能源領(lǐng)域中的氣象科技進(jìn)展——記第三屆國(guó)際能源與氣象學(xué)術(shù)會(huì)議

文|國(guó)家氣候中心 朱蓉

2015 年6 月22 日 至6 月26 日，來(lái)自30 多個(gè)國(guó)家的200 多名能源與氣象領(lǐng)域的專家和學(xué)者齊聚美國(guó)科羅拉多州博爾德市，參加第三屆國(guó)際能源與氣象學(xué)術(shù)會(huì)議。會(huì)議在大會(huì)主席、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）的太陽(yáng)能預(yù)報(bào)專家Alberto Troccoli 博士熱情洋溢的歡迎辭中宣布開(kāi)幕。

國(guó)際能源與氣象學(xué)術(shù)會(huì)議（International Conference Energy&Meteorology,ICEM）于2011 年由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）發(fā)起，每?jī)赡昱e辦一次。會(huì)議旨在促進(jìn)氣象科學(xué)與能源發(fā)展融合，研討內(nèi)容主要是風(fēng)能太陽(yáng)能資源評(píng)估、預(yù)測(cè)和氣候變化影響，其次是水力發(fā)電中的氣候預(yù)測(cè)服務(wù)、氣象與能源、經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略研究等。會(huì)議組委會(huì)由來(lái)自的16 個(gè)國(guó)家的45 名科學(xué)家組成，主要來(lái)自各國(guó)的氣象局、電力集團(tuán)、科研機(jī)構(gòu)、大學(xué)以及世界銀行等。其中歐洲、澳大利亞和美國(guó)人占89%，亞洲暫時(shí)只有3 人，來(lái)自中國(guó)氣象局、印度科學(xué)和工業(yè)研究理事會(huì)和印度能源與資源學(xué)院。2011 年第一屆會(huì)議在澳大利亞舉行，2013 年第二屆會(huì)議在法國(guó)舉行，第二和第三屆會(huì)議的參會(huì)人數(shù)都超過(guò)了200 人。今年會(huì)議的主題是“服務(wù)于能源工業(yè)的天氣氣候”，重點(diǎn)交流適應(yīng)能源發(fā)展的現(xiàn)代氣象科學(xué)技術(shù)。

大會(huì)特邀了10 位能源和氣象領(lǐng)域中的知名學(xué)者作主題報(bào)告，其中包括美國(guó)落基山研究所Amory Lovins博士“重塑能源——有益于美國(guó)和中國(guó)的低碳前景”；加拿大能源部助理副部長(zhǎng)兼氣象中心主任David Grimes先生“能源領(lǐng)域中的天氣氣候服務(wù)”；美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局首席科學(xué)顧問(wèn)、地球系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室主任Alexander MacDonald 博士“是否能夠阻止全球二氧化碳排放的倍增？”；中國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所副所長(zhǎng)王仲穎研究員“中國(guó)2050高比例可再生能源發(fā)展情景暨途徑研究”。作特邀主題報(bào)告的還有法國(guó)電力集團(tuán)可持續(xù)發(fā)展與環(huán)境執(zhí)行副總裁Claude Nahon 女士、美國(guó)能源部風(fēng)電水電技術(shù)部首席科學(xué)家兼A2e 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Mike Robinson 博士以及來(lái)自挪威Statkraft 能源公司、意大利ENEL電力公司、加拿大魁北克水文局和印度科學(xué)和工業(yè)研究理事會(huì)的知名專家和學(xué)者。此外，會(huì)議還設(shè)立了兩個(gè)專題論壇：100%可再生能源發(fā)電對(duì)氣象科學(xué)技術(shù)的需求；世界氣象組織全球氣候服務(wù)框架如何服務(wù)于能源領(lǐng)域。

大會(huì)論文評(píng)審專家組共遴選出會(huì)議交流論文204 篇，其中口頭報(bào)告147 篇、墻報(bào)57 篇。報(bào)告交流內(nèi)容包括：天氣氣候在能源領(lǐng)域中的科學(xué)進(jìn)展和面臨的挑戰(zhàn)；資源測(cè)量和評(píng)估技術(shù)；風(fēng)電、光伏、水電、波浪能的短期、中期和長(zhǎng)期預(yù)測(cè)技術(shù)；氣象格點(diǎn)化資料和綜合分析技術(shù)在能源消納和電力輸送中的應(yīng)用；能源系統(tǒng)微尺度氣象學(xué)，主要涉及大氣湍流、溫度對(duì)風(fēng)電機(jī)組和太陽(yáng)能電池板的影響以及輸電線舞動(dòng)和結(jié)冰等；極端氣候事件及其對(duì)能源工業(yè)的影響；能源系統(tǒng)的災(zāi)害天氣風(fēng)險(xiǎn)管理；氣候變化對(duì)能源系統(tǒng)的影響；能源系統(tǒng)對(duì)天氣氣候和局地環(huán)境的影響；能源氣象數(shù)據(jù)可視化和互聯(lián)網(wǎng)；能源氣象領(lǐng)域全球和國(guó)家研究計(jì)劃以及教育培訓(xùn)。

會(huì)議報(bào)告中展示的電力氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)研發(fā)成果最多，除了實(shí)時(shí)四維資料同化和集合預(yù)報(bào)技術(shù)以外，自適應(yīng)網(wǎng)格等數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的前沿技術(shù)已開(kāi)始應(yīng)用于風(fēng)電和光伏預(yù)測(cè),預(yù)報(bào)時(shí)效從短臨和短期發(fā)展到次季節(jié)、季節(jié)和年度時(shí)間尺度。美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCAR）的風(fēng)能太陽(yáng)能臨近和短期預(yù)報(bào)系統(tǒng)和可視化平臺(tái)，綜合了四維實(shí)時(shí)資料同化、集合數(shù)值預(yù)報(bào)、變分多普勒雷達(dá)風(fēng)矢量反演、以及云飄移的衛(wèi)星探測(cè)、Sky－Camera 圖像分析技術(shù)等現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)技術(shù)，可以提供時(shí)間尺度15 分鐘到5 天的發(fā)電功率預(yù)報(bào)以及結(jié)冰和電力負(fù)荷預(yù)測(cè)預(yù)警等；澳大利亞CSIRO 建立了Sky－Camera 觀測(cè)網(wǎng)，研究區(qū)域太陽(yáng)能超短期預(yù)報(bào)技術(shù)；法國(guó)電力集團(tuán)基于歐洲中期預(yù)報(bào)中心（ECMWF）氣候系統(tǒng)模式回算和美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）數(shù)值天氣預(yù)報(bào)再分析資料，開(kāi)展了月尺度和季節(jié)尺度水電預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)試驗(yàn)。德國(guó)氣象局與Frauhofer風(fēng)能和能源系統(tǒng)技術(shù)研究所合作并聯(lián)合德國(guó)3 個(gè)電力調(diào)度公司開(kāi)展的EWeLiNE 研究計(jì)劃，目標(biāo)是為依賴天氣的能源電力消納，創(chuàng)新與優(yōu)化電力氣象預(yù)報(bào)模式。此外，還有很多基于Sky－Camera 和衛(wèi)星圖像分析發(fā)展的太陽(yáng)能短臨預(yù)報(bào)技術(shù)，如德國(guó)奧登堡大學(xué)等；多尺度動(dòng)力降尺度預(yù)報(bào)技術(shù)，如美國(guó)AWS TruePower 公司的太陽(yáng)能風(fēng)能集成預(yù)報(bào)系統(tǒng)（SWIFT）和中國(guó)氣象局的風(fēng)電場(chǎng)短期風(fēng)功率動(dòng)力降尺度模式系統(tǒng)。

在建立風(fēng)能太陽(yáng)能資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集和制作圖譜方面，目前不但要求空間分辨率高，更注重于數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率和長(zhǎng)時(shí)間序列，為提高區(qū)域可再生能源電力供應(yīng)的穩(wěn)定性提供科學(xué)依據(jù)。例如，美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）基于衛(wèi)星反演和輻射傳輸模式建立的美國(guó)太陽(yáng)能資源高分辨率格點(diǎn)數(shù)據(jù)集（National Solar Radiation Database，NSRDB），水平分辨率4km×4km，時(shí)間分辨率3min，數(shù)據(jù)序列長(zhǎng)度1998 年－2014 年；美國(guó)國(guó)家海洋大氣管理局（NOAA）依托國(guó)際衛(wèi)星云氣候?qū)W計(jì)劃（ISCCP）正在為國(guó)際可再生能源署建立全球長(zhǎng)期太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)集，水平分辨率10km×10km，時(shí)間分辨率1h－3h，計(jì)劃今后每年更新。在國(guó)際可再生能源署的全球可再生能源資源圖譜發(fā)展計(jì)劃中，丹麥、德國(guó)、西班牙等國(guó)牽頭啟動(dòng)了全球高分辨率風(fēng)能資源評(píng)估計(jì)劃。法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心和法國(guó)電力集團(tuán)開(kāi)展了優(yōu)化區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)布局與提高風(fēng)電接入穩(wěn)定性的合作研究。英國(guó)氣象局通過(guò)分析風(fēng)和太陽(yáng)輻射變化的相關(guān)性，研究英國(guó)氣候與風(fēng)能太陽(yáng)能資源以及電力供求的關(guān)系。

在基礎(chǔ)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)支撐方面，歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）為滿足風(fēng)能太陽(yáng)能資源預(yù)測(cè)的需求，專門增加了100m 高度風(fēng)速和直接太陽(yáng)輻射的10 天－15 天預(yù)報(bào)產(chǎn)品及其效果檢驗(yàn)，并制定了將水平分辨率從16km×16km 提高到9km×9km 并改進(jìn)風(fēng)、云和降水預(yù)報(bào)等能源氣象服務(wù)產(chǎn)品的進(jìn)一步研發(fā)計(jì)劃。英國(guó)氣象局研發(fā)了動(dòng)力與統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的降尺度技術(shù)，可將4.4km×4.4km 水平分辨率的30 年風(fēng)能資源時(shí)間序列數(shù)據(jù)細(xì)化到水平分辨率1.5km×1.5km。

風(fēng)能資源測(cè)量和風(fēng)特性研究方面的報(bào)告有：美國(guó)NOAA 和科羅拉多大學(xué)的風(fēng)電場(chǎng)區(qū)大氣湍流的風(fēng)廓線雷達(dá)測(cè)量、風(fēng)電機(jī)組輪轂高度風(fēng)特性的多普勒激光雷達(dá)探測(cè)、近海大氣邊界層特性的激光雷達(dá)探測(cè)研究；丹麥科技大學(xué)的陸地、沿海和近海風(fēng)速長(zhǎng)期變化特征研究等等。

大會(huì)開(kāi)幕前一天，組委會(huì)特意安排了為期一天的氣象人與能源人相互開(kāi)設(shè)學(xué)術(shù)研討會(huì)，以幫助能源領(lǐng)域的學(xué)者了解氣象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和現(xiàn)代數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)，同時(shí)也促進(jìn)氣象領(lǐng)域的學(xué)者認(rèn)識(shí)電力系統(tǒng)運(yùn)行、電網(wǎng)調(diào)度和電力市場(chǎng)對(duì)天氣氣候服務(wù)的需求。在會(huì)議期間，以國(guó)際能源與氣象學(xué)術(shù)會(huì)議組委會(huì)為主成立的世界能源與氣象理事會(huì)（WEMC）開(kāi)展了一些宣傳活動(dòng)。WEMC 是非盈利性組織，旨在促進(jìn)和加強(qiáng)能源工業(yè)與天氣、氣候和環(huán)境科學(xué)之間的互動(dòng)，其根本目標(biāo)是在天氣氣候變化背景下提高能源系統(tǒng)的可持續(xù)性、適應(yīng)力及效率。

當(dāng)前，如何保證未來(lái)100%可再生能源電力供應(yīng)成為國(guó)際學(xué)術(shù)熱點(diǎn)，這意味著能源電力對(duì)天氣氣候的依賴性顯著加強(qiáng)，需要促進(jìn)能源與氣象科學(xué)的相互融合，提高氣候科學(xué)為能源服務(wù)的能力。6 月26 日大會(huì)在熱烈的氣氛中圓滿閉幕，組委會(huì)一致希望2017 年第四屆國(guó)際能源與氣象學(xué)術(shù)會(huì)議能在亞洲舉辦，希望能看到更多來(lái)自亞洲國(guó)家的研究成果。