浅谈内蒙古风力发电与气象服务

梁志文

内蒙古气象服务中心

浅谈内蒙古风力发电与气象服务

梁志文

内蒙古气象服务中心

风力发电作为一种可再生又环保的发电形式，自产生之日就备受人们的关注与重视。内蒙古自治区10米高度可开发利用的风能储量为1.01亿kW，占全国总储量的40%，居全国首位；文章通过对内蒙古风能资源情况和内蒙古电网利用风能的现状进行分析。拓宽气象服务业务，加强风电对气象服务需求，提高数值预报精细化程度，提高科技支撑能力，加强面向风电场的风电功率预报能力建设，探索风能业务发展的服务模式，进一步完善风能预报服务组织机构，建立专业化的服务团队，优化业务布局，完善服务流程，做好风电预报标准化体系建设。

内蒙古风电气象平台

一、内蒙古风能资源概况

风力发电作为一种可再生又环保的发电形式，自产生之日就备受人们的关注与重视。内蒙古是我国风力发电的大省，一直在风电开发领域居于领先地位，但是由于政策、经济、市场等多方面的原因，内蒙古风力发电开始面临新的挑战。风能资源主要分布在典型草原、荒漠草原及荒漠区域。内蒙古自治区幅员辽阔，风能资源丰富。全区风能技术可开发容量超过1.5亿千瓦，占全国可开发总量的50%，风能资源储量居全国首位，是国家落实可再生能源发展规划目标，开发建设百万及千万千瓦级风电基地的重要地区，被国家确定为“风电三峡”基地。

内蒙古自治区10米高度可开发利用的风能储量为1.01亿kW，占全国总储量的40%，居全国首位；50米高度可开发量为2.02亿kW，占全国总储量的40%；年大于3ms-1风速的时间在5000～6000小时；大部分地区风能密度在每平方米200～300W之间，风能丰富区的稳定度高、连续性好，面积为46万公顷。内蒙古风能可利用面积占全区总面积的80%左右，且分布范围广、连续性好，加之内蒙古享受国家多项扶持，征地费用低廉，在内蒙古发展风电具有明显的优势。

二、内蒙古电网利用风能的现状

内蒙古自治区早在上世纪50年代末开始开发利用风电资源，至80年代末，内蒙古自治区的风能资源开发利用就进入了国际合作的阶段。依靠丰富的风能资源，内蒙古风电产业飞速发展。西起阿拉善戈壁，东至呼伦贝尔草原，投资建成一批大型风电场。截至2013年底，全区的风电装机容量1849万千瓦，占全国风电装机容量的四分之一，总量居全国第一位。内蒙古风电发电量达368.37亿千瓦时，占全国风电发电量的26.29%，居全国第一位；风电发电量占全区发电量的10.17%，占全区全社会用电量16.88%，风电消纳达到国际先进水平。风电场的主要特点有：

1.风电开发的限制条件相对较少，清洁环保，已具有比较成本优势，在可再生能源中最具发展前景。一个地区年平均风速达到每秒5～6米以上，风力年有效利用时间达到2000小时以上，地势宽敞，即可建设风电场，且几乎不影响地面利用。在可再生能源中，风能与太阳能相比，风能发电成本是太阳能发电的四分之一左右，风能发电技术较为成熟，且受天气限制较少；与生物质能相比，没有生物质能燃烧产生的碳排放及热量排放等，不会加剧全球变暖。目前，风力发电最具大规模商业化开发条件。

2.与传统发电站相比较建设成本高，初始投资大，运营成本低，后期费用少。风电场的建设成本高于燃煤电站，其中风电设备技术要求高，造价高出火电设备的一倍多。在风电场的建设成本中，核心设备——风电机组成本占70%左右。目前，内蒙古风电的建设成本每千瓦7000～8000元，风电设备成本每千瓦达5000～6000元。但风电场运营没有燃料消耗及“三废”处理，人力需求少，后期投资主要是设备的维护费用。内蒙古风能资源较好地区的风力发电成本与我国南方一些地区燃油或燃气发电相比，已具有成本竞争力。

3.投资回收期长，一般在10年左右，只要风力情况良好，未来收益相对稳定。火力发电受燃料供给、价格和交通运输等条件影响较大，与煤气油运市场关联度高；而风电场运营成本相对稳定。在风力情况良好的地区，相关扶持政策配套，大规模开发可保证投资稳定回收。

4.风电场大多地处偏远，距离现有电网较远，风电入网需要长距离输电，对输电线路的要求高。风能资源丰富的地区一般比较偏远，尤其是内蒙古地域广阔，风电接入电网的输电线路长，为减小电量线路损耗，对线路技术指标、输变电设备要求高，电网建设所需资金大。据了解，在内蒙古建设500千伏的输电线路，平均每100公里就需要3亿元左右。同时，运输大型风电设备需相应改善交通条件。

三、风力发电对气象服务需求

目前风电对全网的电力平衡已经带来很大的影响。对风电场输出功率进行预测是缓解电力系统调峰、调频压力，提高风电接纳能力的有效手段之一。同时，风电功率预测还可以指导风电场的检修计划，提高风能利用率和电场的经济效益。根据内蒙古电力公司风电场功率预测气象服务业务的需求，我中心组织科技人员对我区盟西风电场进行实地调研，通过对多家风电场更为细致的调研，了解和掌握当前我区风电企业气象服务的需求，以及服务工作存在的主要问题，调研当前风能气象服务的能力和差距，提出改进和发展风能气象服务的意见和建议。

通过调研了解，电力调度和风电场运行对气象服务的需求都非常迫切，由于业务性质不同对气象预报服务也分别有不同需求。电力调度方面的主要需求：一是实时电力调度所需的覆盖所有风电场的短时（15分钟~4小时）、短期（第2~3天逐15分钟）风场预报；二是制定较长时间电力调度计划所需的10天风场变化趋势预报；三是消纳风电需要进一步提高风场预报准确率，尤其是低风速持续时间、高风速持续时间、风速突变时间及变化速度等针对性预报的准确率；四是风场预报和功率预报改进需要测风数据的支撑，有必要按统一规范建立适量针对风电预报并能够长期运行的观测塔。

风电场方面的主要需求：一是风电场区域的风场短时、短期预报，以满足逐日风电功率预报上报要求；二是对风电场检修、维护等有影响的雨雪、沙尘暴、雷电等恶劣天气预报预警；三是制定、安排风机检修计划需要的白天低风速时段预报和10天风速变化趋势预报；四是需要实时、稳定的风电功率预报系统。

四、风力发电气象服务业务开展

内蒙古气象服务中心于2009年与内蒙古电力调通中心及风电企业开始合作，开展了风电气象预报服务工作。随着合作的不断深入及服务需求的增加，预报服务工作在多个方面取得了一定成果。2011年中国气象局副局长在全国风能预报服务工作电视电话会上提出要求，内蒙古气象局要加强与国家级业务单位和区域中心的合作，提高数值预报精细化程度，提高科技支撑能力，加强面向风电场的风电功率预报能力建设，探索风能业务发展的服务模式，进一步完善风能预报服务组织机构，建立专业化的服务团队，优化业务布局，完善服务流程，做好风电预报标准化体系建设。

目前，内蒙古气象以风电场、风区、全网为服务单元、共为风电企业提供2大类、31种服务产品，包括风电场48小时订正预报、电网风电风区7天逐日滚动预报、地面自动站逐时监测、气象预警等。推动技术研发和业务推广，与内蒙古电力公司合作完成了基于曙光TC-4000L并行集群计算机系统和MM5、WRF的中尺度数值预报模式的内蒙古区域数值预报系统建设，完成中国气象局BJ-RUC模式预报产品的本地化业务应用。加强气象与风电部门的合作，在信息资料的共享、服务方式的转变、服务产品的提供方面建立了稳定的合作机制。通过电力光纤网络传输线路及网络设备，实现了与电力中调及风电企业实时信息的共享，共享的内容包括：气象部门提供卫星云图、雷达数据、自动站监测数据、预报产品；电力部门提供风电场地理信息、风机基本信息、风机运行信息。在统一制定的数据格式，传输规范下，完成以气象与电力信息共享业务传输服务平台，建设了预报产品制作平台、服务运行监控平台、风电场客户端服务平台等。结合服务需求对预报服务业务进行了不断优化改进，已服务内蒙古电网100多家，风电企业合同服务用户已达60家。通过整合业务资源，发挥服务优势，建立和完善内蒙古风电气象服务体系和业务管理规范，提高风电预报业务在风电企业的占有率，拓展了风能预报服务市场。

五、风电气象服务思考

加强与国家级业务单位和区域中心的合作，提高数值预报精细化程度，提高科技支撑能力，加强面向风电场的风电功率预报能力建设，探索风能业务发展的服务模式，进一步完善风能预报服务组织机构，建立专业化的服务团队，优化业务布局，完善服务流程，成立了风能预报服务业务支撑和保障的专职的服务团队。为电网及风电场客户提供专业的气象产品咨询、服务规划、项目实施以及后续的技术服务。

1.强化风电预报观测网建设

内蒙古气象部门目前建有71座风电观测塔，随着全区风能普查评估工作的结束，我们发现有些专业测风塔远离风电场，这就失去测风塔作用，发挥不了测风塔的功能。为了实现更有效的风场资料同化，做好风电模式预报订正，提高风电预报的准确率，进一步做好风电的后期评估工作，建议由风电企业、政府出资，将测风塔迁移至风电场上风区域或重建测风塔。风电企业负责测风塔后期的日常维护，气象部门负责气象监测仪器设备的鉴定和资料的收集整理工作。最终观测资料实现三方共享。

2.强化风电预报服务能力建设

为了进一步做好风电的服务工作，内蒙古气象局将与公共气象服务中心合作，加强风电预报服务产品的开发，提高风电预报服务的精度，由原来1小时预报产品，开发完成为15分钟的预报产品；通过模式引进，逐步提高风电预报的空间精度和准确度；通过集合预报研究，强化风电中期预报的能力和预报水平。

3.加强合作研发

加强合作研发，联合成立风能、太阳能功率预测数值预报中心。为了更好做好风功率预报，充分发挥气象部门与风电集团的技术优势，建议联合成立风能、太阳能功率数值预报中心，中心通过提升高性能计算机计算能力，提高模式分辨率，引进国内外先进数值预报模式，实现风电场测风资料同化，开发风能、太阳能功率数值预报模式等，提高风能、太阳能预报能力和水平。气象部门主要解决风能、太阳能数值预报模式性能改进和运行维护；电力公司负责风能、太阳能功率预报的应用。

4.强化气象建设，拓展传播手段

加快高影响天气预报预警技术研究和预警业务系统建设，加强灾害性天气预警服务工作，针对影响风电区域生产生活的暴雨、暴雪、大风、沙尘暴、寒潮和高温等灾害性天气做好气象服务。

在现有风电气象服务信息网络、传真和电话等传播手段的基础上，加强天气通风电气象服务专业版设计开发，使风电企业领导和职工通过多种终端方式收集相关的气象服务信息。