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伴随着全球经济的发展，世界各国对能源的需求不断提高。随着中国经济的崛起，中国对能源的需求迅速增加，2012年，中国成为全球最大的能源消耗国。中国能源现状存在着许多亟待解决的问题 [1] ，如能源存储和消耗区域极度不平衡、能源结构不平衡、能源利用效率较低、存在能源安全隐患等问题。尽管近几年来能源消耗增速变缓，但是高耗能经济模式所带来的能源结构不平衡问题和环境污染问题并没有得到根本改变。
与美国等发达国家相比，中国的能源结构极具不平衡性[ 2-4 ]。根据2010年的统计数据，美国的能源消耗中，煤炭所占的比例为22％，而中国高达66％（其余为石油占17.5％，天然气占5.6％，水能占8.1％，其他能源占2.8％）。大规模火电所排放的二氧化硫和氮氧化物，加剧了酸雨的形成，其形成区域不断扩大；由于粉尘的排放量增加造成空气质量不断恶化，尤其是入冬以后空气质量明显下降，PM 2.5 浓度不断升高。中国作为全球最大的能源增量市场，为了调整能源结构，必须大力发展可再生能源，形成低碳多源的全新能源结构 [5，6] 。
能源行业为了更加适应不断变化的能源需求，越来越多的能源企业和能源消耗者更加重视技术进步 [7，8] ，更加关注环境问题。随着全球能源结构的持续低碳化 [9] ，可再生能源竞争力持续提升。预计到2035年，可再生能源、核能和水电可占到全球能源增长的50％。根据《BP世界能源展望2017》的数据，可再生能源增长最快，其年均增长率为7.6％，占新增发电量的40％，预计到2035年可再生能源发电量可升至20％，中国的可再生能源发电比例可增至20％以上，新增占比35％以上，如图1.1 所示。国际能源署（IEA）公布的数据显示，2015 年与能源相关的碳排放量连续两年持平。研究发现，碳排放量连续持平的主要原因在于水能、太阳能、风能等可再生清洁能源发电装机容量在全球持续激增。
图1.1 2035年可再生能源发展预测
随着光伏组件、风电机组成本的急剧降低，光伏发电的成本持续下降，风电成本也将大幅降低。考虑可再生能源发电间歇性问题，在保证发电系统稳定的相关技术日益成熟的前提下，可再生能源竞争力日益提高，必将成为可以和煤炭竞争的主要能源。太阳能、风能发电的竞争力日渐提高，为中国向低碳能源结构方向转化提供了前提条件 [10] 。
中国可再生能源学会提供的中国太阳能资源分布情况，如图1.2所示，中国大部分地区，特别是西部地区的太阳能辐射总量大，新疆东部地区处于太阳能资源最丰富带，年总能量大于6 300 MJ／ m 2 ，年总辐射量大于1 750 kWh ／ m 2 ；新疆的大部分地区处于太阳能资源很丰富带，年总能量为5 040 ～ 6 300 MJ／ m 2 ，年总辐射量在1 400 ～ 1 750 kWh ／ m 2 。此外，新疆地区地广人稀，无污染，空气清洁，透明度好，十分适合建立大规模的光伏发电站。
图1.2 部分省市太阳能开发量统计图
根据国家能源局发布的数据，截至2016 年底，我国光伏发电新增装机容量3 454万千瓦，累计7 742万千瓦。其中，分布式光伏新增424 万千瓦，累计1 032 万千瓦，比2015年增长200％[ 11 ]，光伏发电全国全年平均利用时间为1 133小时。新疆新增、累计装机容量均居全国首位，但年平均利用小时数仅为1 042 小时，弃光率高达26％[ 12 ]。由于光伏发电曲线与负荷曲线啮合度高，能有效缓解波峰用电压力，节约电费（如图1.3所示），分布式光伏发电[ 13，14 ]已成为光伏应用的主流趋势。
图1.3 光伏发电能量分布图
新疆地广人稀，太阳能资源丰富，十分适合建设光伏电站[ 15，16 ]。2011 年12 月，哈密20 MW光伏电站一期工程正式分区域并网发电，标志着新疆光伏电站建设正式拉开序幕。至2013年年底，新疆电网内共投运光伏电站23座，设计电站装机容量510 MW。2014年新增光伏电站建设项目43项，总装机容量为1 100 MW。2015年国家能源局给新疆下达50座光伏电站建设任务，总装机容量为1 300 MW。
中国的风能资源十分丰富，开发潜力巨大，如图1.4 所示，平均风能功率密度为100 W／ m 2 ，风能总储量为3.26 ×10 6 MW，可用于开发利用的陆上风能资源约为2.53 ×10 5 MW，海上风能资源约为7.5×10 5 MW，每年可提供2.3×10 12 kWh的电能。其中，新疆的风能储量约为3.433×10 7 kW。
图1.4 部分省市有效风能密度分布图
随着全球可再生能源发电的发展，储能作为可再生能源发电系统的重要组成部分，自2016年起呈现规模化发展的趋势。各能源消耗大国都在研究如何利用储能技术解决可再生能源发电的稳定性问题，越来越多的储能技术也开始应用于智能电网。作为对传统电网系统稳定运行的有力支撑，提升可再生能源消纳能力的有力保障，分布式微电网的关键技术——储能技术得到了电力能源行业的高度重视和广泛认可。随着储能技术的模式创新，调峰调频储能电站、园区供能微电网的出现，储能技术在用电侧峰谷差价套利、电网侧储能容量电价、区域微电网上网机制、发电侧电源补偿机制等方面将成为研究热点。