今天天氣怎么樣？這不僅影響著每個人的日常生活，也關系到電力系統的安全穩定運行。從2014年開始，中國電科院同美國國家大氣研究中心（NCAR）合作研發數值天氣預報模式，針對電網需求，可實現天氣情況的高精度預報，極大方便了電網氣象災害預警和新能源發電調度工作，促進了電網服務的智慧化。
電力與氣象有什么關系
可能會有很多人認為，氣象和電力是完全不同的兩個領域，但其實，二者之間的關系非常密切。
氣象條件是影響電網穩定運行的重要因素。電網輸變電設備普遍分布于野外、100米高度以下，氣象環境復雜多變，尤其是特高壓線路路徑長、覆蓋廣、局部走廊線路密集，且沿途所經區域多為高原山區、雷害區、重冰區、大風區，自然環境惡劣，極端天氣多發。據統計，雷擊、覆冰、風偏、舞動、暴雨等氣象原因導致的故障占電網總故障數的60%以上。
氣象資源隨機波動是制約新能源消納的關鍵因素。風速、輻照度等氣象資源具有強烈的隨機波動特性，由于缺乏對氣象資源變化趨勢的準確把握，導致新能源輸出功率不確定度大。大規模接入電網后，為保證發用電平衡，常規電源備用容量顯著增大，新能源消納空間嚴重壓縮。
以往國家電網公司系統從氣象機構獲取的氣象預報信息，主要建立在公共氣象服務的基礎上，與電網實際需求差距巨大，存在觀測站點遠離電網輸變電設備、僅關注常規氣象要素、電力關鍵氣象要素欠缺、預報數據的分辨率偏粗、未針對電網需求優化數值天氣預報模式等問題。
針對上面提到的種種問題，中國電科院從2009年起開始電力氣象研究工作，其中最重要的，就是發展適合于電網應用的數值天氣預報模式。
所謂數值天氣預報模式，就是使用大型計算集群求解離散化的大氣運動原始方程組，為方程組輸入基于觀測的預報初始場和邊界場，并添加各種微尺度物理過程參數化方案，再利用觀測數據進行同化和訂正，最終得到隨時間演化的預報場數據。現今，數值天氣預報模式是氣象領域最為重要的技術之一，從6小時的短期預報，到長達數十年的氣候預測，世界各大氣象中心都以數值預報模式的模擬結果作為主要參考信息。
電力氣象技術大顯身手
2017年6月21日，北京迎來入汛以來的一場最強降水，事前有網絡媒體將此次降雨炒作為“六年來最強特大暴雨”。然而，中國電科院提前對數值預報結果和天氣形勢進行了縝密分析，判斷這場雨沒有那么大，并將預報結果通過《電網氣象日報》發出。最后，天氣實況報告顯示，中國電科院預報的降水量和降水時間都和實況高度吻合。這次降水過程的成功預報，為公司防汛工作提供了有力支撐。
同是2017年6月，張北風電檢測中心的工作人員計劃吊裝一臺風電測試設備，但那兩日風一直很大，無法安排作業。工作人員根據中國電科院的預報結果，發現28日下午2時到6時是一段小風期，可以吊裝，于是就在吊裝地點等到2時，風確實變小了，就抓緊在6時前完成了吊裝。在返回駐地的路上，風真的又大起來了，當時現場的施工人員都豎起大拇指說：“神了！”
從2014年開始，中國電科院同美國國家大氣研究中心（NCAR）合作研發數值天氣預報模式，研發成果包括實時四維資料同化、快速循環更新、集合預報等技術。另外，針對重要輸電通道和重點區域進行重點分析，優化局地的參數化方案，提升通道區域的預報準確度。針對電網需求，還研究了覆冰、雷電、風災、沙塵暴、舞動、暴雨、高低溫、寒潮等災害，以及近地面太陽輻照度、風機輪轂高度風速等的定制化診斷預報要素。生產的格點化預報要素，可實現針對桿塔和發電機組定點、定時、定量的高精度預報，大大方便了電網氣象災害預警和新能源發電調度工作，促進了電網服務的智慧化。
數值天氣預報模式由于計算量非常大，全國的3千米×3千米模式格點達108，每日積分時間步可達105，為此，中國電科院專門搭建了高性能數值天氣預報集群系統。集群配備了多達623臺刀片服務器、15080顆計算核，運算速度達200萬億次每秒，存儲容量達2000太字節。
此外，為了進一步提升預報水平，中國電科院還多次邀請了包括國家氣象局、中國科學院大氣物理所、中國氣科院、中央氣象臺的相關科學家和首席預報員進行溝通和技術經驗交流。
定制化服務電網多方面需求
近幾年，中國電科院發揮電力氣象專業優勢，已成為公司系統內氣象服務的主要支撐單位，目前已為調度、運檢等多級生產部門提供了定制化氣象服務，填補了公司長期以來缺乏專業氣象服務的空白，有效支撐了電網的安全、穩定、經濟運行。
電力調度控制方面，實驗室每日兩次為國家電力調度控制中心提供全國新能源預報數據，及特高壓輸電通道沿線精細化電力氣象預報預警數據，包括風速、風功率密度、輻照度、氣溫、降水量、大風、高溫、雷電等要素，數據空間分辨率3千米×3千米、時間分辨率1小時、預報時長24小時。
電網運維檢修方面，為國網運檢部每日兩次提供全國范圍的常規數值天氣預報、歷史氣象數據、雷電、覆冰、暴雨、大風、高低溫及寒潮等定制化數據服務，協助實現了桿塔級的氣象預報預警信息查詢，并在覆冰期間提供了每日的《電網覆冰日報》。
新能源消納方面，開發了新能源監測與調度系統，為全國26個網省公司提供新能源功率預測所需的風速、風向、輻照度、云量、功率等預報數據，支撐新能源高效消納。
全球能源互聯網方面，為支撐公司全球能源互聯網戰略，完成了北極、赤道、亞洲、歐洲、非洲、大洋洲等區域風能、太陽能資源分布圖繪制、儲量評估及主要開發基地選址工作。
電網防汛方面，汛期每日早晨7時為國網防汛辦提供《電網氣象日報》，預報公司范圍未來48小時降雨、大風、雷暴、高溫等天氣過程以及次生災害信息，指導公司防汛工作的科學開展。每日《電網氣象日報》可在國家電網公司主頁的精益生產—防汛管理選項卡中閱讀。2017年6月21日至23日，華北地區經歷了一次入夏以來的最強降雨過程，中心的預報效果得到了公司上下的一致好評。
電網地質災害預警方面，為國網地質災害監測預警中心提供未來三天、逐小時地質災害相關氣象要素預報，包括降水、濕度、溫度等。
電網舞動預警方面，為國網輸電線路舞動預警系統提供未來三天、逐小時舞動相關的氣象要素預報，包括覆冰厚度、風速、風向、降水量、溫度等。
此外，還為國網四川、冀北、新疆、重慶、黑龍江、湖南、河北等電力公司提供氣象支撐服務。
2015年12月1日，中國電科院在公司內網發布了面向電力生產運行的專業氣象服務網站——電力氣象網，每日4次更新預報結果。公司各單位均可查詢最新的氣象災害和新能源發電相關氣象信息。
2015年，中國電科院獲批新能源與儲能運行控制國家重點實驗室，研究方向之一就是新能源資源數值模擬與發電功率預測。未來，中國電科院將在現有基礎上，著眼于電力氣象研究領域，秉承冷靜判斷科學分析的原則，提供精準的電網氣象信息，為公司各部門提供全方位的定制化氣象服務。（中國電科院供圖）
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