中國儲能網(wǎng)訊：風光發(fā)電“靠天吃飯”，天氣對可再生能源電站發(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)、強發(fā)、并發(fā)”的態(tài)勢，給風光發(fā)電帶來更嚴峻的挑戰(zhàn)。
日前，清華大學環(huán)境學院教授、碳中和研究院院長助理魯璽在發(fā)布《中國碳中和目標下的風光技術展望》時指出，風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、降雪等，就可能損害風光發(fā)電設備。因此，做好天氣預測預警、提前防范風險十分重要。
■影響不容忽視
“全球氣候變化帶來的極端天氣事件對高比例風光電力系統(tǒng)的影響非常大，甚至可以說是災害風險。”中國氣象局國家氣候中心二級研究員朱蓉表示，“目前我國風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，同時高溫促使社會用電量需求增加了25%，導致了四川的缺電事件。”
魯璽認為，全球氣候變化帶來的極端天氣對風光發(fā)電的影響不容忽視。一方面，極端天氣可能導致風光發(fā)電設備的損壞；另一方面，極端天氣也可能影響風光發(fā)電的電能質量。
《中國碳中和目標下的風光技術展望》報告顯示，極端寒潮和低溫有可能造成風機覆冰脫網(wǎng)。當降雪量較大時，積雪覆蓋光伏組件表面，會對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，也有可能對風光發(fā)電站造成影響。朱蓉告訴《中國能源報》記者：“2015年11月和12月，河北承德風電利用小時數(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速較小，“穩(wěn)”是指垂直方向上的大氣層結比較穩(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)天氣會直接導致風光電力供應不足。
“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。隨著碳達峰碳中和目標的不斷推進，新型電力系統(tǒng)加快發(fā)展，未來風光電力占比將不斷提升，如果達到60%，甚至80%的高占比，屆時極端天氣將對電力系統(tǒng)構成災害風險。”朱蓉說。
■強化預測預警
《中國碳中和目標下的風光技術展望》提出，在“雙碳”戰(zhàn)略目標下，隨著新能源滲透率的逐步提高，極端天氣對電網(wǎng)運行的影響越來越大，如何精確地對極端天氣進行預測預警、提高電力系統(tǒng)抵御極端事件的韌性、構建安全穩(wěn)定的新型電力系統(tǒng)是電力系統(tǒng)進一步的研究方向。
對此，朱蓉建議，要應對天氣對風光發(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)、儲能配置等規(guī)劃。在此基礎上，需做好預測工作。“極端天氣預測難度較高，需要加強對基礎研究和技術研發(fā)的支持力度；需要電力部門與氣象部門密切合作，共同建立包括風險預測、預警以及抗風險措施的電力供應安全保障聯(lián)動機制?！?
魯璽則指出，一是從硬件角度對風光發(fā)電設施進行改造和優(yōu)化；二是加強極端天氣監(jiān)測預報和預警及應對措施；三是促進各種能源的協(xié)同發(fā)展，促進能源系統(tǒng)的區(qū)域互聯(lián)，來保證提高系統(tǒng)的電力質量。
《中國碳中和目標下的風光技術展望》指出，在災害發(fā)生前及時采取調控措施，制定大規(guī)模停電應急預案和預警系統(tǒng)，及時投入備用設備、接入備用能源或調整潮流以限制故障擴展。對部分微網(wǎng)采用離網(wǎng)運行方式，保證其中關鍵負荷的供電，配合儲能裝置提高整個孤島內(nèi)的可控性。同時，做好極端天氣下電網(wǎng)事故預案和應急處置。建議編制事故預案時應考慮極端天氣可能帶來的影響，做好新能源出力短時內(nèi)大幅降低、同一輸電通道多回線路同時故障、電網(wǎng)解列甚至失去部分負荷等極端情況的應急處置預案。
■用好氣象數(shù)據(jù)
風光氣象預報作用不僅限于對極端天氣風險的防范，龐大的氣象數(shù)據(jù)還可以助力風光發(fā)電站日常運行效率的提升。
《中國碳中和目標下的風光技術展望》指出，風光發(fā)電預報技術包括超短期預報、短期預報、中期預報、長期預報四種類型，分別對應電力系統(tǒng)的實時調配、經(jīng)濟調度、機組安排和電站規(guī)劃四種應用場景。準確的可再生能源的預報技術可以提供可靠的能源規(guī)劃，優(yōu)化能源調度和儲能，降低能源成本，以及提高效益。
魯璽表示：“因此，基于當前風光預測技術的現(xiàn)狀和未來需求，我們認為一是要優(yōu)化和創(chuàng)新模型，促進功率預測技術的發(fā)展，通過AI技術也是一個新的方向。另外，提升數(shù)值天氣預報的準確性和應用范圍。”
米塔碳智能科技公司首席執(zhí)行官、浙江大學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)模能達到上百TB。利用人工智能技術和先進的算法，可以讓計算機自己去學習相關規(guī)律，減少人工成本。將人工智能技術運用在氣象預測中，可以實現(xiàn)用一個模型自動做多種模態(tài)的數(shù)據(jù)融合，同時將參數(shù)化的物理方案變成一個人工智能方案。舉例來說，在雷達外推里面，通過圖像超分技術，把雷達的回波圖像提升分辨率，這樣就可以提升雷達外推的預測能力，預測長度可以提升至6個小時。借助人工智能做氣象預報，相比數(shù)值預報方法最大的優(yōu)勢是在保證預報精度的前提下提升預報時間和空間分辨率，為風光發(fā)電站高效運行帶來新動能。”
