在全球變暖、極端天氣頻發(fā)的背景下，氣象要素的不可預(yù)測(cè)性讓風(fēng)光水發(fā)電的規(guī)劃、運(yùn)營(yíng)與交易充滿挑戰(zhàn)，如何讓新能源發(fā)展從“靠天吃飯”變?yōu)?ldquo;心中有數(shù)”?

近日，中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心與全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織聯(lián)合發(fā)布《全球風(fēng)光水發(fā)電能力年景預(yù)測(cè)2026》(以下簡(jiǎn)稱報(bào)告)。報(bào)告顯示，全球2026年風(fēng)電平均可發(fā)電小時(shí)數(shù)約為2310小時(shí)，風(fēng)電發(fā)電能力將增加6%;光伏平均可發(fā)電小時(shí)數(shù)約為1340小時(shí)，光伏發(fā)電能力將增加約25%;水電發(fā)電能力相比2025年總體“穩(wěn)中有升”，將增長(zhǎng)約7%。

中國(guó)風(fēng)電平均可發(fā)電小時(shí)數(shù)為2100小時(shí)，總發(fā)電能力將提高約2%;光伏平均可發(fā)電小時(shí)數(shù)為1320小時(shí)，總發(fā)電能力將提高約25%;預(yù)計(jì)全年西北地區(qū)來水將增多，西南來水可能減少。

“提前給出天氣和氣候的變化信息，直接關(guān)系到每一個(gè)人的用電安全，更是國(guó)家能源決策的重要依據(jù)。”國(guó)家氣候中心主任巢清塵指出。今年的報(bào)告不僅優(yōu)化了算法、提升了精度，還首次將水電納入全球年度預(yù)測(cè)體系，完成了從“風(fēng)光”到“風(fēng)光水”三位一體的關(guān)鍵拓展。

跨學(xué)科合作精準(zhǔn)“預(yù)見”發(fā)電量

氣候預(yù)測(cè)和每個(gè)人的用電安全有什么關(guān)系?巢清塵舉例，預(yù)測(cè)到夏季持續(xù)高溫干旱，電網(wǎng)可提前安排火電備用或省間電力互濟(jì)，防止因空調(diào)負(fù)荷激增或水電出力不足導(dǎo)致停電;預(yù)測(cè)到寒潮大風(fēng)，可優(yōu)化風(fēng)電并網(wǎng)方案，避免頻率波動(dòng)。對(duì)社會(huì)用戶而言，這意味著更穩(wěn)定的電力供應(yīng)和更低的突發(fā)停電風(fēng)險(xiǎn)。這些直接關(guān)系到日常生活、企業(yè)生產(chǎn)和公共服務(wù)的連續(xù)性。

當(dāng)前，中國(guó)已建成全球規(guī)模最大、發(fā)展最快的可再生能源體系。全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織駐會(huì)副主席劉澤洪表示，2025年中國(guó)新增可再生能源裝機(jī)4.4億千瓦，占中國(guó)新增電力裝機(jī)的九成、全球新增可再生能源裝機(jī)的六成以上，成為全球綠色低碳發(fā)展的引領(lǐng)者。

然而，將更高精度的氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為更可靠的發(fā)電能力預(yù)測(cè)，是一場(chǎng)跨學(xué)科的科學(xué)挑戰(zhàn)。

國(guó)家氣候中心副主任劉海波提到，從氣象要素到發(fā)電能力的轉(zhuǎn)化過程，面臨著非線性放大、時(shí)空尺度匹配、不確定性度量與傳遞三大核心難題。例如，風(fēng)速1%的預(yù)報(bào)誤差經(jīng)過風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換后，可能導(dǎo)致輸出功率出現(xiàn)3%甚至更大的偏差。

為了破解這些難題，科研團(tuán)隊(duì)在風(fēng)光水資源密集區(qū)域布設(shè)了包括激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)、云雷達(dá)等在內(nèi)的先進(jìn)垂直觀測(cè)系統(tǒng)，獲取高精度的三維數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，今年的報(bào)告將目前先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于年景預(yù)測(cè)中。

“我們以中國(guó)氣象局第三代全球氣候模式為基礎(chǔ)，融合了前期海溫、海冰及大氣環(huán)流等關(guān)鍵信號(hào)的物理約束，對(duì)全球氣溫、降水和風(fēng)光要素未來一年的預(yù)測(cè)進(jìn)行系統(tǒng)性訂正。”國(guó)家氣候中心氣候預(yù)測(cè)室主任劉蕓蕓表示。

這相當(dāng)于在傳統(tǒng)模型“看到”的大尺度氣候圖景上，疊加了更細(xì)致的物理規(guī)律解讀和基于大量歷史數(shù)據(jù)的智能修正。“經(jīng)過訂正后的預(yù)測(cè)產(chǎn)品空間細(xì)節(jié)更優(yōu)，顯著修正模式原有偏差，均方根誤差平均減少50%以上。”劉蕓蕓說。

報(bào)告指出，2026年中國(guó)西南水電來水可能減少、西北風(fēng)電資源或有波動(dòng)。巢清塵強(qiáng)調(diào)：“提前一年預(yù)測(cè)西南水電減少、西北風(fēng)電波動(dòng)，相當(dāng)于向國(guó)家能源管理部門和電網(wǎng)公司發(fā)出了‘風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警’，幫助它們提前安排從其他區(qū)域調(diào)電、增加備用電源，優(yōu)化全年發(fā)電計(jì)劃。”

破解水電預(yù)測(cè)難題

“一滴水可以發(fā)六次電。”中國(guó)三峽集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院新型電力系統(tǒng)中心主任常勇形象地描述了水電的復(fù)雜性，“它要在發(fā)電、生態(tài)、航運(yùn)、防洪等不同優(yōu)先級(jí)間取得平衡。”

水電預(yù)測(cè)的引入是今年報(bào)告的一大亮點(diǎn)，也帶來了全新的技術(shù)挑戰(zhàn)。劉蕓蕓坦言：“水電預(yù)測(cè)最大的難關(guān)是摸清從降水到發(fā)電的復(fù)雜過程。”

她詳細(xì)解釋了這一復(fù)雜性：雨水降下后，一部分被土壤吸收或植物消耗，另一部分匯成徑流，受農(nóng)業(yè)灌溉、跨區(qū)域調(diào)水等人為活動(dòng)調(diào)節(jié)，最終才流入水庫(kù)用于發(fā)電。“更復(fù)雜的是，在全球變暖背景下，冰川融水的變化成為影響部分流域來水的關(guān)鍵變量，這進(jìn)一步增加了長(zhǎng)期預(yù)測(cè)的難度。”

報(bào)告采用了“氣象-水文耦合模型”，并考慮了“按徑流大小分模型訓(xùn)練”等方法，采用人工智能和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式模擬降水、徑流與發(fā)電之間的復(fù)雜非線性關(guān)系，從而破解這個(gè)難題。

“水電預(yù)測(cè)還面臨另一重由人類決策帶來的不確定性——電站的實(shí)際發(fā)電調(diào)度。”劉蕓蕓補(bǔ)充道，“水電站并非‘有水就發(fā)’，運(yùn)行要服務(wù)于電網(wǎng)的實(shí)時(shí)供需平衡、其他能源的調(diào)配等綜合目標(biāo)，這使得水電站的發(fā)電量不僅取決于來水，更受電力市場(chǎng)與調(diào)度策略等的影響。”

常勇提到，報(bào)告的預(yù)測(cè)能力使水資源管理從“被動(dòng)應(yīng)對(duì)”轉(zhuǎn)向“主動(dòng)規(guī)劃”，有助于實(shí)現(xiàn)水電與風(fēng)光儲(chǔ)的優(yōu)化組合。

賦能全球能源決策

截至2025年底，我國(guó)可再生能源裝機(jī)占比超六成，新型電力系統(tǒng)對(duì)氣候資源評(píng)估、極端災(zāi)害預(yù)警的需求愈發(fā)迫切，氣象與能源融合已成為能源安全保障的關(guān)鍵舉措。

國(guó)家發(fā)展改革委能源研究所新能源與可再生能源研究中心副主任鄭雅楠提到，近3年我國(guó)風(fēng)光新增裝機(jī)每年超3億千瓦，新能源發(fā)電的間歇性、隨機(jī)性讓供需平衡難度加大，而中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)技術(shù)正是解決這一矛盾的關(guān)鍵支撐。

與此同時(shí)，報(bào)告給出的具體預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為全球能源格局提供了科學(xué)洞察。“氣候預(yù)測(cè)不僅要指明哪里風(fēng)光好，更要預(yù)警未來月、季、年到幾十年哪里遭遇極端天氣的概率大，確保巨資建設(shè)的清潔能源基地在未來氣候條件下依然安全、可靠。”巢清塵指出。

這一愿景的實(shí)現(xiàn)需要持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新與國(guó)際合作。巢清塵坦言：“最大的挑戰(zhàn)是觀測(cè)數(shù)據(jù)的缺乏，全球有不少地區(qū)的氣象水文觀測(cè)稀少，并且各國(guó)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一、共享壁壘高，這些會(huì)大大限制預(yù)測(cè)覆蓋的范圍和精度。”

巢清塵表示，后續(xù)將加強(qiáng)氣象與能源深度融合，進(jìn)一步提升預(yù)測(cè)精度，推動(dòng)預(yù)測(cè)成果在更多場(chǎng)景落地，深化跨學(xué)科、跨行業(yè)的協(xié)同創(chuàng)新，深化全球合作與產(chǎn)學(xué)研融合，讓新能源發(fā)展邁向更精準(zhǔn)、更高效、更安全的新階段。