1.3　現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

20世紀(jì)90年代初，丹麥Ris實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)開發(fā)了首個(gè)風(fēng)電場(chǎng)短期功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)Prediktor。在隨后的幾十年間，一系列的政策、市場(chǎng)激勵(lì)使得國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到蓬勃發(fā)展，新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)的需求也變得異常旺盛，預(yù)測(cè)技術(shù)從探索研究發(fā)展到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，市面上出現(xiàn)了不同廠家研發(fā)的預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

2008年11月，我國(guó)首套風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)WPFS由中國(guó)電力科學(xué)研究院研發(fā)完成，并在吉林省電力調(diào)度中心投入運(yùn)行。迄今為止，我國(guó)各個(gè)新能源富集省份的電網(wǎng)調(diào)度中心均已具備了風(fēng)力發(fā)電功率或光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)能力。2011年，國(guó)家能源局發(fā)布《風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)管理暫行辦法》（國(guó)能新能〔2011〕177號(hào)），要求所有已并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)在2012年1月1日前建立風(fēng)電預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系和發(fā)電計(jì)劃申報(bào)工作機(jī)制，此舉大力促進(jìn)了預(yù)測(cè)系統(tǒng)在風(fēng)電行業(yè)的應(yīng)用推廣。隨著光伏發(fā)電的蓬勃興起，光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)也獲得了廣泛應(yīng)用。

經(jīng)過多年的實(shí)踐與發(fā)展，目前大多數(shù)發(fā)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)均能達(dá)到國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，但在系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、預(yù)測(cè)精度的穩(wěn)定性、短期預(yù)測(cè)的最大偏差等方面尚有不足，部分關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的整體水平與電網(wǎng)調(diào)度需求存在差距。當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電預(yù)測(cè)還面臨著一些問題和挑戰(zhàn)。

（1）氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。風(fēng)速、風(fēng)向、總輻射、氣壓等氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是預(yù)測(cè)系統(tǒng)建模的主要依據(jù)，同時(shí)也是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的基本前提。

在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于多方面的原因，氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在設(shè)備質(zhì)量、日常維護(hù)以及通信保障等方面還存在較多問題，相當(dāng)一部分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)完整性、可信度堪憂，使得諸如預(yù)測(cè)模型在線訓(xùn)練、預(yù)測(cè)誤差實(shí)時(shí)校正等重要功能難以得到廣泛應(yīng)用。在區(qū)域性的新能源場(chǎng)站群功率預(yù)測(cè)建模中，根據(jù)風(fēng)能、太陽能資源特性分析的需要，需要多個(gè)甚至數(shù)十個(gè)氣象監(jiān)測(cè)站進(jìn)行實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)采集，這對(duì)不同監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性和同步性提出了較高要求。

氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接影響著風(fēng)能、太陽能資源的調(diào)查和分析研究，上述問題的解決不僅有助于預(yù)測(cè)精度的提高，也將對(duì)我國(guó)氣象資源開發(fā)利用和新能源電站發(fā)展規(guī)劃提供極大幫助。

（2）基于中尺度模式的精細(xì)化預(yù)測(cè)。目前，用于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電預(yù)測(cè)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)主要為中尺度模式，較為常見的水平分辨率是9～1km，下部摩擦層中垂直分辨率為10m。一般而言，中尺度模式的空間分辨率并非越高越好，1km以下水平分辨率的預(yù)報(bào)精度要求，不僅超出了中尺度模式的適用范圍，且不盡科學(xué)的精細(xì)化處理可能影響到氣象要素預(yù)報(bào)的質(zhì)量。

相比于自由大氣，下部摩擦層氣象要素的影響因素（如植被、建筑、地形等）更為復(fù)雜，風(fēng)速、風(fēng)向、太陽短波輻射的數(shù)值預(yù)報(bào)具有較高的技術(shù)難度。因此，今后中尺度區(qū)域模式將在模式的物理過程（尤其是云物理過程、湍流過程）參數(shù)化方案、資料同化方法、集合預(yù)報(bào)以及突發(fā)性、局地性的小尺度天氣系統(tǒng)預(yù)報(bào)技巧等方面開展深入的技術(shù)研究。

對(duì)于風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)，中小尺度耦合技術(shù)將有可能提供空間分辨率為100m× 100m甚至更為精細(xì)的風(fēng)向量預(yù)報(bào)場(chǎng)。在充分研究不同尺度物理多樣性、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的邊界層影響，以及葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)引起的尾流效應(yīng)的前提下，中小尺度數(shù)值模擬將可為逐臺(tái)風(fēng)電機(jī)組提供更為精細(xì)的風(fēng)速、風(fēng)向預(yù)測(cè)值，這必將大大降低粗網(wǎng)格情況下由于風(fēng)向量空間不均勻性所引起的風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測(cè)誤差。

用于光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)，除考慮模式本身的研究外，還需要進(jìn)一步解決大氣污染排放對(duì)于大氣透明度的影響問題，深入研究煤煙、沙塵等氣溶膠顆粒對(duì)組件入射短波輻射的衰減效應(yīng)，此外，降雪與融雪的日前預(yù)測(cè)也是一個(gè)非常值得探討的課題。

未來數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的研究將更加側(cè)重于行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用需求，精細(xì)化的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品將為氣象資源評(píng)估、發(fā)電功率預(yù)測(cè)提供更為可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)。隨著我國(guó)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)商業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，數(shù)據(jù)產(chǎn)品的成本價(jià)格逐步降低后，多源數(shù)值預(yù)報(bào)的集合預(yù)報(bào)技術(shù)的實(shí)用化將成為可能，這將大大提升氣象要素預(yù)報(bào)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。