中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：風(fēng)光發(fā)電“靠天吃飯”，天氣對(duì)可再生能源電站發(fā)電量的影響很大。受全球氣候變化影響，近幾十年區(qū)域極端天氣事件呈現(xiàn)“多發(fā)、頻發(fā)、強(qiáng)發(fā)、并發(fā)”的態(tài)勢(shì)，給風(fēng)光發(fā)電帶來更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
日前，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授、碳中和研究院院長助理魯璽在發(fā)布《中國碳中和目標(biāo)下的風(fēng)光技術(shù)展望》時(shí)指出，風(fēng)光是一種間歇性能源，在開發(fā)利用過程中，氣候和生態(tài)系統(tǒng)對(duì)其有著較大影響。一旦遭遇極端天氣，包括極端低溫、極端高溫、大風(fēng)、降雪等，就可能損害風(fēng)光發(fā)電設(shè)備。因此，做好天氣預(yù)測(cè)預(yù)警、提前防范風(fēng)險(xiǎn)十分重要。
■影響不容忽視
“全球氣候變化帶來的極端天氣事件對(duì)高比例風(fēng)光電力系統(tǒng)的影響非常大，甚至可以說是災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)?！敝袊鴼庀缶謬覛夂蛑行亩?jí)研究員朱蓉表示，“目前我國風(fēng)光電力占比還沒有那么高，但要注意的是，造成極端事件的氣象條件一直存在。舉個(gè)水電的例子，2020年7月至8月，長江流域高溫干旱，干旱日增加了16天，四川境內(nèi)的大渡河、閩江水來水量同比降低了40%—60%，水利發(fā)電能力降低一半，同時(shí)高溫促使社會(huì)用電量需求增加了25%，導(dǎo)致了四川的缺電事件。”
魯璽認(rèn)為，全球氣候變化帶來的極端天氣對(duì)風(fēng)光發(fā)電的影響不容忽視。一方面，極端天氣可能導(dǎo)致風(fēng)光發(fā)電設(shè)備的損壞；另一方面，極端天氣也可能影響風(fēng)光發(fā)電的電能質(zhì)量。
《中國碳中和目標(biāo)下的風(fēng)光技術(shù)展望》報(bào)告顯示，極端寒潮和低溫有可能造成風(fēng)機(jī)覆冰脫網(wǎng)。當(dāng)降雪量較大時(shí)，積雪覆蓋光伏組件表面，會(huì)對(duì)太陽輻射造成一定遮擋，從而減少光伏組件接受到的太陽輻射。值得注意的是，即使不是極端天氣，也有可能對(duì)風(fēng)光發(fā)電站造成影響。朱蓉告訴《中國能源報(bào)》記者：“2015年11月和12月，河北承德風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)較近10年平均值分別低了50%和30%。通過查看承德氣象站數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)這期間靜穩(wěn)天氣出現(xiàn)了38天?！?
靜穩(wěn)天氣指“平靜、穩(wěn)定的天氣”，“靜”是指水平方向上的風(fēng)速較小，“穩(wěn)”是指垂直方向上的大氣層結(jié)比較穩(wěn)定，低層大氣和中層大氣相互間垂直交換少，輻射量少是主要原因。因此靜穩(wěn)天氣會(huì)直接導(dǎo)致風(fēng)光電力供應(yīng)不足。
“1999年至2020年期間，張家口地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)5天以上的靜穩(wěn)天氣有5次，承德地區(qū)出現(xiàn)8次，而且承德出現(xiàn)了一次連續(xù)15天的靜穩(wěn)天氣過程。隨著碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的不斷推進(jìn)，新型電力系統(tǒng)加快發(fā)展，未來風(fēng)光電力占比將不斷提升，如果達(dá)到60%，甚至80%的高占比，屆時(shí)極端天氣將對(duì)電力系統(tǒng)構(gòu)成災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)?！敝烊卣f。
■強(qiáng)化預(yù)測(cè)預(yù)警
《中國碳中和目標(biāo)下的風(fēng)光技術(shù)展望》提出，在“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)下，隨著新能源滲透率的逐步提高，極端天氣對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響越來越大，如何精確地對(duì)極端天氣進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警、提高電力系統(tǒng)抵御極端事件的韌性、構(gòu)建安全穩(wěn)定的新型電力系統(tǒng)是電力系統(tǒng)進(jìn)一步的研究方向。
對(duì)此，朱蓉建議，要應(yīng)對(duì)天氣對(duì)風(fēng)光發(fā)電產(chǎn)生的影響，首先要充分考慮到不同地區(qū)的氣象條件，以及可能出現(xiàn)的極端天氣，制定合理的資源開發(fā)、儲(chǔ)能配置等規(guī)劃。在此基礎(chǔ)上，需做好預(yù)測(cè)工作?！皹O端天氣預(yù)測(cè)難度較高，需要加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)的支持力度；需要電力部門與氣象部門密切合作，共同建立包括風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、預(yù)警以及抗風(fēng)險(xiǎn)措施的電力供應(yīng)安全保障聯(lián)動(dòng)機(jī)制。”
魯璽則指出，一是從硬件角度對(duì)風(fēng)光發(fā)電設(shè)施進(jìn)行改造和優(yōu)化；二是加強(qiáng)極端天氣監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和預(yù)警及應(yīng)對(duì)措施；三是促進(jìn)各種能源的協(xié)同發(fā)展，促進(jìn)能源系統(tǒng)的區(qū)域互聯(lián)，來保證提高系統(tǒng)的電力質(zhì)量。
《中國碳中和目標(biāo)下的風(fēng)光技術(shù)展望》指出，在災(zāi)害發(fā)生前及時(shí)采取調(diào)控措施，制定大規(guī)模停電應(yīng)急預(yù)案和預(yù)警系統(tǒng)，及時(shí)投入備用設(shè)備、接入備用能源或調(diào)整潮流以限制故障擴(kuò)展。對(duì)部分微網(wǎng)采用離網(wǎng)運(yùn)行方式，保證其中關(guān)鍵負(fù)荷的供電，配合儲(chǔ)能裝置提高整個(gè)孤島內(nèi)的可控性。同時(shí)，做好極端天氣下電網(wǎng)事故預(yù)案和應(yīng)急處置。建議編制事故預(yù)案時(shí)應(yīng)考慮極端天氣可能帶來的影響，做好新能源出力短時(shí)內(nèi)大幅降低、同一輸電通道多回線路同時(shí)故障、電網(wǎng)解列甚至失去部分負(fù)荷等極端情況的應(yīng)急處置預(yù)案。
■用好氣象數(shù)據(jù)
風(fēng)光氣象預(yù)報(bào)作用不僅限于對(duì)極端天氣風(fēng)險(xiǎn)的防范，龐大的氣象數(shù)據(jù)還可以助力風(fēng)光發(fā)電站日常運(yùn)行效率的提升。
《中國碳中和目標(biāo)下的風(fēng)光技術(shù)展望》指出，風(fēng)光發(fā)電預(yù)報(bào)技術(shù)包括超短期預(yù)報(bào)、短期預(yù)報(bào)、中期預(yù)報(bào)、長期預(yù)報(bào)四種類型，分別對(duì)應(yīng)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)配、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、機(jī)組安排和電站規(guī)劃四種應(yīng)用場(chǎng)景。準(zhǔn)確的可再生能源的預(yù)報(bào)技術(shù)可以提供可靠的能源規(guī)劃，優(yōu)化能源調(diào)度和儲(chǔ)能，降低能源成本，以及提高效益。
魯璽表示：“因此，基于當(dāng)前風(fēng)光預(yù)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和未來需求，我們認(rèn)為一是要優(yōu)化和創(chuàng)新模型，促進(jìn)功率預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，通過AI技術(shù)也是一個(gè)新的方向。另外，提升數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和應(yīng)用范圍?！?
米塔碳智能科技公司首席執(zhí)行官、浙江大學(xué)特聘研究員王彬介紹：“氣象數(shù)據(jù)規(guī)模十分龐大。我國遙感衛(wèi)星每天產(chǎn)生的氣象數(shù)據(jù)規(guī)模能達(dá)到上百TB。利用人工智能技術(shù)和先進(jìn)的算法，可以讓計(jì)算機(jī)自己去學(xué)習(xí)相關(guān)規(guī)律，減少人工成本。將人工智能技術(shù)運(yùn)用在氣象預(yù)測(cè)中，可以實(shí)現(xiàn)用一個(gè)模型自動(dòng)做多種模態(tài)的數(shù)據(jù)融合，同時(shí)將參數(shù)化的物理方案變成一個(gè)人工智能方案。舉例來說，在雷達(dá)外推里面，通過圖像超分技術(shù)，把雷達(dá)的回波圖像提升分辨率，這樣就可以提升雷達(dá)外推的預(yù)測(cè)能力，預(yù)測(cè)長度可以提升至6個(gè)小時(shí)。借助人工智能做氣象預(yù)報(bào)，相比數(shù)值預(yù)報(bào)方法最大的優(yōu)勢(shì)是在保證預(yù)報(bào)精度的前提下提升預(yù)報(bào)時(shí)間和空間分辨率，為風(fēng)光發(fā)電站高效運(yùn)行帶來新動(dòng)能。”
