梁志文

內(nèi)蒙古氣象服務(wù)中心

淺談內(nèi)蒙古風力發(fā)電與氣象服務(wù)

梁志文

內(nèi)蒙古氣象服務(wù)中心

風力發(fā)電作為一種可再生又環(huán)保的發(fā)電形式，自產(chǎn)生之日就備受人們的關(guān)注與重視。內(nèi)蒙古自治區(qū)10米高度可開發(fā)利用的風能儲量為1.01億kW，占全國總儲量的40%，居全國首位；文章通過對內(nèi)蒙古風能資源情況和內(nèi)蒙古電網(wǎng)利用風能的現(xiàn)狀進行分析。拓寬氣象服務(wù)業(yè)務(wù)，加強風電對氣象服務(wù)需求，提高數(shù)值預報精細化程度，提高科技支撐能力，加強面向風電場的風電功率預報能力建設(shè)，探索風能業(yè)務(wù)發(fā)展的服務(wù)模式，進一步完善風能預報服務(wù)組織機構(gòu)，建立專業(yè)化的服務(wù)團隊，優(yōu)化業(yè)務(wù)布局，完善服務(wù)流程，做好風電預報標準化體系建設(shè)。

內(nèi)蒙古風電氣象平臺

一、內(nèi)蒙古風能資源概況

風力發(fā)電作為一種可再生又環(huán)保的發(fā)電形式，自產(chǎn)生之日就備受人們的關(guān)注與重視。內(nèi)蒙古是我國風力發(fā)電的大省，一直在風電開發(fā)領(lǐng)域居于領(lǐng)先地位，但是由于政策、經(jīng)濟、市場等多方面的原因，內(nèi)蒙古風力發(fā)電開始面臨新的挑戰(zhàn)。風能資源主要分布在典型草原、荒漠草原及荒漠區(qū)域。內(nèi)蒙古自治區(qū)幅員遼闊，風能資源豐富。全區(qū)風能技術(shù)可開發(fā)容量超過1.5億千瓦，占全國可開發(fā)總量的50%，風能資源儲量居全國首位，是國家落實可再生能源發(fā)展規(guī)劃目標，開發(fā)建設(shè)百萬及千萬千瓦級風電基地的重要地區(qū)，被國家確定為“風電三峽”基地。

內(nèi)蒙古自治區(qū)10米高度可開發(fā)利用的風能儲量為1.01億kW，占全國總儲量的40%，居全國首位；50米高度可開發(fā)量為2.02億kW，占全國總儲量的40%；年大于3ms-1風速的時間在5000～6000小時；大部分地區(qū)風能密度在每平方米200～300W之間，風能豐富區(qū)的穩(wěn)定度高、連續(xù)性好，面積為46萬公頃。內(nèi)蒙古風能可利用面積占全區(qū)總面積的80%左右，且分布范圍廣、連續(xù)性好，加之內(nèi)蒙古享受國家多項扶持，征地費用低廉，在內(nèi)蒙古發(fā)展風電具有明顯的優(yōu)勢。

二、內(nèi)蒙古電網(wǎng)利用風能的現(xiàn)狀

內(nèi)蒙古自治區(qū)早在上世紀50年代末開始開發(fā)利用風電資源，至80年代末，內(nèi)蒙古自治區(qū)的風能資源開發(fā)利用就進入了國際合作的階段。依靠豐富的風能資源，內(nèi)蒙古風電產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展。西起阿拉善戈壁，東至呼倫貝爾草原，投資建成一批大型風電場。截至2013年底，全區(qū)的風電裝機容量1849萬千瓦，占全國風電裝機容量的四分之一，總量居全國第一位。內(nèi)蒙古風電發(fā)電量達368.37億千瓦時，占全國風電發(fā)電量的26.29%，居全國第一位；風電發(fā)電量占全區(qū)發(fā)電量的10.17%，占全區(qū)全社會用電量16.88%，風電消納達到國際先進水平。風電場的主要特點有：

1.風電開發(fā)的限制條件相對較少，清潔環(huán)保，已具有比較成本優(yōu)勢，在可再生能源中最具發(fā)展前景。一個地區(qū)年平均風速達到每秒5～6米以上，風力年有效利用時間達到2000小時以上，地勢寬敞，即可建設(shè)風電場，且?guī)缀醪挥绊懙孛胬?。在可再生能源中，風能與太陽能相比，風能發(fā)電成本是太陽能發(fā)電的四分之一左右，風能發(fā)電技術(shù)較為成熟，且受天氣限制較少；與生物質(zhì)能相比，沒有生物質(zhì)能燃燒產(chǎn)生的碳排放及熱量排放等，不會加劇全球變暖。目前，風力發(fā)電最具大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)條件。

2.與傳統(tǒng)發(fā)電站相比較建設(shè)成本高，初始投資大，運營成本低，后期費用少。風電場的建設(shè)成本高于燃煤電站，其中風電設(shè)備技術(shù)要求高，造價高出火電設(shè)備的一倍多。在風電場的建設(shè)成本中，核心設(shè)備——風電機組成本占70%左右。目前，內(nèi)蒙古風電的建設(shè)成本每千瓦7000～8000元，風電設(shè)備成本每千瓦達5000～6000元。但風電場運營沒有燃料消耗及“三廢”處理，人力需求少，后期投資主要是設(shè)備的維護費用。內(nèi)蒙古風能資源較好地區(qū)的風力發(fā)電成本與我國南方一些地區(qū)燃油或燃氣發(fā)電相比，已具有成本競爭力。

3.投資回收期長，一般在10年左右，只要風力情況良好，未來收益相對穩(wěn)定?；鹆Πl(fā)電受燃料供給、價格和交通運輸?shù)葪l件影響較大，與煤氣油運市場關(guān)聯(lián)度高；而風電場運營成本相對穩(wěn)定。在風力情況良好的地區(qū)，相關(guān)扶持政策配套，大規(guī)模開發(fā)可保證投資穩(wěn)定回收。

4.風電場大多地處偏遠，距離現(xiàn)有電網(wǎng)較遠，風電入網(wǎng)需要長距離輸電，對輸電線路的要求高。風能資源豐富的地區(qū)一般比較偏遠，尤其是內(nèi)蒙古地域廣闊，風電接入電網(wǎng)的輸電線路長，為減小電量線路損耗，對線路技術(shù)指標、輸變電設(shè)備要求高，電網(wǎng)建設(shè)所需資金大。據(jù)了解，在內(nèi)蒙古建設(shè)500千伏的輸電線路，平均每100公里就需要3億元左右。同時，運輸大型風電設(shè)備需相應(yīng)改善交通條件。

三、風力發(fā)電對氣象服務(wù)需求

目前風電對全網(wǎng)的電力平衡已經(jīng)帶來很大的影響。對風電場輸出功率進行預測是緩解電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻壓力，提高風電接納能力的有效手段之一。同時，風電功率預測還可以指導風電場的檢修計劃，提高風能利用率和電場的經(jīng)濟效益。根據(jù)內(nèi)蒙古電力公司風電場功率預測氣象服務(wù)業(yè)務(wù)的需求，我中心組織科技人員對我區(qū)盟西風電場進行實地調(diào)研，通過對多家風電場更為細致的調(diào)研，了解和掌握當前我區(qū)風電企業(yè)氣象服務(wù)的需求，以及服務(wù)工作存在的主要問題，調(diào)研當前風能氣象服務(wù)的能力和差距，提出改進和發(fā)展風能氣象服務(wù)的意見和建議。

通過調(diào)研了解，電力調(diào)度和風電場運行對氣象服務(wù)的需求都非常迫切，由于業(yè)務(wù)性質(zhì)不同對氣象預報服務(wù)也分別有不同需求。電力調(diào)度方面的主要需求：一是實時電力調(diào)度所需的覆蓋所有風電場的短時（15分鐘~4小時）、短期（第2~3天逐15分鐘）風場預報；二是制定較長時間電力調(diào)度計劃所需的10天風場變化趨勢預報；三是消納風電需要進一步提高風場預報準確率，尤其是低風速持續(xù)時間、高風速持續(xù)時間、風速突變時間及變化速度等針對性預報的準確率；四是風場預報和功率預報改進需要測風數(shù)據(jù)的支撐，有必要按統(tǒng)一規(guī)范建立適量針對風電預報并能夠長期運行的觀測塔。

風電場方面的主要需求：一是風電場區(qū)域的風場短時、短期預報，以滿足逐日風電功率預報上報要求；二是對風電場檢修、維護等有影響的雨雪、沙塵暴、雷電等惡劣天氣預報預警；三是制定、安排風機檢修計劃需要的白天低風速時段預報和10天風速變化趨勢預報；四是需要實時、穩(wěn)定的風電功率預報系統(tǒng)。

四、風力發(fā)電氣象服務(wù)業(yè)務(wù)開展

內(nèi)蒙古氣象服務(wù)中心于2009年與內(nèi)蒙古電力調(diào)通中心及風電企業(yè)開始合作，開展了風電氣象預報服務(wù)工作。隨著合作的不斷深入及服務(wù)需求的增加，預報服務(wù)工作在多個方面取得了一定成果。2011年中國氣象局副局長在全國風能預報服務(wù)工作電視電話會上提出要求，內(nèi)蒙古氣象局要加強與國家級業(yè)務(wù)單位和區(qū)域中心的合作，提高數(shù)值預報精細化程度，提高科技支撐能力，加強面向風電場的風電功率預報能力建設(shè)，探索風能業(yè)務(wù)發(fā)展的服務(wù)模式，進一步完善風能預報服務(wù)組織機構(gòu)，建立專業(yè)化的服務(wù)團隊，優(yōu)化業(yè)務(wù)布局，完善服務(wù)流程，做好風電預報標準化體系建設(shè)。

目前，內(nèi)蒙古氣象以風電場、風區(qū)、全網(wǎng)為服務(wù)單元、共為風電企業(yè)提供2大類、31種服務(wù)產(chǎn)品，包括風電場48小時訂正預報、電網(wǎng)風電風區(qū)7天逐日滾動預報、地面自動站逐時監(jiān)測、氣象預警等。推動技術(shù)研發(fā)和業(yè)務(wù)推廣，與內(nèi)蒙古電力公司合作完成了基于曙光TC-4000L并行集群計算機系統(tǒng)和MM5、WRF的中尺度數(shù)值預報模式的內(nèi)蒙古區(qū)域數(shù)值預報系統(tǒng)建設(shè)，完成中國氣象局BJ-RUC模式預報產(chǎn)品的本地化業(yè)務(wù)應(yīng)用。加強氣象與風電部門的合作，在信息資料的共享、服務(wù)方式的轉(zhuǎn)變、服務(wù)產(chǎn)品的提供方面建立了穩(wěn)定的合作機制。通過電力光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸線路及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實現(xiàn)了與電力中調(diào)及風電企業(yè)實時信息的共享，共享的內(nèi)容包括：氣象部門提供衛(wèi)星云圖、雷達數(shù)據(jù)、自動站監(jiān)測數(shù)據(jù)、預報產(chǎn)品；電力部門提供風電場地理信息、風機基本信息、風機運行信息。在統(tǒng)一制定的數(shù)據(jù)格式，傳輸規(guī)范下，完成以氣象與電力信息共享業(yè)務(wù)傳輸服務(wù)平臺，建設(shè)了預報產(chǎn)品制作平臺、服務(wù)運行監(jiān)控平臺、風電場客戶端服務(wù)平臺等。結(jié)合服務(wù)需求對預報服務(wù)業(yè)務(wù)進行了不斷優(yōu)化改進，已服務(wù)內(nèi)蒙古電網(wǎng)100多家，風電企業(yè)合同服務(wù)用戶已達60家。通過整合業(yè)務(wù)資源，發(fā)揮服務(wù)優(yōu)勢，建立和完善內(nèi)蒙古風電氣象服務(wù)體系和業(yè)務(wù)管理規(guī)范，提高風電預報業(yè)務(wù)在風電企業(yè)的占有率，拓展了風能預報服務(wù)市場。

五、風電氣象服務(wù)思考

加強與國家級業(yè)務(wù)單位和區(qū)域中心的合作，提高數(shù)值預報精細化程度，提高科技支撐能力，加強面向風電場的風電功率預報能力建設(shè)，探索風能業(yè)務(wù)發(fā)展的服務(wù)模式，進一步完善風能預報服務(wù)組織機構(gòu)，建立專業(yè)化的服務(wù)團隊，優(yōu)化業(yè)務(wù)布局，完善服務(wù)流程，成立了風能預報服務(wù)業(yè)務(wù)支撐和保障的專職的服務(wù)團隊。為電網(wǎng)及風電場客戶提供專業(yè)的氣象產(chǎn)品咨詢、服務(wù)規(guī)劃、項目實施以及后續(xù)的技術(shù)服務(wù)。

1.強化風電預報觀測網(wǎng)建設(shè)

內(nèi)蒙古氣象部門目前建有71座風電觀測塔，隨著全區(qū)風能普查評估工作的結(jié)束，我們發(fā)現(xiàn)有些專業(yè)測風塔遠離風電場，這就失去測風塔作用，發(fā)揮不了測風塔的功能。為了實現(xiàn)更有效的風場資料同化，做好風電模式預報訂正，提高風電預報的準確率，進一步做好風電的后期評估工作，建議由風電企業(yè)、政府出資，將測風塔遷移至風電場上風區(qū)域或重建測風塔。風電企業(yè)負責測風塔后期的日常維護，氣象部門負責氣象監(jiān)測儀器設(shè)備的鑒定和資料的收集整理工作。最終觀測資料實現(xiàn)三方共享。

2.強化風電預報服務(wù)能力建設(shè)

為了進一步做好風電的服務(wù)工作，內(nèi)蒙古氣象局將與公共氣象服務(wù)中心合作，加強風電預報服務(wù)產(chǎn)品的開發(fā)，提高風電預報服務(wù)的精度，由原來1小時預報產(chǎn)品，開發(fā)完成為15分鐘的預報產(chǎn)品；通過模式引進，逐步提高風電預報的空間精度和準確度；通過集合預報研究，強化風電中期預報的能力和預報水平。

3.加強合作研發(fā)

加強合作研發(fā)，聯(lián)合成立風能、太陽能功率預測數(shù)值預報中心。為了更好做好風功率預報，充分發(fā)揮氣象部門與風電集團的技術(shù)優(yōu)勢，建議聯(lián)合成立風能、太陽能功率數(shù)值預報中心，中心通過提升高性能計算機計算能力，提高模式分辨率，引進國內(nèi)外先進數(shù)值預報模式，實現(xiàn)風電場測風資料同化，開發(fā)風能、太陽能功率數(shù)值預報模式等，提高風能、太陽能預報能力和水平。氣象部門主要解決風能、太陽能數(shù)值預報模式性能改進和運行維護；電力公司負責風能、太陽能功率預報的應(yīng)用。

4.強化氣象建設(shè)，拓展傳播手段

加快高影響天氣預報預警技術(shù)研究和預警業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)，加強災(zāi)害性天氣預警服務(wù)工作，針對影響風電區(qū)域生產(chǎn)生活的暴雨、暴雪、大風、沙塵暴、寒潮和高溫等災(zāi)害性天氣做好氣象服務(wù)。

在現(xiàn)有風電氣象服務(wù)信息網(wǎng)絡(luò)、傳真和電話等傳播手段的基礎(chǔ)上，加強天氣通風電氣象服務(wù)專業(yè)版設(shè)計開發(fā)，使風電企業(yè)領(lǐng)導和職工通過多種終端方式收集相關(guān)的氣象服務(wù)信息。