新能源的發展機遇和挑戰

自2020年末，“碳達峰、碳中和”成為熱門關鍵詞，各大媒體、機構都對這一新概念爭相表達分析和見解，熱度持續發酵，引起了一場雙碳目標下涉及國家經濟、產業結構、能源轉型、生活方式等諸多影響方面的社會大討論。

固然“碳中和”會深刻和深遠地影響國家經濟和諸多產業，但毋庸置疑的是，碳中和首先改變的將會是能源產業格局。

在我國能源產業格局中，產生碳排放的化石能源：煤炭、石油、天然氣等占能源消耗總量的84%，而不產生碳排放的水電、風電、核能和光伏等僅占16%。要實現2060年碳中和的目標，就要大幅發展可再生能源，降低化石能源的比重，因此，能源格局的重構和轉型必然是大勢所趨。

2020年，全國電源新增裝機容量19087萬千瓦，其中水電1323萬千瓦、風電7167萬千瓦、太陽能發電4820萬千瓦。截至2020年底，全國發電裝機總量為22億千瓦，風電累計裝機占比達12.8%，太陽能裝機占比達11.5%，風電和光伏裝機合計占比24%。根據國家能源局《關于2021年風電、光伏發電開發建設有關事項的通知》(征求意見稿)的有關規劃，到2030年非化石能源占一次能源消費比重達到25%左右，風電、太陽能發電總裝機容量達到12億千瓦以上，堅持目標導向，完善發展機制，釋放消納空間，優化發展環境，發揮地方主導作用，調動投資主體積極性，推動風電、光伏發電高質量躍升發展。

圖一、截至2020年底各地區累計風電裝機(萬千瓦)及占本地區總裝機比重

圖二、截至2020年底各地區累計光伏發電裝機(萬千瓦)及占本地區總裝機比重

可以預見，未來10年風電、光伏的新一輪爆發式增長已經是確定性事件。然而非水新能源的消納挑戰卻異常艱巨。

首先，新能源爆發式增長與用電需求增長放緩矛盾突出。近五年，全國全社會用電量年均增長5%，同期電源裝機年均增長近10%，新能源裝機年均增長高達30%以上，新增用電市場無法支撐各類電源的快速增長。

二是網源發展不協調嚴重制約新能源發展。我國能源分布廣泛但不均衡，主要特征表現為能源資源“西富東貧”，消費“東多西少”，能源生產與消費中心逆向分布。

三是缺乏靈活調節電源系統、面向高比例新能源的調節能力不充足。新能源發電具有間歇性、波動性等特征，大規模并網對電網穩定性、連續性和可調性造成極大影響，因此對電力系統調峰能力提出很高要求，而目前系統缺乏靈活調節電源，調峰能力不足。

四是促新能源消納的政策和市場機制不健全。當前我國電力供需以省內平衡和就地消納為主，缺乏促進清潔能源跨區跨省消納的強有力政策、合理的電價和輔助服務等必要的補償機制，省間壁壘突出，跨區跨省調節電力供需難度大，電力現貨市場進度未達預期，成為當前制約清潔能源消納的重要因素。

解決新能源消納難題、建立新型電力系統，是一項復雜的系統工程，涉及消費端、供給端、技術、市場等多個層面的變革和創新。筆者認為，除國家產業引導和投資外，建立和健全包括電力現貨和輔助服務在內的電力市場，鼓勵和促進大數據、人工智能等數字化技術的應用，讓具有核心技術和運營能力的市場主體得到足夠的市場激勵，才能從根本上解決消納問題，形成市場引導技術、技術促進市場的良性循環。

功率預測的價值日益凸顯

與碳中和不同，新能源功率預測的歷史由來已久。自2011年國家能源局頒發文件要求新能源發電企業必須在電場部署功率預測系統并向電網調度上報預測結果開始，近十年的時間里，功率預測伴隨中國風電和光伏產業，經歷了從無到有、漸成標配的過程。作為平抑新能源發電隨機性和波動性的重要信息支撐服務，功率預測為降低電網調度難度、增加新能源并網友好性作出了積極貢獻。截止目前，國內數千座風電場和光伏電站均配置有安全穩定的功率預測系統，為新能源發電并網保駕護航。

對發電企業的來說，功率預測既是順應國家和電網調度機構的硬性要求，更是用來降低考核罰款、提升運營收益的重要手段。以西北電網一座10萬kW風電場為例，在現行標準下，預測準確率每提高1%，業主全年可節約考核費用約18萬元;如果同時考慮預測偏差帶來的并網發電量損失，則整體損益將進一步放大。以目前功率預測數萬元的年服務費簡單測算，配置功率預測系統為發電企業帶來的價值杠桿高達十倍以上。不僅如此，經過多年的市場選擇和技術迭代，功率預測整體精度水平已有較大進步，預測精度基線不斷攀升。

然而，無論是發電企業還是電網調度機構，似乎仍對功率預測的準確性和價值頗有微詞，這又是因為什么?

首先，以電網考核為背景的子站功率預測，本身屬于零和游戲的范疇。雖然各電場整體預測水平已有提升，但在實際執行過程中仍然要進行省內排名以便“獎優罰劣”，從而形成相對考核的局面，讓各電場之間的預測精度競爭形成“內卷”，也使得功率預測偏差考核成為懸在電場經營者頭上無法消除的達摩克利斯之劍。

其次，目前功率預測水平的提升，仍不能對抗和抵消大規模風電和光伏裝機對電網安全有效調度的沖擊。截止2020年底，風電和光伏總裝機已達5.3億千瓦，到2030年末這一數字將增至12億千瓦。如此巨大的裝機容量下，單位預測偏差帶來的電力和電量偏差將遠超以往，對電網靈活調節能力造成重大挑戰。

最后，功率預測精度改善的巨大技術投入和風險與市場價格之間的矛盾，也對產業發展造成一定程度的制約。功率預測服務市場經過多年發展，早期政策紅利已消失殆盡，市場價格不斷下探，目前僅有少數具備規模和技術優勢的廠家具備參與實力，其中以功率預測作為主營業務的廠家更是鳳毛麟角。功率預測背后所涉及的數值天氣預報、機器學習/深度學習算法等核心技術，在算力、人才等方面投入巨大，且具有較大的研發風險，在現有整體預測水平基礎上進一步提升精度的邊際成本已相當昂貴。對第三方預測廠家而言，一面是不斷抬升的考核要求和預測標準，一面是日漸高企的研發投入和人力成本，在合理盈利的前提下顯著提升預測精度，是一個技術和商業的雙重難題。

碳中和的出現，為新能源功率預測帶來新的價值創造空間，使其重要性大大提升。

(一) 電力現貨市場，將使功率預測服務市場空間明顯增加。電力現貨市場的建立，是我國電力體制改革的重要路標，更是解決新能源消納、建立新型電力系統的重要手段。準確的新能源功率預測，對于電力現貨的市場主體，具有極其重要的信息價值，是企業制定價格體系和經營策略的核心支撐。以未來10%的電量在現貨市場交易結算測算，因預測準確性和報量報價策略導致的電費浮動空間將達數百億元/每年。屆時，功率預測準確性提升1%帶來的商業回報將遠超電網考核場景下的罰款節省，如電力市場合理完善，足以支付為此花費的研發成本，激勵優質服務商持續投入和優化。

(二) 功率預測的服務對象和客戶群體，將更加深入和廣泛。除傳統意義上的大型發電企業和電網調度機構，將持續提高功率預測的要求和標準外，海上風電、分布式光伏等新型增量場景，也將為功率預測帶來細分市場。另外，當現貨市場建立和穩態運行后，以售電公司為代表的市場主體，也將對新能源功率預測產生需求。

在碳中和的時代背景下，功率預測行業的變革已悄然開始，站在功率預測新十年的起點，我們不妨對未來市場和行業趨勢進行展望：

(一) 大型發電企業自建功率預測平臺。鑒于未來功率預測的重要性，部分發電集團將從自身利益出發自建能力，改變目前完全依賴第三方預測廠家的局面。

(二) 預測系統價值從硬件向軟件和數據服務轉移。受電網二次安防的要求限制，現有功率預測系統包含大量專屬硬件服務器，然而功率預測準確性的提升主要依賴數值天氣預報和功率模型的持續訓練迭代，二者均與現內網環境中的硬件投入無直接關系，在造成大量低效資產的同時，也擠壓了原本就不多的軟件和服務價格。隨著硬件成本的日漸透明及市場對高精度預測的強烈需求，高精度數值天氣預報、功率預測等數據服務的價值將得到更大認可。

(三) 功率預測系統逐漸集中化和云化。產業互聯網的發展，使得千行百業的數字化轉型速度大大加快，能源電力行業也不例外。功率預測系統的集中化和云化，既有助于降低硬件成本、增加模型訓練的算力彈性，也有利于實現底層數據收集和算力基礎設施與上層預測模型和應用的隔離解耦;同時，系統集中化和云化后，將打破現在子站預測各自為戰的局面，充分整合和利用全網信息對功率預測進行整體優化。

(四) 市場更加開放、多元化合作生態。在發電企業自建功率預測底層數據采集和算力基礎設施的前提下，第三方功率預測數據服務商在業主平臺上開發預測模型的進入門檻將大大降低，其可將研發重點聚焦在數值天氣預報、微尺度氣象模式及算法模型本身的研究上，這將吸引更多的商業氣象服務公司和AI技術公司參與到功率預測的細分市場。基于我國復雜的地域和氣象條件差異，功率預測的精細優化帶有較明顯的區域特征，在參與主體更加豐富的情況下，有利于市場的充分競爭和預測技術的創新。

結尾

以上是筆者基于日常工作積累對新能源功率預測行業的分析和研判，供相關從業人員參考。我們相信，新能源功率預測行業在碳中和背景下將繼續深入發展，并在未來發揮更加重要的作用。技術層面，只有深入行業需求，并在數值天氣預報、功率預測模型研究等核心技術上持續創新和突破，才是實現功率預測準確性提升的核心關鍵。接下來的系列專題，我們將從多個維度分享我公司在新能源功率預測方面的進展和成果，敬請期待。