數(shù)值預(yù)報(bào)讓新能源更“風(fēng)光”

70米層高風(fēng)速，100米層高風(fēng)速、云量、輻照強(qiáng)度……這些對我們?nèi)粘Ｉ疃杂行┥У臍庀髷?shù)據(jù)，卻直接決定著新能源發(fā)電的功率波動(dòng)規(guī)律。只有做出精確的氣象預(yù)報(bào)，才能準(zhǔn)確把握新能源發(fā)電的脈搏，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的合理調(diào)度。

每天3時(shí)和15時(shí)，中國電力科學(xué)研究院數(shù)值天氣預(yù)報(bào)運(yùn)行中心都會(huì)向全國22個(gè)電網(wǎng)調(diào)控中心的新能源功率預(yù)測系統(tǒng)發(fā)送未來72小時(shí)的氣象預(yù)報(bào)結(jié)果，以便調(diào)控中心及時(shí)做好新能源功率預(yù)測與電網(wǎng)調(diào)度。

實(shí)時(shí)四維數(shù)據(jù)同化示意圖

更有針對性的氣象預(yù)報(bào)

“常規(guī)的天氣預(yù)報(bào)，通常會(huì)提供某一地區(qū)的氣象要素，而數(shù)值天氣預(yù)報(bào)則能夠提供比常規(guī)氣象預(yù)報(bào)時(shí)空分辨率更為精細(xì)的氣象要素?cái)?shù)值。”中國電科院資源評價(jià)與功率預(yù)測技術(shù)研究室主任馮雙磊介紹說。

中國電科院數(shù)值天氣預(yù)報(bào)運(yùn)行中心是我國首個(gè)用于電力系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)運(yùn)行中心，擁有專業(yè)的電力氣象研究團(tuán)隊(duì)，研發(fā)了國際先進(jìn)的專業(yè)化電力氣象預(yù)報(bào)模式和高性能計(jì)算用硬、軟件設(shè)備。其硬件系統(tǒng)計(jì)算速度居我國2011年高性能計(jì)算機(jī)TOP100的第41名，計(jì)算性能是省級氣象臺(tái)硬件系統(tǒng)的10倍;軟件系統(tǒng)采用氣象研究與預(yù)測模式，被眾多國際知名機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各類業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中。

馮雙磊說，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)運(yùn)行中心可在兩小時(shí)內(nèi)完成東北、華北、西北、華東沿海等地區(qū)未來72小時(shí)之內(nèi)，時(shí)間分辨率為15分鐘，水平分辨率為5千米×5千米的風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、濕度、降水等多種氣象要素的預(yù)報(bào)信息。

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展及大規(guī)模高壓、特高壓電網(wǎng)建設(shè)，氣象條件與電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)系越來越密切。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國電力系統(tǒng)運(yùn)行事故70%以上是由異常天氣引起的。除了支撐新能源功率預(yù)測以外，精細(xì)化的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)還能應(yīng)用于風(fēng)偏、覆冰等電力氣象災(zāi)害預(yù)警，開展氣象災(zāi)害對電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響評估，提高災(zāi)害氣象預(yù)警水平。

目前，中國電科院已建成集電力氣象信息集成、電力氣象數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、氣象數(shù)據(jù)資料庫于一體的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)運(yùn)行中心。其實(shí)時(shí)氣象預(yù)報(bào)服務(wù)已經(jīng)走出國門，為葡萄牙、菲律賓電網(wǎng)提供風(fēng)電功率預(yù)測服務(wù)。

風(fēng)光波動(dòng)早知道

“對風(fēng)電場、光伏電站輸出功率進(jìn)行預(yù)測，被認(rèn)為是增加電網(wǎng)調(diào)峰容量、提高電網(wǎng)接納新能源發(fā)電能力、改善電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性與經(jīng)濟(jì)性最有效、最經(jīng)濟(jì)的手段之一。”中國電科院新能源研究所高級工程師王勃說，將數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)作為輸入量，通過預(yù)測算法，就可以將數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的氣象要素轉(zhuǎn)換為風(fēng)電場、光伏電站的輸出功率預(yù)測。因此，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是新能源發(fā)電功率預(yù)測精度的重要決定因素之一。

中國電科院依托數(shù)值天氣預(yù)報(bào)運(yùn)行中心，開展了數(shù)值天氣預(yù)報(bào)在新能源功率預(yù)測中的應(yīng)用研究，研究成果已在吉林省調(diào)、寧夏區(qū)調(diào)等22個(gè)省級及以上新能源功率預(yù)測系統(tǒng)中成功應(yīng)用。據(jù)介紹，其功率預(yù)測精度比采用國外數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果提高了1%～3%;風(fēng)電功率預(yù)測精度在山東、江蘇等沿海地區(qū)已經(jīng)能達(dá)到90%以上，內(nèi)陸省份達(dá)到80%左右;光伏發(fā)電功率預(yù)測精度在85%左右，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

中國電科院歷時(shí)7年研發(fā)的新能源智能監(jiān)測與調(diào)度系統(tǒng)在22個(gè)省級及以上電網(wǎng)成功應(yīng)用。王勃說，以三北地區(qū)為例，該系統(tǒng)至少提高新能源利用率10%以上，相當(dāng)于每年多接納新能源電量50多億度，間接經(jīng)濟(jì)效益超過25億元。

我國氣象臺(tái)站的分布從沿海向內(nèi)陸逐漸減少，而太陽能資源豐富地區(qū)大都集中在西部。西部地區(qū)觀測資料的不足直接導(dǎo)致數(shù)值預(yù)報(bào)精度較差，影響了新能源功率預(yù)測精度，并在一定程度上影響了電網(wǎng)接納可再生能源的能力。而氣象衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍、全天候的觀測，通過衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，可顯著豐富西部地區(qū)的觀測資料，提高數(shù)值預(yù)報(bào)的精度。

目前，中國電科院正在開展基于集合四維同化的電力氣象多尺度數(shù)值預(yù)報(bào)及應(yīng)用技術(shù)的相關(guān)探索。通過與美國國家大氣研究中心的合作，中國電科院將研發(fā)世界領(lǐng)先的電力氣象數(shù)值模式，建成電力氣象預(yù)報(bào)及綜合服務(wù)平臺(tái)，填補(bǔ)我國電力氣象技術(shù)從數(shù)值模式到服務(wù)體系的空白。

中國電科院還就如何有效使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)，開展了包括衛(wèi)星云圖處理、快速輻射傳輸模式等在內(nèi)的技術(shù)研究，使數(shù)值天氣預(yù)報(bào)能夠更好地服務(wù)電力系統(tǒng)，提升氣象技術(shù)對電網(wǎng)安全、高效、可靠運(yùn)行的支撐能力。

釋放更多新能源

“西藏太陽能資源居全國之首，是世界上最豐富的地區(qū)之一。風(fēng)能儲(chǔ)量初步測算每年可達(dá)930億度，居全國第七。”中國電科院新能源所總工程師遲永寧說，保障西藏經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展是一項(xiàng)重要國策，同時(shí)又要兼顧西藏獨(dú)特、脆弱的生態(tài)環(huán)境保護(hù)，發(fā)展太陽能、風(fēng)能等新能源發(fā)電是解決西藏電力供給不足，保障西藏經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

中國電科院系統(tǒng)分析了影響西藏地區(qū)新能源發(fā)電的降水、溫度、海拔、云量等氣候條件，找到了適用于西藏地區(qū)氣候和地形條件的氣候模式。在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的支撐下，中國電科院研發(fā)了高海拔地區(qū)風(fēng)能和太陽能資源評估平臺(tái)，這將對西藏中部電網(wǎng)新能源發(fā)電的開發(fā)和利用產(chǎn)生指導(dǎo)作用，推動(dòng)光伏等新能源發(fā)電及相關(guān)產(chǎn)業(yè)在西藏的健康發(fā)展，為建設(shè)高原堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

在全球能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的展望之下，中國電科院還完成了對北極地區(qū)環(huán)境特征及風(fēng)電資源的評估，以及對北極地區(qū)風(fēng)電開發(fā)的技術(shù)研究。“結(jié)合俄羅斯在國際氣象組織發(fā)布的北極沿岸地區(qū)空間氣象觀測數(shù)據(jù)，我們完成了北極地區(qū)風(fēng)資源宏觀情況的綜合評估。”遲永寧表示，這為實(shí)現(xiàn)俄羅斯、中國清潔能源互聯(lián)互通奠定了基礎(chǔ)。

截至2015年6月，全國風(fēng)電并網(wǎng)容量1.06億千瓦，10年增長了近100倍;光伏并網(wǎng)容量0.36億千瓦，5年增長了近100倍。“十三五”期間，我國的新能源將進(jìn)一步發(fā)展，風(fēng)電規(guī)模達(dá)將2億千瓦，太陽能發(fā)電將達(dá)1億千瓦。

如今，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)水平的日益提高正不斷增強(qiáng)新能源功率預(yù)測的精度，中國電科院數(shù)值天氣預(yù)報(bào)運(yùn)行中心挖掘著氣象預(yù)報(bào)對提升電力生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效力和安全性能的巨大潛力。

未來，中國電科院將繼續(xù)為我國新能源資源的開發(fā)提供持續(xù)、強(qiáng)大的科技支撐，全力推動(dòng)新能源行業(yè)發(fā)展。