能源领域中的气象科技进展——记第三届国际能源与气象学术会议

文|国家气候中心 朱蓉

2015 年6 月22 日 至6 月26 日，来自30 多个国家的200 多名能源与气象领域的专家和学者齐聚美国科罗拉多州博尔德市，参加第三届国际能源与气象学术会议。会议在大会主席、澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的太阳能预报专家Alberto Troccoli 博士热情洋溢的欢迎辞中宣布开幕。

国际能源与气象学术会议（International Conference Energy&Meteorology,ICEM）于2011 年由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）发起，每两年举办一次。会议旨在促进气象科学与能源发展融合，研讨内容主要是风能太阳能资源评估、预测和气候变化影响，其次是水力发电中的气候预测服务、气象与能源、经济发展战略研究等。会议组委会由来自的16 个国家的45 名科学家组成，主要来自各国的气象局、电力集团、科研机构、大学以及世界银行等。其中欧洲、澳大利亚和美国人占89%，亚洲暂时只有3 人，来自中国气象局、印度科学和工业研究理事会和印度能源与资源学院。2011 年第一届会议在澳大利亚举行，2013 年第二届会议在法国举行，第二和第三届会议的参会人数都超过了200 人。今年会议的主题是“服务于能源工业的天气气候”，重点交流适应能源发展的现代气象科学技术。

大会特邀了10 位能源和气象领域中的知名学者作主题报告，其中包括美国落基山研究所Amory Lovins博士“重塑能源——有益于美国和中国的低碳前景”；加拿大能源部助理副部长兼气象中心主任David Grimes先生“能源领域中的天气气候服务”；美国国家海洋和大气管理局首席科学顾问、地球系统研究实验室主任Alexander MacDonald 博士“是否能够阻止全球二氧化碳排放的倍增？”；中国国家发展和改革委员会能源研究所副所长王仲颖研究员“中国2050高比例可再生能源发展情景暨途径研究”。作特邀主题报告的还有法国电力集团可持续发展与环境执行副总裁Claude Nahon 女士、美国能源部风电水电技术部首席科学家兼A2e 项目负责人Mike Robinson 博士以及来自挪威Statkraft 能源公司、意大利ENEL电力公司、加拿大魁北克水文局和印度科学和工业研究理事会的知名专家和学者。此外，会议还设立了两个专题论坛：100%可再生能源发电对气象科学技术的需求；世界气象组织全球气候服务框架如何服务于能源领域。

大会论文评审专家组共遴选出会议交流论文204 篇，其中口头报告147 篇、墙报57 篇。报告交流内容包括：天气气候在能源领域中的科学进展和面临的挑战；资源测量和评估技术；风电、光伏、水电、波浪能的短期、中期和长期预测技术；气象格点化资料和综合分析技术在能源消纳和电力输送中的应用；能源系统微尺度气象学，主要涉及大气湍流、温度对风电机组和太阳能电池板的影响以及输电线舞动和结冰等；极端气候事件及其对能源工业的影响；能源系统的灾害天气风险管理；气候变化对能源系统的影响；能源系统对天气气候和局地环境的影响；能源气象数据可视化和互联网；能源气象领域全球和国家研究计划以及教育培训。

会议报告中展示的电力气象预报系统研发成果最多，除了实时四维资料同化和集合预报技术以外，自适应网格等数值天气预报的前沿技术已开始应用于风电和光伏预测,预报时效从短临和短期发展到次季节、季节和年度时间尺度。美国国家大气研究中心（NCAR）的风能太阳能临近和短期预报系统和可视化平台，综合了四维实时资料同化、集合数值预报、变分多普勒雷达风矢量反演、以及云飘移的卫星探测、Sky－Camera 图像分析技术等现代天气预报技术，可以提供时间尺度15 分钟到5 天的发电功率预报以及结冰和电力负荷预测预警等；澳大利亚CSIRO 建立了Sky－Camera 观测网，研究区域太阳能超短期预报技术；法国电力集团基于欧洲中期预报中心（ECMWF）气候系统模式回算和美国国家环境预报中心（NCEP）数值天气预报再分析资料，开展了月尺度和季节尺度水电预测业务试验。德国气象局与Frauhofer风能和能源系统技术研究所合作并联合德国3 个电力调度公司开展的EWeLiNE 研究计划，目标是为依赖天气的能源电力消纳，创新与优化电力气象预报模式。此外，还有很多基于Sky－Camera 和卫星图像分析发展的太阳能短临预报技术，如德国奥登堡大学等；多尺度动力降尺度预报技术，如美国AWS TruePower 公司的太阳能风能集成预报系统（SWIFT）和中国气象局的风电场短期风功率动力降尺度模式系统。

在建立风能太阳能资源基础数据集和制作图谱方面，目前不但要求空间分辨率高，更注重于数据的时间分辨率和长时间序列，为提高区域可再生能源电力供应的稳定性提供科学依据。例如，美国可再生能源实验室（NREL）基于卫星反演和辐射传输模式建立的美国太阳能资源高分辨率格点数据集（National Solar Radiation Database，NSRDB），水平分辨率4km×4km，时间分辨率3min，数据序列长度1998 年－2014 年；美国国家海洋大气管理局（NOAA）依托国际卫星云气候学计划（ISCCP）正在为国际可再生能源署建立全球长期太阳能资源数据集，水平分辨率10km×10km，时间分辨率1h－3h，计划今后每年更新。在国际可再生能源署的全球可再生能源资源图谱发展计划中，丹麦、德国、西班牙等国牵头启动了全球高分辨率风能资源评估计划。法国国家科学研究中心和法国电力集团开展了优化区域风电场布局与提高风电接入稳定性的合作研究。英国气象局通过分析风和太阳辐射变化的相关性，研究英国气候与风能太阳能资源以及电力供求的关系。

在基础数值天气预报数据支撑方面，欧洲中期天气预报中心（ECMWF）为满足风能太阳能资源预测的需求，专门增加了100m 高度风速和直接太阳辐射的10 天－15 天预报产品及其效果检验，并制定了将水平分辨率从16km×16km 提高到9km×9km 并改进风、云和降水预报等能源气象服务产品的进一步研发计划。英国气象局研发了动力与统计相结合的降尺度技术，可将4.4km×4.4km 水平分辨率的30 年风能资源时间序列数据细化到水平分辨率1.5km×1.5km。

风能资源测量和风特性研究方面的报告有：美国NOAA 和科罗拉多大学的风电场区大气湍流的风廓线雷达测量、风电机组轮毂高度风特性的多普勒激光雷达探测、近海大气边界层特性的激光雷达探测研究；丹麦科技大学的陆地、沿海和近海风速长期变化特征研究等等。

大会开幕前一天，组委会特意安排了为期一天的气象人与能源人相互开设学术研讨会，以帮助能源领域的学者了解气象基础数据和现代数值预报技术，同时也促进气象领域的学者认识电力系统运行、电网调度和电力市场对天气气候服务的需求。在会议期间，以国际能源与气象学术会议组委会为主成立的世界能源与气象理事会（WEMC）开展了一些宣传活动。WEMC 是非盈利性组织，旨在促进和加强能源工业与天气、气候和环境科学之间的互动，其根本目标是在天气气候变化背景下提高能源系统的可持续性、适应力及效率。

当前，如何保证未来100%可再生能源电力供应成为国际学术热点，这意味着能源电力对天气气候的依赖性显著加强，需要促进能源与气象科学的相互融合，提高气候科学为能源服务的能力。6 月26 日大会在热烈的气氛中圆满闭幕，组委会一致希望2017 年第四届国际能源与气象学术会议能在亚洲举办，希望能看到更多来自亚洲国家的研究成果。