Thinking on the Meteorological Services to Ensure the Development of a System for New Energy Sources

中国是世界第一发电大国，同时也是世界第一清洁能源发电大国，清洁能源发电量占比高达26%^[1]。清洁能源高比例并网是新型能源体系发展的重要特征，构建新型能源体系是确保“双碳”目标如期实现的重要举措^[2-4]。新型能源体系对风、光、水等相关气候资源依赖性强，同时，天气状况的不确定性使得可再生能源供应随机、波动^[5-7]，气候变化导致的极端天气气候事件频发可导致电力供需失衡，影响电力安全保供^[8]。国、省、市、县四级气象部门在风光资源普查评估、电站规划选址、发电量预测、电力输送、电力设施灾害防御等全链条气象服务中发挥着重要的服务保障作用。但当前，气象部门新能源气象业务服务与国家新型能源体系建设的需求尚有差距，需要进一步加强气象部门在国家新型能源体系建设中的服务保障作用，这对保障国家能源安全意义重大。

新型电力系统是以新能源为主体的电力系统^[9-12]，是新型能源体系的重要组成部分^[13]。从构建新型电力系统等角度来讲，新型能源体系未来发展方向包括能源基地建设、电网输电设施建设及调节性资源建设等^[14-17]。气象服务保障对国家新型能源体系建设至关重要。新型能源体系是在确保能源电力安全的前提下，以风、光、水等新能源发电占主导地位的能源体系，易受气象因素影响。一方面，气象因素影响能源供需，风、光、水等气象因素是新能源电力系统的能量来源，且气温等气象要素变化会影响全社会对电能的需求^[18-22]；另一方面，气象灾害等因素会对电网运行造成不利影响。大风、阴雨、沙尘等气象过程及干旱等气象灾害会造成新能源发电量短期内剧烈波动导致供电可靠性下降^[20]，极端天气气候事件会通过损毁电力设施影响跨区域供电^[23]。据统计，气象原因导致的故障占电网总故障数60％以上^[24]。亟需根据国家新型能源体系建设要求布局能源气象服务发展，发挥气象服务保障作用。

新型能源体系建设对气象服务保障提出了新要求：（1）气象业务服务布局需由点拓面，面向清洁能源基地建设整体优化气象服务保障布局；（2）气象服务保障要更加精细，智能电网、煤电等调节性资源建设等均需要精准、精细的发电功率预报以及气候预测等服务；（3）要实现多种场景的气象服务保障，要求针对新能源基础设施建设、发电、储能、输电、消纳等“产、建、输、用、购”各环节，全面对接新能源企业需求，主动开展无缝隙融入式气象服务。

中国气象局高度重视新能源气象服务保障工作，建立了“主责明确、分工合理、协调发展”的新能源气象服务业务布局（表1）。开展中国气象局首个气象服务示范计划（Service Demonstration Program，SDP）——风能太阳能发电精细化气象服务示范计划，以“赛马制”等形式推进新能源气象服务发展。同时开展能源领域气象服务需求调查研究，召开能源气象服务需求对接会等，明确能源企业对气象服务保障需求，并印发能源气象服务行动计划。

中国气象局在为保障新型能源体系建设提供服务方面具有较好的业务基础。本研究对其各级业务单位开展能源气象服务业务情况进行了调研，结果表明他们针对风、光、水、核电等均较好开展了相关气象服务（表2）。

与当前国家新型能源体系建设服务保障的总体要求相比，气象部门尚需面向清洁能源基地完善气象服务布局、提升服务精细化水平、针对新型能源体系建设全链条各环节增强气象服务能力等，需要开展的主要工作包括：

1）完善面向清洁能源基地建设的能源气象服务体系和布局。目前能源气象服务业务主要针对单个场站开展预报预警服务，除针对特定区域开展风能、太阳能资源的精细评估外，尚未面向各大清洁能源基地统筹开展服务布局。同时，面向未来需求的能源气象服务体系及分工明确、布局合理的国、区域中心、省三级能源气象服务布局尚未建立，部门内外互动联动等方面的工作机制尚不完善，综合限制了能源气象服务质量及服务规模的提高。

2）提高能源气象服务精细化水平。需要进一步增强能源气象专业要素预报产品的时空分辨率、预报时效、准确性等，以满足智能电网建设，发挥煤电、储能等调节性支撑性作用等方面需求。风能太阳能资源预报精准性尚待进一步提高，特别是转折天气（沙尘、强对流等）预报及超短期功率预测等能力。各省份水电气象服务水平参差不齐，技术团队力量总体薄弱，且尚未形成国家级统一技术体系。核电气象服务多属于气候可行性论证范畴，较少开展施工、运营及电力调度气象服务。同时，气象部门人工智能等技术方法在新能源气象服务中的应用尚处于起步探索阶段，相比之下能源企业掌握一手数据，具有计算流体力学人才队伍，采取动力降尺度和人工智能等方式开展新能源气象预报，场站端预报能力较强。

3）提升能源气象服务基础能力以全面满足新型能源体系建设全链条服务需求。风能太阳能资源普查方面，尚需强化中国气象局数值模式作用。发电设施服务方面，受企业保密等因素影响，气象部门难以获取企业发电设施灾情数据，导致对相关需求及灾害影响特征了解不够，难以开展面向风电场、光伏、光热电站发电设施的气象灾害预警服务。输电通道服务方面，各省份服务内容及服务能力不平衡，尚未构建全国或跨区域的输电线路气象灾害评价或预报预警标准及相关业务，到杆塔、变电站、大跨越线路的精准气象预报服务开展较少。能源消纳服务方面，尚未开展微电网、电力交易等气象服务。数据服务方面，气象数据开放共享不能满足能源企业需求，由于缺少数据平台及气象数据共享相关政策限制，能源企业获取有关气象数据存在困难，其业务开展多购买相对更好获取的英国等国家的再分析和预报数据，对我国能源安全存在潜在威胁。

建议紧跟国家新型能源体系建设要求，围绕各大清洁能源基地建设，优化能源气象服务保障业务服务布局，这主要应该包括下列工作：

1）加强能源气象服务总体设计与规划。建议在现有业务服务基础上，进一步优化能源气象服务发展战略目标，围绕各大清洁能源基地优化调整国、区域中心、省三级业务布局。统筹和配置数值模式研发、气候预测、专业服务等各业务单位资源，开展国家、区域中心两级新能源气象台建设，做到有部署、有项目、有考核。同时与有关部委、部门开展切实合作，形成整体合力。在国家级层面，从国家安全和提高效益出发，与相关部委、重点能源企业协调沟通，通过全国性建设项目带动相关服务和科研工作开展和人才培养。打造国家新能源气象台，逐步建立国家级新能源预报业务。强化新能源气象预报能力建设，依托中国气象局数值模式开发新能源模块，强化人工智能算法应用，优化电功率预测等。在区域中心层面，围绕各大清洁能源基地建设统筹各省资源，设立国家能源气象台分中心，开展针对性服务。在省级及以下层面，应积极参与跨区域能源保供、能源大数据建设等。建议开展本地新能源气象服务产品优化订正，对接新能源企业实际需求，针对性开展精细化风光发电功率预测等技术方法研发等。同时，发挥气象服务联盟机制作用，推动国、区域中心、省三级气象部门及社会企业等紧密合作，与企业建立气象观测站点共建共享共用，重大天气过程交流，关键科学技术共研等机制，整合气象企业力量，以新能源气象服务为抓手推动气象信息服务产业发展。

2）优化清洁能源基地区域能源气象服务观测站网布局。建议观测方面联合社会企业统一规划布局，以“补盲、联网”为重点，优化新能源观测站网框架，在各大清洁能源基地，及密集输电通道等能源保供重点区域加密布设光、水、风等相关气象要素观测站点及天气雷达等强对流天气监测设施。并根据海上风电、风电机组大型化，风光互补等发展需求，加密布设高空风、辐射等气象要素观测站网，加强对新能源企业实时发电量数据获取，加强气象数据监测对电力生产运行的支持。同时注重“一网多能”，推动新能源等专业气象观测网与其他观测站网统一规划设计、协调管理。加强数据库建设，加强气象数据监测对电力生产运行的支持。

3）推进重点省份开展试点示范。建议在能源气象保障服务行动计划基础上，对标新型能源体系建设要求，由中国气象局针对新型能源体系建设重点省份印发相应工作方案，开展试点示范。充分发挥气象部门管理体制优势，推进国、省一体的新型能源体系业务服务体系构建，有效提升省级气象部门新型能源体系服务保障能力水平。建议选取相关省份开展清洁能源基地气象服务示范，从产品体系、业务系统构建，数据共享及人员培训等方面，进一步强化国家级业务单位对试点省份业务技术指导支持。

对照国家新型能源体系建设发展方向和布局，建议在现有“全链条”能源气象服务业务基础上，进一步精耕细作，深度融入能源企业运行，扩展业务服务场景。

在资源开发及基础设施建设方面，细化能源开发保障、海上风电布局等气象服务，开展场站建设气象服务，开展风能太阳能资源普查试点，将风光资源普查结果融入国土空间规划。在电力系统运行方面，强化新能源气象服务专业数值模式开发，提高气象预报和气候预测准确率。发展跨区域输电调度、火力发电量测算、储能系统调节、水库调蓄等针对性气象服务，并针对风光互补、分散式风电、分布式光伏等新业态开展相关研究。在输电方面，发展输电、输气线路设备相关雷击、大风、冰冻、暴雨等高影响天气预报预警服务。在防灾减灾方面，开展海上风电气象灾害防御、台风对核电影响防御、煤矿灾害性天气预警等电网安全运行气象服务，增强电力设备对极端天气抵御能力。在新能源消纳方面，发展用电需求预测、电力交易、可再生能源消纳气象服务。

建议进一步强化科技创新、人才建设、合作机制等方面保障支撑，促进能源气象服务质量提升。

1）实施能源气象科技创新驱动行动。与能源领域相关政府部门、企业等设立联合基金、培育建设联合重点实验室，聚焦观测装备、监测预报预警等技术研发，及图像识别、风场反演、风光互补、功率预测、储能预测等领域瓶颈问题开展技术攻关，同时自主制定一批重要的国家和行业标准，提高新能源服务领域技术自主化水平。实施能源气象人才队伍建设行动。联合相关高校、科研院所和社会企业，强化能源气象等交叉学科人才培养，建设高水平的新能源气象服务科技和技能人才队伍。

2）以数据开放共享为抓手促进新能源气象服务发展。中国气象局再分析、实况及预报数据与国外数据相比具有更加精密的优势，特别是再分析数据方面，已构建了全球10 km×10 km，逐小时的，50～200 m逐10 m风的数据集。建议发挥气象部门大数据优势，构建数据服务平台，将气象部门再分析、实况及预报数据交易给新能源企业，将数据产品无缝隙融入企业调度系统，打破相关企业对国外数据依赖的局面，提高数据自主性。同时发挥数据“磁石”作用，吸引能源企业与气象部门在新能源气象服务领域深化合作。

3）实施新能源气象服务合作开发行动。优化开放合作机制，以产业化方式推进全国新能源气象服务。在新能源气象服务重点环节领域培育扶持影响力大、示范作用明显、带动性强的重点骨干企业，打造以中国气象局为主导的新能源气象服务中小微企业创新生态系统。构建新能源气象服务产业体系。发挥中国气象局主体作用，构建政府主导、市场配置资源、社会力量参与的，包括政策体系、技术体系、支撑体系、标准体系和用户体系在内的，覆盖中国和“一带一路”沿线国家的新能源气象服务产业体系。强化气象部门对新能源气象服务市场发展指导，及基础气象数据资料和基本气象服务支撑，引导相关服务企业及社会力量互补协同，发挥整体合力。

能源是“双碳”战略主战场，新能源是绿色电力供应主力军^[25-26]，为新型能源体系建设提供科技支撑是气象部门发挥应对气候变化科技支撑作用的关键环节。针对国家新型能源体系建设，中国气象局各级业务单位在发电、输电及能源消纳等方面均较好开展了能源气象服务。

本文系统分析了中国气象局能源气象服务现状，新型能源体系建设对气象服务保障需求。从优化业务服务布局、提升服务保障能力及强化保障支撑等方面，对更好发挥气象部门在国家新型能源体系建设中的服务保障作用提出了相关对策建议。