淺談內(nèi)蒙古風(fēng)力發(fā)電與氣象服務(wù)

梁志文

內(nèi)蒙古氣象服務(wù)中心

淺談內(nèi)蒙古風(fēng)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(fēng)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(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量為1.01億kW，占全國(guó)總儲(chǔ)量的40%，居全國(guó)首位；文章通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古風(fēng)能資源情況和內(nèi)蒙古電網(wǎng)利用風(fēng)能的現(xiàn)狀進(jìn)行分析。拓寬氣象服務(wù)業(yè)務(wù)，加強(qiáng)風(fēng)電對(duì)氣象服務(wù)需求，提高數(shù)值預(yù)報(bào)精細(xì)化程度，提高科技支撐能力，加強(qiáng)面向風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電功率預(yù)報(bào)能力建設(shè)，探索風(fēng)能業(yè)務(wù)發(fā)展的服務(wù)模式，進(jìn)一步完善風(fēng)能預(yù)報(bào)服務(wù)組織機(jī)構(gòu)，建立專業(yè)化的服務(wù)團(tuán)隊(duì)，優(yōu)化業(yè)務(wù)布局，完善服務(wù)流程，做好風(fēng)電預(yù)報(bào)標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)。

內(nèi)蒙古風(fēng)電氣象平臺(tái)

一、內(nèi)蒙古風(fēng)能資源概況

風(fēng)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(guó)風(fēng)力發(fā)電的大省，一直在風(fēng)電開(kāi)發(fā)領(lǐng)域居于領(lǐng)先地位，但是由于政策、經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)等多方面的原因，內(nèi)蒙古風(fēng)力發(fā)電開(kāi)始面臨新的挑戰(zhàn)。風(fēng)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(fēng)能資源豐富。全區(qū)風(fēng)能技術(shù)可開(kāi)發(fā)容量超過(guò)1.5億千瓦，占全國(guó)可開(kāi)發(fā)總量的50%，風(fēng)能資源儲(chǔ)量居全國(guó)首位，是國(guó)家落實(shí)可再生能源發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)，開(kāi)發(fā)建設(shè)百萬(wàn)及千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地的重要地區(qū)，被國(guó)家確定為“風(fēng)電三峽”基地。

內(nèi)蒙古自治區(qū)10米高度可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量為1.01億kW，占全國(guó)總儲(chǔ)量的40%，居全國(guó)首位；50米高度可開(kāi)發(fā)量為2.02億kW，占全國(guó)總儲(chǔ)量的40%；年大于3ms-1風(fēng)速的時(shí)間在5000～6000小時(shí)；大部分地區(qū)風(fēng)能密度在每平方米200～300W之間，風(fēng)能豐富區(qū)的穩(wěn)定度高、連續(xù)性好，面積為46萬(wàn)公頃。內(nèi)蒙古風(fēng)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(guó)家多項(xiàng)扶持，征地費(fèi)用低廉，在內(nèi)蒙古發(fā)展風(fēng)電具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

二、內(nèi)蒙古電網(wǎng)利用風(fēng)能的現(xiàn)狀

內(nèi)蒙古自治區(qū)早在上世紀(jì)50年代末開(kāi)始開(kāi)發(fā)利用風(fēng)電資源，至80年代末，內(nèi)蒙古自治區(qū)的風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)利用就進(jìn)入了國(guó)際合作的階段。依靠豐富的風(fēng)能資源，內(nèi)蒙古風(fēng)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(fēng)電場(chǎng)。截至2013年底，全區(qū)的風(fēng)電裝機(jī)容量1849萬(wàn)千瓦，占全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量的四分之一，總量居全國(guó)第一位。內(nèi)蒙古風(fēng)電發(fā)電量達(dá)368.37億千瓦時(shí)，占全國(guó)風(fēng)電發(fā)電量的26.29%，居全國(guó)第一位；風(fēng)電發(fā)電量占全區(qū)發(fā)電量的10.17%，占全區(qū)全社會(huì)用電量16.88%，風(fēng)電消納達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。風(fēng)電場(chǎng)的主要特點(diǎn)有：

1.風(fēng)電開(kāi)發(fā)的限制條件相對(duì)較少，清潔環(huán)保，已具有比較成本優(yōu)勢(shì)，在可再生能源中最具發(fā)展前景。一個(gè)地區(qū)年平均風(fēng)速達(dá)到每秒5～6米以上，風(fēng)力年有效利用時(shí)間達(dá)到2000小時(shí)以上，地勢(shì)寬敞，即可建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)，且?guī)缀醪挥绊懙孛胬?。在可再生能源中，風(fēng)能與太陽(yáng)能相比，風(fēng)能發(fā)電成本是太陽(yáng)能發(fā)電的四分之一左右，風(fēng)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(méi)有生物質(zhì)能燃燒產(chǎn)生的碳排放及熱量排放等，不會(huì)加劇全球變暖。目前，風(fēng)力發(fā)電最具大規(guī)模商業(yè)化開(kāi)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(yùn)營(yíng)成本低，后期費(fèi)用少。風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)成本高于燃煤電站，其中風(fēng)電設(shè)備技術(shù)要求高，造價(jià)高出火電設(shè)備的一倍多。在風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)成本中，核心設(shè)備——風(fēng)電機(jī)組成本占70%左右。目前，內(nèi)蒙古風(fēng)電的建設(shè)成本每千瓦7000～8000元，風(fēng)電設(shè)備成本每千瓦達(dá)5000～6000元。但風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)沒(méi)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(hù)費(fèi)用。內(nèi)蒙古風(fēng)能資源較好地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電成本與我國(guó)南方一些地區(qū)燃油或燃?xì)獍l(fā)電相比，已具有成本競(jìng)爭(zhēng)力。

3.投資回收期長(zhǎng)，一般在10年左右，只要風(fēng)力情況良好，未來(lái)收益相對(duì)穩(wěn)定。火力發(fā)電受燃料供給、價(jià)格和交通運(yùn)輸?shù)葪l件影響較大，與煤氣油運(yùn)市場(chǎng)關(guān)聯(lián)度高；而風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)穩(wěn)定。在風(fēng)力情況良好的地區(qū)，相關(guān)扶持政策配套，大規(guī)模開(kāi)發(fā)可保證投資穩(wěn)定回收。

4.風(fēng)電場(chǎng)大多地處偏遠(yuǎn)，距離現(xiàn)有電網(wǎng)較遠(yuǎn)，風(fēng)電入網(wǎng)需要長(zhǎng)距離輸電，對(duì)輸電線路的要求高。風(fēng)能資源豐富的地區(qū)一般比較偏遠(yuǎn)，尤其是內(nèi)蒙古地域廣闊，風(fēng)電接入電網(wǎng)的輸電線路長(zhǎng)，為減小電量線路損耗，對(duì)線路技術(shù)指標(biāo)、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(shí)，運(yùn)輸大型風(fēng)電設(shè)備需相應(yīng)改善交通條件。

三、風(fēng)力發(fā)電對(duì)氣象服務(wù)需求

目前風(fēng)電對(duì)全網(wǎng)的電力平衡已經(jīng)帶來(lái)很大的影響。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)是緩解電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻壓力，提高風(fēng)電接納能力的有效手段之一。同時(shí)，風(fēng)電功率預(yù)測(cè)還可以指導(dǎo)風(fēng)電場(chǎng)的檢修計(jì)劃，提高風(fēng)能利用率和電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)內(nèi)蒙古電力公司風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)氣象服務(wù)業(yè)務(wù)的需求，我中心組織科技人員對(duì)我區(qū)盟西風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，通過(guò)對(duì)多家風(fēng)電場(chǎng)更為細(xì)致的調(diào)研，了解和掌握當(dāng)前我區(qū)風(fēng)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(wèn)題，調(diào)研當(dāng)前風(fēng)能氣象服務(wù)的能力和差距，提出改進(jìn)和發(fā)展風(fēng)能氣象服務(wù)的意見(jiàn)和建議。

通過(guò)調(diào)研了解，電力調(diào)度和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行對(duì)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(duì)氣象預(yù)報(bào)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(shí)時(shí)電力調(diào)度所需的覆蓋所有風(fēng)電場(chǎng)的短時(shí)（15分鐘~4小時(shí)）、短期（第2~3天逐15分鐘）風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)；二是制定較長(zhǎng)時(shí)間電力調(diào)度計(jì)劃所需的10天風(fēng)場(chǎng)變化趨勢(shì)預(yù)報(bào)；三是消納風(fēng)電需要進(jìn)一步提高風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，尤其是低風(fēng)速持續(xù)時(shí)間、高風(fēng)速持續(xù)時(shí)間、風(fēng)速突變時(shí)間及變化速度等針對(duì)性預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率；四是風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)和功率預(yù)報(bào)改進(jìn)需要測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的支撐，有必要按統(tǒng)一規(guī)范建立適量針對(duì)風(fēng)電預(yù)報(bào)并能夠長(zhǎng)期運(yùn)行的觀測(cè)塔。

風(fēng)電場(chǎng)方面的主要需求：一是風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域的風(fēng)場(chǎng)短時(shí)、短期預(yù)報(bào)，以滿足逐日風(fēng)電功率預(yù)報(bào)上報(bào)要求；二是對(duì)風(fēng)電場(chǎng)檢修、維護(hù)等有影響的雨雪、沙塵暴、雷電等惡劣天氣預(yù)報(bào)預(yù)警；三是制定、安排風(fēng)機(jī)檢修計(jì)劃需要的白天低風(fēng)速時(shí)段預(yù)報(bào)和10天風(fēng)速變化趨勢(shì)預(yù)報(bào)；四是需要實(shí)時(shí)、穩(wěn)定的風(fēng)電功率預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

四、風(fēng)力發(fā)電氣象服務(wù)業(yè)務(wù)開(kāi)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(fēng)電企業(yè)開(kāi)始合作，開(kāi)展了風(fēng)電氣象預(yù)報(bào)服務(wù)工作。隨著合作的不斷深入及服務(wù)需求的增加，預(yù)報(bào)服務(wù)工作在多個(gè)方面取得了一定成果。2011年中國(guó)氣象局副局長(zhǎng)在全國(guó)風(fēng)能預(yù)報(bào)服務(wù)工作電視電話會(huì)上提出要求，內(nèi)蒙古氣象局要加強(qiáng)與國(guó)家級(jí)業(yè)務(wù)單位和區(qū)域中心的合作，提高數(shù)值預(yù)報(bào)精細(xì)化程度，提高科技支撐能力，加強(qiáng)面向風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電功率預(yù)報(bào)能力建設(shè)，探索風(fēng)能業(yè)務(wù)發(fā)展的服務(wù)模式，進(jìn)一步完善風(fēng)能預(yù)報(bào)服務(wù)組織機(jī)構(gòu)，建立專業(yè)化的服務(wù)團(tuán)隊(duì)，優(yōu)化業(yè)務(wù)布局，完善服務(wù)流程，做好風(fēng)電預(yù)報(bào)標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)。

目前，內(nèi)蒙古氣象以風(fēng)電場(chǎng)、風(fēng)區(qū)、全網(wǎng)為服務(wù)單元、共為風(fēng)電企業(yè)提供2大類、31種服務(wù)產(chǎn)品，包括風(fēng)電場(chǎng)48小時(shí)訂正預(yù)報(bào)、電網(wǎng)風(fēng)電風(fēng)區(qū)7天逐日滾動(dòng)預(yù)報(bào)、地面自動(dòng)站逐時(shí)監(jiān)測(cè)、氣象預(yù)警等。推動(dòng)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)和MM5、WRF的中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式的內(nèi)蒙古區(qū)域數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)，完成中國(guó)氣象局BJ-RUC模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品的本地化業(yè)務(wù)應(yīng)用。加強(qiáng)氣象與風(fēng)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(jī)制。通過(guò)電力光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸線路及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了與電力中調(diào)及風(fēng)電企業(yè)實(shí)時(shí)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(dá)數(shù)據(jù)、自動(dòng)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)產(chǎn)品；電力部門提供風(fēng)電場(chǎng)地理信息、風(fēng)機(jī)基本信息、風(fēng)機(jī)運(yùn)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(tái)，建設(shè)了預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作平臺(tái)、服務(wù)運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)、風(fēng)電場(chǎng)客戶端服務(wù)平臺(tái)等。結(jié)合服務(wù)需求對(duì)預(yù)報(bào)服務(wù)業(yè)務(wù)進(jìn)行了不斷優(yōu)化改進(jìn)，已服務(wù)內(nèi)蒙古電網(wǎng)100多家，風(fēng)電企業(yè)合同服務(wù)用戶已達(dá)60家。通過(guò)整合業(yè)務(wù)資源，發(fā)揮服務(wù)優(yōu)勢(shì)，建立和完善內(nèi)蒙古風(fēng)電氣象服務(wù)體系和業(yè)務(wù)管理規(guī)范，提高風(fēng)電預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)在風(fēng)電企業(yè)的占有率，拓展了風(fēng)能預(yù)報(bào)服務(wù)市場(chǎng)。

五、風(fēng)電氣象服務(wù)思考

加強(qiáng)與國(guó)家級(jí)業(yè)務(wù)單位和區(qū)域中心的合作，提高數(shù)值預(yù)報(bào)精細(xì)化程度，提高科技支撐能力，加強(qiáng)面向風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電功率預(yù)報(bào)能力建設(shè)，探索風(fēng)能業(yè)務(wù)發(fā)展的服務(wù)模式，進(jìn)一步完善風(fēng)能預(yù)報(bào)服務(wù)組織機(jī)構(gòu)，建立專業(yè)化的服務(wù)團(tuán)隊(duì)，優(yōu)化業(yè)務(wù)布局，完善服務(wù)流程，成立了風(fēng)能預(yù)報(bào)服務(wù)業(yè)務(wù)支撐和保障的專職的服務(wù)團(tuán)隊(duì)。為電網(wǎng)及風(fēng)電場(chǎng)客戶提供專業(yè)的氣象產(chǎn)品咨詢、服務(wù)規(guī)劃、項(xiàng)目實(shí)施以及后續(xù)的技術(shù)服務(wù)。

1.強(qiáng)化風(fēng)電預(yù)報(bào)觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)

內(nèi)蒙古氣象部門目前建有71座風(fēng)電觀測(cè)塔，隨著全區(qū)風(fēng)能普查評(píng)估工作的結(jié)束，我們發(fā)現(xiàn)有些專業(yè)測(cè)風(fēng)塔遠(yuǎn)離風(fēng)電場(chǎng)，這就失去測(cè)風(fēng)塔作用，發(fā)揮不了測(cè)風(fēng)塔的功能。為了實(shí)現(xiàn)更有效的風(fēng)場(chǎng)資料同化，做好風(fēng)電模式預(yù)報(bào)訂正，提高風(fēng)電預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，進(jìn)一步做好風(fēng)電的后期評(píng)估工作，建議由風(fēng)電企業(yè)、政府出資，將測(cè)風(fēng)塔遷移至風(fēng)電場(chǎng)上風(fēng)區(qū)域或重建測(cè)風(fēng)塔。風(fēng)電企業(yè)負(fù)責(zé)測(cè)風(fēng)塔后期的日常維護(hù)，氣象部門負(fù)責(zé)氣象監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的鑒定和資料的收集整理工作。最終觀測(cè)資料實(shí)現(xiàn)三方共享。

2.強(qiáng)化風(fēng)電預(yù)報(bào)服務(wù)能力建設(shè)

為了進(jìn)一步做好風(fēng)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(qiáng)風(fēng)電預(yù)報(bào)服務(wù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，提高風(fēng)電預(yù)報(bào)服務(wù)的精度，由原來(lái)1小時(shí)預(yù)報(bào)產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)完成為15分鐘的預(yù)報(bào)產(chǎn)品；通過(guò)模式引進(jìn)，逐步提高風(fēng)電預(yù)報(bào)的空間精度和準(zhǔn)確度；通過(guò)集合預(yù)報(bào)研究，強(qiáng)化風(fēng)電中期預(yù)報(bào)的能力和預(yù)報(bào)水平。

3.加強(qiáng)合作研發(fā)

加強(qiáng)合作研發(fā)，聯(lián)合成立風(fēng)能、太陽(yáng)能功率預(yù)測(cè)數(shù)值預(yù)報(bào)中心。為了更好做好風(fēng)功率預(yù)報(bào)，充分發(fā)揮氣象部門與風(fēng)電集團(tuán)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，建議聯(lián)合成立風(fēng)能、太陽(yáng)能功率數(shù)值預(yù)報(bào)中心，中心通過(guò)提升高性能計(jì)算機(jī)計(jì)算能力，提高模式分辨率，引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)數(shù)值預(yù)報(bào)模式，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)資料同化，開(kāi)發(fā)風(fēng)能、太陽(yáng)能功率數(shù)值預(yù)報(bào)模式等，提高風(fēng)能、太陽(yáng)能預(yù)報(bào)能力和水平。氣象部門主要解決風(fēng)能、太陽(yáng)能數(shù)值預(yù)報(bào)模式性能改進(jìn)和運(yùn)行維護(hù)；電力公司負(fù)責(zé)風(fēng)能、太陽(yáng)能功率預(yù)報(bào)的應(yīng)用。

4.強(qiáng)化氣象建設(shè)，拓展傳播手段

加快高影響天氣預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)研究和預(yù)警業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)，加強(qiáng)災(zāi)害性天氣預(yù)警服務(wù)工作，針對(duì)影響風(fēng)電區(qū)域生產(chǎn)生活的暴雨、暴雪、大風(fēng)、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(fēng)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(qiáng)天氣通風(fēng)電氣象服務(wù)專業(yè)版設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，使風(fēng)電企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和職工通過(guò)多種終端方式收集相關(guān)的氣象服務(wù)信息。