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支撑全国风能太阳能中短期预报?北京城市院打造风光系统

发布时间:2022年08月17日 来源:中国气象报社

今年3月中旬,中国气象局正式向全国气象部门下发风能太阳能短期预报产品,为各地风能太阳能预报服务提供支撑。不仅如此,气象部门还面向国家电网华北调度控制中心、南方电网等电力能源行业提供实时服务。业务化运行、专项服务、科技支撑,这一系列举措落地的背后是强大的科研助力,包括北京城市气象研究院(以下简称“北京城市院”)研发的风能太阳能专业数值预报系统(以下简称“风光系统”)。

研发:铺就风能太阳能预报基石

随着经济社会快速发展,能源需求总量不断攀升。为实现可持续发展,国家将开发风能太阳能等可再生能源作为重要战略任务来抓。

风电的随机、波动、不稳定性对电网安全稳定运行产生一定影响,为此,气象部门利用中尺度数值天气预报模式开展风电场发电功率预报,是提高风电可调度性、降低其对电网安全影响的重要手段。为进一步推动风能太阳能资源气象业务高质量发展,提升国省风能太阳能预报业务能力,由北京城市院研发的风光系统应运而生。

参与风光系统研发的北京城市院数值模式团队副研究员杨扬介绍,该系统是我国首个面向风电/光伏预报的高分辨率专业风能太阳能数值预报系统。其前身是2012年建立的基于BJ-RUC的风能太阳能预报系统,自2015年以来,北京城市院开始搭建新的风能太阳能专业数值预报系统,为满足风能太阳能预报业务需求,数值模式团队有针对性地进行了风电/光伏关键要素高频输出及其预报性能的改进、静态数据集更新以及热启动循环技术和对流尺度资料同化等技术研发。

风光系统预报区域包含整个中国区域,采用ECMWF全球模式预报场为驱动场,并同化探空、地面、飞机报等常规观测资料和全国区域地基GPS天顶总延迟资料。系统每天两次预报,可提供全国区域逐15分钟风电/光伏发电功率预报所需的气象要素预报场。

应用:磨炼提升系统产品性能

历时4年研发,风光系统于2019年实现业务运行,作为重要数据源支撑中国气象局公共气象服务中心研发的风能太阳能气象预报系统CMA-WSP1.0。几年间,风光系统产品先后在全国十余个省份的100多个风电场实现风电功率预测应用。从今年起,气象部门为全国31个省(自治区、直辖市)和南方电网公司提供基础数据产品服务,向多个新能源公司运营的数百个风电场和光伏电站提供基础预报服务,为新能源的高效开发利用提供支撑。

进行业务应用的同时,研发工作也同步跟上。在风光系统业务运行期间,数值模式团队进一步加强系统技术攻关,针对风电/光伏预报需要更长预报时效的需求,将预报时效由原来的126小时拓展到228小时。同时,针对风电/光伏关键预报要素的预报系统误差、地面短波辐射和轮毂高度风速等要素的预报性能提升等目标,进行一系列技术研发,并在模式垂直层设置、辐射预报关键物理过程优化、轮毂高度风和10米阵风诊断方案研发、模式地面要素预报和降水关键物理过程优化等多个方面形成理论基础扎实、业务应用效果明显的优化解决方案和核心技术。

“针对每项关键技术,我们先后开展了‘方法研发—个例测试—批量试验—业务对比试验’的全链条应用及持续深入的检验评估,最终实现整体技术方案的综合集成,并对系统进行全面迭代升级。”杨扬说,数值模式团队在原有基础上对风光系统进行拓展,使系统预报性能明显提升,进一步提高了对中国气象局风能太阳能预报业务的支撑能力。

(作者:宛霞?责任编辑:张林)

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