淺談內蒙古風力發電與氣象服務

梁志文

內蒙古氣象服務中心

淺談內蒙古風力發電與氣象服務

梁志文

內蒙古氣象服務中心

風力發電作為一種可再生又環保的發電形式，自產生之日就備受人們的關注與重視。內蒙古自治區10米高度可開發利用的風能儲量為1.01億kW，占全國總儲量的40%，居全國首位；文章通過對內蒙古風能資源情況和內蒙古電網利用風能的現狀進行分析。拓寬氣象服務業務，加強風電對氣象服務需求，提高數值預報精細化程度，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，探索風能業務發展的服務模式，進一步完善風能預報服務組織機構，建立專業化的服務團隊，優化業務布局，完善服務流程，做好風電預報標準化體系建設。

內蒙古風電氣象平臺

一、內蒙古風能資源概況

風力發電作為一種可再生又環保的發電形式，自產生之日就備受人們的關注與重視。內蒙古是我國風力發電的大省，一直在風電開發領域居于領先地位，但是由于政策、經濟、市場等多方面的原因，內蒙古風力發電開始面臨新的挑戰。風能資源主要分布在典型草原、荒漠草原及荒漠區域。內蒙古自治區幅員遼闊，風能資源豐富。全區風能技術可開發容量超過1.5億千瓦，占全國可開發總量的50%，風能資源儲量居全國首位，是國家落實可再生能源發展規劃目標，開發建設百萬及千萬千瓦級風電基地的重要地區，被國家確定為“風電三峽”基地。

內蒙古自治區10米高度可開發利用的風能儲量為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；大部分地區風能密度在每平方米200～300W之間，風能豐富區的穩定度高、連續性好，面積為46萬公頃。內蒙古風能可利用面積占全區總面積的80%左右，且分布范圍廣、連續性好，加之內蒙古享受國家多項扶持，征地費用低廉，在內蒙古發展風電具有明顯的優勢。

二、內蒙古電網利用風能的現狀

內蒙古自治區早在上世紀50年代末開始開發利用風電資源，至80年代末，內蒙古自治區的風能資源開發利用就進入了國際合作的階段。依靠豐富的風能資源，內蒙古風電產業飛速發展。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。內蒙古風電發電量達368.37億千瓦時，占全國風電發電量的26.29%，居全國第一位；風電發電量占全區發電量的10.17%，占全區全社會用電量16.88%，風電消納達到國際先進水平。風電場的主要特點有：

1.風電開發的限制條件相對較少，清潔環保，已具有比較成本優勢，在可再生能源中最具發展前景。一個地區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，即可建設風電場，且幾乎不影響地面利用。在可再生能源中，風能與太陽能相比，風能發電成本是太陽能發電的四分之一左右，風能發電技術較為成熟，且受天氣限制較少；與生物質能相比，沒有生物質能燃燒產生的碳排放及熱量排放等，不會加劇全球變暖。目前，風力發電最具大規模商業化開發條件。

2.與傳統發電站相比較建設成本高，初始投資大，運營成本低，后期費用少。風電場的建設成本高于燃煤電站，其中風電設備技術要求高，造價高出火電設備的一倍多。在風電場的建設成本中，核心設備——風電機組成本占70%左右。目前，內蒙古風電的建設成本每千瓦7000～8000元，風電設備成本每千瓦達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，后期投資主要是設備的維護費用。內蒙古風能資源較好地區的風力發電成本與我國南方一些地區燃油或燃氣發電相比，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，未來收益相對穩定。火力發電受燃料供給、價格和交通運輸等條件影響較大，與煤氣油運市場關聯度高；而風電場運營成本相對穩定。在風力情況良好的地區，相關扶持政策配套，大規模開發可保證投資穩定回收。

4.風電場大多地處偏遠，距離現有電網較遠，風電入網需要長距離輸電，對輸電線路的要求高。風能資源豐富的地區一般比較偏遠，尤其是內蒙古地域廣闊，風電接入電網的輸電線路長，為減小電量線路損耗，對線路技術指標、輸變電設備要求高，電網建設所需資金大。據了解，在內蒙古建設500千伏的輸電線路，平均每100公里就需要3億元左右。同時，運輸大型風電設備需相應改善交通條件。

三、風力發電對氣象服務需求

目前風電對全網的電力平衡已經帶來很大的影響。對風電場輸出功率進行預測是緩解電力系統調峰、調頻壓力，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濟效益。根據內蒙古電力公司風電場功率預測氣象服務業務的需求，我中心組織科技人員對我區盟西風電場進行實地調研，通過對多家風電場更為細致的調研，了解和掌握當前我區風電企業氣象服務的需求，以及服務工作存在的主要問題，調研當前風能氣象服務的能力和差距，提出改進和發展風能氣象服務的意見和建議。

通過調研了解，電力調度和風電場運行對氣象服務的需求都非常迫切，由于業務性質不同對氣象預報服務也分別有不同需求。電力調度方面的主要需求：一是實時電力調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，尤其是低風速持續時間、高風速持續時間、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據的支撐，有必要按統一規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、穩定的風電功率預報系統。

四、風力發電氣象服務業務開展

內蒙古氣象服務中心于2009年與內蒙古電力調通中心及風電企業開始合作，開展了風電氣象預報服務工作。隨著合作的不斷深入及服務需求的增加，預報服務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工作電視電話會上提出要求，內蒙古氣象局要加強與國家級業務單位和區域中心的合作，提高數值預報精細化程度，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，探索風能業務發展的服務模式，進一步完善風能預報服務組織機構，建立專業化的服務團隊，優化業務布局，完善服務流程，做好風電預報標準化體系建設。

目前，內蒙古氣象以風電場、風區、全網為服務單元、共為風電企業提供2大類、31種服務產品，包括風電場48小時訂正預報、電網風電風區7天逐日滾動預報、地面自動站逐時監測、氣象預警等。推動技術研發和業務推廣，與內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和MM5、WRF的中尺度數值預報模式的內蒙古區域數值預報系統建設，完成中國氣象局BJ-RUC模式預報產品的本地化業務應用。加強氣象與風電部門的合作，在信息資料的共享、服務方式的轉變、服務產品的提供方面建立了穩定的合作機制。通過電力光纖網絡傳輸線路及網絡設備，實現了與電力中調及風電企業實時信息的共享，共享的內容包括：氣象部門提供衛星云圖、雷達數據、自動站監測數據、預報產品；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。在統一制定的數據格式，傳輸規范下，完成以氣象與電力信息共享業務傳輸服務平臺，建設了預報產品制作平臺、服務運行監控平臺、風電場客戶端服務平臺等。結合服務需求對預報服務業務進行了不斷優化改進，已服務內蒙古電網100多家，風電企業合同服務用戶已達60家。通過整合業務資源，發揮服務優勢，建立和完善內蒙古風電氣象服務體系和業務管理規范，提高風電預報業務在風電企業的占有率，拓展了風能預報服務市場。

五、風電氣象服務思考

加強與國家級業務單位和區域中心的合作，提高數值預報精細化程度，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，探索風能業務發展的服務模式，進一步完善風能預報服務組織機構，建立專業化的服務團隊，優化業務布局，完善服務流程，成立了風能預報服務業務支撐和保障的專職的服務團隊。為電網及風電場客戶提供專業的氣象產品咨詢、服務規劃、項目實施以及后續的技術服務。

1.強化風電預報觀測網建設

內蒙古氣象部門目前建有71座風電觀測塔，隨著全區風能普查評估工作的結束，我們發現有些專業測風塔遠離風電場，這就失去測風塔作用，發揮不了測風塔的功能。為了實現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、政府出資，將測風塔遷移至風電場上風區域或重建測風塔。風電企業負責測風塔后期的日常維護，氣象部門負責氣象監測儀器設備的鑒定和資料的收集整理工作。最終觀測資料實現三方共享。

2.強化風電預報服務能力建設

為了進一步做好風電的服務工作，內蒙古氣象局將與公共氣象服務中心合作，加強風電預報服務產品的開發，提高風電預報服務的精度，由原來1小時預報產品，開發完成為15分鐘的預報產品；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

加強合作研發，聯合成立風能、太陽能功率預測數值預報中心。為了更好做好風功率預報，充分發揮氣象部門與風電集團的技術優勢，建議聯合成立風能、太陽能功率數值預報中心，中心通過提升高性能計算機計算能力，提高模式分辨率，引進國內外先進數值預報模式，實現風電場測風資料同化，開發風能、太陽能功率數值預報模式等，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用。

4.強化氣象建設，拓展傳播手段

加快高影響天氣預報預警技術研究和預警業務系統建設，加強災害性天氣預警服務工作，針對影響風電區域生產生活的暴雨、暴雪、大風、沙塵暴、寒潮和高溫等災害性天氣做好氣象服務。

在現有風電氣象服務信息網絡、傳真和電話等傳播手段的基礎上，加強天氣通風電氣象服務專業版設計開發，使風電企業領導和職工通過多種終端方式收集相關的氣象服務信息。