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从“看天吃饭”到“知天而作”,新能源急盼专业气象服务
      发布时间:2022-09-29 12:28      作者:admin      点击:

以风电光伏为主体的新能源如何摆脱“看天吃饭”的窘境,关乎国家电力安全。极端天气的出现常使得新能源的发电出力和设备安全受到不同程度的威胁。如果能够提供专业场景下,精准的气象预测服务,对于新能源健康发展将是个巨大的福音。

但现实的情况是,这项服务看似“刚需”,但对于许多新能源行业公司而言,却并不那么容易获得:如果单纯依赖国家气象部门的预测,精度远不能满足行业需求;如果自己组建数据分析团队,这大概率“不怎么划算”;如果购买专业的商业气象服务,国内市场起步较晚,缺乏高水平的预测服务,国外公司则因欠缺中国地面观测数据等因素处于天然劣势。

多位新能源和气象从业人士在接受第一财经采访时表示,随着新能源在电力系统中的占比逐渐增大,气象服务同步“跟上”的需求越来越迫切。一方面,国家气象部门应依据此前提出的相关政策,加大观测和预测投入,并逐步扩大向公众和商业部门开放气象资料。另一方面,支持和鼓励相关企业提升专业气象服务水平和能力,避免低水平的重复建设和恶性竞争,促进更多平台之间互联互通。

天气预报“风”头正劲

中国气象科学研究院二级研究员、中国气象局风能太阳能中心专家指导委员会副主任宋丽莉,长期从事气候资源、工程气象研究和技术咨询工作。在她看来,一个耐人寻味的细节是,“风”的地位正从众多气象要素中逐渐拔高,受到前所未有的关注。

“一直以来,全世界的气象科学研究95%以上都集中在温度和降水的研究,专门关注风的研究比较少,近年来,越来越多的学者和专业机构关注风的研究了。”宋丽莉告诉第一财经记者,这在一定程度上反映出近年来精细化、专业化气象服务的发展和进步。不同于大众普遍关心的温度和降水,风恰恰是新能源领域最关注的气象要素。

宋丽莉介绍,通常人们所说的气象服务可以理解为两种类型,一是面向公众的气象服务,主要由政府出资,目的是防灾减灾,得益于体制的优越性,我国处于国际领先水平。二是经济生活中,针对特定场景下的专业气象服务,例如能源和农业,这方面我国仍是发展中国家的水平。其中,一个很大的原因是我国气象部门的服务以公益性为主,很难同时满足方方面面的市场需求。因此,近几年出现了很多市场化的气象服务公司,有的发电企业和电网等市场主体也筹备了气象服务的专职团队,但是仍然不足以支撑发展的需求。

为何新能源领域对专业气象服务“呼声”尤为高涨?

金风科技气象主任工程师董海萍对第一财经表示,风机设备自身发展、电力系统预测要求提高、风电项目选址拓展和海外投资需求是支撑其发展的四大重要原因。

首先,随着高塔大容量、大叶轮机组的发展,对机组不断增大扫风面积内的风特性变化应变能力提出更高要求,如叶片的上叶尖与下叶尖之间的有超过上百米高度差的风速风向变化对机组稳定性影响,需对风参特征研究提出更精准的要求。

其次,以新能源为主体的新型电力系统对电力调控稳定性提出挑战,也对风电场每天可接入电网的发电量的风功率预测精准度提出更高要求。目前气象预测结果与实际应用,有时还存在着精准度偏差较大、空间和时间分辨率不足、缺乏多元数据耦合等问题,气象服务如何做到精准且高效地推送,是从业者必须面对的挑战。

同时,随着可利用土地资源愈发宝贵,风电行业正向海上和气候条件更为严酷复杂的内陆环境进发。目前深远海的气象观测数据较少,观测成本和难度都较高。海上风电工程建设和运维相比陆上风电对于气象预报要求更高,需要综合考虑大风窗口期、通航等多重限制因素,提升预报准确度和及时性。此外,海上风电还面临海冰、巨浪、风暴潮等海洋灾害,对资源评估和预测预警也提出了新的挑战。无论是高寒高海拔的复杂山地,还是高温干燥的沙漠腹地,都对于气象服务保障都提出了更高要求。

“中国的风电和光伏产业目前已位居世界领先行列,我们的产品也已经远销海外。这就需要拓展全球化的气象服务,而全球气象服务技术的提升,不仅可以保障我们海外项目的安全稳定,技术领先的数据服务也为海外投资提供了决策动力。”董海萍说。

事实上,类似的专业气象需求不仅发生在风电行业,光伏、电网等市场主体同样盼望。

“极端天气一直是我们比较担心的。很多项目的光伏电站都靠近沿海地带,甚至架设在滩涂上,当初就是看中了这些地方靠近负荷中心、可利用土地面积大、日照时间长的优势。但是碰上每年台风登陆或是其他极端天气,对于光伏设备的出力和安全性都会造成潜在的威胁。”浙江某新能源国企项目负责人对第一财经记者表示。

该负责人称,以台风天气为例,当地光伏支架设计最大抗风能力基本在13级左右,项目建成后,去年的几次台风都没有正面登陆,到达厂站附近的风力约为11级,因此几乎没有造成影响。“设计风速是在实验室静态环境下做的模拟,实际可能会出现很多因素的干扰和变化,所以我们也不能完全确定。”

数据来源及处理能力有待提升

金风科技和远景能源是两家风电制造行业的龙头企业,也是为数不多拥有自主研发专业气象服务的新能源企业。

远景智能新能源发电预测产品总监杨恢告诉第一财经记者,尽管专业的气象服务能为新能源企业带来“实打实”的好处,看似是笔共赢的生意,然而发展过程却存在诸多挑战。

精度是新能源行业对气象服务的根本要求。杨恢表示,国家气象部门的公开观测和预测数据,主要是面向大众服务,对于垂直行业气象服务需求的关注度并不高。对于风电企业而言,影响发电的风力区间主要集中在3m/s到10m/s,低于3m/s风机几乎不发电,超出10m/s风机基本满发。当前市场上普遍的气象服务风力误差平均在2m/s,由于风力发电功率和风速呈三次方的关系,因此2m/s的风速误差可能造成风力发电功率50%甚至100%的极大偏差。

杨恢分析,要提高风速预测空间和时间分辨率的精细化,提高预测精准度,基本可以回归到三项能力:一是大量的观测数据,二是超算能力,三是气象及算法模型。其中,观测数据可能是最难获得、投入最大的一项。

“气象数据可以分成观测数据和预报数据,前者是后者的基础。通常这些数据一部分来自国家气象部门和国际气候机构的公开数据,一部分来自商业气象服务公司的有偿数据,另一部分来自企业自身的观测数据。” 杨恢表示,对于依赖太阳辐射资源的光伏行业而言,由于日升日落的时间相对固定,存在较为明显的发电曲线特点,预测难度相对较小。但是“风力”的影响因素过于庞杂,受到地面地形、地貌以及所处环境特征等因素影响,需要丰富的观测数据才能得出较为准确的预判。

确定的高投入,不确定的回报,让如何实现广泛的“既准又性价比高”的专业气象服务的问题显得有些棘手。好在更多的机构已经付诸实践,用行动回答这个问题。

对此,宋丽莉建议,一方面,专业气象服务领域需要培养典型的“跨学科”人才。既要具有专业的气象专业背景,例如大气的流体力学、热力学等特征,又要深刻理解应用场景,例如风电机组的动力响应特征,目前这类人才极为稀缺。

另一方面,应加强气象部门和企业平台等主体之间的互联互通、共同合作。国家的气象事业就像修桥修路一样,属于基础设施建设,而发电企业本身就带有加装气象监测设备的硬性要求,因此不能完全依赖于某一方。空中的气象卫星可以“看得见”,地面的气象观测可以“看得准”,两者相互补充就能实现远超1+1>2的效果。

“如果我们一直停留在低水平的、粗犷的管理,也许这项工作就不需要那么大投入。但是如果我们追求安全条件下更高的效率,该停的时候停、该发的时候发,不过度的防御,那么我们的气象服务工作还有很大的探索空间。”宋丽莉说。

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马晨晨

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新能源气象服务光伏风电

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