人类的生存和发展需要利用各种能源，人类的能源时代经历了木柴时代、煤炭时代和石油时代。自工业革命以来，人类大规模地利用煤炭和石油等化石能源，导致二氧化碳等温室气体大规模的排放，使得地球大气的保温作用增强，从而出现了“全球变暖”问题。自工业革命以来全球平均气温大约上升了1.2℃，全球变暖不仅仅是气候要素的改变，而是一种全球性环境问题。

世界上最大的水光互补发电站

全球变暖带来一系列环境问题，首先会导致两极和高纬度地区冰川融化，使得海平面上升，淹没沿海低地；其次会导致原有生态系统发生改变，使大量物种因难以适应新的生存环境而灭绝；再次会导致极端天气和气候事件，如厄尔尼诺现象、拉尼娜现象、极端高温、极端干旱等多发；最后会导致人类农业生产受到改变，对农业产量、作物品种、耕作方式和农业生产的稳定性等都会产生重大影响。

黄河上的水利枢纽和水电站

为了缓解全球变暖问题，人类主要从减少二氧化碳排放和增加植被覆盖率两方面入手。在二氧化碳的减排方面，减少煤炭和石油等化石燃料是主要方面，为此人类利用核能、风能、太阳能、波浪能、潮汐能和地热能等新能源。目前来看，太阳能和风能是最具有开发潜力的新能源，我国为了实现碳达峰和碳中和的目标，正在大力推进风能和太阳能的开发。

中国风能资源分布图

很明显，风能和太阳能的开发就是利用气候资源来发电，以我国为例，风能资源和太阳能资源的分布并不均匀。我国的风能资源主要分布在西北干旱半干旱地区和东部沿海地区，我国的太阳能资源主要分布在西北干旱半干旱地区和青藏高寒区，我国内蒙古、宁夏、甘肃和新疆所在的西北地区，是风能和太阳能都十分丰富的地区，加上地广人稀，这里十分适宜新能源的开发。

中国太阳辐射能分布图

但是，我国西北地区开发新能源也存在劣势，那就是距离能源消费市场远，目前正在建设输电线路，加大能源外输。此外，风能和太阳能还存在自身的劣势，那就是能量不稳定，风能的风力有大小的变化，太阳能有白天和晚上的差异，从而导致发电量不稳定，就可能影响电网的稳定性，为了缓解这方面的问题，我国大力建设储能项目。

龙羊峡水电站

今天，我们要介绍的案例就是位于黄河上游的龙羊峡水电站采用水光互补发电，成为世界上装机容量最大的水光互补发电站。龙羊峡水电站位于青海省共和县与贵德县之间的黄河干流上，是黄河上游第一座大型梯级电站，人称黄河“龙头”电站，电站总装机容量128万千瓦。我们知道水电站的发电量可以通过放水量的大小来调节，当风能或太阳能发电量大时，水电站就会少放水，减少发电量；当风能或太阳能发电量小时，水电站就多放水，增加发电量，保持电力输出的平稳。

龙羊峡水电站光伏发电场

因此，在龙羊峡水电站水库左岸建设了占地25平方千米的光伏电站，总装机容量为850兆瓦。2015年，装机850兆瓦的水光互补光伏电站全部建成并网发电，次年，位于我国东部地区的江苏省就用上了来自青海的清洁能源。光伏发电通过龙羊峡水电站水轮机组的快速调节，将原本不稳定的锯齿型光伏电源，调整为均衡、优质、安全，更加友好的平滑稳定电源，解决了光伏发电的弃光难题和安全并网问题。

水光互补技术