中國儲能網(wǎng)訊：在更長的時間維度上，氣候變化所引發(fā)的連鎖反應(yīng)已深入電力系統(tǒng)發(fā)輸配用的各個環(huán)節(jié)，尤其是供給側(cè)和負(fù)荷側(cè)。為實現(xiàn)供需兩側(cè)的電力電量平衡，需要精準(zhǔn)的氣象預(yù)測做支撐。
隨著以風(fēng)光為主的新能源裝機占比不斷提升，氣象因素在電力保供和能源綠色轉(zhuǎn)型中扮演著越來越重要的角色。除了暴雨洪澇、雨雪冰凍、臺風(fēng)等突發(fā)性災(zāi)害天氣對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來的短期影響，在更長的時間維度上，氣候變化所引發(fā)的連鎖反應(yīng)也深入電力系統(tǒng)發(fā)輸配用的各個環(huán)節(jié)，尤其是供給側(cè)和負(fù)荷側(cè)。從供給側(cè)來看，氣候變化可能會改變風(fēng)能、太陽能和水能資源的分布與可用性，直接決定了風(fēng)電、光伏發(fā)電和水電功率的變化情況。從負(fù)荷側(cè)來看，極寒或極熱天氣將影響取暖或制冷負(fù)荷的變動。
為了達到供需兩端的電力電量平衡，保障電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，電力調(diào)度和電力交易成為調(diào)節(jié)供需平衡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而這兩個環(huán)節(jié)均少不了精準(zhǔn)的氣象預(yù)測做支撐。
高溫來襲，負(fù)荷幾何？
夏季越來越熱，已是不爭的事實。我國多地不僅氣溫越來越高，且呈現(xiàn)出“進場更早，收官更晚”的趨勢。
根據(jù)中國氣象局7月23日發(fā)布的數(shù)據(jù)，從溫度來看，入汛以來全國平均高溫日數(shù)（8.5天）為歷史同期最多，平均氣溫（16.8攝氏度）為歷史同期次高，陜西、河南、山東、湖北、四川、新疆等6?。▍^(qū)）氣溫為歷史同期最高。陜西興平（43.1攝氏度）、湖北巴東（42.9攝氏度）等45個國家氣象站日最高氣溫突破歷史極值。從高溫日出現(xiàn)的時間線來看，5月19日至21日，我國出現(xiàn)首輪高溫過程，河南林州和河北峰峰出現(xiàn)43攝氏度及以上高溫。
“民以食為天，食以天為先”。在古代，天氣變化直接決定了農(nóng)作物的產(chǎn)量，進而影響市場經(jīng)濟。那么現(xiàn)代，除了體感的不適，高溫會對社會運轉(zhuǎn)產(chǎn)生哪些影響？
在經(jīng)濟學(xué)術(shù)語中，有個名詞叫“一度效應(yīng)”，指的是氣溫發(fā)生1攝氏度變化，商品的銷量就會隨之發(fā)生較大變化。例如，德國的一項調(diào)查發(fā)現(xiàn)，氣溫每上升1攝氏度，大瓶裝啤酒日銷量會增加230萬瓶；日本的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，夏天氣溫每變化1攝氏度，空調(diào)銷售量可波動數(shù)萬臺。基于這些發(fā)現(xiàn)，全球多個國家推出了空調(diào)指數(shù)、啤酒指數(shù)、乘車指數(shù)等夏季熱門氣象服務(wù)指數(shù)，以全面促進市場消費。
在能源領(lǐng)域，“一度效應(yīng)”更為明顯。根據(jù)國家氣象信息中心的公開數(shù)據(jù)，當(dāng)重慶氣溫達到或超過35攝氏度時，氣溫每升高1攝氏度，全市電力負(fù)荷便會增加約100萬千瓦；在陜西，日最高氣溫達到31攝氏度后，每上升1攝氏度，全省電力負(fù)荷便會增加約100萬千瓦；而在廣東，當(dāng)氣溫達到35攝氏度以上時，每增加1攝氏度，對應(yīng)的負(fù)荷就會上升300萬～500萬千瓦。
從全國范圍來看，近期各地屢破紀(jì)錄的溫度也讓電力負(fù)荷的峰值沖向新高。
根據(jù)國家能源局7月31日發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，全國最大電力負(fù)荷分別于7月4日、7日、16日、17日四次創(chuàng)歷史新高，突破15億千瓦，最高達到15.08億千瓦，較去年最大負(fù)荷增加0.57億千瓦。截至目前，江蘇、山東、廣東等19個省級電網(wǎng)負(fù)荷46次突破歷史新高。
從電力負(fù)荷的增長主體來看，高溫導(dǎo)致的空調(diào)等制冷設(shè)備的用電需求成為近期電力負(fù)荷增長的絕對主力。根據(jù)國網(wǎng)能研院的數(shù)據(jù)，當(dāng)前居民空調(diào)負(fù)荷占到總用電負(fù)荷的40%。以湖南省為例，湖南省氣候中心的數(shù)據(jù)顯示，3月26日湖南省出現(xiàn)了首個超過35攝氏度的高溫日，為1961年有完整氣象記錄以來第二早；年平均氣溫屢創(chuàng)新高。根據(jù)湖南省人民政府的預(yù)計，今夏湖南省最大用電負(fù)荷將達5000萬千瓦，持續(xù)極端高溫天氣情況下最大可達5200萬千瓦；空調(diào)負(fù)荷預(yù)計最大達到2344萬千瓦，占全省總用電負(fù)荷的45%以上。
高溫“炙烤”模式下，用電負(fù)荷的高企也檢驗著電網(wǎng)的平穩(wěn)運行能力，特別是作為控制電力系統(tǒng)平穩(wěn)運行的神經(jīng)中樞——電力調(diào)度。
助電力調(diào)度“渡”峰值
截至今年6月底，全國可再生能源裝機容量達到21.59億千瓦，同比增長30.6%，約占我國總裝機的59.2%，其中，水電裝機4.4億千瓦，風(fēng)電裝機5.73億千瓦，光伏發(fā)電裝機11億千瓦，風(fēng)電、光伏發(fā)電合計裝機達到16.73億千瓦，歷史性超過了火電裝機。從發(fā)電量來看，今年上半年，風(fēng)電、光伏發(fā)電量合計達11478億千瓦時，同比增長27.4%，在全社會用電量中占比達到23.7%，較去年同期提高4.4個百分點。
在這一背景下，新能源“看天吃飯”的特性，讓電力調(diào)度工作發(fā)生了前所未有的變革。
中國電力科學(xué)研究院新能源研究所電力氣象預(yù)測預(yù)報技術(shù)研究室主任王勃表示，當(dāng)前新型電力系統(tǒng)的調(diào)度工作正從傳統(tǒng)的“源隨荷動”轉(zhuǎn)向“源荷互動”的復(fù)雜模式。“新能源出力的顯著間歇性和波動性使得調(diào)度必須應(yīng)對分鐘級甚至秒級的功率變化，同時極端氣候頻發(fā)導(dǎo)致預(yù)測不確定性加劇，2022年四川“旱澇急轉(zhuǎn)”情況就暴露出傳統(tǒng)備用容量策略在復(fù)合災(zāi)害氣候預(yù)測不準(zhǔn)確下的失效風(fēng)險。當(dāng)前，電力調(diào)度需構(gòu)建多時間尺度協(xié)同控制體系，深度融合高精度氣象預(yù)測、分布式資源管理和跨區(qū)靈活性共享。”
王勃認(rèn)為，氣候變化在中長時間尺度上對電力調(diào)度規(guī)劃的影響是系統(tǒng)性且深遠的，它不僅將可能重塑天氣依賴型電源的調(diào)控方式，甚至?xí)苿与娋W(wǎng)運行方式和天氣敏感型負(fù)荷需求模式發(fā)生調(diào)整。
“從發(fā)電側(cè)來看，降水模式的改變導(dǎo)致水電豐枯期規(guī)律被打破，水庫調(diào)度曲線需要重新評估，而風(fēng)速變化和云量分布的改變則直接影響風(fēng)電和光伏的出力特性，甚至可能出現(xiàn)新能源電站的前期規(guī)劃選址策略失靈；同時，持續(xù)升高的環(huán)境溫度會降低火電和核電的運行效率，特別是在夏季，冷卻水溫度限制可能影響到傳統(tǒng)電源降出力運行，”他說，“電網(wǎng)側(cè)則面臨傳輸能力下降和災(zāi)害風(fēng)險上升的雙重壓力，導(dǎo)線載流量因高溫而削減，強風(fēng)、雨雪、冰雹等極端天氣頻發(fā)、重發(fā)，又對提升電網(wǎng)抗災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)提出了更高要求?！?
而對于負(fù)荷側(cè)的變化，王勃認(rèn)為更為復(fù)雜。“生活用電方面，制冷需求激增使得夏季峰值負(fù)荷持續(xù)攀升，而冬季采暖需求減少雖可能緩和季節(jié)性峰谷差，但突發(fā)寒潮又會帶來不可預(yù)測的負(fù)荷沖擊，近年來除濕負(fù)荷的需求也不容小覷。在農(nóng)電利用方面，主要挑戰(zhàn)在土壤保墑需求，高溫帶來的旱災(zāi)、臺風(fēng)帶來的澇災(zāi)，都影響農(nóng)作物生長。這些變化倒逼電力調(diào)度體系向多時間尺度耦合決策轉(zhuǎn)型，需要將天氣和氣候預(yù)測數(shù)據(jù)深度嵌入周、月、季的調(diào)度策略中，同時通過優(yōu)化靈活性資源配置策略來增強系統(tǒng)彈性。”他說道。
不同于日常生活中常見的天氣預(yù)報，電力調(diào)度和電力交易環(huán)節(jié)應(yīng)用的是數(shù)值天氣預(yù)報。數(shù)值天氣預(yù)報是指根據(jù)大氣實際情況，在一定的初值和邊值條件下，通過大型計算機做數(shù)值計算，求解描寫天氣演變過程的流體力學(xué)和熱力學(xué)的方程組，預(yù)測未來一定時段的大氣運動狀態(tài)和天氣現(xiàn)象的方法。
早在2010年，中國電力科學(xué)研究院電力氣象團隊就建立了國內(nèi)首個專業(yè)的面向電力氣象服務(wù)的數(shù)值天氣預(yù)報中心。
據(jù)王勃介紹，該數(shù)值預(yù)報中心擁有500萬億次/秒計算能力的高性能集群，以及集四維資料同化、快速更新循環(huán)、集合預(yù)報等技術(shù)于一體的電力專業(yè)數(shù)值預(yù)報模式，每日2次生成未來72小時的常規(guī)氣象以及電力氣象災(zāi)害預(yù)測信息；還可以結(jié)合電網(wǎng)設(shè)備的地理位置、設(shè)防水平、歷史故障以及致災(zāi)機理等，分災(zāi)害建立設(shè)備災(zāi)害風(fēng)險分級預(yù)測模型，可第一時間將受影響設(shè)備的信息通過國網(wǎng)公司企業(yè)級氣象中心下發(fā)至各省公司與生產(chǎn)一線，為電網(wǎng)生產(chǎn)運行提供堅強有力支撐。
2016年，由中國電力科學(xué)研究院自主研發(fā)的“新能源發(fā)電調(diào)度運行關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”獲得了國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎，其中風(fēng)電、光伏發(fā)電功率預(yù)測是項目的核心創(chuàng)新點之一。
王勃表示，由于新能源受熱力、動力等多重物理效應(yīng)交互耦合影響，波動過程呈強隨機性，難以準(zhǔn)確描述，高精度預(yù)測難度極大。而“新能源發(fā)電調(diào)度運行關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目提出了風(fēng)過程和云團移動數(shù)值模擬方法，揭示了新能源波動和出力陡升陡降事件的規(guī)律，首創(chuàng)了波動特性聚類與辨識、多模型交互校驗與融合的波動過程預(yù)測方法，解決了新能源中尺度功率波動預(yù)測誤差大的難題，極大提升了新能源的功率預(yù)測精度。
提高電力交易可靠性
2025年1月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于深化新能源上網(wǎng)電價市場化改革促進新能源高質(zhì)量發(fā)展的通知》，推動新能源上網(wǎng)電量全面進入電力市場，通過市場交易形成價格。文件的發(fā)布標(biāo)志著我國新能源產(chǎn)業(yè)從“政策驅(qū)動”全面轉(zhuǎn)向“市場驅(qū)動”。但同時，隨著新能源的全面入市，其波動性和隨機性也給電力市場，尤其是現(xiàn)貨市場帶來了較大的不確定性。
眾所周知，電力價格預(yù)測是電力市場交易策略的核心，在新能源全面入市后，新能源功率預(yù)測便成為價格預(yù)測的重要組成部分。
冀北電力交易中心有限公司交易處專責(zé)朱天博表示，在中長期電力交易中，氣象預(yù)測主要用于優(yōu)化能源規(guī)劃和發(fā)電設(shè)備的長期調(diào)度；在日內(nèi)或極短期電力交易中，氣象預(yù)測更側(cè)重于實時調(diào)整發(fā)電和用電計劃，應(yīng)對突發(fā)氣象變化，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。
“通過合理利用氣象預(yù)測信息，電力公司可以有效降低運營成本，提高電力交易的效率和可靠性。”朱天博說道。
王勃同樣表示，隨著新能源占比的持續(xù)提升，為保障電力系統(tǒng)電力電量的平衡，電力調(diào)度和電力交易環(huán)節(jié)需依托高精度的新能源功率預(yù)測、氣象敏感性負(fù)荷預(yù)測，并優(yōu)化常規(guī)電源和靈活電源的機組組合方案。
以山東省為例，今年7月初，受副熱帶高壓北抬影響，山東大范圍出現(xiàn)持續(xù)“桑拿天”，山東全網(wǎng)用電負(fù)荷自7月3日起4天創(chuàng)新高，最高負(fù)荷達1.2298億千瓦。而在8月5日，山東省最高負(fù)荷再次創(chuàng)歷史新高，達到1.236億千瓦。為了應(yīng)對夏季用電的“尖峰時刻”，國網(wǎng)山東電力借助AI大模型力量，打造“電網(wǎng)調(diào)度智慧大腦”，推動電網(wǎng)調(diào)度運行實現(xiàn)從“數(shù)字賦能”向“認(rèn)知智能”的跨越。
據(jù)國網(wǎng)山東電力調(diào)度控制中心負(fù)責(zé)人介紹，“電網(wǎng)調(diào)度智慧大腦”綜合運用“氣象大模型+專業(yè)小模型”技術(shù)，將未來48小時氣象預(yù)報的更新頻率提升至1小時一次，融合氣象實況、衛(wèi)星云圖、高分辨率地形等多源多模態(tài)信息，為負(fù)荷預(yù)測提供了更加及時、準(zhǔn)確的氣象數(shù)據(jù)支持。同時，“電網(wǎng)調(diào)度智慧大腦”結(jié)合專家經(jīng)驗進行自主分析學(xué)習(xí)，有效提升負(fù)荷預(yù)測任務(wù)在極端天氣、節(jié)假日等小樣本事件中的準(zhǔn)確率。
數(shù)據(jù)顯示，山東負(fù)荷預(yù)測模型在迎峰度夏期間表現(xiàn)優(yōu)異。今年入夏以來，模型預(yù)測準(zhǔn)確率達98.3%，較傳統(tǒng)預(yù)測高出0.5個百分點；在7月3、4、5日負(fù)荷連續(xù)創(chuàng)新高場景預(yù)測準(zhǔn)確率達98.63%，較傳統(tǒng)方式高出1.1個百分點；在6月18日、7月7日兩次重大轉(zhuǎn)折天氣中模型預(yù)測準(zhǔn)確率分別達99.62%和98.21%，較傳統(tǒng)方式分別高出2.15和3.64個百分點，在突破轉(zhuǎn)折天氣等場景的負(fù)荷預(yù)測精度提升瓶頸方面成效顯著。
同時，精準(zhǔn)的氣象預(yù)測還幫助國網(wǎng)山東電力完成“中長期+現(xiàn)貨+應(yīng)急調(diào)度”的多元化電力資源調(diào)配模式，成功應(yīng)對夏季用電負(fù)荷高峰。據(jù)了解，國網(wǎng)山東電力簽訂迎峰度夏期間“七下八上”晚高峰時段的跨省區(qū)中長期交易合同，首次突破3000萬千瓦。此外，在供電緊張時段，通過省間現(xiàn)貨市場最大購電304萬千瓦，申請華北區(qū)域應(yīng)急調(diào)度支援電力最大600萬千瓦，入魯外電達3480萬千瓦。
不過，王勃認(rèn)為目前電力氣象預(yù)測技術(shù)的發(fā)展仍然面臨三大核心挑戰(zhàn)：一是在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層面，人工智能大模型雖依賴海量高質(zhì)量數(shù)據(jù)，但電力氣象領(lǐng)域存在觀測站點稀疏、時空覆蓋不足、數(shù)據(jù)質(zhì)量偏低等問題，難以滿足大模型對海量、高維數(shù)據(jù)的需求，亟須提升數(shù)據(jù)的多樣性，并解決其不確定性。二是在訓(xùn)練建模層面，巨量參數(shù)模型面臨算力成本高、收斂難度大的瓶頸，現(xiàn)有氣象大模型對小尺度強對流天氣等極端天氣的泛化能力明顯不足，電力氣象大模型的精細(xì)化研發(fā)已步入技術(shù)“無人區(qū)”。三是在預(yù)測推演層面，氣象大模型的建模方式通常以均態(tài)誤差最小化為目標(biāo)，即對氣象極端事件的模擬難度很大，這與電力系統(tǒng)對極端天氣時空精準(zhǔn)命中的需求存在本質(zhì)矛盾，導(dǎo)致模型對低頻高影響天氣的預(yù)測可靠性不足。
不久前，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《關(guān)于跨電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)常態(tài)化電力交易機制方案的復(fù)函》，為全國統(tǒng)一電力市場建設(shè)按下“加速鍵”。電力市場的“全國購”，彌補了新能源裝機快速增長這一背景下，單一電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力漸顯不足的問題，增強了新能源消納和電網(wǎng)的保供互濟能力。
王勃表示，電力市場改革進一步增加了調(diào)度的復(fù)雜度，站在電力生產(chǎn)-傳輸-售用全鏈條如何有效應(yīng)對氣候變化的角度，構(gòu)建涵蓋預(yù)測、決策、恢復(fù)全鏈條的氣候韌性體系顯得尤為緊迫。
今年上半年，在氣象預(yù)測的輔助下，電力調(diào)度完成了及時有效的電力“大遷徙”。國家能源局發(fā)展規(guī)劃司相關(guān)負(fù)責(zé)人在2025年第三季度新聞發(fā)布會上表示，我國能源安全保障能力穩(wěn)步提升，除了原煤、油氣生產(chǎn)的平穩(wěn)增長，電力大范圍優(yōu)化配置能力進一步增強，隴東-山東、哈密-重慶等特高壓直流輸電工程投產(chǎn)送電。迎峰度夏以來，有效應(yīng)對了15.08億千瓦的歷史最高用電負(fù)荷，全國未實施有序用電。
