风光发电预测的现状及挑战：中尺度模式的限制和集合预报技术的前景

20世纪90年代初，丹麦Risø实验室设计开发了首个风电场短期功率预测系统Prediktor。在随后的几十年间，一系列的政策、市场激励使得国内外风力发电和光伏发电产业得到蓬勃发展，新能源发电功率预测的需求也变得异常旺盛，预测技术从探索研究发展到现场应用，市面上出现了不同厂家研发的预测系统。

2008年11月，我国首套风电功率预测系统WPFS由中国电力科学研究院研发完成，并在吉林省电力调度中心投入运行。迄今为止，我国各个新能源富集省份的电网调度中心均已具备了风力发电功率或光伏发电功率预测能力。2011年，国家能源局发布《风电场功率预测预报管理暂行办法》（国能新能〔2011〕177号），要求所有已并网运行的风电场应在2012年1月1日前建立风电预测预报体系和发电计划申报工作机制，此举大力促进了预测系统在风电行业的应用推广。随着光伏发电的蓬勃兴起，光伏发电功率预测系统也获得了广泛应用。

经过多年的实践与发展，目前大多数发电功率预测系统均能达到国内相关标准的要求，但在系统运行的可靠性、预测精度的稳定性、短期预测的最大偏差等方面尚有不足，部分关键技术指标的整体水平与电网调度需求存在差距。当前风力发电和光伏发电预测还面临着一些问题和挑战。

（1）气象监测数据的质量。风速、风向、总辐射、气压等气象监测数据是预测系统建模的主要依据，同时也是数值天气预报预测数据校准的基本前提。

在实践中发现，由于多方面的原因，气象监测系统在设备质量、日常维护以及通信保障等方面还存在较多问题，相当一部分监测系统的数据完整性、可信度堪忧，使得诸如预测模型在线训练、预测误差实时校正等重要功能难以得到广泛应用。在区域性的新能源场站群功率预测建模中，根据风能、太阳能资源特性分析的需要，需要多个甚至数十个气象监测站进行实时气象数据采集，这对不同监测站数据采集的连续性和同步性提出了较高要求。

气象监测数据直接影响着风能、太阳能资源的调查和分析研究，上述问题的解决不仅有助于预测精度的提高，也将对我国气象资源开发利用和新能源电站发展规划提供极大帮助。(www.xing528.com)

（2）基于中尺度模式的精细化预测。目前，用于风力发电和光伏发电预测的数值天气预报主要为中尺度模式，较为常见的水平分辨率是9～1km，下部摩擦层中垂直分辨率为10m。一般而言，中尺度模式的空间分辨率并非越高越好，1km以下水平分辨率的预报精度要求，不仅超出了中尺度模式的适用范围，且不尽科学的精细化处理可能影响到气象要素预报的质量。

相比于自由大气，下部摩擦层气象要素的影响因素（如植被、建筑、地形等）更为复杂，风速、风向、太阳短波辐射的数值预报具有较高的技术难度。因此，今后中尺度区域模式将在模式的物理过程（尤其是云物理过程、湍流过程）参数化方案、资料同化方法、集合预报以及突发性、局地性的小尺度天气系统预报技巧等方面开展深入的技术研究。

对于风力发电功率预测技术，中小尺度耦合技术将有可能提供空间分辨率为100m×100m甚至更为精细的风向量预报场。在充分研究不同尺度物理多样性、风力发电机组的边界层影响，以及叶轮转动引起的尾流效应的前提下，中小尺度数值模拟将可为逐台风电机组提供更为精细的风速、风向预测值，这必将大大降低粗网格情况下由于风向量空间不均匀性所引起的风力发电功率预测误差。

用于光伏发电功率预测的数值天气预报，除考虑模式本身的研究外，还需要进一步解决大气污染排放对于大气透明度的影响问题，深入研究煤烟、沙尘等气溶胶颗粒对组件入射短波辐射的衰减效应，此外，降雪与融雪的日前预测也是一个非常值得探讨的课题。

未来数值天气预报的研究将更加侧重于行业的实际应用需求，精细化的数值预报产品将为气象资源评估、发电功率预测提供更为可靠的数据服务。随着我国数值天气预报商业化进程的推进，数据产品的成本价格逐步降低后，多源数值预报的集合预报技术的实用化将成为可能，这将大大提升气象要素预报的稳定性和准确性。