由光电互补发电技术看中国的新能源发展
摘要：在全球经济尚未完全摆脱经融危机的困扰，气候变化不断加剧的大背景下，新能源以其可再生，清洁低碳，可持续利用等特点受到各国的普遍关注，许多国家将其作为保护环境和促进发展的重要途径，在应对经融危机的政策中都增加了新能源元素。我国的新能源产业也进入了快速发展阶段，新能源技术不断进步，产业规模迅速提高，新能源装备制造业水平和产业技术研发水平迅速提升。但随着产业规模化的的不断扩大，诸多问题也逐渐显现出来，成为制约我国新能源产业规模化的瓶颈。如成本相对较高，市场竞争力弱；技术研发投入不足，自主创新能力不强；产业体系薄弱，配套能力不强；行业管理松散，标准体系和人才建设严重滞后；政策体系不完善，措施不配套等。由此，必须采取相应的措施。
关键字：光电互补发电技术 新能源产业 瓶颈 战略规划 技术创新
徐青山教授为我们详细介绍了能源危机下的风光互补发电系统技术优势，及其对新能源发展应用的创新与推动。并结合日本某大学的风光互补发电系统案例深入地展示，并展望新能源发展的前景。
风光互补发电系统被誉为是最合理的独立电源系统。因为它最合理地利用了偏远地区的资源。偏远地区一般用电负荷都较小而且居住分散，所以用电网送电成本就很高，因此只能在当地直接发电，最常用的就是采用柴油发电机。但柴油的储运对偏远地区来说成本太高，而且难以保障。所以柴油发电机只能作为一种短时的应急电源，要解决长期稳定可靠的供电问题，只能依赖当地的自然能源——太阳能和风能。太阳能和风能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源。偏远地区往往太阳能和风能资源又非常丰富，这为在偏远地区推广风光互补发电系统提供了资源条件。
太阳能是地球上一切能源的来源，风能是太阳能在地球表面的另外一种表现形式。并且太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，因此风光互补发电系统是资源条件最好的独立电源系统。
下面对风光互补发电系统进行具体分析。光电系统是利用光电板将太阳能转换成电能，然后通过控制器对蓄电池充电，最后通过逆变器对用电负荷供电的一套系统。该系统的优点是系统可靠性高，运行维护成本低，缺点是系统造价高。风电系统是利用小型风力发电机，将风能转换成电能，然而通过控制器对蓄电池充电，最后通过逆变器对用电负荷供电的一套系统。该系统的优点是系统日发电量大，系统造价低，运行维护成本低，缺点是我国的小型风力发电机的可靠性设计一直没能解决。
另外，风电和光电系统都存在一个共同的缺陷，就是资源的不确定性导致发电与用电负荷的不平衡，风电和光电系统都必须通过蓄电池储能才能稳定供电，但每天的发电量受天气的影响很大，会导致系统的蓄电池组长期处于亏电状态，这也是引起蓄电池组使用寿命降低的主要原因。
由于太阳能与风能的互补性强，风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。同时，风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的，所以风光互补发电系统的造价可以降低，系统成本趋于合理。
风光互补发电系统可以根据用户的用电负荷情况和资源条件进行系统容量的合理配置，即可保证系统供电的可靠性，又可降低发电系统的造价。无论是怎样的环境和怎样的用电要求，风光互补发电系统都可作出最优化的系统设计方案来满足用户的要求。应该说，风光互补发电系统是最合理的独立电源系统。目前，推广风光互补发电系统的最大障碍是小型风力发电机的可靠性问题。
自从改革开发以来，我国新能源产业发展越来越受到重视。其中风电产业率先进入快速规模化发展阶段，目前已具备初步的产业体系轮廓，表现出竞争力不断增强的可喜的发展势头。据统计，大型并网风电总装机容量从2000年的350MW增长到2009年的16130MW，年均增长53%，累计风电总装机容量达到25800MW。在太阳能利用领域，在2009年已经达到年产4000MW光伏发电池的能力，成为世界上第一大太阳能光伏电池的生产国。但是，由于光伏电池发电成本较高，目前我国太阳能光伏发电仍主要用于解决电网覆盖不到的偏远地区的居民用电问题。2009年新增装机容量160MW，累计装机容量达到300MW。在太阳能利用方面，目前运用最广的是太阳能热水器。2009年，我国太阳能热水器年生产能力已达到42M平方米，累计太阳能热水器使用量超过145M平方米，占世界太阳能热水器总使用量的60%以上。
总体看来，我国新能源产业发展成效显著，并且规模化是今后新能源产业发展的总趋势，但随着产业规模的不断扩大，成本、技术、装备、人才、政策、相关体制等诸多问题也逐渐显现，成为制约我国新能源产业规模化的瓶颈。
首先，新能源发展面临的主要问题仍然是成本较高，市场竞争力弱。在不考虑常规能源外部环境成本的情况下，除太阳能热水器外，绝大多数利用新能源生产的电力、热力、液体燃料产品的成本仍然高于常规能源产品，缺乏经济竞争优势，不具备完全自主商业化发展的能力。这一点我们可以通过进行国内外新能源利用方式的对比看出差距。目前德国、丹麦等国新能源与负荷中心地理距离相对较短，大多分散就近接入，就地消纳，开发成本较低。而我国风电、光伏发电等新能源远离负荷中心，必须远距离大容量输送，开发成本较高。其次，技术研发投入不足，自主创新能力不强。国外新装风机都具备有功/无功调节能力及低电压穿越能力；新的光伏发电并网导则也提出了类似的要求。国内风电机组和光伏电站有功/无功调节能力差，不具备低电压穿越能力。要尽快降低成本、克服电网等外部支撑条件的限制，必须依赖持续不断的技术创新和产业化应用。虽然我国在新能源利用关键技术研发水平和创新能力方面有所提高，但总体上和国外发达国家相比仍然明显落后，技术研究水平和科研投入水平都相对较低。目前，国内大部分新能源企业的核心技术均来源于国外，而我国自身的基础研究薄弱，创新性、基础性研究工作开展得较少、起步较晚、水平较低，缺乏强有力的技术研究支撑平台，缺乏清晰系统的技术发展路线以及长期的发展思路， 没有制定连续、滚动的研发投入计划，用于研究开发的资金支持也明显不足。第三，产业体系薄弱 配套能力不强。欧美国家在发展新能源发电的同时也大力发展燃油、燃气等调节能力强的机组，以满足风电大规模并网的需要。我国以火电为主，占总装机容量的76%，系统调峰调频能力有限；系统峰谷差大。并且，欧美国家电网联系紧密，功率交换能力强，为新能源发电跨区、跨国消纳提供了坚实的基础。而目前，我国区域电网之间联系较弱，功率交换能力不强。此外，行业管理松散 标准体系和人才建设严重滞后；政策体系不完善，措施不配套等都成为大规模发展新能源电力的瓶颈。
尽管存在诸多问题，但新能源发展是我国发展的根本战略，也是时代的要求。所以，采取何种措施促进新能源产业的健康发展成为当前的紧要问题。首先，出台一个国家新能源发展战略规划，对行业进行引导和规范，十分紧迫。新能源战略规划应该对新能源行业的战略性重点和近期重点、长期和中短期目标进行科学预测和规划，在市场准入条件、行业技术标准、融资渠道、投资领域、行业管理规范、行业发展导向、新能源结构等方面进行详细规范，避免各地无序发展，防止重复建设、产能过剩和资源浪费。其次，加大技术创新投资力度。技术创新是一个国际化的议题。以芬兰为例，这个当今世界上公认的创新型国家，研发投入占GDP的3．5％，在全世界排第3位。新能源的开发利用、成本降低终究要依靠技术创新来实现。中国目前的技术创新整体水平较低，在新能源技术领域尤其明显。在风能和太阳能领域，关键部件和核心工艺技术严重依赖进口，新能源产业链的高端环节非常薄弱，形成又一个低附加值陷阱。实用性的提高直接取决于相关技术，如智能电网技术，不仅可以解决新能源发电并网问题，而且每年可减少能源损耗5％～10％左右。以2008年35 000亿度的用电总量计算，中国每年可节省2 000亿元。第三，提高实用性。新能源不能只是一个口号，或者是某些政府部门表彰政绩的官样文章，应该真正收到经济效益。实际应用是新能源发展中的瓶颈，通过新技术提升应用性是主要途径，因此，还需要在制约新能源实用的诸多方面扫清障碍。一是基础设施的完善。如电网布局、智能电网改造，新能源汽车赖以运行的充电站建设等，通过完善基础设施，为新能源的应用提供基本条件。二是完善补贴机制。新能源虽然清洁。但其技术实现成本较高，所以出于公共利益的考虑，国际上普遍采用价格补贴的方法鼓励供给和消费。中国需要在补贴领域和补贴方法上进行扩展，如财税支持等，以完善新能源的补贴机制。三是调整能源利益结构。如大型电网公司出于企业利益而对新能源发电“明热暗冷”，实质是能源利益结构所致。国家应该通过补贴或绩效考核等途径，对现有能源利益结构进行调整，甚至也可以采取强制办法让国有大企业为公共利益让步，防止地方保护主义的垄断行为。只有多管齐下，才能为提高新能源的实用性扫清障碍。第四，合理均衡发展。完善新能源的产业链条因此，中国长远目标应该是以风能、太阳能为主，适当发展核能、生物质能、垃圾焚烧、沼气、地热等能源，建立多元化的新能源利用体系，合理均衡地发展新能源。
总而言之，能源枯竭和环境恶化已成为人类可持续发展的重大威胁，新能源开发迫在眉睫。新能源即将成为人类历史上的“第四次能源革命”，新能源产业将成为战略性新兴产业已经成为全球共识。中国也顺应潮流将新能源发展提上战略日程，但却面临缺乏规划、技术创新不足、应用障碍多、发展不均衡等问题。通过出台战略规划加强引导，通过加大技术创新、完善基础设施、建立补贴机制和能源利益调节等完善提高实用性，通过产业政策和市场培育政策完善产业链条扩展市场容量，通过多元化策略建立合理的新能源体系，是中国在新能源发展方面的必然战略选择。这样在未来的“低碳经济”时代，中国才有机会掌握应有的话语权，才能在国际竞争中立于不败之地。
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