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一文了解电力与气象的那些事

导读: 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。

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。

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