1.1 风光新能源发展现状

随着全球范围内“减碳”政策的推行，以风能、光伏为代表的新能源在电力系统中的地位日益提高，新能源发电技术逐渐成熟。其中，国外对风电、光伏的开发利用与投资较多、起步较早，相应配套措施与技术辅助制度也已比较成熟。我国风电、光伏的发展虽然起步相对较晚，但在“双碳”战略目标提出后，我国对新能源发电的扶持力度也日益增强。目前我国的新能源技术正处于蓬勃发展期，以国家电网为代表的电力行业企业正在持续大力推进风电与光伏等新能源场站的建设与发电并网，近年来我国风光新能源累计装机容量已稳居全球首位。

1.1.1 风电发展现状

1.国外发展现状

人类利用风能已经有几千年的历史，但风能最初主要用于推动帆船、磨面、抽水等，其在发电上的应用只有约140年的历史。19世纪80年代后期，全球第一台自动运行的风电机组在美国诞生，其额定容量仅有12kW。第二次世界大战前后，能源需求迅速增长，欧美相继开始了更大容量风电机组的研发。1941年，美国成功研制单机容量1.25MW、风轮直径53.3m的大容量风电机组，但由于其技术极为复杂，再加上当时的制造水平有限，导致机组运行极不稳定。20世纪90年代，MW级风电机组制造技术日趋成熟并逐渐实现了商业化。1991年，英国首个陆上风电场在Cornwall（康沃尔）建成，由10台风电机组组成，为2700户居民供电。2017年6月，全球领先的风电机组企业MHI Vestas（维斯塔斯）推出了单机容量高达9.5MW的海上风电机组。

随着温室效应带来的影响愈发明显，人类发展可再生能源的意愿也日趋强烈，风力发电在快速发展的同时，装机容量也在不断提高。据全球风能理事会（GWEC）发布的数据，2008—2011年，全球风电总装机容量的年增长率均超过了20%。2009年之后，虽然风电装机容量的增长率整体呈现下降的趋势，但由于风电装机总容量基数高，因而每年的新增装机容量仍处于较高水平。截至2021年，全球风电总装机容量已达837GW，与5年前相比增长了70%，与10年前相比增长了2.5倍。2008—2021年全球风电总装机容量及年增长率如图1.1所示。

目前世界上风能资源开发程度较高、风电设备制造水平较为先进的国家包括丹麦、美国和德国等。

丹麦是世界上最早利用风力发电的国家之一。2017年3月，丹麦成功利用风能为自己国家提供了24h的全部用电。2020年丹麦风力发电量达16.27TW·h，创历史纪录，占全国用电量的46.1%。此外，丹麦在推行能源转型的过程中也专注于探索电力体制改革，其在2005年以来逐渐实现了电力的市场化，并借助与周边国家的电网互联，将供应和需求转换为价格信号，通过电力市场来实现电力资源的优化配置，成为其他国家电力行业改革的重要参考。

美国风电发展历史悠久，相关技术体系趋于成熟，其装机容量先后在2009年、2012年和2015年经历了三次大规模增长。虽然在2010年之后，美国风电装机容量退居世界第二，但由于其严格的管控标准和先进的技术保障体系，直到2015年美国仍然是世界上最大的风电电力生产国和主要的风电设备制造国。

德国将环境保护和清洁能源开发作为基本国策，在发展风电上给予了很大的政策支持，包括风电保障收购、风电机组制造资金补贴、上网电价提高、发电补贴等手段，极大促进了德国风电事业的健康发展，其风电设备设计和制造技术水平不断提升，风电成本逐渐下降。截至2021年，德国风电装机容量已居欧洲首位、世界第三，其陆上风电发电量接近96.3TW·h，成为德国内仅次于褐煤的第二大电力来源。

2.我国发展现状

我国对风电的开发起步较晚，20世纪五六十年代是我国风力发电机组技术发展的摸索试验阶段，该阶段的主要目标是解决海岛和偏远地区的用电难题，研制重点为离网型、分布式小型风电机组。20世纪70年代末，我国开始进行并网风电示范研究，引进国外风电机组成功建设了示范风电场。1986年，我国第一座陆上风电场——马兰风电场在山东省荣成市并网发电，成为了我国风电发展史上的里程碑。2002年左右，我国开始大规模发展风电，但发电功率普遍较小，大部分是定速、定桨机组，且以进口为主。2003年以来，国家发展和改革委员会通过风电特许权经营，制订了一系列优惠政策，大力推动了我国风电产业进入高速发展阶段。近年来，随着“双碳”战略目标的提出，进一步推动了风电装机容量的快速增长。2022年11月23日，全球范围内单机容量最大、叶轮直径最大、单位MW重量最轻的风电机组——16MW海上风电机组下线，标志着我国在海上风电大容量机组高端装备制造能力上实现了重要突破，且已达到国际领先水平。根据国家能源局发布的数据，2008—2021年我国风电装机容量及增长率如图1.2所示。截至2021年年底，我国累计风电装机容量㊀达到328.71GW，占全球总装机容量的39.3%。

我国风能资源主要分布在“三北”地区、东南沿海及其岛屿，据国家能源局发布的数据，2021年我国风电装机容量前10名的省（自治区、直辖市）的相关信息如图1.3所示。其中内蒙古自治区、河北省、新疆维吾尔自治区、江苏省、山西省五个省（自治区、直辖市）风电装机容量位居我国前五，以上5个省、自治区风电总装机容量占我国风电总装机容量的40.5%。

1.1.2 光伏发展现状

1.国外发展现状

光伏发电是对太阳能开发利用的重要方式，具有应用形式多样、容量规模灵活、安全可靠、维护便捷等突出优点，应用前景广阔。早在1839年，法国科学家贝克勒尔（E.Becquerel）就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差，这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。1954年，美国科学家恰宾（Chapin）等人在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，将太阳能转换为电能的实用光伏发电技术。1969年，法国建成世界上第一座光伏电站。20世纪70年代后期，随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统的化石燃料能源正在逐步减少，且其对环境造成的破坏不断加深。在此背景下，全世界将目光投向了新型能源，太阳能以其独有的优势成为人们研究的焦点。20世纪80年代，太阳电池的种类不断增多、应用范围日益广阔、市场规模也逐步扩大，商品化非晶硅光伏电池组件于1984年问世。美国是最早制定光伏发电发展规划的国家，在1997年提出了“百万屋顶”计划，日本、德国、瑞士、法国等国纷纷效仿，并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。到了21世纪，光伏发电不断发展，2006年，世界上已建成10多座兆瓦级光伏电站，其中包括6座并网光伏电站。

随着光伏电池组件技术的不断完善，光伏发电得到了快速发展。图1.4为2010—2021年全球光伏总装机容量及年增长率。2010—2021年全球光伏总装机容量年增长率均超过20%。截至2021年，全球光伏总装机容量突破942GW，约为2015年的4倍，2010年的22倍。

据国际能源署（IEA）统计，2021年全球光伏发电市场持续强势增长，新增装机175GW，累计装机容量达942GW，同比增长20.7%。如图1.5所示，2021年光伏新增装机容量排名前10的国家依次为中国（54.9GW）、美国（26.9GW）、印度（13GW）、日本（6.5GW）、巴西（5.5GW）、德国（5.3GW）、西班牙（4.9GW）、澳大利亚（4.6GW）、韩国（4.2GW）、法国（3.3GW）。2021年进入全球前10位的国家装机容量最低水平约为3GW，与2020年基本持平，是2019年所需容量水平的两倍。前10位的国家年度光伏总装机约占全球年度光伏总装机的74%，较2020年（78%）略有下降。

2021年至少20个国家的光伏累计装机容量超1GW，15个国家光伏累计装机容量超10GW，5个国家光伏累计装机容量超过40GW。其中我国累计装机容量306.54GW，同比增长21.7%，全球排名第一。其次为欧盟（178.7GW，同比增长18.1%），美国（123GW，同比增长12.0%），日本（78.4GW，同比增长9.5%）、印度（60.4GW，同比增长27.4%）。

美国国家可再生能源实验室的太阳能研发中心是太阳能产业基础领域和应用领域的重要研究机构。美国已在大多数州通过《净电量计量法》，对光伏发电项目进行初始投资补贴或电价补贴。具体依据各州情况，光伏发电的激励政策有所差异，但大多采用可再生能源配额、税收优惠、现金补助等方式。

德国1998年开始实施鼓励家庭光伏发电的“10万屋顶计划”，成为较早关注光伏发电技术的国家。2000年，德国推行《可再生能源优先法》（也称《可再生能源法》），实施高额的补贴激励政策，促使德国光伏市场呈现喷井式增长，引领德国成为光伏应用大国。截至2021年底，德国光伏累计装机容量达到66.5GW，新增装机容量5.3GW。

日本由于自然资源短缺，从1990年起就开始致力于光伏发电技术的研发。1993年，日本启动“新阳光计划”，加速光伏电池、燃料电池、深层地热、超导发电和氢能等资源开发利用。2021年日本新增光伏装机容量6.5GW，全球排名第四，仅次于中国、美国和印度。截至2021年年底，日本累计装机容量达到了78.4GW。

2.我国发展现状

20世纪70年代，我国开始进行光伏发电技术开发，并于20世纪90年代末建成第一套3MW多晶硅电池及应用系统。2001年，我国推出“光明工程计划”，旨在通过光伏发电解决偏远山区的用电问题。2004年，我国在深圳国际园林花卉博览园建成1MW并网光伏发电站，该电站成为国内首座兆瓦级并网光伏电站，也是当时亚洲最大的并网光伏电站，成为我国并网光伏发电的标志性事件。2007—2010年，我国的光伏发电项目快速走向市场化。2009年7月16日，财政部、科技部、国家能源局联合发布《关于实施金太阳示范工程的通知》，决定综合采取财政补助、科技支持和市场拉动方式，加快国内光伏发电的产业化和规模化发展。2011年以后，并网型光伏项目成为主流，随着各项利好政策的推出，光伏装机总量和增长率均持续快速增长，我国逐渐成为光伏发电大国。图1.6所示为2017—2021年我国光伏新增装机与累计装机容量情况。由图可知，我国光伏发电累计装机容量在2020年达到253.56GW，在2021年底达到306.54GW，同比增长高达20.89%。

我国的光伏发电呈现东中西部共同发展的格局，据国家能源局统计，2021年我国光伏发电累计装机容量前10名的省（自治区、直辖市）分别为：山东省（33430MW）、河北省（29210MW）、江苏省（19160MW）、浙江省（18420MW）、安徽省（17070MW）、青海省（16320MW）、河南省（15560MW）、山西省（14580MW）、内蒙古自治区（14120MW）、宁夏回族自治区（13840MW），各省（自治区、直辖市）占比如图1.7所示。