可再生能源规模化应用中的技术挑战与创新路径

摘要：目前，全球能源需求不断增长，有伴随着日益突出的环境问题，所以可再生能源规模化应用备受关注，已经成为全球能源转型的重要方向。但是，可再生能源规模化应用也面临着诸多技术挑战。本文分析了可再生能源规模化应用中的技术挑战，并探讨了相应的创新路径，目的是为我国可再生能源产业发展提供参考。

关键词：可再生能源；规模化应用；技术挑战；创新路径

引言：

最近几年，我国可再生能源产业发展迅速，现在已经在全球可再生能源领域占据重要地位。但大规模使用可再生能源目前仍然面临很多技术挑战，比如发电成本太高、并网难、储能技术也不够成熟等。所以为了推广可再生能源的应用，应该深入研究这些技术难题，找到新的解决办法。

一、可再生能源规模化应用中的技术挑战

（一）发电成本高

可再生能源发电成本高的问题是其无法大规模应用的主要原因。虽然这几年技术发展迅速，生产规模扩大，光伏组件的成本大幅下降，但整个系统的成本还是很高。比如光伏组件本身、土地租赁费用、支架安装成本、逆变器等设备的购置和维护都花费不少[1]。另外，风力发电和生物质等其他类型的可再生能源发电，同样存在差不多的难题。在光伏发电领域，虽然现在单晶硅、多晶硅这些太阳能板价格已经大幅降低，但整个光伏系统还是不便宜。主要因为建设光伏电站要占领大量的土地资源，而土地租赁费用占到整个系统花费的大部分。而且支架和逆变器本身价格就高，且这些设备的维护和更换周期较短，让整个系统运营成本更高了。若是考虑风力发电，风力发电机的制造成本本身就高，建设风力发电场和日常维护更需要投入大量资金。生物质能发电虽然本身成本低点，但生物质原料的收集、运输和处理成本较高，所以发电经济性依然受影响[2]。

（二）并网难

可再生能源发电时具有间歇性和波动性特征，这跟传统能源很不一样，给电网稳定带来挑战。目前，我国的电网主要是交流电网，这种电网结构在让可再生能源接入并网的时候存在限制。第一点，天气质量会直接影响再生能源的发电量，比如光伏发电依赖于日照强度，风力发电依赖于风速。这种不稳定性让电网很难预估和安排，导致运行风险变高。第二点，国内现有的电网基础设施很难适应大规模可再生能源的并网需求。比如，输电线路带不动那么多再生能源，或者调度系统无法有效管理电量的变化。另外，并网技术、设备要求、调度管理等地方也存在问题。比如，不同再生能源设备的参数不一样，相互之间无法衔接；调度时候无法有效应对发电量的起伏。

（三）储能技术不足

储能技术是解决可再生能源发电间歇性和波动性的重要手段。然而，现在储能技术存在很多问题，导致它们在大规模使用可再生能源时推广不起来。第一，储能技术的成本较高。比如，锂电池等储能设备制造起来成本高，且用久了性能就会变差，需要定期更换，增加了成本。第二，储能设备的寿命都不太长。电池等储能设备循环次数有限，经常充放电会加速老化，寿命更短。另外，储能设备的安全问题也非常重要。在充电放电时，电池等储能设备可能会发热，严重的话还会引发火灾或者爆炸等安全事故。

（四）技术创新不足

当前阶段，虽然我国的可再生能源产业发展迅速，但在光伏组件、风力发电机、储能设备等关键技术方面，与国际现金技术相比还存在一定的差距。在光伏组件领域，我国生产光伏电池方面进步很大，不过转换效率和稳定上还要提高。在风力发电机领域，我国大型风力发电机研发和生产方面成绩不错，但高性能和低成本研发还要努力。在储能设备领域，我国在电池技术和储能系统设计等地方需要更多创新，降低成本，让性能更好，安全性更高。

二、可再生能源规模化应用中的创新路径

（一）降低发电成本

（1）优化设计，提高设备性能

要想降低可再生能源发电成本，应进行优化设计。通过精细化优化光伏组件、风力发电机等关键设备，就可以有效提高其发电效率。比如，在设计光伏组件时，可以采用更高效率的硅材料、优化电池结构和电池排列方式等方法，进一步提升单瓦发电量。在设计风力发电机时，则可以采用改进叶片形状、优化风轮直径、提高控制系统响应速度等手段，不断增强其在不同风速条件下的发电能力。应用以上技术可以有效降低单位发电成本，让整体发电系统更加稳定和可靠。

（2）降低系统成本

除了提升设备本身的性能以外，也应通过降低系统成本的方式来降低发电成本。在具体实践中，可以创新土地使用、支架结构、逆变器等系统组成部分的技术。比如，可以采用轻质高强度的材料，有效降低支架重量，并减少土地占用，降低运输成本；也可以通过集成化设计对逆变器结构进行简化，有效降低制造成本和运维成本；还可以利用模块化设计提高系统组装效率，有效降低人工成本。

（二）优化并网技术

（1）发展智能电网技术

智能电网技术可以提高可再生能源的并网能力。具体而言，智能电网可以利用集成先进的通信技术、传感技术和控制技术来实时监测电网状态，让电力调度效率更高，提高可再生能源接纳能力。比如，通过智能调度系统实现可再生能源发电与电网负荷的动态平衡，进一步减少弃风弃光的现象。

（2）完善并网标准

通过制定和完善相应的并网标准，保障可再生能源设备的兼容性和稳定性。具体包括设备的技术规范、接口标准、测试方法等。统一的标准体系可以推动设备制造商和电网运营商的合作，提升系统运行效率和安全性。

（三）推进储能技术创新

（1）研发新型储能技术

通过研发新型储能技术，可以有效解决可再生能源间歇性问题。研发和应用锂电池、液流电池、压缩空气储能等技术，可以存储和调节可再生能源的能量。比如，锂电池具有高能量密度，且快速充放电能力强，广泛应用于便携式电子设备和电动汽车领域。

（2）降低储能成本

储能成本会对储能技术大规模应用产生制约作用。可以通过技术创新和规模化生产来降低储能设备的制造成本。比如，无论是改进电池材料，还是优化电池结构，亦或是提高生产效率，都可以降低储能系统的成本，提高经济可行性。

结束语：综上所述，可再生能源规模化应用是我国能源转型的重要方向。面对技术挑战，我国应加大技术创新力度，降低发电成本，优化并网技术，推进储能技术创新，加强国际合作，推动可再生能源规模化应用，为实现能源可持续发展目标贡献力量。

参考文献：

[1]王青山，李妍，张群，等. 不同规模化机械储能技术在高比例可再生能源电力系统中应用的比较分析 [J/OL]. 储能科学与技术， 1-15[2025-02-23].

[2]李鹏， 乡村规模化可再生能源多层协同控制关键技术及应用. 北京市， 华北电力大学， 2023-04-07.

项目名称：大规模分散式光伏基地全景监测感知与智慧控制关键技术研究与应用示范 ，编号2024AA004

作者简介：王云飞（1995），男，硕士研究生，主要研究方向为多能综合能源规划；