利用風(fēng)、光資源發(fā)電，加快可再生能源替代，是推動我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)碳達峰碳中和目標的重要方面。黨的二十大報告明確指出，“加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系”。今年《政府工作報告》提出，“加快建設(shè)新型能源體系”。
風(fēng)光雖好，卻要“看天吃飯”，其發(fā)電功率預(yù)測已經(jīng)成為業(yè)界難題。隨著新能源規(guī)模和占比快速增加，新能源隨機性、間歇性、波動性對電網(wǎng)的影響越來越大。如何降低新能源發(fā)電不確定性帶來的影響，提升電網(wǎng)運行安全性和經(jīng)濟性?近日，記者到廣東、廣西多地探訪，了解南方電網(wǎng)公司以數(shù)字技術(shù)破解新能源功率預(yù)測難題、助力新型能源體系建設(shè)的生動實踐。
新能源發(fā)展持續(xù)提速
到2025年南方電網(wǎng)公司將推動南方五省區(qū)新能源新增裝機容量1億千瓦左右
到2030年推動南方五省區(qū)新能源再新增裝機容量1億千瓦左右
精準監(jiān)測 一天96個時段每15分鐘“捕風(fēng)” 預(yù)測未來一周發(fā)電功率曲線
從廣西桂林全州驅(qū)車一路往東，經(jīng)過一個多小時的山路顛簸，記者來到位于東山瑤族鄉(xiāng)的六字界風(fēng)電場。
霧氣氤氳，能見度不到5米。即使在這種條件下，六字界風(fēng)電場風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)上，25臺風(fēng)機的風(fēng)速、發(fā)電狀態(tài)仍一目了然。
“超短期功率預(yù)測，一天分為96個時段，每個時段15分鐘。”六字界風(fēng)電場副場長孫淼說，每一個風(fēng)力發(fā)電廠都有不同高度的測風(fēng)塔，每臺風(fēng)機上還裝有一個小型氣象站，這些設(shè)備會把風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、濕度實時傳至監(jiān)控系統(tǒng)，可以對超短期、短期，甚至未來一周的發(fā)電功率進行預(yù)測，再通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)诫娋W(wǎng)調(diào)度部門。
廣西風(fēng)電與光伏裝機已突破1400萬千瓦，占比超過全區(qū)統(tǒng)調(diào)裝機的30%，在廣東、廣西、云南、貴州、海南等南方五省區(qū)居前列。廣西電網(wǎng)公司桂林供電局電力調(diào)度控制中心主網(wǎng)調(diào)控一班副班長李燕杰介紹，桂林作為廣西風(fēng)力資源較為豐富地區(qū)之一，已建成投運了19座35千伏及以上的風(fēng)電場，總?cè)萘砍^227萬千瓦，風(fēng)電場站數(shù)量和裝機容量均居廣西首位。
陣風(fēng)、來回折返的風(fēng)，都是風(fēng)機發(fā)電功率預(yù)測中的難點。“廣西的陸地風(fēng)電場大都建在丘陵地區(qū)。為解山地風(fēng)電功率預(yù)測難題，廣西建立了針對性的氣象預(yù)報風(fēng)速修正模型，采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法，將風(fēng)速預(yù)測偏差降低30%。”廣西電網(wǎng)公司電力調(diào)度控制中心水電及新能源科經(jīng)理卓毅鑫說，通過不斷優(yōu)選氣象源與算法組合，開展多模型融合進行功率預(yù)測，大幅提升了預(yù)測的精準度。
能源場站的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、自主可控的南網(wǎng)氣象模式預(yù)報以及各級調(diào)度部門對預(yù)測模型的不斷優(yōu)化，多源數(shù)據(jù)的融合和利用，成為南方電網(wǎng)公司利用數(shù)字技術(shù)開展新能源功率預(yù)測的“寶藏”。
海量數(shù)據(jù)支撐多維度的精準預(yù)測、預(yù)判。2022年，南網(wǎng)總調(diào)聯(lián)合南網(wǎng)科研院正式發(fā)布新能源多時空尺度精確預(yù)測培育計劃，在平臺上接入近800座新能源場站信息、3萬多個發(fā)電單元，超8億條氣象數(shù)據(jù)，建立了覆蓋南方五省區(qū)的網(wǎng)、省、地一體化協(xié)同預(yù)測場景、機制及評價體系，可滿足多時空尺度新能源功率預(yù)測測試需求。
當(dāng)前，南方電網(wǎng)公司正依托南網(wǎng)數(shù)據(jù)中心大數(shù)據(jù)與南網(wǎng)云高并發(fā)資源，集成10多種AI算法，針對復(fù)雜山區(qū)地形或轉(zhuǎn)折性天氣功率波動頻率大等情況，開展分鐘級的超短期精細化功率預(yù)測技術(shù)探索。
提前預(yù)判 多能互補實現(xiàn)削峰填谷 保障電網(wǎng)安全和電力供應(yīng)
新能源發(fā)電量的“上躥下跳”，對電力供應(yīng)和電網(wǎng)安全帶來極大挑戰(zhàn)。
廣西是南方五省區(qū)受天氣影響最為復(fù)雜的省份。2022年，廣西累計發(fā)生39天風(fēng)電出力超過500萬千瓦的大風(fēng)天氣。
“風(fēng)太小，風(fēng)機轉(zhuǎn)不動;風(fēng)速超過20米/秒，風(fēng)機也會自動切出。”桂林全州黃花嶺風(fēng)電場運維值班員趙英杰說，自己每天都會查看發(fā)電功率預(yù)測曲線，看下這個月還能發(fā)多少電。
3月13日凌晨，受強冷空氣影響，廣西風(fēng)電最大出力超過700萬千瓦，最大負荷率達到75%。而13日白天，隨著冷空氣過境，風(fēng)電出力大幅下降，至27萬千瓦，日內(nèi)風(fēng)電波動幅度達到692萬千瓦，接近日用電負荷的三分之一，且呈現(xiàn)完全“反調(diào)峰”特性：夜間出力大，白天用電高峰負荷時風(fēng)電出力小。
“當(dāng)天，我們的風(fēng)電預(yù)測準確率達到98%。”卓毅鑫說，在提前預(yù)判后，廣西電網(wǎng)公司通過優(yōu)化區(qū)內(nèi)水電、火電出力曲線，在風(fēng)電大發(fā)時按最小出力運行全力吸納風(fēng)電，在風(fēng)電減少過程中全力頂峰發(fā)電，同時在高峰用電時爭取到580萬千瓦電力支援，有力保障了電力供應(yīng)平穩(wěn)有序。
區(qū)別于集中式新能源，分布式新能源點多面廣、分布散亂，實時出力與出力預(yù)測向來是行業(yè)重視的課題。大數(shù)據(jù)挖掘分析，正成為南方電網(wǎng)公司提升新能源實時掌控水平的有力手段。
佛山是廣東制造業(yè)大市，工業(yè)用戶對分布式光伏報裝意愿大，越來越多的新能源用戶接入佛山電網(wǎng)。目前，佛山地區(qū)光伏新能源用戶已超1.5萬戶、光伏裝機總?cè)萘恳殉?50萬千瓦。
在“以新能源為主體新型配電網(wǎng)管控系統(tǒng)”上，佛山市所有分布式光伏項目的實時發(fā)電狀態(tài)、歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、未來出力預(yù)測情況等一覽無遺。
“光伏發(fā)電主要靠太陽，突然來一朵云，發(fā)電量就會有很大的變化。”廣東電網(wǎng)公司佛山供電局配網(wǎng)調(diào)度值班員鄺梓佳說，“我們基于大數(shù)據(jù)分析管理思路，底層關(guān)聯(lián)了南方電網(wǎng)公司統(tǒng)一部署的營銷系統(tǒng)、計量系統(tǒng)以及生產(chǎn)運行相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，從而實現(xiàn)對海量分布式光伏出力智能實時測算和預(yù)測。”簡單來說，就是通過在光伏項目上安裝光伏輻照儀，將輻照度數(shù)據(jù)實時傳回到配網(wǎng)主站，再通過大數(shù)據(jù)算法分析，推算出附近低壓工業(yè)和居民光伏用戶的實時發(fā)電情況。
“雙碳”目標引領(lǐng)下，未來新能源發(fā)展將持續(xù)提速。到2025年，南方電網(wǎng)公司將推動南方五省區(qū)新能源新增裝機容量1億千瓦左右;到2030年，推動南方五省區(qū)新能源再新增裝機容量1億千瓦左右。
“為支撐未來海量新能源并網(wǎng)和消納，南方電網(wǎng)公司將持續(xù)開展新能源多時空尺度精確預(yù)測培育計劃，用人工智能組合預(yù)測的技術(shù)路徑，不斷提升新能源功率預(yù)測的精度。”南網(wǎng)總調(diào)水電及新能源處主管鄧韋斯說。目前，南方電網(wǎng)公司正加快數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)，以數(shù)字化引領(lǐng)綠色化發(fā)展，持續(xù)提升新能源消納水平和能源綜合利用效率，助力“雙碳”目標實現(xiàn)。
南網(wǎng)報記者 黃勇華 林蓉蓉 徐春林 代進 通訊員 孔德淇 梁磊 陸冬琦 莫曉姣 陸國輝
作者：黃勇華 等
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