都是重点发展领域，其储量超出水资源10倍之多，而且获取难度也小。风力发电技术原理简单，借助风机中的机械装置，将风能转化为机械能，再经由发电机最终转换为电能。

（1）风力发电机类型。风机在结构体型上，通常会随其装机容量增大，而有更大的体型的风机设备、更大长度的风机桨叶，按其容量从小到大有：小型、中型、大型、特大型等4类风机。根据其轴向不同，又有水平轴、垂直轴风机之分。根据其功率调节方式的不同，又有定桨、变桨以及失速型等多种风机类型。根据风机所处陆海环境差异，有陆上风电、海上风电两类。以风机发电机设计转速区分，又包含有变速、恒速、多态定速等不同类型。

（2）设备组成和功能。通过对风机结构进行拆解，具体涉及基础、塔筒、机舱、风轮等几大构造。风轮是风能获取装置，包含有轮毂、叶片、变桨系统等，其中关系风能吸收能力的关键在于风机叶片。若风机实际风速超出限值，则需要借助叶尖所产生的制动效应，对其转速加以控制。但也因叶片裸露在环境中，风机叶片会受腐蚀、覆冰等影响，其自身也可能产生裂纹，严重威胁风机运行安全，为此叶片的防护很是关键。

（3）风机控制技术。通常来讲，并入电网的风机主要存在3种发电机：变速、双馈、双速异步等。为精准控制风机转速及输出功率，需采取相应控制技术，一般会采取最大功率追踪策略，可有效达成风电功率的输出控制。伴随新的风机控制技术改进，衍生出多种更高效的并网技术，较为典型的如模糊控制技术，也就是借助智能算法，对叶片桨距进行高精准控制，并且还能用于风轮气动性能预估，对于提升风机性能很有帮助。

（4）无功电压控制技术。要想维持风机正常运行，在风机控制同时，需重点关注电压稳定及无功补偿。一般来讲，在电力系统中，风机运行会吸收无功，为确保电网稳定，维持正常电压水平及输出功率稳定，应当采取科学的SVG补偿策略，在风电场运行中进行动态补偿。

1.2 光伏发电技术

在地球上，太阳辐射产生能量巨大，如何合理开发太阳能，对于调整能源结构、提升经济环境效益作用显著。而受制于光电转化率、光电成本及补贴政策等影响，光伏发电面临不少挑战。为更好地理解光伏发电技术，现对其原理构造加以分析。

（1）光电效应。对于部分特殊的物质，当有特定电磁波照射时，其内分子会激发游离电子，然后朝特定方向移动便产生电流。通常产生光电效应的半导体内部存在PN结，分别对应空穴及不稳定电子，在光照条件下，P、N两侧将产生电势，进而驱动电子不断朝着新产生的空穴移动，这也是光伏发电基本原理。一般而言，光伏发电系统具体包含有光伏板阵列、太阳能电池、逆变器、控制器等。

（2）电池组。作为光伏发电重要组成，太阳能电池也有多种类别：晶硅电池，在实际应用中有多晶与单晶两类；化合物薄膜电池，其缺点在于有毒、污染性大；硅基薄膜电池，主要面临着光电转化效率低问题；有机半导体光膜电池，该类电池仍在进行技术开发，仍未实用化；聚光光伏电池，其在光伏发电中的优势在高效，但也面临成本高问题，聚光系统、散热器等需要额外配置，会带来更长的成本回收周期，聚光电池商用还需较长时间。

（3）光伏阵列。作为光能直接接受装置，光伏阵列在结构设计上存在三种模式：固定式、单轴以及跟双轴踪，其发电效率逐步提升。相较于基础的固定式光伏阵列，单轴跟踪可提升20%发电效率，而双轴跟踪可将其提升至30%，合理选择光伏阵列支撑方式很是关键。此外，光伏板安装倾角也需合理设置。

（4）逆变器。要想提升光伏系统交直流转化效率，需综合考虑逆变器的性能，在满足保护、监控等基本要求下，还可靠承受交直流电压。现阶段，光伏逆变器有多种结构类型：集中式、组串式以及集散式。

1.3 储能技术

在新能源发电技术发展中，储能技术扮演关键性角色，可用于解决风光发电所面临的波动性、间歇性、难调度等问题。储能技术的作用主要体现如下。

（1）可平滑新能源出力波动，受新能源自身特点影响，很难保证持续稳定供电，而且为保证风光利用率，对其电站出力不应随意调整，所以，在风光电站设计之初，要配合打造储能系统，这样电站出力在高峰期可输向储能系统，而在无光或无风时期，可经储能系统反向输出电能，进而维持出力稳定。

（2）可提高跟踪计划发电能力，要知道电网稳定依靠计划性发电，但因风光出力影响因素多，风光电站发电曲线难以预估，所以，需依靠储能系统来加以补偿，有效平衡电站实际与预测出力，使风光发电更加可控可调。

（3）可减少弃光弃风现象，尽管说新能源发电快速扩张，但因为电网调峰调频需要，往往会出现大面积弃光弃风现象，而储能技术的发展，可有效应对调峰调压需要，通过对其充放电加以控制，能有效避免弃光弃风情况，甚至在电压瞬时跌落时，也能够即刻进行无功支撑，减少脱网解列问题发生，进行提升新能源场站经济性。现阶段，该技术已发展多种储能手段，如抽水蓄能、超级电容、电化学储能，在风光电站中以电化学储能为主，并有着广阔的发展空间。

2 新能源发电技术难点与发展建议

2.1 技术难点

（1）风机低电压穿越技术。在电网运行过程中，电压跌落时有发生，会降低风机并网侧电压水平，在不解列的情况下，会在交直流转换中，导致风机转子侧涌流的发生，不仅会对风机设备造成损坏，更严重的将导致风电场雪崩式脱网，这对于风力发电与电网稳定极为致命。但若简单通过解列加以应对，将更加加剧风力发电不可靠性。为此，低电压穿越问题成为研究重点，但也面临许多难点，例如，冲击电流是否在风机设备可承受范围，低电压穿越策略是否适用多种故障，如何控制低电压穿越技术成本等。现阶段，风机在初始设计上便重视低电压穿越能力提升，确保风机可穿越低压区域，通常采取AVC、SVG等策略，可帮助风机在低电压下维持运行，实现风机最大发电效益。

（2）光伏电站SVG调压技术。光伏并网点多在线路侧，而且电站发电容量通常较小，对过电压问题比较敏感，会影响光伏电站正常运行。为此，需对光伏电站电压进行调整，但因其电压调整可选手段有限，通常主要依赖于SVG设备，在实际应用中，SVG设计有多种模式可供选择，根据控制变量不同可分为恒压、恒无功、恒功率因素三类，一般需控制功率因素不小于0.98。光伏电站在实际运维中，应按电网运行要求，将SVG设为恒功率因数控制，这样当光伏出力变化时，无功也将按特定比例动态调整。但若并网点电压异常，出现110%以上过电压，便应当放弃恒功率控制，而改用恒压模式，这是因为恒功率很难调节电压，会对光伏设备构成威胁。以35kV光伏电站为例，当实际采用SVG调压技术时，若其发电出力达较高水平，并网点电压超出38.5kV，则需要选用恒压模式，通常会以38kV为阈值。而若发电出力较低，则应当采取恒功率模式，以满足光伏并网要求。若不能自主选择SVG模式，可能出现母线过压情况，这样可导致光伏电站保护动作，以至于出现脱网解列情况。

（3）光伏组件PID效应治理。在长期运行中，光伏组件性能会降低，其中很大原因在于PID效应。由于光伏组件往往承受较高电压，经过较长时间运行周期，其内部会出现电荷集聚、电流泄漏等问题，进而诱发电位衰减，严重影响其性能，光电转换率甚至可降低一半。PID效应的出现，也与光伏组件所处环境有关，尤其是在湿热高盐地区。为有效治理PID效应，需采取如下措施：首先对于光伏系统，当光伏组件不发电时，可为其增施反向电压，使组件与大地形成一定电势，还要可通过增设微波逆变器，来有效限制组件电压，进而抑制PID 效应；其次对于光伏组件，考虑到环境因素影响，组件PID效应可通过改善其密封性，来有效提升组件抗PID性能，主要技术措施包括：改进EVA 生产工艺、优选组件生产材料、优化组件密封工艺等；最后对于光伏电池，在PID效应治理中，可通过改进电池工艺，尤其是对于减反层、发射极等部分，可产生较好的抵抗PID效应，但也需要综合考虑造价问题。

2.2 发展建议

（1）重视政策与市场驱动。为推动新能源发电技术发展，需依靠政策与市场双驱动，可通过顶层设计，建立健全的新能源补贴及市场化上网电价，促进能源结构优化升级。对于不同新能源场站，要根据其能效水平，实行差别化电价，推动新能源发电技术持续改进。开放碳排放权交易，强制能源企业按固定配额建设新能源场站，还要引入市场价格机制，创新新能源发电商业模式，进而激活产业活力。

（2）加大科研创新与扶持力度。要想突破新能源发电技术壁垒，还需重视自主创新，不仅要加大新能源项目扶持力度，更为关键的是要推动新能源发电装备及科技进步。依托国家转拨科研基金，利用国家研发创新平台，多元化发展新能源技术，全力发展新型储能、海上风电等技术领域，为新能源技术发展铺平道路。

（3）科学规划新能源发电。无序式的扩张并不利于新能源发展，而是要落实科学规划，由国家新能源主管部门，结合能源市场特点及碳中和发展规划，确立科学、经济、可持续的新能源发展战略，明确新能源发电技术发展路线，规划好不同时期新能源发展目标。

（4）克服新能源分布不均难题。以风光发电为主的新能源，尽管国内相应资源丰富，但风光能源分布极不平衡，资源丰富的中西部，对于风光电力承受能力不足，需要依靠国家特高压线路实现跨域传输，解决新能源区域分布不均问题。同时，从时间维度上，风光发电效率也有不确定性，这需要借助储能等技术手段，最大限度提升电网对新能源接收能力。

3 结语

综上所述，现阶段，新能源替代已成为趋势，风力、光伏等新能源，不论是从装机容量还是上网电量，均实现了跨越式的提升，然而因其资源本身特点，新能源发电并网仍有许多难题，需要加大新能源发电技术科研创新与项目扶持，并寻求与其他技术的协调融合，如储能技术，消除新能源发电技术短板，建立起新能源在技术、政策及经济性上的优势，进而推动新能源良性发展。