70米層高風速，100米層高風速、云量、輻照強度……這些對我們日常生活而言有些生僻的氣象數(shù)據(jù)，卻直接決定著新能源發(fā)電的功率波動規(guī)律。只有做出精確的氣象預報，才能準確把握新能源發(fā)電的脈搏，實現(xiàn)電網(wǎng)的合理調度。

每天3時和15時，中國電力科學研究院數(shù)值天氣預報運行中心都會向全國22個電網(wǎng)調控中心的新能源功率預測系統(tǒng)發(fā)送未來72小時的氣象預報結果，以便調控中心及時做好新能源功率預測與電網(wǎng)調度。

更有針對性的氣象預報

“常規(guī)的天氣預報，通常會提供某一地區(qū)的氣象要素，而數(shù)值天氣預報則能夠提供比常規(guī)氣象預報時空分辨率更為精細的氣象要素數(shù)值。”中國電科院資源評價與功率預測技術研究室主任馮雙磊介紹說。

中國電科院數(shù)值天氣預報運行中心是我國首個用于電力系統(tǒng)生產運行的數(shù)值天氣預報運行中心，擁有專業(yè)的電力氣象研究團隊，研發(fā)了國際先進的專業(yè)化電力氣象預報模式和高性能計算用硬、軟件設備。其硬件系統(tǒng)計算速度居我國2011年高性能計算機TOP100的第41名，計算性能是省級氣象臺硬件系統(tǒng)的10倍；軟件系統(tǒng)采用氣象研究與預測模式，被眾多國際知名機構廣泛應用于各類業(yè)務預報中。

馮雙磊說，數(shù)值天氣預報運行中心可在兩小時內完成東北、華北、西北、華東沿海等地區(qū)未來72小時之內，時間分辨率為15分鐘，水平分辨率為5千米×5千米的風向、風速、氣壓、濕度、降水等多種氣象要素的預報信息。

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，氣象條件與電網(wǎng)運行的關系越來越密切。據(jù)統(tǒng)計，我國電力系統(tǒng)運行事故70％以上是由異常天氣引起的。除了支撐新能源功率預測以外，精細化的數(shù)值天氣預報還能應用于風偏、覆冰等電力氣象災害預警，開展氣象災害對電網(wǎng)安全運行的影響評估，提高災害氣象預警水平。

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)值天氣預報、氣象數(shù)據(jù)資料庫于一體的數(shù)值天氣預報運行中心。其實時氣象預報服務已經(jīng)走出國門，為葡萄牙、菲律賓電網(wǎng)提供風電功率預測服務。

風光波動早知道

“對風電場、光伏電站輸出功率進行預測，被認為是增加電網(wǎng)調峰容量、提高電網(wǎng)接納新能源發(fā)電能力、改善電力系統(tǒng)運行安全性與經(jīng)濟性最有效、最經(jīng)濟的手段之一。”中國電科院新能源研究所高級工程師王勃說，將數(shù)值天氣預報的風速、風向等數(shù)據(jù)作為輸入量，通過預測算法，就可以將數(shù)值天氣預報的氣象要素轉換為風電場、光伏電站的輸出功率預測。因此，數(shù)值天氣預報數(shù)據(jù)的準確性是新能源發(fā)電功率預測精度的重要決定因素之一。

中國電科院依托數(shù)值天氣預報運行中心，開展了數(shù)值天氣預報在新能源功率預測中的應用研究，研究成果已在吉林省調、寧夏區(qū)調等22個省級及以上新能源功率預測系統(tǒng)中成功應用。據(jù)介紹，其功率預測精度比采用國外數(shù)值預報結果提高了1%～3%；風電功率預測精度在山東、江蘇等沿海地區(qū)已經(jīng)能達到90%以上，內陸省份達到80%左右；光伏發(fā)電功率預測精度在85%左右，達到國際領先水平。

中國電科院歷時7年研發(fā)的新能源智能監(jiān)測與調度系統(tǒng)在22個省級及以上電網(wǎng)成功應用。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，相當于每年多接納新能源電量50多億度，間接經(jīng)濟效益超過25億元。

我國氣象臺站的分布從沿海向內陸逐漸減少，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致數(shù)值預報精度較差，影響了新能源功率預測精度，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)星能夠實現(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)值預報的精度。

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)值預報及應用技術的相關探索。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)世界領先的電力氣象數(shù)值模式，建成電力氣象預報及綜合服務平臺，填補我國電力氣象技術從數(shù)值模式到服務體系的空白。

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的技術研究，使數(shù)值天氣預報能夠更好地服務電力系統(tǒng)，提升氣象技術對電網(wǎng)安全、高效、可靠運行的支撐能力。

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。風能儲量初步測算每年可達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)濟可持續(xù)發(fā)展是一項重要國策，同時又要兼顧西藏獨特、脆弱的生態(tài)環(huán)境保護，發(fā)展太陽能、風能等新能源發(fā)電是解決西藏電力供給不足，保障西藏經(jīng)濟社會可持續(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)值天氣預報數(shù)據(jù)的支撐下，中國電科院研發(fā)了高海拔地區(qū)風能和太陽能資源評估平臺，這將對西藏中部電網(wǎng)新能源發(fā)電的開發(fā)和利用產生指導作用，推動光伏等新能源發(fā)電及相關產業(yè)在西藏的健康發(fā)展，為建設高原堅強智能電網(wǎng)提供強大的技術支撐。

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)境特征及風電資源的評估，以及對北極地區(qū)風電開發(fā)的技術研究。“結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)風資源宏觀情況的綜合評估。”遲永寧表示，這為實現(xiàn)俄羅斯、中國清潔能源互聯(lián)互通奠定了基礎。

截至2015年6月，全國風電并網(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，我國的新能源將進一步發(fā)展，風電規(guī)模達將2億千瓦，太陽能發(fā)電將達1億千瓦。

如今，數(shù)值天氣預報水平的日益提高正不斷增強新能源功率預測的精度，中國電科院數(shù)值天氣預報運行中心挖掘著氣象預報對提升電力生產的經(jīng)濟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)、強大的科技支撐，全力推動新能源行業(yè)發(fā)展。

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