新能源发展势不可挡。当今，我国的新能源发展已经走在世界前列。电力天气预报如何服务新能源发展，让新能源企业更好地利用风光，让新能源更好地惠及社会？
在大数据平台下，中国电力科学研究院新能源研究中心已经实现了精准的电力天气预报。在新能源和中国输电技术发展的驱动下，这项技术已经走在了世界前列。
留住风和光，为人类生存发展服务，曾是许多人的梦想。作为一群“捕捉风光”的人，靳双龙和同事们所做的工作正在实现这个梦想。
8月18日一早，靳双龙在雨水敲打地面的声音中醒来。当天，中央气象台观测数据显示，我国华北、海南、广东、广西等多地出现降雨。对比中央气象台预报图和观测图，重合度差强人意，海南及广东、广西沿海地区雨带范围相去甚远。
这天早上一上班，靳双龙迫不及待地打开了中国气象局网站，搜索出降水量实况图，同时打开另一张预报图，这两张图几乎完全重合。靳双龙博士是中国电力科学研究院新能源研究中心数值天气预报运行中心气象专责，他打开的预报图是3公里模式数值天气预报。尽管十分有把握，这个结果还是让他很欣慰，他和同事们工作的成就感也就在于此。
如此精确的预报是如何实现的？靳双龙解释：“这完全得益于大数据的应用。”
比气象局还精准的预报
打开预测风和光的大门
走进数值天气预报运行中心，460台机器同时运转，海量的数据在这里经过处理，得出的结果将未来24小时分为96个断面，以15分钟为单位，实现3公里×3公里范围内天气的预报。
3公里×3公里有多大？杭州西湖南北长3.3公里，东西宽2.8公里，包括水面和一部分陆地面积，也就是说，一块西湖大小的面积就能实现一个天气预报。
中国气象局网站对气象做了精细分类，环境气象、交通气象、海洋气象等包含在内。传统的气象划分以区县级为单位，每24小时进行预报，对我们的生产生活起着重要的指导作用。但这些分类及预报却不足以指导电力行业的生产运行，更无法满足新能源发展需求。
用靳双龙的话说，天有不测风云，风和云又是影响风力和光伏发电的最主要因素。与常规电源相比，风电场和光伏发电站的输出功率几乎完全由自然风速的大小和太阳辐射强度决定。只有精确的电力天气预报，才能把握新能源发电的脉搏，实现新能源合理调度。
数值天气预报保障电网安全的作用也十分明显。
以复奉、锦苏、宾金特高压线路为例。三条线路从四川出发，最长的经过2059公里，将西南水电源源不断送往华东负荷中心。截至6月15日0点，三条线路累计向华东电网送出四川水电3032亿度。
3032亿度电，足够上海、江苏、浙江、安徽、福建等省在内的华东地区使用近3个月，相当于减少原煤消耗13360多万吨，减排二氧化碳3亿多吨、二氧化硫116.9万吨。
2000公里左右的线路沿途，气象灾害不计其数。靳双龙介绍，以雷击为主的自然灾害是特高压线路的最大隐患。每一条特高压线路相当于10台左右火电机组发电量。在一个大的电力系统中，目前国内先进技术可以保证在1~2台火电机组故障时系统正常运行。若三条线路中任何一条甚至多条出现故障，后果将不堪设想。
除此之外，观察我国各大城市的用电负荷曲线，几乎完全与气温曲线同步。精准的天气预报提前预测了负荷高峰，也给电网调度充足的时间制定应对计划。
电力行业作为高实时性的高生产单位，对天气预报时间和空间分辨率的要求都非常高。以天为单位，精确到区县一级的预报不能满足需求。因此，引入电力气象的概念十分必要。
2009年，雾霾开始受到关注，发展新能源势在必行。“十一五”期间，国家提出大力发展可再生能源。“十二五”规划进一步提出要扩大可再生能源的应用规模，显著提高可再生能源在能源消费中的比重。国家电网公司积极开展工作推动新能源发展。2009年，数值天气预报运行中心应运而生。
“一开始，我们只为服务新能源。”靳双龙介绍，“当时的数值天气预报主要用于新能源功率预测和优化调度。简单来说，就是预测第二天的风和光能发多少度电。”
2013年，特高压发展取得长足进步，特高压长距离、大容量、低损耗的特点，以及其在优化资源配置、促进能源聚集地区经济发展、缓解我国东部用电紧张，以及减少污染物排放等方面的优势在实践中进一步得到体现。为了进一步服务特高压发展，数值天气预报运行中心正式提出了“电力气象”概念。
到今天，随着技术的不断发展和大数据的运用，数值天气预报运行中心开始发挥越来越大的作用，服务范围已经扩大到包括新能源发电并网在内的电网调度、运检等电力生产运行的各个方面。
预报精确到新能源电场
更多清洁能源为民服务
服务新能源发电，靳双龙把这项工作称之为数值天气预报运行中心的“老本行”。在这个“老本行”里，数值天气预报服务范围已经扩大到新能源基地选址、功率预测、优化调度，以及设备检修等各个方面。利用天气预报，在新能源发电选址方面能做到有效的评估，选取经济性和资源最好的地方；在功率预测方面，对未来发电量能够实现准确测算；在优化调度方面，能够提高发电量的预报水平，及时关停火电；在发电设备检修方面，也可以通过预测选取无风无光时间较长的时段进行检修。
“对风电场、光伏电站输出功率进行预测被认为是增加电网调峰容量、提高电网接纳新能源发电能力、改善电力系统运行安全性与经济性的最有效、最经济的手段之一。”中国电科院新能源研究中心王勃说。目前，数值天气预报在新能源功率预测中的应用研究成果已在吉林省调等22个省级及以上新能源功率预测系统中成功应用。据介绍，其功率预测精度比采用国外数值预报结果提高了1%～3%。以“三北”地区为例，该成果至少提高新能源利用率10%以上，相当于每年多接纳新能源电量50多亿度，间接经济效益超过25亿元。
“如今，我们的天气预报已经精确到具体风电和光伏发电场，有效减少了弃风弃广。将有更多的新能源发电为人服务。”靳双龙说。
数值天气预报在电网调度、运检等过程中的应用也已经起步。每天早、晚8点，凌晨和下午两点，数值天气预报自动通过光纤推送未来72小时天气预报，电网调度再根据预报和预警等结果做出或改变调度计划。
数值天气预报对电网运检的指导更偏向于预警。“以往都是雷打到哪，抢修人员才往哪儿赶。气象灾害之后、重大事件保电现场，国家电网公司都要耗费巨大的人力和物力保障和抢修。”靳双龙说，“现在，有了精确的天气预报，我们就能够变被动运检为主动运检，提前集结人力物力到最有可能发生灾害的地方去，这对于电网的运检来说将是质的飞跃。
成立之初，数值天气预报运行中心通过购买商业机构数据进行简单预报。7年来，数值天气预报运行中心不断创新，如今，已经掌握了世界领先的核心技术。
造福新能源企业
秘密武器大数据
大数据的发展让新能源企业和电网受益。用于预报的数据来自哪里？海量的数据通过何种方式推算出可信的结果？在数值天气预报运行中心，记者在气象专责马振强的工作中找到了答案。
马振强每天上班第一件事就是查看数据，对所有观测数据和背景场数据逐一核对检查。数据之大，从数值天气预报运行中心工作人员口中的一个词中即可初见端倪——多源异构。从字面上理解，多源异构就是多种来源，不同的结构。参与计算的要素多达100多个，数据的体量、种类都十分庞杂。
在数值天气预报运行中心工作人员的电脑里，记者看到一部分气象图。风、温、压、湿等气象要素都包含其中。靳双龙解释，这些都是常规的要素，它们可以从气象观测人员在地面观测站的记录以及加密自动气象站中得到。飞机航线上也设置了气象监测设备。除此之外，探空气球等工具都是常规要素的来源。非常规要素则来自雷达、极轨卫星、气象卫星等装置。中国国内常规的人工气象站就多达5万多个；高分辨率的极轨卫星探测通道多达几千个，每个卫星每天产生的数据就有几百GB，综合所有数据来源得到的信息量可想而知。
马振强下一步的工作是检查数值天气预报运行模式。他解释，各种观测数据融合起来，形成大气这一时刻的状态，作为输入数据，输入到数值天气预报模式里。在数值天气预报运行中心见到的460台计算机，周而复始地进行着复杂的计算。一系列方程被应用于天气预报的计算过程中。运用这些方程，就可以描述大气运动和热力发展的规律与过程。简而言之，这些方程代表的就是大气变化的过程。以一片积云为例，从水蒸气凝结成小水滴，再进一步发展成降水，从无到有的整个生命史，每一步都受到物理过程的约束。事实上，这就是数值模式，也是数值天气预报运行中心的核心技术。
核对计算机的输出结果后，马振强要对相关应用模块和流程做出评价，最终将预报结果推送出去。这套系统推导出的天气预报，月平均均方根误差（误差计算方式）可以控制在6%~8%以内，内陆偏远地区由于地形条件复杂等诸多原因，误差不超过15%。这在世界范围内都是十分先进的水平。
为了获得卫星数据，数值天气预报运行中心建立了自己的卫星接收站，用于接收全球的卫星数据。另外一部分数据来自国家电网公司的新能源场站测风测光数据、输变电线路上的在线状态监测数据等。除此之外，包括商业数据在内的观测数据也用于大数据计算。
在数值天气预报数据的支撑下，中国电科院开发了高海拔地区风能和太阳能资源评估平台，可有效提高藏中电网新能源并网发电的消纳空间，为解决西藏长期以来存在的缺电现象，推动光伏等新能源发展提供强大的技术支撑。中国电科院还完成了对北极地区环境特征和风电资源的评估，及对北极地区风电开发的技术研究。据介绍，结合俄罗斯在国际气象组织发布的北极沿岸地区空间气象观测数据，中国电科院完成了北极地区风资源宏观情况的综合评估，为实现俄罗斯、中国清洁能源互联互通奠定了基础。
虽然已经掌握了核心技术，但对于未来，数值天气预报运行中心的工作人员有着更大的理想。他们计划未来5年内实现在现有业务基础上提升20%，精准度再上一个新台阶。到时候，精准的天气预报将嵌入到电网业务运行的整个过程中，发挥更大的作用。
原标题：电力气象预报：捕捉风光的“神算子”
