新型電力系統為什么需要準確氣象預測

構建以新能源為主體的新型電力系統，服務碳達峰、碳中和目標，意味著風電和光伏發電將逐步成為未來電力系統的主體。能源電力系統將發生根本性的變革，在推動電源清潔化、電網智能化和用戶電氣化的同時，也將改變電網運行特征。傳統電力系統對電源側的精確控制進而實現“源隨荷動”的運行模式，將轉變為以電網為平臺實現“源網荷儲”智能協同供需平衡的運行模式。

電力系統的運行與大氣環境關系十分緊密，氣象要素對發電、輸電、電力負荷等均有著顯著的影響。氣象預測是保障電力系統安全穩定運行有效的手段之一，氣象預測已經在電網氣象災害預測、負荷預測、水力發電預測及電網設備防災減災等方面發揮越來越重要的作用。在高比例新能源電力系統中，風電、光伏等發電方式受地域和氣象條件的影響更大，存在較大的波動性，其高比例接入對電力系統穩定運行帶來巨大挑戰。構建電力氣象預報分析系統，實現不同時空氣象資源分析基礎上的可再生能源規劃布局，可以有效提升新能源發電功率的預測水平以及抵御極端氣象災害的能力。化電力氣象預報分析系統可以實現不同類型發電功率實時預測和區域用電負荷預測基礎上的電網穩定調度，有效減輕新能源發電不穩定性對電網產生的影響，提高新能源利用效率，是實現新型電力系統穩定經濟運行的重要技術措施。

目前，電力系統從氣象機構獲取的氣象預報信息，主要建立在公共氣象服務基礎上，與電網小空間、多時間尺度、點對點精細化預報要求差距還比較大。數值天氣預報是指根據大氣實際狀況，在一定的初值和邊值條件下，通過大型計算機進行數值計算，求解描述天氣演變過程的動力學和熱力學的方程組，預測未來一定時段的大氣運動狀態和天氣現象的方法。和一般采用天氣學方法并結合經驗制作而成的天氣預報不同，這種預報是定量和客觀的預報。南方電網公司正在構建電力生產全域高分辨率數值天氣預報系統，將在新能源規劃布局、新能源功率預測、電網防災減災、電網負荷預測4個方面支撐新型電力系統的控制和運行。

為新能源規劃布局服務

風電、光伏發電方式均受地域和自然資源的影響，在空間上分布極不均勻，在時間上存在較大的波動性和間隙性，同時風電、光伏在時間和空間上也具有互補性。利用氣象數值分析，通過分析氣象歷史數據和實時監測數據，在總結分析區域性風能和光能的基礎上，可以在局部尺度上優化風能和光能的配比，進而減少新能源出力的波動性。通過計算風電、光伏安裝比例與風光發電系統穩定性之間的關系，獲得不同區域風光出力波動小的風光安裝比，提高風光的利用率。在新能源的規劃布局上，也可以利用電力氣象分析系統，進行區域新電源和地區性負荷的匹配分析，優化電源布局，盡可能減少電網功率穿越損失。

為新能源功率預測服務

按照2030年風能和太陽能裝機容量達到12億千瓦的發展目標以及2060年前實現碳中和的要求，2060年我國風能和太陽能裝機容量可能達到60億千瓦，成為真正的主力電源。風電和光伏等發電方式存在較大的隨機性、波動性和間歇性等特點，在季節尺度上，太陽能在夏秋季比較豐富，而風能在冬春季比較豐富，二者在季節上可以形成互補。在一天24小時內也可以實現日內互補。新型電力系統建設使得清潔能源生產、傳輸和調度對天氣氣候狀況的依賴度越來越高，未來電網將在電源和負荷的雙重波動條件下實現電網穩定。利用的氣象數值天氣預報系統，可以有效提升新能源發電功率的預測水平，提高電網目標調度的有效性，有效減輕新能源不穩定性對電網產生的影響，提高新能源利用效率，支撐新型電力系統發展。

為電網防災減災服務

輸電變電設備長期暴露于復雜多變的氣象環境中，尤其是輸電線路路徑長、覆蓋廣，所經過區域多為高寒、雷害、覆冰、大風區，極易受到寒潮、臺風、暴雨等氣象災害的影響而發生故障。據統計，氣象災害導致的故障占電網總故障數的60%以上。冬季，南方地區尤其是貴州和云南容易受到北極極地渦旋、西北太平洋副熱帶高壓、南支槽等天氣系統的影響，出現輸電線路覆冰災害。夏季，臺風成為影響電網安全運行最主要的氣象災害。相比傳統電源，風電、光伏等新能源發電更容易受到大風、低溫、暴雨、雷害等極端天氣的影響，極端氣象災害可導致風光等新能源出力銳減、發電設施破壞，具有長時間大面積停電的風險。目前，國內外氣象部門以及電力企業利用氣象數值天氣預報系統對覆冰情況開展了預測，能夠實現未來1-3天、3千米以下分辨率的格點化覆冰厚度預測；利用氣候因子，對臺風數量、強度、可能登陸地點開展中長期預測，并對電網臺風災害總體情況進行了預測和評估。

氣象預測可以提前預知極端天氣的強度和持續時間，評估災害對電力系統的影響程度，提前做好防災準備及電力調度規劃，如對發電設備進行提前加固、提前關閉發電機組等措施，來有效減少電力企業的損失，防止大面積停電的風險。

為電力負荷預測服務

電力負荷受到經濟發展、工業水平、氣象要素等因素的影響。準確的負荷預測，可以保障社會的正常生產和生活，有效降低發電成本，提高經濟效益和社會效益。近年來，受到全球變暖趨勢的影響，氣候系統越發不穩定，高溫等極端天氣的強度和持續時間有增強的趨勢，氣象預測在負荷預測中的作用越來越重要。隨著人工智能、大數據分析技術的興起，氣象大數據結合卷積神經網絡、隨機森林、模糊聚類法等人工智能方法廣泛應用于短期、超短期負荷預測，預測準確率得到了明顯提升。此外，隨著高分辨率數值天氣預報模式的不斷發展，基于數值模式可建立數值預報—電力負荷預測模型，實現電力負荷高分辨率格點化的預測。

隨著新型電力系統的逐步發展，風電、光伏等新能源在電源結構中將逐漸占據主導地位。新型電力系統對于氣象預測的依賴度更強，要求更高。構建電力精細化氣象數值預報預測系統，將成為新型電力系統安全穩定經濟運行的重要技術手段。

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