数值预报让新能源更“风光”

70米层高风速，100米层高风速、云量、辐照强度……这些对我们日常生活而言有些生僻的气象数据，却直接决定着新能源发电的功率波动规律。只有做出精确的气象预报，才能准确把握新能源发电的脉搏，实现电网的合理调度。

每天3时和15时，中国电力科学研究院数值天气预报运行中心都会向全国22个电网调控中心的新能源功率预测系统发送未来72小时的气象预报结果，以便调控中心及时做好新能源功率预测与电网调度。

实时四维数据同化示意图

更有针对性的气象预报

“常规的天气预报，通常会提供某一地区的气象要素，而数值天气预报则能够提供比常规气象预报时空分辨率更为精细的气象要素数值。”中国电科院资源评价与功率预测技术研究室主任冯双磊介绍说。

中国电科院数值天气预报运行中心是我国首个用于电力系统生产运行的数值天气预报运行中心，拥有专业的电力气象研究团队，研发了国际先进的专业化电力气象预报模式和高性能计算用硬、软件设备。其硬件系统计算速度居我国2011年高性能计算机TOP100的第41名，计算性能是省级气象台硬件系统的10倍;软件系统采用气象研究与预测模式，被众多国际知名机构广泛应用于各类业务预报中。

冯双磊说，数值天气预报运行中心可在两小时内完成东北、华北、西北、华东沿海等地区未来72小时之内，时间分辨率为15分钟，水平分辨率为5千米×5千米的风向、风速、气压、湿度、降水等多种气象要素的预报信息。

随着智能电网的快速发展及大规模高压、特高压电网建设，气象条件与电网运行的关系越来越密切。据统计，我国电力系统运行事故70%以上是由异常天气引起的。除了支撑新能源功率预测以外，精细化的数值天气预报还能应用于风偏、覆冰等电力气象灾害预警，开展气象灾害对电网安全运行的影响评估，提高灾害气象预警水平。

目前，中国电科院已建成集电力气象信息集成、电力气象数值天气预报、气象数据资料库于一体的数值天气预报运行中心。其实时气象预报服务已经走出国门，为葡萄牙、菲律宾电网提供风电功率预测服务。

风光波动早知道

“对风电场、光伏电站输出功率进行预测，被认为是增加电网调峰容量、提高电网接纳新能源发电能力、改善电力系统运行安全性与经济性最有效、最经济的手段之一。”中国电科院新能源研究所高级工程师王勃说，将数值天气预报的风速、风向等数据作为输入量，通过预测算法，就可以将数值天气预报的气象要素转换为风电场、光伏电站的输出功率预测。因此，数值天气预报数据的准确性是新能源发电功率预测精度的重要决定因素之一。

中国电科院依托数值天气预报运行中心，开展了数值天气预报在新能源功率预测中的应用研究，研究成果已在吉林省调、宁夏区调等22个省级及以上新能源功率预测系统中成功应用。据介绍，其功率预测精度比采用国外数值预报结果提高了1%～3%;风电功率预测精度在山东、江苏等沿海地区已经能达到90%以上，内陆省份达到80%左右;光伏发电功率预测精度在85%左右，达到国际领先水平。

中国电科院历时7年研发的新能源智能监测与调度系统在22个省级及以上电网成功应用。王勃说，以三北地区为例，该系统至少提高新能源利用率10%以上，相当于每年多接纳新能源电量50多亿度，间接经济效益超过25亿元。

我国气象台站的分布从沿海向内陆逐渐减少，而太阳能资源丰富地区大都集中在西部。西部地区观测资料的不足直接导致数值预报精度较差，影响了新能源功率预测精度，并在一定程度上影响了电网接纳可再生能源的能力。而气象卫星能够实现大范围、全天候的观测，通过卫星遥感数据，可显著丰富西部地区的观测资料，提高数值预报的精度。

目前，中国电科院正在开展基于集合四维同化的电力气象多尺度数值预报及应用技术的相关探索。通过与美国国家大气研究中心的合作，中国电科院将研发世界领先的电力气象数值模式，建成电力气象预报及综合服务平台，填补我国电力气象技术从数值模式到服务体系的空白。

中国电科院还就如何有效使用卫星数据，开展了包括卫星云图处理、快速辐射传输模式等在内的技术研究，使数值天气预报能够更好地服务电力系统，提升气象技术对电网安全、高效、可靠运行的支撑能力。

释放更多新能源

“西藏太阳能资源居全国之首，是世界上最丰富的地区之一。风能储量初步测算每年可达930亿度，居全国第七。”中国电科院新能源所总工程师迟永宁说，保障西藏经济可持续发展是一项重要国策，同时又要兼顾西藏独特、脆弱的生态环境保护，发展太阳能、风能等新能源发电是解决西藏电力供给不足，保障西藏经济社会可持续发展的必经之路。

中国电科院系统分析了影响西藏地区新能源发电的降水、温度、海拔、云量等气候条件，找到了适用于西藏地区气候和地形条件的气候模式。在数值天气预报数据的支撑下，中国电科院研发了高海拔地区风能和太阳能资源评估平台，这将对西藏中部电网新能源发电的开发和利用产生指导作用，推动光伏等新能源发电及相关产业在西藏的健康发展，为建设高原坚强智能电网提供强大的技术支撑。

在全球能源互联网战略的展望之下，中国电科院还完成了对北极地区环境特征及风电资源的评估，以及对北极地区风电开发的技术研究。“结合俄罗斯在国际气象组织发布的北极沿岸地区空间气象观测数据，我们完成了北极地区风资源宏观情况的综合评估。”迟永宁表示，这为实现俄罗斯、中国清洁能源互联互通奠定了基础。

截至2015年6月，全国风电并网容量1.06亿千瓦，10年增长了近100倍;光伏并网容量0.36亿千瓦，5年增长了近100倍。“十三五”期间，我国的新能源将进一步发展，风电规模达将2亿千瓦，太阳能发电将达1亿千瓦。

如今，数值天气预报水平的日益提高正不断增强新能源功率预测的精度，中国电科院数值天气预报运行中心挖掘着气象预报对提升电力生产的经济效力和安全性能的巨大潜力。

未来，中国电科院将继续为我国新能源资源的开发提供持续、强大的科技支撑，全力推动新能源行业发展。