人類的生存和發(fā)展需要利用各種能源，人類的能源時代經(jīng)歷了木柴時代、煤炭時代和石油時代。自工業(yè)革命以來，人類大規(guī)模地利用煤炭和石油等化石能源，導(dǎo)致二氧化碳等溫室氣體大規(guī)模的排放，使得地球大氣的保溫作用增強(qiáng)，從而出現(xiàn)了“全球變暖”問題。自工業(yè)革命以來全球平均氣溫大約上升了1.2℃，全球變暖不僅僅是氣候要素的改變，而是一種全球性環(huán)境問題。

世界上最大的水光互補(bǔ)發(fā)電站

全球變暖帶來一系列環(huán)境問題，首先會導(dǎo)致兩極和高緯度地區(qū)冰川融化，使得海平面上升，淹沒沿海低地；其次會導(dǎo)致原有生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生改變，使大量物種因難以適應(yīng)新的生存環(huán)境而滅絕；再次會導(dǎo)致極端天氣和氣候事件，如厄爾尼諾現(xiàn)象、拉尼娜現(xiàn)象、極端高溫、極端干旱等多發(fā)；最后會導(dǎo)致人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到改變，對農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、作物品種、耕作方式和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性等都會產(chǎn)生重大影響。

黃河上的水利樞紐和水電站

為了緩解全球變暖問題，人類主要從減少二氧化碳排放和增加植被覆蓋率兩方面入手。在二氧化碳的減排方面，減少煤炭和石油等化石燃料是主要方面，為此人類利用核能、風(fēng)能、太陽能、波浪能、潮汐能和地?zé)崮艿刃履茉础Ｄ壳皝砜?，太陽能和風(fēng)能是最具有開發(fā)潛力的新能源，我國為了實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)，正在大力推進(jìn)風(fēng)能和太陽能的開發(fā)。

中國風(fēng)能資源分布圖

很明顯，風(fēng)能和太陽能的開發(fā)就是利用氣候資源來發(fā)電，以我國為例，風(fēng)能資源和太陽能資源的分布并不均勻。我國的風(fēng)能資源主要分布在西北干旱半干旱地區(qū)和東部沿海地區(qū)，我國的太陽能資源主要分布在西北干旱半干旱地區(qū)和青藏高寒區(qū)，我國內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅和新疆所在的西北地區(qū)，是風(fēng)能和太陽能都十分豐富的地區(qū)，加上地廣人稀，這里十分適宜新能源的開發(fā)。

中國太陽輻射能分布圖

但是，我國西北地區(qū)開發(fā)新能源也存在劣勢，那就是距離能源消費(fèi)市場遠(yuǎn)，目前正在建設(shè)輸電線路，加大能源外輸。此外，風(fēng)能和太陽能還存在自身的劣勢，那就是能量不穩(wěn)定，風(fēng)能的風(fēng)力有大小的變化，太陽能有白天和晚上的差異，從而導(dǎo)致發(fā)電量不穩(wěn)定，就可能影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，為了緩解這方面的問題，我國大力建設(shè)儲能項(xiàng)目。

龍羊峽水電站

今天，我們要介紹的案例就是位于黃河上游的龍羊峽水電站采用水光互補(bǔ)發(fā)電，成為世界上裝機(jī)容量最大的水光互補(bǔ)發(fā)電站。龍羊峽水電站位于青海省共和縣與貴德縣之間的黃河干流上，是黃河上游第一座大型梯級電站，人稱黃河“龍頭”電站，電站總裝機(jī)容量128萬千瓦。我們知道水電站的發(fā)電量可以通過放水量的大小來調(diào)節(jié)，當(dāng)風(fēng)能或太陽能發(fā)電量大時，水電站就會少放水，減少發(fā)電量；當(dāng)風(fēng)能或太陽能發(fā)電量小時，水電站就多放水，增加發(fā)電量，保持電力輸出的平穩(wěn)。

龍羊峽水電站光伏發(fā)電場

因此，在龍羊峽水電站水庫左岸建設(shè)了占地25平方千米的光伏電站，總裝機(jī)容量為850兆瓦。2015年，裝機(jī)850兆瓦的水光互補(bǔ)光伏電站全部建成并網(wǎng)發(fā)電，次年，位于我國東部地區(qū)的江蘇省就用上了來自青海的清潔能源。光伏發(fā)電通過龍羊峽水電站水輪機(jī)組的快速調(diào)節(jié)，將原本不穩(wěn)定的鋸齒型光伏電源，調(diào)整為均衡、優(yōu)質(zhì)、安全，更加友好的平滑穩(wěn)定電源，解決了光伏發(fā)電的棄光難題和安全并網(wǎng)問題。

水光互補(bǔ)技術(shù)