1．案例概述

2020年底3060“雙碳”目標(biāo)提出后，2021年3月12日，《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》全文發(fā)布，其中要求能源行業(yè)加快推進(jìn)能源革命，建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系。光伏、風(fēng)電為代表的新能源在新型電力系統(tǒng)中逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，但此領(lǐng)域缺乏針對性強(qiáng)的專業(yè)氣象服務(wù)。預(yù)計(jì)從2020-2030年，我國能源消費(fèi)總量將增加20%，非化石能源是滿足這部分增量的關(guān)鍵，占一次能源比例將從16.4%提升至26%。截止到2020年底，我國光伏裝機(jī)容量為253.43GW，風(fēng)電裝機(jī)容量為281.53GW，如到2030年需完成1200GW新能源裝機(jī)量的目標(biāo)，那么在未來10年間需要完成665.04GW的增長。

由于風(fēng)電、光伏本身所具有的隨機(jī)性及波動(dòng)性，其大規(guī)模接入電網(wǎng)對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了沖擊，提前預(yù)測風(fēng)電、光伏在多種時(shí)間尺度上的輸出功率，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果預(yù)留消納空間是我國提高新能源消納水平和保障電力系統(tǒng)安全的重要技術(shù)手段。更為準(zhǔn)確可靠的功率預(yù)測，是使之從“可用”到“好用”，妥善安排生產(chǎn)計(jì)劃、維持系統(tǒng)安全、維護(hù)能源市場供需穩(wěn)定、提高能源利用效率所急需的關(guān)鍵技術(shù)之一，是解決新能源消納難題的“牛鼻子”。

由于風(fēng)電和光伏“靠天吃飯”的屬性，作為電站功率預(yù)測的重要輸入，所在位置氣象觀測數(shù)據(jù)和數(shù)值天氣預(yù)測的精度在很大程度上決定了功率預(yù)測的水平。本項(xiàng)目針對市場上多數(shù)分布式電站氣象裝備落后或缺失、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)精度不高、偏差隨季節(jié)波動(dòng)大、系統(tǒng)效率過百現(xiàn)象普遍，歷史數(shù)據(jù)基本不可用，運(yùn)維團(tuán)隊(duì)無法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，組件的衰減缺少數(shù)據(jù)支撐，項(xiàng)目年度考核指標(biāo)無數(shù)據(jù)支撐，項(xiàng)目檢修等運(yùn)維工作較主觀，可能損失應(yīng)發(fā)電量等問題，引入了高精度能源氣象裝備及數(shù)值預(yù)測技術(shù)。通過這些高精度裝備和數(shù)據(jù)，提升了光伏電站運(yùn)維智能化水平，提高發(fā)電小時(shí)數(shù)，增加了電站收益。

2．應(yīng)用場景

場景1：分布式光伏電站運(yùn)維、功率預(yù)測和資源評估

此方案適用于地面式和屋頂式光伏電站，通過在電站加裝的高精度能源氣象裝備，可以測量電站所在位置太陽輻射、背板溫度、氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速和降水等氣象參數(shù)，同時(shí)通過裝備云端為光伏電站提供數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和功率預(yù)測。顯著改善了數(shù)據(jù)質(zhì)量，電站PR診斷誤差在現(xiàn)有基礎(chǔ)上平均下降約60%。數(shù)據(jù)可有效支撐電站運(yùn)維智能化水平、改進(jìn)運(yùn)維策略、提高發(fā)電小時(shí)數(shù)、支撐收益考核等。

來源：南京旗云中天科技有限公司

圖 49 江蘇某分布式光伏電站（地面式）

圖 50 江蘇某分布式光伏電站（屋頂式）

場景2：集中式光伏電站運(yùn)維、功率預(yù)測和資源評估

此方案適用于大型集中式光伏電站，通過在電站加裝的高精度能源氣象裝備，可以測量電站所在位置主測光站和輔測光站，測量太陽總輻射、散射輻射、背板溫度、氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速和降水等氣象參數(shù)，同時(shí)通過裝備云端為光伏電站提供訂正數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和功率預(yù)測。顯著改善了數(shù)據(jù)質(zhì)量，電站PR診斷誤差在現(xiàn)有基礎(chǔ)上平均下降約60%，減少了功率預(yù)報(bào)考核的壓力等。同時(shí)，高精度觀測數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)可有效支撐電站運(yùn)維智能化水平、改進(jìn)運(yùn)維策略、提高發(fā)電小時(shí)數(shù)、支撐收益考核等。

圖 51 新疆某大型集中式光伏電站

場景3：重大天氣主動(dòng)感知與預(yù)警

此方案適用于所有類型電站和電網(wǎng)。通過在電站或者輸配電線路位置加裝高精度能源氣象裝備一體機(jī)，為目標(biāo)提供凍雨、大風(fēng)、雷電、寒潮、高溫等重大災(zāi)害天氣感知與預(yù)警，構(gòu)建立重大天氣多級評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建地域重大天氣主動(dòng)感知體系、實(shí)現(xiàn)重大天氣自動(dòng)判別和過程影響評估。

注：朱紅色表示降雪、綠色表示凍雨、藍(lán)色表示降雨

圖 52 某電站凍雨等重大天氣感知與預(yù)警

3．案例總結(jié)

顯著改善數(shù)據(jù)質(zhì)量。高精度能源氣象裝備數(shù)據(jù)精度較原有裝備提升15-30倍，電站發(fā)電效率（PR）診斷誤差在原有基礎(chǔ)上平均下降約60%（如圖所示，藍(lán)色和紅色原點(diǎn)表每日PR值，藍(lán)色和紅色粗實(shí)線表示一個(gè)時(shí)段的平均PR值）。

圖 53 某電站采用高精度能源氣象裝備后，電站發(fā)電效率（PR）分析

高效提升運(yùn)營水平。高精度觀測數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，有效解決了電站運(yùn)維無數(shù)據(jù)支撐，項(xiàng)目檢修等運(yùn)維工作較主觀等問題，提升了電站運(yùn)維智能化水平，改進(jìn)運(yùn)維策略，增加了發(fā)電小時(shí)數(shù)和收益考核等。