國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)披露，截至2021年10月底，我國可再生能源發(fā)電累計裝機(jī)容量達(dá)到10.02億千瓦，突破10億千瓦大關(guān)，其中風(fēng)電達(dá)到2.99億千瓦，持續(xù)保持世界第一，同比增長30.4%。
然而，在裝機(jī)容量高速增長的背后，風(fēng)電“有裝機(jī)無出力”的現(xiàn)象卻十分突出，國家電網(wǎng)能源研究院院長張運洲早前在2021北京國際風(fēng)能大會開幕式中指出，以東北地區(qū)為例，2021年入夏以來，東北3560萬千瓦風(fēng)電裝機(jī)出力在一段時間內(nèi)只有5萬千瓦，不到裝機(jī)的千分之二。
而天氣條件是影響風(fēng)電出力的主要因素。這意味著，在風(fēng)電逐漸成為新型電力系統(tǒng)中的“支柱”之一時，需要對氣候風(fēng)險給予高度關(guān)注。
最小出力遠(yuǎn)低于裝機(jī)容量
張運洲表示，2021年9月下旬，東北限電期間，新能源出力遠(yuǎn)不及裝機(jī)容量的10%。此外，2021年以來，華北、西北、華東、華中和西南地區(qū)的風(fēng)電最小出力僅占總裝機(jī)的1.2%、2.1%、0.8%、1.2%和0.4%。
在南方區(qū)域，風(fēng)電出力也遠(yuǎn)低于風(fēng)電裝機(jī)容量，風(fēng)電有效裝機(jī)容量有限。2020年，云南全年風(fēng)電出力最小值僅占風(fēng)電裝機(jī)比值為0.7%；貴州全年風(fēng)電出力最小值僅占風(fēng)電裝機(jī)比值為0.6%。2020年，南方五省區(qū)各省區(qū)中平均出力與風(fēng)電裝機(jī)比值最大為32%（云南），最小為17%（貴州）；風(fēng)電出力最大值與風(fēng)電裝機(jī)比值最大為89%（海南），最小為51%（廣東）。
“總體來說，新能源發(fā)電受氣象因素的影響大。”南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院新能源研究所副所長楊再敏說。
具體到南方五省區(qū)，楊再敏分析，從季度分布特性來看，風(fēng)電出力整體呈現(xiàn)出夏天少、冬天多的特征。此外，夏秋季節(jié)風(fēng)電出力較為分散，變化率大，波動性強(qiáng)；春冬季節(jié)風(fēng)電出力較為密集，變化率小，波動性弱。
南方電網(wǎng)公司一名調(diào)度工作人員說，風(fēng)能對于氣象預(yù)測的依賴度和要求都在逐漸提高，構(gòu)建精細(xì)化的氣象數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)，才能化被動為主動，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
貴州電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院防冰減災(zāi)專責(zé)楊旗介紹說，目前電力調(diào)度部門對新能源的調(diào)度主要基于新能源場站上報的預(yù)測數(shù)據(jù)，而對于電網(wǎng)而言，不僅需要實時監(jiān)測場站數(shù)據(jù)，也需要更為精確地掌握輸電線路走廊氣象等綜合狀態(tài)數(shù)據(jù)，這將直接決定新能源送出通道下的輸電線路動態(tài)最大載流量和在極端天氣條件下新能源發(fā)電的調(diào)度。
預(yù)測+備用：應(yīng)對極端天氣
2021年初發(fā)生在美國得州的極端暴雪天氣造成大面積的電力和供水系統(tǒng)癱瘓，導(dǎo)致居民多日斷水?dāng)嚯姟Ｃ襟w曾刊發(fā)評論稱“得州對風(fēng)能的過度依賴使得電網(wǎng)在惡劣天氣下更加脆弱”。
報道指出，寒潮來襲之際，該州有一半的風(fēng)力渦輪機(jī)凍住，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電迅速下降。
雖然風(fēng)電“掉鏈子”并非得州大停電的主因，但其涉及的氣候風(fēng)險卻足夠警醒能源行業(yè)，在風(fēng)電出力大幅波動時做好準(zhǔn)備。
極端天氣事件往往伴隨著異常的氣象要素變化。例如，在高溫?zé)崂撕挽o力穩(wěn)定大氣環(huán)境下，由于大范圍的靜風(fēng)環(huán)境，造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)無風(fēng)驅(qū)動，使其在一定時段內(nèi)幾乎沒有可能發(fā)電。
極寒條件同樣不適合風(fēng)機(jī)運行。上海電氣集團(tuán)技術(shù)專家表示，風(fēng)機(jī)的正常運行溫度是零下10度到40度，生存溫度是零下20度到50度。“如果溫度下降到零下20度以下，我們會主動停機(jī)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)。”
應(yīng)對極端天氣事件，特別是極端溫度事件如熱浪、極寒，需要大量的能源儲備和靈活的調(diào)配機(jī)制支撐，因氣候變化引發(fā)的極端天氣事件會使未來的能源供給需求呈現(xiàn)異常復(fù)雜的局面。電網(wǎng)對風(fēng)能等間歇性可再生能源的依賴程度越高，在供需發(fā)生巨大變化時的穩(wěn)定性就越低。
南網(wǎng)科研院防災(zāi)減災(zāi)崗研究員黃晶透露，目前電力系統(tǒng)從氣象機(jī)構(gòu)獲取的氣象預(yù)報信息，主要建立在公共氣象服務(wù)基礎(chǔ)上，與電網(wǎng)小空間、多時間尺度、點對點精細(xì)化預(yù)報要求的差距還比較大。
據(jù)了解，南方電網(wǎng)公司正在構(gòu)建電力生產(chǎn)全域高分辨率數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)，將在新能源規(guī)劃布局、新能源功率預(yù)測、電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)、電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測等4個方面支撐新型電力系統(tǒng)的控制和運行。
與一般采用天氣學(xué)方法并結(jié)合經(jīng)驗而成的天氣預(yù)報不同，數(shù)值天氣預(yù)報是根據(jù)大氣實際狀況，在一定的初值和邊值條件下，通過大型計算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計算，求解描述天氣演變過程的動力學(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。這種方法是定量且客觀的。
黃晶指出，構(gòu)建精準(zhǔn)化電力氣象預(yù)報分析系統(tǒng)，可以實現(xiàn)不同類型發(fā)電功率實時預(yù)測和區(qū)域用電負(fù)荷預(yù)測基礎(chǔ)上的電網(wǎng)穩(wěn)定調(diào)度，有效減輕新能源發(fā)電不穩(wěn)定性對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，提高新能源利用效率。
國家氣候中心副主任巢清塵近日在接受媒體采訪時提到，國家氣候中心針對風(fēng)電、光伏發(fā)電的時空互補(bǔ)性，提出了不同地區(qū)風(fēng)電、光伏開發(fā)的最優(yōu)配比地圖，即發(fā)電最穩(wěn)定情況下風(fēng)電和光伏的最優(yōu)比例。
復(fù)旦大學(xué)發(fā)展研究院、大氣與海洋科學(xué)系/大氣科學(xué)研究院教授級高級工程師湯緒撰文提到，要提高全社會對建設(shè)韌性氣候能源供給體系重要性的認(rèn)識，把氣候韌性能源供給冗余的理念落實在各項行動之中。
他提出要把韌性氣候能源供給能力作為韌性社會建設(shè)的一項重要指標(biāo)納入安全發(fā)展指標(biāo)體系。研究制定氣候變化背景下，氣候韌性能源供給冗余幅度的設(shè)置，并以此作為建設(shè)氣候韌性體系的重要冗余指標(biāo)。
