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转载:气象服务经济社会高质量发展3——“风”“光” 绘就绿色画卷 气象助力“双碳”目标实现

来源:中国气象报社 日期:2021年06月23日14:21

  中国气象报记者 徐文彬 王素琴

  2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重宣布,中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。

  同年12月12日,习近平在气候雄心峰会上宣布中国国家自主贡献一系列新举措,“到2030年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上”“风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上”。

  “最大限度利用风能、太阳能等可再生能源是实现碳达峰、碳中和目标的根本出路。”中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所太阳能研究部主任李灿日前表示。

  哪些地方风能、太阳能资源最丰富?新增的新能源装机应该在何处布局?如何抓住风能、太阳能波动性特征支撑电网调度和电力供应?长期为新能源开发利用提供服务保障的气象部门,正在给出答案。

  

  图为内蒙古自治区包头市固阳县兴顺西镇风机矗立。王祯晗摄

  探家底,给新能源开发找富矿

  时针回拨到2006年,那是气象部门服务以风能、太阳能为代表的新能源高质量发展的开端。

  2006年1月,《国务院关于加快气象事业发展的若干意见》明确要求:气象部门负责组建太阳辐射、风力强度监测网,在全国范围内开展风能、太阳能资源的多层次普查和可利用资源的评估,为制订和修订风能、太阳能开发利用规划提供科学依据,为大型风电场和太阳能电站勘察、选址提供技术支持,为风电场、太阳能电站的建设、运行、调度提供实时气象监测和预报服务。

  应时而生,当年6月,中国气象局风能太阳能资源评估中心揭牌。

  风能、太阳能资源的勘测和其他资源一样,首先需要摸清资源的分布和储量。

  2007年7月,全国风能资源详查和评价工作启动。中国气象局联合国家能源局和财政部共同组织实施全国风能资源详查和评价工作,建设了由400座测风塔组成的风能资源详查观测网,主要覆盖西北、华北、东北以及东部沿海风能资源丰富地区。随后,又开展了新一轮风能资源评估,得到全国1公里分辨率、重点地区100米分辨率任意高度层的风能资源量。

  在太阳能观测方面,全国各级气象部门开展了太阳辐射、日照时数等多项观测,2400余个国家级台站可实现日照时数的全天候连续自动观测,180个国家级台站开展太阳辐射观测。此外,还开展了基于卫星遥感资料的全国10千米分辨率太阳能光伏和光热能源评估,得到全国太阳能资源图谱。2019年,太阳能资源评估分辨率提升至1千米分辨率。

  根据中国气象局风能太阳能资源中心公布的中国风能太阳能资源年景公报显示,2020年我国陆地100米高度层年平均风速约5.7米/秒,年平均风功率密度约为221.2瓦/平方米,近海100米高度层年平均风速约8.3米/秒,年平均风功率密度约为832.2瓦/平方米;全国陆地表面年平均水平面总辐照量约为1490.8千瓦时/平方米,年最佳斜面总辐照量约为1743.7千瓦时/平方米。

  内蒙古自治区就是得益于风能、太阳能资源的一个例证。该区10米、50米高度可开发利用的风能储量分别为1.01亿千瓦、2.02亿千瓦,占全国储量的40%,居全国首位。日照时数在2600至3400小时,大部地区属于太阳能资源一类区。其中,被誉为“空中三峡、风电之都”的乌兰察布拥有有效风场6828平方公里,技术可开发量为6800万千瓦,得天独厚的风能资源既帮助当地脱贫致富,较低的电价又吸引了华为、苹果、阿里巴巴等众多大数据企业在此“安家”。

  近日,中国气象局风能太阳能资源中心正研级高级工程师申彦波和同事刚刚完成西藏自治区太阳能资源开发潜力宏观评价,提出了优先开发光伏发电的区域,“5000米以下海拔高度的光伏发电技术开发量是120亿千瓦,技术可开发面积为34万平方千米。日喀则市中东部、山南市西北部、拉萨市中南部、阿里西部,可在综合考虑当地电力消纳及并网、储能条件、电站建设等因素的基础上予以优先开发利用。”申彦波说,“但局地大风、雷暴、冰雹天数较多,光伏电站在设计和运行时,应采取好抗风和避雷措施。”

  自2014年起,中国气象局连续7年发布《中国风能太阳能资源年景公报》;自2018年起,每年编制年度《光伏扶贫太阳能资源年景评估报告》,先后两次分别完成了全国近13万个建档立卡贫困村和1.7万余个非建档立卡贫困村的太阳能资源评估,为光伏扶贫政策制订和实施提供支撑。

  据统计,“十三五”时期,全国气象部门共开展了近500个风电场太阳能电站观测、选址评估工作,为风能、太阳能高质量发展奠定了基础。 

图为甘肃省张掖市甘州区,国电龙源集团南滩光电产业园光伏发电集阵。

  做预报,解并网发电之困

  巍巍大别山深处,在国家级贫困县湖北省麻城市铁门岗乡大庙岗昔日贫瘠的山坡上,一排排深蓝色的太阳能光伏发电板在阳光下闪闪发光,这些“铠甲卫士”源源不断地收获“阳光”,让昔日的荒山秃岭变成“金山银山”,架起了农民稳定致富增收的新桥梁。

  “种下‘太阳花’,走上脱贫路”,从太阳能资源精细化评估到工程防雷设计,从安装国内先进的新能源发电功率预测系统到提供及时的气象预警服务,气象身影贯穿始终。“太阳能功率预测系统保障了持续稳定的发电效益。”麻城市光伏扶贫电站站长刘伟龙告诉记者,自2017年6月建成并网以来,截至2020年5月,该电站已累计发电2.2亿千瓦时,向重点贫困村分配扶贫收益3071万元。

  据申彦波介绍,气象条件导致风能、太阳能具有显著的间接性和波动性特点,这决定了推动可再生能源发展的关键是消纳,“精准的风能太阳能发电功率预报,对提高并网调峰调度水平,提供现有装机规模的利用时数和运行时数,从而进一步提高可再生能源的利用消纳比例起着关键作用。”

  “准确预测各风电场、太阳能发电站的发电功率,是保证电网安全稳定运行的关键”,中国工程院院士、天气动力和数值预报专家李泽椿曾这样表示。

  在内蒙古,风能精细化数值模式预报系统、太阳能精细化数值模式预报系统的预报时效已由8小时、72小时延伸至100小时。“基于电力科研项目,内蒙古气象部门开展了风能数值模式核心技术——四维资料同化的应用技术研究,并形成了‘数据融合+四维同化+智能优化’多种技术于一体的风能气象预测技术支撑体系。”内蒙古自治区气象服务中心高级工程师谷新波说,新建成的风能数值模式预报系统,空间分辨率提升至2.7千米,时间分辨率降至15分钟,预报频次达每日4次。

  得益于此,内蒙古电网风电并网问题得到有效缓解。2018年,内蒙古电网风电并网运行实现了“双升一降”,风电利用小时数同比上升139小时,风电发电量同比增加了50.7亿千瓦时,风电弃风率同比下降了4.7%。

  在河北,省气象服务中心自2017年起为保定市曲阳县孝墓乡曲阳水峪光伏电站提供未来7天逐15分钟辐照度预报等产品。该光伏电站负责人说:“目前,预报准确率影响电力公司对电站的考核奖惩,随着光伏电站上网制度的改革,预报服务精准与否对光伏电站运行效益的影响会更加明显。”

  来自中国气象局预报与网络司的数据显示,“十三五”时期,气象部门为2000余个风电场、太阳能发电场提供实时预报预警等气象保障服务,有效推进了风能太阳能资源科学利用。

  

  图为在湖北省襄阳市南漳县薛坪镇寺冲村光伏发电站,市气象局志愿服务队在为村干部及光伏电站管理员讲解怎样提高发电效益。佘运江摄

  看未来,“风”“光”无限好

  据国家能源局统计,截至2020年底,我国风电装机2.81亿千瓦、光伏发电装机2.53亿千瓦,这与我国承诺的“2030年风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上”的目标还有很大差距。

  2021年3月15日,中央财经委员会第九次会议提出,“十四五”期间,要构建清洁低碳安全高效的能源体系,构建以新能源为主体的新型电力系统。

  “只有大力推动风能、太阳能的大规模开发利用,才能逐步摆脱‘一煤独大’的局面。因此,构建以新能源为主体的新型电力系统是实现‘双碳’目标的重要举措。”中国电力科学研究院有限公司新能源研究中心电力气象模拟与应用技术研究室高级工程师靳双龙告诉记者,“极端天气气候事件对风电、光伏的影响日益显著,仅去年冬季以来,先后发生了低温导致风机脱网、覆冰导致风机停运、沙尘暴导致光伏出力快速降低等事件,大规模新能源发展面临巨大挑战。”

  在能源转型的战略下,气象服务大有所为。

  近日,《中国气象局关于加强气候资源保护利用能力的指导意见》正在面向全国气象部门征求意见,提出到2025年,围绕碳达峰和碳中和风能太阳能发展需求,完成新一轮精细化风能太阳能资源详查评估,搭建精细化风能太阳能资源实时监测业务,建立无缝隙高时空分辨率的从短临到季节尺度的风能、太阳能资源预报业务,预报准确率达到行业要求……   

  装在哪、怎么装、怎么用、怎么办、怎么样?

  申彦波一一解答,未来,将对自然资源和土地资源进行更加精细化的评价,确定各地资源开发的优先顺序;通过对丘陵、山地等复杂地形的发电场设计、设备的选择安装进行把控,提高电力企业的经济效益;依据气象预报对清洁能源发电的间歇性和波动性做好调度,使得电网平稳运行;对可能出现的极端天气加强预警,为电力部门采取应对措施提供更加充裕的准备时间;对大型清洁能源基地做好生态效应评价,确保发电场与周围生态环境和谐相处。

  绿色低碳的画卷正缓缓铺开,气象部门正向着碳达峰碳中和目标愿景书写答卷……  

  (李傲、余亚庆、孙朋杰、谢盼、马洵对本文亦有贡献)

(责任编辑:颜昕)


作者: 来源: 日期:2021/8/13 16:55:07 人气:4