基于最优训练期的PP与MOS的风电功率趋势预报对比

利用某一风电场区域内33台风机观测资料以及欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的100 m高度风速预报产品,引进最优训练期方案,通过一元线性回归方法先对模式的100 m高度风速预报进行订正,再分别采用完全预报方法(PP法)和模式输出统计预报方法(MOS法)进行风电功率预报的对比研究.结果表明:ECMWF的100 m高度风...     

ECMWF高分辨率模式对陕西2017年7月高温预报的检验及订正

2017年7月陕西累计出现26 d日最高气温≥35℃的高温天气,其中14 d日最高气温突破40℃,7月7～14日和17～27日出现2次区域性持续高温天气。利用陕西99个国家站的最高气温逐时观测和ECMWF高分辨率模式的定时最高气温预报资料,检验ECMWF高分辨率模式对2017年7月陕西极端高温天气的预报能力和一元线性回归方法对气温预报的订正能力。结果表明:144 h之前模式较好地预报出了陕西2次区域性持续高温天气,但是高温日数的预报值在陕西大部分地区较观测值偏少,漏报了陕南大部分地区的高温日,与14:00～17:00时段最高气温的预报值在陕西大部分地区较观测值偏低,其中陕南地区的预报平均绝对误差明显大于其他地区有关。一元线性回归方法对168 h之前的最高气温预报为正订正效果,订正后陕西大部分地区最高气温的预报准确率上升,平均绝对误差减小,日最高气温≥35℃或≥40℃的高温预报较订正前更接近实况。     

多种风电场风速预报订正方法的适用性研究与集成应用

以内蒙古中部某风电场为实验风电场,采用随机森林（Random forest,RF）方法、相似误差订正（Analogue correction of errors,ACE）方法以及概率密度匹配方法（Probability density function matching method,PDF）分别对风电场风速预报进行订正及适用性研究。结果表明：3种方法在各季均对中尺度天气预报模式（Weather research and forecasting model, WRF）风速预报具有不同程度的订正效果,RF方法可以有效改善WRF误差较大的问题,但兼具误差过分放大情况,ACE方法和PDF虽然对较大误差的改善能力不及RF方法,但是能够较好地控制误差过分放大问题。此外,3种方法针对小于5 m·s^-1的小风速段,订正效果不理想,随着风速的增加,订正能力逐渐增强。参照预报模型各自的优势,尝试开展多种预报模型的分风速等级集成应用,可以对不同风速等级下的WRF预报起到较好的改善作用。     

积尘对光伏电站发电功率的影响研究综述

概述了积尘对光伏电站发电功率的影响,提出积尘通过影响辐照度、温度来影响短路电流、开路电压和最大功率(包含最大电流和最大电压),并分析了降尘量、降雨量、降雨强度和频率、风速和风向、湿度、地表植被与空气污染、光伏组件表面封存材料的材质、光伏组件放置的倾角和方位角等因素对光伏组件积尘的影响。最后提出:(1)从微观角度深入研究各种因素对光伏组件积尘的影响;(2)加强研究空气质量、气候特点与光伏组件积尘的关系;(3)建立光伏组件发电数据和积尘状况长期远程监测系统;(4)就积尘对光伏组件功率的影响进行专项评估,并考虑清洁积尘系统的设计。     

太阳辐射短时临近预报R模型的构建及验证

提高太阳辐射短时临近预报（<6 h）的准确率是确保电网调度的重要举措,也是极具挑战性的技术瓶颈之一。基于云-辐射关系,利用地面观测的太阳辐照度反演的云相对辐射强迫比值,构建了太阳辐射短时临近预报模型（R模型）,并用美国南部大平原中心站16 a的辐照度观测数据,对R模型的预报性能进行了评估。结果表明：（1）有云存在的个例中,R模型较传统的简单持续性模型（Simple模型）的预报性能有很大提升,相比于预报性能较高的智能持续性模型（Smart模型或RCRF模型）仍有2%～25%的改进。（2）在16 a包含2.9×105个8类云状个例的总体检验中,当预报时效超过1 h时,R模型的预报性能显著优于Simple模型和RCRF模型。相对于RCRF模型,R模型在6 h预报时效下,对总辐射和直接辐射的预报性能可分别提高25%和19%,预报时效分别延长了1.5 h和1 h。（3）R模型为太阳辐射短时临近预报提供了准确率更高的基准模型。同时,该模型可仅依靠地面短期的辐照度观测资料即可预报,为缺少同期气象要素观测的光伏电厂的辐射预报提供了新的途径或新的可能。     

内蒙古光伏开发空间适宜性及减排效益研究

内蒙古自治区作为中国重要的光伏发电基地,近年来盲目建设光伏电站的问题日益突出,掌握区域光伏开发的适宜性、发电潜力和减排效益对光伏产业的健康发展具有重要意义。为了探讨内蒙古自治区光伏开发适宜性与减排效益,综合利用气象、自然地理和经济社会数据,通过构建“气象-地形-位置-植被”光伏开发适宜性综合评价指标体系,利用层次分析法确定评价指标的权重,借助地理信息系统工具对内蒙古自治区光伏开发适宜性进行空间显性评价,进而定量评估在不同开发强度下的光伏发电潜力与减排效益,并对各盟市光伏发电潜力与电力需求进行对比分析。结果表明：(1)内蒙古自治区西部的光伏开发适宜性大于中部和东部,各类适宜区主要分布在西部的阿拉善盟和巴彦淖尔市,光伏开发特别适宜、较适宜和适宜区域的面积占内蒙古自治区总面积的23.66%。(2)内蒙古自治区光伏发电潜力巨大,特别适宜的区域开发12.57%即可满足内蒙古自治区2021年用电量。(3)内蒙古自治区光伏发电潜力与电力需求分布有着较强的空间异质性,空间格局特征显著。(4)内蒙古自治区光伏发电的节能减排效果显著,与传统燃煤火力发电相比,若特别适宜区全部开发,年碳减排量约2.947×1...     

基于贝叶斯模式平均的东江流域降雨概率预报

为验证贝叶斯模式平均（BMA）在东江流域的适用性,基于TIGGE多模式集合预报资料对东江流域不同预报时段（1、3、5及10日）以及不同地域（上、中及下游）应用BMA,得到的主要结论为：1）BMA的预报能力在时空上都较为稳定,预报效果较好;2）在各预报时段中BMA极大提高了预报的精度,其中预报时段越短,误差减少的幅度越大;3）当95%分位数已超过警戒的雨量时,应做好相关的预警和预防工作,但BMA也会出现误报和虚报的情况,需要进行权衡和风险的评估,同时这也是需进一步研究和完善的地方;4）结合其他国内外的研究来看,BMA对天气要素预报的订正作用可能具有普适性,值得推广使用。     

降尘对中国北方主要城市光伏电站发电量的影响

中国太阳能光伏发电在2010-2015年实现了飞速发展。降尘降低了光伏电池板表面玻璃的透光率,导致电池板的发电量下降。降尘对太阳能光伏发电影响的量化是预测光伏电站发电量的基础。以降尘相对较严重的北方（年均降雨量小于800mm）36个城市的光伏电站为研究对象,综合考虑温度、降尘、辐射等因素导致的光伏发电量损失,模拟了各城市光伏电站25年内的年均最大发电量。模拟结果显示：（1）36个城市平均年发电量为209.62±30.15kWh·5m^-2,其中,发电量最大的城市是拉萨,最小的为西安,前者约为后者的两倍;（2）年降雨量100~200mm地区年发电量最高,其次为≤100mm的地区,200~400mm和400~600mm的地区发电量几乎相等,600~800mm的地区发电量最小;（3）降尘与电池板最佳倾角的关系可以忽略;（4）降尘导致的光伏发电量损失最大值发生在降雨量为100~200mm区域（5.32%）,然后依次为≤100mm（5.21%）、200~400mm（4.46%）、400~600mm（3.29%）和600~800mm（2.09%）的区域。     

京津冀地区光伏开发空间适宜性及减排效益评估

京津冀地区作为中国重要的能源消费基地,近年在产业转型与发展中对清洁能源的需求不断增加。光伏发电是中国“十四五”期间加速能源结构转型,早日实现碳中和目标的关键举措与重要抓手。本文以京津冀为研究区,通过构建“地形—气象—成本”光伏开发适宜性综合评价指标体系,计算了光伏开发适宜性指数,刻画出京津冀地区2018年光伏开发适宜性的空间格局特征,进而定量评估不同开发适宜性情景下光伏发电潜力与减排效益。研究表明：① 京津冀地区光伏开发适宜区占到区域总面积的22%,一般适宜区面积最广,“燕山—太行山”一线是适宜区与不适宜区的主要分界线,各类适宜区主要分布在承德、张家口和保定市3个市。 ② 京津冀地区光伏发电发展潜力巨大,开发非常适宜区和较适宜区的年发电潜力是2018年京津冀地区电力消耗的3倍。③ 光伏发电节能减排效果显著。在将非常适宜区和较适宜区全部开发情景下碳减排量为京津冀2018年排放量的47%。④ 土地利用限制、大型输电网络和储能系统是制约光伏发展的主要因素。总体来看,虽然大规模光伏开发仍存在一定的限制条件与技术瓶颈,但在全球气候变化加剧和社会经济发展进入“低碳脱碳”新常态的背景下,京津冀地区的大规模光伏开发仍是助力区域早日实现碳中和目标、优化能源结构和提升人民福祉的重要途径。     

初中地理、物理跨学科单元学习的实践与思考--以“在学校屋顶‘种太阳’”为例

单元学习凭借其整体性特点成为跨学科深度学习的一种重要途径和方式。本文选取目前社会热点问题“能源革命”中的电力供给作为跨学科单元学习主题,通过设计学校屋顶“植光互补”光伏发电项目方案,认识光伏发电的特点以及影响光伏发电效能的主要因素,论证不同区域实施光伏发电的可行性。本文引导学生从地理、物理视角理解发展光伏产业对国家能源战略的意义与价值,使其养成系统、动态看待问题的思维方式,培育其勇于探究、善于思辨的科学精神,实现跨学科教学的综合育人价值。     

云南快速更新循环数值预报系统及其12小时降水预报检验与改进

以中尺度WRF模式为基础,参照北京地区高分辨率快速更新循环同化系统,建立了云南快速更新循环数值预报系统(WRF-RUC)。为了充分了解该系统在云南省的预报性能,对预报结果进行个例和2016年6~7月检验。结果表明:快速更新循环同化数值预报系统能进行强降水过程预报,但与业务化“区域WRF数值预报系统”预报结果相比,12h降水预报评分较低。通过个例数值试验表明WRF-RUC系统进行本地化参数方案试验,挑选适合云南省的物理方案,是系统预报效果改进的有效途径。     

并网太阳能光伏电站选址研究述评

太阳能光伏发电在能源战略中具有重要地位,太阳能光伏电站位置的选择对发电成本有直接影响,已成为一个亟待解决的重要课题。文中系统阐述了太阳能光伏发电的发展历史及未来趋势,并从并网光伏电站选址的宏观影响因素、微观影响因素以及方法与模型3方面综述了并网光伏电站选址国内外最新的研究进展,并展望了未来的研究重点和发展方向,以期促进中国在该领域的研究,并为政府和企业在太阳能光伏电站选址、建设及长期规划等方面提供参考,达到科学合理建设光伏电站、有效利用太阳能的目的。     

风电场风速规律分析及风电功率预报方法研究

利用陕西省某一风电场区域内的观测资料,分析了该风电场的风速规律,并引入最优训练期方案,研究利用线性回归方法建立风电功率预报模型的可行性。结果表明:该风电场区域,不同高度的风速及其高度间的风速差异均表现出最大值出现在夜间,最小值出现在白天,从低层到高层的风速日变化趋势一致的特征。一日中,风速与风电功率在09:00～17:00时段的相关系数明显小于其它时段。按照风速是否大于5 m·s-1将训练期观测样本分为2组,可以明显改善风速与风电功率的回归关系。以风机轮毂高度处的风速作为预报因子,并引入风电功率与风速之间相关系数的日变化规律、以及不同风速量级下风速与风电功率之间回归关系的差异性,采用最优训练期方案和一元线性回归方法建立的风电功率预报方程,具有预报误差小和最优训练期短的特点,满足实际业务需求。     

安康水电站精细化降水预报的检验

降水精细化数值预报模式的发展是开展精细化降水预报业务的理想途径,而模式本地化中的误差评估是当前开展业务应用的重要环节。基于此,运用误差分析、晴雨预报准确率、降水TS评分方法评估陕西精细化数值预报攻关团队提供的2016年5月1日~9月30日安康水电站降水预报。结果表明：随着降水时效的增长,降水的预报准确率呈减小趋势;大雨以上的降水过程预报较好且未出现漏报,但量值与实况有差异,预报值小于实况值;20时起报的预报准确率大于08时起报的准确率且夜间的高于白天;降水日数多的月份TS评分预报准确率高于降水日数少的月份。比较安康和石泉的结果发现,安康的预报准确率明显优于石泉,主要原因是安康降水日数比石泉多,且大的降水过程比石泉少。逐1 h、3 h的72 h以内的降水预报可以为安康水电厂水利调度提供参考。     

山区流域暴雨洪水的数值模拟

基于中尺度天气研究预报模式WRF和流域水文模型对我国夏季山区的暴雨洪水进行模拟研究。首先,结合新安江水文模型和TOPMODEL自主研发了一个动态结合地面地下产流计算的新水文模型XXT,并选取成熟的天气研究预报模式(WRF)的模拟结果作为XXT的输入进行洪水模拟。其中WRF模拟采取3重区域嵌套模拟再现了2007和2008年夏季山东南部沂沭泗河流域的3次暴雨过程。模拟结果表明,WRF对暴雨的时空分布有较好的模拟与预测能力,模拟结果与观测一致性较好,逐时降水过程较观测更为连续,峰值有一定差异,总量略有偏大。WRF模拟的逐时站点表层土壤湿度与自动站观测的变化趋势一致,峰值偏大,空间分布与降水有着较好的响应关系。总格点径流深的计算结果同样与降水对应得较好,基本能重现出暴雨-径流过程的时空变化特征。其后,利用收集的实测降水资料率定XXT的模型参数,进而将WRF模拟的降水和潜在蒸散发输入到XXT进行流域出口洪水流量的模拟,其中2008年的模拟结果取得了0.91的效率系数,而2007年2次个例由于偏高的降水,使得洪峰流量较观测有偏大,但与观测的时间相关系数高达为0.89和0.91。研究对于山区暴雨洪水的预报预警和防汛决策具有一定的参考价值。     

最优子集神经网络高温预报模型

 利用2003-2007年6～9月ECMWF格点场资料,使用差分法、天气诊断、因子组合等方法构造出能反映本地天气动力学特征的预报因子库,采用press准则初选因子,尝试用最优子集方法进行神经网络夏季6～9月≥35℃高温预报模型的建模方法研究。2008年7月预报系统投入业务应用,检验证明所构造的神经网络高温预报模型具有更好的拟合和预报效果,为神经网络在灾害性天气预报的应用研究提供了新的思路和方法。     

WRF模式中3种闪电参数化方案的对比分析

利用WRF 模式V3.6.1 中3 种基于经验公式的闪电参数化方案对2013-07-05 江苏省内的1 次飑线过程进行数值模拟,对比3 种方案在模拟闪电位置和频数的特点,分析模拟结果的成因。结果表明：PR92w 方案能够很好地模拟闪电的分布位置;PR92z 方案的模拟结果和PR92w 方案正好相反,闪电频数与实测结果有很好的一致性但分布位置出现偏移;LPI 方案虽然能指示闪电分布区域,但对高闪电密度区的预报有一定误差。3 种方案的模拟结果表明：垂直风速和雷达回波是影响模式预报闪电频数和分布的重要因素。因此,增大网格模拟精度和同化雷达资料是改善PR92 方案模拟效果的重要途径。