碳中和領(lǐng)域的《新青年》

摘要：風電光伏發(fā)電零排放，但不穩(wěn)定，出力隨天氣波動，難以預測。對發(fā)電供給側(cè)和負荷需求側(cè)進行雙向預測和判斷非常關(guān)鍵。氣象數(shù)據(jù)能夠指導新能源的報量報價預測，給企業(yè)帶來可觀的收益。

撰文 | Sueyl

編輯 | 郭郭

→這是《環(huán)球零碳》的第374篇原創(chuàng)

2018 年，國家啟動了電力現(xiàn)貨市場試點試運行工作。山西、甘肅、山東、蒙西是我國首批試點省份/區(qū)域中，全量新能源進現(xiàn)貨市場的當先者。

無論是風光等可再生能源的發(fā)電企業(yè)，還是煤電等傳統(tǒng)發(fā)電企業(yè)，都站在同一個舞臺競爭。隨著現(xiàn)貨市場改革的深入，各發(fā)電主體的平等競爭將越來越激烈，市場化程度也將越來越高，市場的價格發(fā)現(xiàn)能力和套利潛力也會越來越大。

但無論是風電和光伏等新能源，還是傳統(tǒng)煤電，都各有優(yōu)勢和短板，煤電比較穩(wěn)定，可預測性強，但是碳排放比較高；而風電光伏發(fā)電零排放，但不穩(wěn)定，出力隨天氣波動，比較難預測，調(diào)度難度大，影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定和安全。

那么，在補貼退坡之后，如何讓風電光伏等清潔能源的機組在市場中占據(jù)競爭優(yōu)勢呢？

此時，解決可再生能源發(fā)電與用電需求的不匹配，將成為電力市場和新型電網(wǎng)發(fā)展的重要關(guān)注點，也是新能源能否實現(xiàn)優(yōu)勝劣汰的關(guān)鍵。

借助于氣象衛(wèi)星遙感、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，再結(jié)合海量的歷史交易數(shù)據(jù)，對發(fā)電供給側(cè)和負荷需求側(cè)進行雙向預測和判斷就非常關(guān)鍵。這既有利于新能源發(fā)電企業(yè)在電力市場擴大銷售，也有利于消費端以更合理價格買到電力。

01 靠預測，一年多賺了1000多萬

從交易規(guī)則來說，新能源發(fā)電企業(yè)在現(xiàn)貨市場中通過預先報量報價競標，以市場供需平衡點的價格作為出清價格，比出清價格低的標的即可中標（不考慮限電）。

圖：按邊際成本排序和統(tǒng)一出清的方法

由于新能源利用的是風、光等免費自然資源進行發(fā)電，所以在報價的時候優(yōu)勢巨大，有風就有發(fā)電量，不需要額外的成本（即邊際成本為0），因此，理論上新能源在現(xiàn)貨市場可以最低價參與競價，申報合適的電量以保證中標。

但如果中標后遇到無風天氣，沒辦法提供中標的電量，就需要被迫從現(xiàn)貨市場中買入可能很高價格的電量來履約，這會給企業(yè)造成不必要的損失。

如果中標后，風力情況與預測吻合，發(fā)的電足以提供預先申報的電量，那風場就能夠抓住機遇獲得可觀收益。

有一家國有企業(yè)，因使用了遠景智能開發(fā)的算法測算輔助交易系統(tǒng)，合理申報場站全電量電價，場站收益明顯提升，一年多賺了1138萬元！

02 1000多萬的利潤本質(zhì)是準確的氣象預測算法

就市場整體而言，新能源發(fā)電領(lǐng)域的無規(guī)則風速和輻照變化是影響發(fā)電出力、進而影響現(xiàn)貨價格的最大因素。就個體風場而言，如果通過精準的發(fā)電預測和控制管理，在未來準確報價，就能夠幫助新能源發(fā)電企業(yè)規(guī)避風險，增加盈利。

除了更有底氣的報量報價，風電場預測次日發(fā)電功率，與實際功率的誤差不能過大，不然也會面臨考核罰款。

極端天氣，如霧霾，沙塵，雨雪等對新能源場站的影響十分嚴重，對系統(tǒng)運行與發(fā)電量均有較大損害。通過準確的氣象數(shù)據(jù)和預測，可以提前對電站所在地的極端天氣情況進行預測與播報，實現(xiàn)極端天氣下運維的提前準備，發(fā)電量影響提前預知。

既然新能源發(fā)電是靠天吃飯，那就需要做到預測準確。

實現(xiàn)高效新能源功率預測的關(guān)鍵在于，一方面，要將預測算法與氣象遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合，以降低預測時間顆粒度，確保1小時甚至15分鐘級別數(shù)據(jù)與發(fā)電出力預測需求的一致性。另一方面，采用多模型組合方案，替代單一模型，進一步提升系統(tǒng)的整體預測準確率。

業(yè)內(nèi)專家告訴《環(huán)球零碳》，AI驅(qū)動下的電力交易策略制定一般包括氣象數(shù)據(jù)分析處理、實際風光出力預測、電價預測三大部分，需要從海量數(shù)據(jù)中提取數(shù)學模型并進行數(shù)據(jù)預測。

通常情況下，數(shù)值天氣預報的模擬區(qū)域會覆蓋幾萬或者幾十萬平方公里，但是風電場、光伏電站空間范圍通常在幾平方公里。“降尺度的計算是關(guān)鍵�！�業(yè)內(nèi)專家表示，購買的氣象數(shù)據(jù)是顆粒度較粗數(shù)據(jù)，還需要通過計算模型，測算等降低數(shù)據(jù)顆粒度。

對于依賴太陽輻射資源的光伏行業(yè)而言，由于日升日落的時間相對固定，存在較為明顯的發(fā)電曲線特點，預測難度相對較小。但是“風力”的影響因素過于龐雜，受到地面地形、地貌以及所處環(huán)境特征等因素影響，需要豐富的觀測數(shù)據(jù)才能得出較為準確的預判，也需要采用針對性的方法降低預報誤差。

基于中歐美等全球7大領(lǐng)先機構(gòu)提供的氣象數(shù)據(jù)，遠景智能開發(fā)了“孔明”風光功率預測軟件。以國家超算中心的算力為支撐，結(jié)合EnOS上超過10萬臺風機與光伏組件實時觀測數(shù)據(jù)和全球衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)作為算法反饋，“孔明”每6小時為每一個風場和光伏場站定制輸出1x1km分辨率，未來0-72小時，15分鐘顆粒度的短期風光氣象預測，以及一個月到一年的短期氣候預測，精準度遠超國際權(quán)威機構(gòu)。

來源：遠景科技集團

精準的天氣預報能夠做到“風還沒吹來，風機所能發(fā)的電量已經(jīng)顯示出來了”。孔明風光功率預測準確度比行業(yè)水平高出7%以上，成為多個省份市場覆蓋率最高的功率預報產(chǎn)品。

03 氣象數(shù)據(jù)應用場景廣泛

風電光伏急盼專業(yè)的“天氣預報”。

“在新能源生產(chǎn)的許多場景下，參照的仍是公益性的面向大眾生活的氣象數(shù)據(jù)，缺乏有針對性的精準能源氣象服務�！� 中國氣象科學研究院研究員表示。

以海上風機安裝為例，有些安裝商在施工時就是簡單在手機上隨便下載一個天氣預報的APP，看到現(xiàn)場風云突變才趕緊通知工人停工。事實上，常規(guī)的天氣預報提供的風速都是來自高度10米左右的風力觀測和預測，而風機的安裝則至少要提升到100米的高度。

氣象數(shù)據(jù)除了指導新能源的報量報價預測，也能夠助力農(nóng)業(yè)的發(fā)展。以農(nóng)業(yè)氣象指標、作物生長模擬、衛(wèi)星遙感、大數(shù)據(jù)等技術(shù)為核心的業(yè)務平臺，正逐步成為氣象服務農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要力量，在農(nóng)業(yè)防災減災、保障國家糧食安全、農(nóng)業(yè)應對氣候變化等方面提供強有力的科技支撐。

準確的天氣預報數(shù)據(jù)也能夠提供包括資源預測、新能源場站精細選址、建造等在內(nèi)的一整套生命周期服務。在未來風、光資源良好，發(fā)電量高的地方投資新能源場站能夠確保較高的投資回報，對于企業(yè)盈利預測有著重要指導作用。

氣象數(shù)據(jù)能夠滲透多領(lǐng)域、多學科�！案鞣蕉紖⑴c的預測和預警才是最有針對性的。尤其是建立極端天氣的聯(lián)合應對機制，非常有必要�！彼嘻惱蚪榻B，“在新能源發(fā)展的過程中，需要能源、應急、氣象、水利、地質(zhì)等更多部門參與進來，聯(lián)合會商，共同提供專業(yè)性更強的服務。”

轉(zhuǎn)載于[環(huán)球零碳公眾號]