记者：许天骄 孟冉冉

中国气象报记者：张嘉赫 赵宁

当前，我国风电、太阳能发电装机规模均居世界第一。新型电力系统以高比例新能源供给消纳体系建设为主线任务。新能源发电高度依赖天气变化，一片云、一阵风的细微波动，都可能直接影响发电出力。如何解锁气象数据背后的运行规律，精准预判新能源发电出力，进一步保障电网安全稳定运行？

海量新能源入网，“电力+气象”助力高效消纳

盛夏时节，张北坝上草原绿意盎然，风光旖旎。7月22日中午时分，记者走进位于河北省张家口市张北县的国家风光储输示范基地，只见蜿蜒起伏的山丘上，风力发电机巍然耸立，蓝色的光伏板熠熠生辉，储能电站静静矗立。在这里产生的绿色电力，通过张北—雄安1000千伏特高压交流输变电工程源源不断输送到京津冀的千家万户。

“张家口是国家级可再生能源示范区，截至6月底，新能源装机突破4600万千瓦，占全市电力总装机的89%。”冀北张家口供电公司调度控制中心副主任米春泉说。

2009年，财政部、科技部、国家能源局及国家电网公司联合推出的“金太阳示范工程”首个重点项目——国家风光储输示范工程在张家口落地。多年来，工程探索风光储输联合发电控制运行方式和调度模式，解决新能源大规模并网的世界性技术难题；建立完整的风光储输联合发电核心技术体系，提升新能源并网关键技术水平。目前，工程已建成风电总装机容量50万千瓦，光伏总装机容量100万千瓦，储能总装机容量3.3万千瓦,累计发电量超142亿千瓦时。

在国家风光储输示范基地运行监控中心，显示屏上不同的曲线展示出风电、光伏、储能的实时出力。屏幕左端的风速、风向、气温等气象数据实时更新。国家电网公司通过气象预测、风光互补、储能等技术，探索解决风电、光伏发电不稳定带来的生产、调度、并网等世界性难题。

在现有技术条件下，电能尚不能大规模经济存储的，发、输、变、配、用各环节瞬时完成。这种物理特性，决定了电力系统像一架天平：一端是发电量，一端是用电量，二者实时平衡，电力系统才能安全稳定运行。在以火电为主的电力系统中，这架“天平”的变量主要来自用电端，火电的发电计划跟着负荷预测走，多用多发、少用少发，“天平”相对容易保持平衡。

近年来，我国统筹大型风电光伏基地、海上风电等开发布局。截至6月底，全国风电、太阳能发电装机容量合计达到19.5亿千瓦，占比接近一半。今年上半年，风电、太阳能发电总量突破1.2万亿千瓦时，约占全社会用电量的四分之一。但新能源“靠天吃饭”，风光的“随机波动”与“供电可靠”的调节难题逐步显现，电力系统受气象因素影响日益凸显。

中国气象局公共气象服务中心副首席王丽娟说：“目前，气象因素影响‘发输配用’各环节。在资源评估与规划选址环节，气象部门通过长序列观测数据和精细化气候资源图谱，为‘沙戈荒’大型风电光伏基地、海上风电基地等国家重大工程提供服务；在生产运行环节，新能源场站通过风功率、光功率预测系统，优化发电计划；在电网调度环节，依托覆盖全国的气象监测网络和多尺度预报预警，调度部门能够更准确地预判区域发电能力与用电负荷变化，实现‘东中西部互济、风光水火互补’。”

随着新能源装机规模持续攀升，行业对气象服务的需求同步扩大。2024年8月9日，国家电网公司与中国气象局签署战略合作框架协议，进一步加强气象观测站网共建，在电力气象预报、新能源发电功率预测、负荷一体化预测等领域加强联合攻关，共同打造电力气象科技创新体系。

今年1月，中国气象局、国家能源局印发《关于推进能源气象服务体系建设的指导意见》，提出“到2027年，覆盖能源规划选址及供应保障、资源监测预报、防灾减灾、气候生态效应评估、电力市场交易等全场景和短临至月季年尺度无缝隙的一体化能源气象服务体系基本建立，自主可控的风能太阳能专业数值模式和能源电力气象人工智能专业模型业务化运行”。

国家电网公司深化与气象部门的战略合作，创新发展电力气象技术，提升电网韧性和气候适应性，助力电网安全稳定运行。

气象数据精准算，“捕风捉光”可预测

不同于传统火电出力由电网的调度指令决定，新能源发电需要“捕风捉光”，其随机性和波动性给电网带来巨大挑战，做好新能源功率预测极为关键。

新能源功率预测，是利用历史数据、气象数据和专业算法，对未来一段时间内风电场或光伏电站的发电功率进行预报。由于新能源场站受天气影响较大，功率预测就是场站的发电预报系统。系统预测出来后，新能源场站工作人员将预测发电曲线报给电网调度部门，调度部门提前做好发电计划，降低新能源出力不确定性，确保电力系统在未来时段的实时平衡。

在新能源装机占比比较低的时期，预测偏差的影响可以忽略，火电能够在需要时及时顶上。但随着新能源装机规模持续扩大，预测偏差会直接增加系统性风险。

中国电力科学研究院新能源研究所电力气象室主任王勃举例说：“以风电为例，1米每秒的风速误差会导致10%~20%的功率预测偏差，而对于电网调度而言，这一量级的误差足以打破源荷平衡，对电力保供和新能源消纳产生重要影响。”

精准的气象数据是做好新能源功率预测的基础。常规气象预报最多精确到区县，缺少“定时、定点、定量”的预报结果。而新能源功率预测需要数值天气预报。数值天气预报是指根据大气实际情况，在一定的初值和边值条件下，通过大型计算机作数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学的方程组，预测未来一定时段的大气运动状态和天气现象的方法。

在中国电科院数值天气预报中心，一排排黑色的高性能计算机集群在昼夜不停地分析数据，算力达520万亿次/秒。中国电科院于2010年建立国内首个专业的面向电力气象服务的数值天气预报中心，研发覆盖全国的新能源功率集中预测平台。通过数值天气预报数据，平台可将气象预报转化为不同预见期下的功率、电量等新能源要素，为调度部门开展发电计划、电力市场交易提供数据支撑。

当前，传统数值天气预报依赖大规模计算集群，存在时效性较差且难以高频更新的不足；通用气象大模型虽突破了传统预报范式，却受训练和推理数据集的局限，在电力应用场景中存在适配性不足的问题。

针对上述行业痛点，在国家电力调度控制中心组织下，中国电科院联合中国科学技术大学、海光信息技术股份有限公司等单位组建跨学科攻关团队，历时一年研发，于今年6月发布“玑衡”电力气象大模型。

“玑衡”之名，源于北斗七星中的“天玑”与“玉衡”，亦取意于我国古代测定天体位置的天文仪器，寓意以精准气象预报助力新型电力系统运行。在国家电力调度控制中心组织下，中国电科院联合中国科学技术大学、海光信息技术股份有限公司等单位组建跨学科攻关团队，历时一年研发，于今年6月发布“玑衡”电力气象大模型。

●在模型架构方面，采用编解码对称架构，显著提升预报精度与稳定性

●构建“全球-全国-省域”三级嵌套级联阵列，满足风电、光伏场站级的精细化预报需求

●实现“电力-气象”跨领域观测数据的有效整合，构建历史长期高精度电力气象再分析数据集

●预报结果已接入全国新能源集中预测平台与极端天气预警风险评估系统 来源：中国电科院

“玑衡”大模型构建了“全球-全国-省域”三级嵌套级联阵列，通过知识、结构、参数的逐级传递，满足风电、光伏场站级的精细化预报需求，支持近地面三维风场、辐照度、覆冰等10余种电网重点关注的气象要素预报，今年将在国家电网公司10余家省级电力公司落地应用。

“‘玑衡’对新能源功率预测的提升主要体现在两个字——‘快’和‘准’。在速度方面，几分钟就能算完未来72小时的预测结果，可以支撑新能源预测模型不断更新；在精度方面，使用大模型后，风电、光伏发电出力短期预测误差进一步下降，极端天气工况的极大误差降幅可达3~7个百分点。”中国电科院新能源研究所电力气象室研究人员王钊说。

新能源与气象的深度绑定，对电力气象技术提出更高要求。中国电科院自2010年起在张北风电试验基地建设了不同高度的测风塔、极轨气象卫星和静止气象卫星接收等装置。这些装置每时每刻都在捕捉气象信息，每10分钟回传一次，积累了大量历史观测数据，为深入研究提供了基础。

谈及未来发展，王勃说：“我们将联合中国气象局在张北建设电力气象野外观测试验基地，支撑大气理论、数值预报、新能源功率预测及气候交互影响等研究，为全国集中式新能源基地的电力气象协同研究提供参考。”

在推进基础研究的同时，国家电网公司正在推动气象大模型在新能源功率预测业务中的规模化、实用化部署应用，突破传统预测方法的技术瓶颈，充分发挥气象大模型在复杂地形适应、多时空尺度模拟等方面的优势，显著提升短期及极端转折性天气下的预测准确性，为应对资源剧烈波动、优化运行安排、保供决策提供坚实支撑。

灾害预警精细化，电力系统更安全

当前，风电、太阳能发电装机占比超48％的结构性变化，叠加极端天气常态化，使气象因素成为电力保供的重要变量。

“光伏发电受辐照度、灰尘、积雪影响较大，比如光伏板积雪后，光伏发电出力基本为0。我们分区域建设了气象站，实时采集辐照度、灰尘沉降量、积雪厚度等数据。运维人员后台监控，发现问题及时处理，确保实现最大的发电效果。”国家风光储输示范基地光伏班工作人员赵希坤说。

而对于风机来说，在极端寒潮天气下，实时测量风速和风向的风速仪和风向标可能会冻住，风机叶片覆冰覆雪后，机组也可能面临脱网风险。日常运行中，运维人员通过基地的监测平台实时获得故障预警，及时处理故障，保障风机尽快恢复发电。

随着新能源大规模并网，电力系统对气象条件的敏感性显著增强。王丽娟说：“高精度、高时效的气象监测与预警，能够为电网调度提供关键决策依据，有效防范台风、雷暴、冰冻、强对流等极端天气对输电通道、关键节点的冲击，降低故障风险，提升电网韧性。中国气象局将与电网企业联合开展观测站网建设，完善覆盖重要输电通道、电力设施的专业气象监测网络，在关键设施周边加密布设观测设备，强化微地形风速、线路覆冰等高精度实时监测，支撑电网快速响应与精准抢险。”

在国网冀北电力与河北省气象服务中心联合建立的冀北气象信息交流群中，来自河北省气象服务中心的值班预报员每日推送气象风险提示。来自冀北电科院的专业人员结合电网设备运行情况开展气象风险解读、研判分析，共同为冀北电网防灾减灾提供前置研判支撑。

“我们与电网专业人员实时沟通，遇到恶劣天气，加强与冀北电科院的视频会商，共同解决业务中遇到的气象问题。”河北省气象服务中心主任张友杰说。

在我国，新能源大基地通常远离东中部负荷中心，需要依靠特高压大通道实现绿电外送。以张家口为例，当地已建成张北—雄安1000千伏特高压等6条跨省输电通道，2025年新能源总发电量的一半以上用于外送。保障输电通道的安全稳定运行是提升新能源消纳水平的关键举措。

张家口输电通道途经坝上高原、燕山山脉等复杂地貌，境内广泛分布高山分水岭、垭口风道、河谷水汽增大带等微地形，冬天局部覆冰强度显著增加，易引发导线覆冰过载、相间舞动，影响新能源外送。

今年2月底，张家口发生大范围雨雪冰冻灾害，冀北电科院防灾减灾中心第一时间启动应急气象保障模式，每日早晚两次更新应急会商材料，复盘过去12小时全域气象实况，研判未来24~48小时降水、湿度、覆冰厚度发展趋势。

“我们每日两次动态生成覆冰高风险预报，并关联受影响输变电设备，实时调取故障点位和抢修现场的精细化气象数据，与河北省气象局开展联合会商3次，为故障分析、抢修复电方案制订提供科学气象依据，加快了绿电外送通道的恢复速度，最大限度保障新能源外送。”冀北电科院气象与防灾专业带头人卢毅说。

近年来，气象部门与电网企业在防灾减灾、新能源服务等方面开展了广泛而深入的合作。国家电网公司与中国气象局已形成多层次、多领域合作，推动“气象+电力”业务系统化、精细化落地，助力极端天气下电网安全稳定运行。

2024年12月，国家电网公司设备部依托国网电力工程研究院有限公司建成国网电力气象灾害监测预测预警中心。该中心作为“1+7+N”气象防灾减灾专业支撑架构中的“1”，每周一联合中国气象局相关单位、国家电网公司系统7个专业中心和各省级电力公司等单位开展天气会商，研判天气情况并提出预警建议。

今年4月，国网能源研究院有限公司与国家气候中心启动气象电力联合实验室共建。实验室将围绕新型电力系统对气象高精度、长尺度、智能化耦合分析的迫切需求，聚焦气候变化背景下能源安全风险识别与预警能力短板，提出气候安全和能源安全新理论，攻克多尺度新能源资源评估、高精度水风光荷预测、“气象—电力”耦合生产模拟、供需风险智能预警等关键核心技术。

随着电力气象技术的不断发展，电力气象应用场景持续拓展，无限好风光转化为源源不断的可靠绿电，助力能源绿色低碳转型。