第三届电力电子科普作品创作大赛-入围奖 

上海海事大学 张子骏

如果你在假期外出游览时留意过城市周边的山坡，那么你很有可能看到过大片排列整齐、闪着银灰色光泽的光伏板，在阳光下静静地“伫立”；一家人外出驱车在公路上行驶时，你偶尔也会被路旁巨型的风车叶片划出的优美弧线所深深的震撼，这些都是我国大力发展新能源发电的典型景象。在实现“双碳”目标的进程里，光伏、风力发电以及储能技术，都扮演着至关重要的角色。今天，咱们就来深入探寻它们的意义，了解一下它们是怎样相互配合工作，并助力国家双谈目标顺利推进的。

一、光伏：捕捉阳光的“能量魔术师”

如果想要了解光伏发电的原理，我们就要从光伏电池说起，它们的主要材料多为硅。当阳光照射到光伏电池表面时，光子会撞击电池中的硅原子，使硅原子的电子获得能量，挣脱原子的束缚，形成自由电子和空穴。在电池内部电场的作用下，自由电子和空穴分别向不同方向移动，从而产生电流，这就是光伏效应，也就是光伏发电的基本原理。打个形象的比方，光伏电池就像一个个“光能猎手”，将太阳播撒在世间的能量收集起来。而从能量转化角度看，光伏发电是将太阳能直接转化为电能，整个过程没有燃烧，因而也就不会产生二氧化碳等温室气体。相比较而言，传统的火力发电依赖煤炭、石油等化石燃料的燃烧，过程中会释放出大量的温室气体。

图一 光伏发电的系统概要图

在实际的生活应用中，光伏发电在我们身边的形式丰富多样。小到家庭屋顶的光伏装置，能为家庭日常用电提供部分甚至全部电力；大到大型的光伏电站，占地面积广，发电规模大，可为整个区域供电。光伏发电还是开发我国广袤戈壁沙漠的“急先锋”，它能应用在一些环境较为恶劣的特殊场景，我们可以利用沙漠土地建设光伏电站。它们不仅能发电，还能在一定程度上减少沙漠地区的太阳辐射的直接照射，从而降低地表温度，起到抑制沙尘的作用。

图二 我国新疆哈密的塔式太阳能发电站

光伏发电对于我国双碳目标的作用非常关键。一方面，它大幅降低了人们对传统化石能源的依赖，从而减少碳排放。另一方面，光伏的广泛应用有助于优化能源结构，让清洁能源在能源消费中的占比不断提升，推动能源系统向低碳化转型。

在我国双谈目标加速高质量实现的今天，光伏的应用实例丰富多样。除去上图中光伏电站在西部戈壁沙漠的应用实例，在渔业方面，“渔光互补”成效显著。这一理念的核心原理就是让阳光“分身”工作，鱼塘上方的光伏板会吸收阳光中用于发电的波段，将太阳能转化为电能并输送到电网。而穿过光伏板的柔和光线则刚好能满足水下鱼类的生长需求，避免强烈的阳光直射池塘导致水温过高，反而能改善养殖的环境。像江苏扬州宝应县光伏发电应用领跑基地2号100兆瓦项目，就是利用坑塘水面区域建设光伏，采用这种新型的开发模式，致力于打造集光伏电站建设、光伏先进技术示范、特色水产品养殖、特色渔业休闲旅游为一体的综合开发基地，取得了良好的效果。[1]

图三 江苏扬州宝应县“渔光互补”光伏发电项目

在西藏等高原地区，“牧光互补”项目也在蓬勃发展，拉萨市堆龙德庆区邦村的200兆瓦牧光互补光伏发电项目，每年可输送3.5亿度清洁电力，通过租赁村集体草场，为村民带来分红等收入，还提升了土地综合效益，实现上方发电、下方牧草的生态与经济双赢。[2]多领域范围内的应用实例充分彰显出光伏在我国能源结构优化进程中所发挥的关键作用，也预示着其未来广阔的发展前景。

二、风力发电：驭风而行的“清洁动力”

小时候的你是否在山巅矗立，切实地感受清风在皮肤的表面轻柔的穿过，今天的我们已经实现了将“山间之清风”这一苏轼笔下的“造物者之无尽藏”转化为能实实在在能为我们日常生活所用的电能。风力发电的原理并不复杂，简单来说，就是利用风的动能推动风车叶片旋转，再通过传动系统将这种旋转动力传递给发电机，最终实现发电。人类对于风力的利用其实有很长的历史，骑士、风车麦浪、辛勤的劳动人民一直是我们幻想中中世纪的标准景象，世界各地都曾将风车用于提水、磨粉等生产活动。进入现代后，风电成为清洁能源开发的重点：国外自20世纪70年代能源危机后加快了风电相关的技术研发，逐步推动风电发展从陆地风电向更具潜力的海上风电延伸。

风力发电场的选址很有讲究，通常会选在风力资源丰富的地区，像草原、海边、山口等地区。这些地方风速大而稳定，能够保证风力发电机高效运转。从单机容量来看，现代大型风力发电机的功率可达数兆瓦，一个大型风电场往往由成百上千台这样的风机组成，年发电量十分可观。

在典型实例方面，作为我国海上风电发展的里程碑，东海大桥风电场坐落于上海东海大桥东侧14千米、浦东新区岸线以南8至13千米的海域，不仅是中国首个海上风电项目，更是亚洲的首座大型海上风电场，为我国后续海上风电的开发建设积累了关键经验。该风电场分两期建设：一期工程总装机容量为10.2万千瓦，由34台国产3000千瓦风电机组构成，投运后每年可输送电能2.67亿千瓦时；其二期工程选址东海大桥西侧，配备27台3.6兆瓦海上风机，年发电量达2.38亿千瓦时。[3]伴随着海风吹拂与叶片优雅的旋转，这些矗立在海上的白色“巨人”持续为上海输送清洁的电力资源，助力区域能源结构的低碳转型。

图四 我国上海地区的海上风电场

与光伏发电相同，风力发电同样不需要消耗化石燃料，在发电的过程中几乎不会产生碳排放，是典型的清洁能源。近些年来，我们国家风力发电的发展还带动了相关产业的长足进步，如风机制造、风电场建设与维护等，为实现双碳目标，促进绿色经济的发展提供了坚实的产业支撑。

三、储能：新能源的“平衡卫士”

光伏发电与风力发电都有一个明显的特点，就是发电具有间歇性和不稳定性。光伏依赖光照，白天发电，夜晚几乎不发电，而且阴天时发电效率也会大幅降低；而风电依赖风力，风力大小和风向时刻变化，导致发电量波动较大。这些问题都给电网的稳定运行带来了挑战，因为电网运行时需要保持电力的供需平衡，而不稳定的发电会造成电网频率、电压等参数的波动，从而影响供电质量甚至导致电网发生故障。

储能技术的出现，很好地解决了这个问题。与光伏和风电相比，储能就像是一个统筹事务“业务主管”，在光伏与风电这两位“打工人”的工作效率高涨时，将多余的电能储存起来；在这对“打工人”的工作效率下降或者用电高峰期时再把储存的电能释放出来，实现电力的“削峰填谷”，从而保障电网的稳定。当前常见的储能技术各有特性，且与光伏、风力发电的消纳需求深度适配。锂电池储能凭借响应速度快、储能效率较高的优势，能精准应对光伏因云层遮挡、风电因风速突变产生的短时出力波动；抽水蓄能作为技术最成熟、装机规模最大的储能方式，常配套大型风电与光伏基地，在风电大发的夜间或光伏满发的正午，用过剩电力将水抽至上水库，待日间用电高峰或新能源出力不足时放水发电以化解“弃风弃光”问题，但其受地理条件限制较大，需依托具备落差的流域地形建设；压缩空气储能则因储能规模大、寿命长的特点，适合支撑新能源基地的长时储能需求，如在西北光伏、风电集中区域，可于用电低谷时将空气压缩储存至地下洞穴，用电高峰时释放推动涡轮机发电，为跨时段电力调节提供保障。

在双碳目标的实现过程中，储能技术是不可或缺的一环。它保障了新能源电力的稳定供应，让更多的光伏和风电电力能够接入电网并被有效利用，减少了因新能源发电不稳定而对传统火电的依赖，从而进一步降低了碳排放。可以说，储能技术是新能源大规模发展的重要支撑，为双碳目标的稳步推进筑牢了基础。

四、“三剑合璧”，共赴双碳未来

光伏、风力发电和储能技术并非各自“孤军作战”，而是相互协同、相互促进的关系。光伏和风电负责清洁电力的生产工作，储能技术则负责调节电力的供需平衡，三者结合，构建起了更加稳定、高效的新能源电力系统。

图五 我国东莞地区的光储一体化项目

从能源结构转型的角度看，随着光伏、风电和储能技术的不断发展和成本的持续下降，新能源在能源消费中的占比会变得越来越高。甚至会逐步替代传统化石能源，推动整个能源系统向低碳化、绿色化转变，为实现碳达峰和碳中和目标提供核心动力。而从社会经济发展的角度来看，新能源产业的发展创造了大量的就业岗位，带动了相关技术研发和产业升级。比如光伏产业的硅材料制备、电池片生产，风电产业的风机设计与制造，储能产业的电池技术研发等，都需要大量的专业人才，旺盛的产业需求促进了相关领域就业市场的繁荣，同时也提升了国家在新能源领域的技术水平和产业竞争力。

此外，新能源技术的推广应用还能提升能源安全水平。传统化石能源往往分布不均，很多国家需要依赖进口才能满足本国所需，而新能源是本国的“自产能源”，光伏利用的是阳光，风电利用的是风力，这些资源在本国国土上都普遍存在，从而减少了对外部能源的依赖，增强了国家的能源自主可控能力，也为我国双碳目标的成功实现营造了更加安全的能源环境。

总而言之，光伏发电、风力发电以及储能技术是实现双碳目标的关键支撑。它们就像三位相互配合协同作战的“剑客”，共同讨伐传统能源所造成的环境污染这一终极的“大boss”为我们清洁健康的生产生活开创未来的“happy ending”。 

参考文献

[1]“隆基双面组件+万亩水面”，助力宝应500MW领跑者基地大放异彩-国际太阳能光伏网(https://msolar.in-en.com/html/solar-2355185.shtml)

[2]“光伏+牧业”，走出生态富民新路子-西藏政务服务网(https://www.xizang.gov.cn/xwzx_406/dsdt/202509/t20250918_500504.html)

[3]东海大桥海上风电场示范工程-上海勘测设计研究院有限公司官网(https://www.sidri.com/shy/scyyw/xnyx/index.html?show_loading=0&webview_progress_bar=1&f_link_type=f_linkinlinenote&flow_extra=eyJpbmxpbmVfZGlzcGxheV9wb3NpdGlvbiI6MCwiZG9jX3Bvc2l0aW9uIjoxLCJkb2NfaWQiOiIxOGU0NWYxZjZhYzU3NDI2LTk1ZDhkY2I3NGJkNjQ4NzYifQ%3D%3D&push_animated=1&theme=light)）