《国家电网报》刊发中国电科院电力气象通讯报道

发布时间:2018-04-10

4月10日,《国家电网报》刊发中国电科院电力气象通讯报道,全文如下:

电力与气象的那些事

宋宗鹏

核心提示 今天天气怎么样?这不仅影响着每个人的日常生活,也关系到电力系统的安全稳定运行。从2014年开始,中国电科院同美国国家大气研究中心(NCAR)合作研发数值天气预报模式,针对电网需求,可实现天气情况的高精度预报,极大方便了电网气象灾害预警和新能源发电调度工作,促进了电网服务的智慧化。

电力与气象有什么关系

可能会有很多人认为,气象和电力是完全不同的两个领域,但其实,二者之间的关系非常密切。

气象条件是影响电网稳定运行的重要因素。电网输变电设备普遍分布于野外、100米高度以下,气象环境复杂多变,尤其是特高压线路路径长、覆盖广、局部走廊线路密集,且沿途所经区域多为高原山区、雷害区、重冰区、大风区,自然环境恶劣,极端天气多发。据统计,雷击、覆冰、风偏、舞动、暴雨等气象原因导致的故障占电网总故障数的60%以上。

气象资源随机波动是制约新能源消纳的关键因素。风速、辐照度等气象资源具有强烈的随机波动特性,由于缺乏对气象资源变化趋势的准确把握,导致新能源输出功率不确定度大。大规模接入电网后,为保证发用电平衡,常规电源备用容量显著增大,新能源消纳空间严重压缩。

以往国家电网公司系统从气象机构获取的气象预报信息,主要建立在公共气象服务的基础上,与电网实际需求差距巨大,存在观测站点远离电网输变电设备、仅关注常规气象要素、电力关键气象要素欠缺、预报数据的分辨率偏粗、未针对电网需求优化数值天气预报模式等问题。

针对上面提到的种种问题,中国电科院从2009年起开始电力气象研究工作,其中最重要的,就是发展适合于电网应用的数值天气预报模式。

所谓数值天气预报模式,就是使用大型计算集群求解离散化的大气运动原始方程组,为方程组输入基于观测的预报初始场和边界场,并添加各种微尺度物理过程参数化方案,再利用观测数据进行同化和订正,最终得到随时间演化的预报场数据。现今,数值天气预报模式是气象领域最为重要的技术之一,从6小时的短期预报,到长达数十年的气候预测,世界各大气象中心都以数值预报模式的模拟结果作为主要参考信息。

电力气象技术大显身手

2017年6月21日,北京迎来入汛以来的一场最强降水,事前有网络媒体将此次降雨炒作为“六年来最强特大暴雨”。然而,中国电科院提前对数值预报结果和天气形势进行了缜密分析,判断这场雨没有那么大,并将预报结果通过《电网气象日报》发出。最后,天气实况报告显示,中国电科院预报的降水量和降水时间都和实况高度吻合。这次降水过程的成功预报,为公司防汛工作提供了有力支撑。

同是2017年6月,张北风电检测中心的工作人员计划吊装一台风电测试设备,但那两日风一直很大,无法安排作业。工作人员根据中国电科院的预报结果,发现28日下午2时到6时是一段小风期,可以吊装,于是就在吊装地点等到2时,风确实变小了,就抓紧在6时前完成了吊装。在返回驻地的路上,风真的又大起来了,当时现场的施工人员都竖起大拇指说:“神了!”

从2014年开始,中国电科院同美国国家大气研究中心(NCAR)合作研发数值天气预报模式,研发成果包括实时四维资料同化、快速循环更新、集合预报等技术。另外,针对重要输电通道和重点区域进行重点分析,优化局地的参数化方案,提升通道区域的预报准确度。针对电网需求,还研究了覆冰、雷电、风灾、沙尘暴、舞动、暴雨、高低温、寒潮等灾害,以及近地面太阳辐照度、风机轮毂高度风速等的定制化诊断预报要素。生产的格点化预报要素,可实现针对杆塔和发电机组定点、定时、定量的高精度预报,大大方便了电网气象灾害预警和新能源发电调度工作,促进了电网服务的智慧化。

数值天气预报模式由于计算量非常大,全国的3千米×3千米模式格点达108,每日积分时间步可达105,为此,中国电科院专门搭建了高性能数值天气预报集群系统。集群配备了多达623台刀片服务器、15080颗计算核,运算速度达200万亿次每秒,存储容量达2000太字节。

此外,为了进一步提升预报水平,中国电科院还多次邀请了包括国家气象局、中国科学院大气物理所、中国气科院、中央气象台的相关科学家和首席预报员进行沟通和技术经验交流。

定制化服务电网多方面需求

近几年,中国电科院发挥电力气象专业优势,已成为公司系统内气象服务的主要支撑单位,目前已为调度、运检等多级生产部门提供了定制化气象服务,填补了公司长期以来缺乏专业气象服务的空白,有效支撑了电网的安全、稳定、经济运行。

电力调度控制方面,实验室每日两次为国家电力调度控制中心提供全国新能源预报数据,及特高压输电通道沿线精细化电力气象预报预警数据,包括风速、风功率密度、辐照度、气温、降水量、大风、高温、雷电等要素,数据空间分辨率3千米×3千米、时间分辨率1小时、预报时长24小时。

电网运维检修方面,为国网运检部每日两次提供全国范围的常规数值天气预报、历史气象数据、雷电、覆冰、暴雨、大风、高低温及寒潮等定制化数据服务,协助实现了杆塔级的气象预报预警信息查询,并在覆冰期间提供了每日的《电网覆冰日报》。

新能源消纳方面,开发了新能源监测与调度系统,为全国26个网省公司提供新能源功率预测所需的风速、风向、辐照度、云量、功率等预报数据,支撑新能源高效消纳。

全球能源互联网方面,为支撑公司全球能源互联网战略,完成了北极、赤道、亚洲、欧洲、非洲、大洋洲等区域风能、太阳能资源分布图绘制、储量评估及主要开发基地选址工作。

电网防汛方面,汛期每日早晨7时为国网防汛办提供《电网气象日报》,预报公司范围未来48小时降雨、大风、雷暴、高温等天气过程以及次生灾害信息,指导公司防汛工作的科学开展。每日《电网气象日报》可在国家电网公司主页的精益生产—防汛管理选项卡中阅读。2017年6月21日至23日,华北地区经历了一次入夏以来的最强降雨过程,中心的预报效果得到了公司上下的一致好评。

电网地质灾害预警方面,为国网地质灾害监测预警中心提供未来三天、逐小时地质灾害相关气象要素预报,包括降水、湿度、温度等。

电网舞动预警方面,为国网输电线路舞动预警系统提供未来三天、逐小时舞动相关的气象要素预报,包括覆冰厚度、风速、风向、降水量、温度等。

此外,还为国网四川、冀北、新疆、重庆、黑龙江、湖南、河北等电力公司提供气象支撑服务。

2015年12月1日,中国电科院在公司内网发布了面向电力生产运行的专业气象服务网站——电力气象网,每日4次更新预报结果。公司各单位均可查询最新的气象灾害和新能源发电相关气象信息。

2015年,中国电科院获批新能源与储能运行控制国家重点实验室,研究方向之一就是新能源资源数值模拟与发电功率预测。未来,中国电科院将在现有基础上,着眼于电力气象研究领域,秉承冷静判断科学分析的原则,提供精准的电网气象信息,为公司各部门提供全方位的定制化气象服务。

信息来源:《国家电网报》