能源行業(yè)轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)報告：新能源功率預(yù)測市場分析與展望

請仔細(xì)閱讀本報告末頁聲明新能源功率預(yù)測市場分析與展望在新能源市場規(guī)模不斷發(fā)展、全國電力市場加快建設(shè)以及政策推動之下，市場對新能源軟件、數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)的需求也進(jìn)一步上升。對于市場參與者而言，風(fēng)電與光伏發(fā)電的功率預(yù)測不僅是新能源參與現(xiàn)貨市場的基礎(chǔ)條件，預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確度也將直接影響新能源企業(yè)在現(xiàn)貨市場的交易策略和市場競爭力，并切實影響電站日前與實時市場的收益，也會間接對風(fēng)電與光伏項目的開發(fā)利用、投資回報以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性等更深層和更長遠(yuǎn)的方面產(chǎn)生數(shù)據(jù)與算法是決定新能源功率預(yù)測產(chǎn)品與服務(wù)質(zhì)量的重要影響因素。數(shù)據(jù)層面，開發(fā)與優(yōu)化不僅需要收集和利用實時數(shù)據(jù)，還需要利用大量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行論證與模擬。對于進(jìn)入行業(yè)較早的企業(yè)和一些官方機(jī)構(gòu)（如中國氣象局、中國電科院等由于接入較多的發(fā)電場站，發(fā)電機(jī)組參數(shù)、發(fā)電機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史實發(fā)功率數(shù)據(jù)、發(fā)電機(jī)組布置數(shù)據(jù)等信息也都包含模型輸入中，結(jié)合硬件采集數(shù)據(jù)和高精度氣象數(shù)據(jù)等對未來一定時間段的發(fā)電功率進(jìn)行計算。而新進(jìn)企業(yè)大都沒有或較少接入場站資源，缺少新能源電站的靜態(tài)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)以及靠硬件采集的相關(guān)數(shù)據(jù)等，主要專注于氣象數(shù)據(jù)、地域數(shù)據(jù)等可購買或接入的第三方數(shù)據(jù)庫，精細(xì)化氣象、地理等相關(guān)數(shù)據(jù)對功率預(yù)測的影響。作者分析師于夕朦聯(lián)系人張鵬相關(guān)研究隨著行業(yè)競爭加劇，新進(jìn)企業(yè)較難在短時間內(nèi)打破數(shù)據(jù)與技術(shù)比例，較為成熟的企業(yè)在電力市場化背景下加速探索以聚合商、運(yùn)營商的身份尋求業(yè)務(wù)新的增長曲線。對于行業(yè)內(nèi)的新進(jìn)企業(yè)，很難在短時間內(nèi)獲取優(yōu)質(zhì)的歷史數(shù)據(jù)、電站運(yùn)維數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而形成了行業(yè)壁壘。而對于進(jìn)入市場化的功率預(yù)測及相關(guān)產(chǎn)品服務(wù)的軟件及數(shù)據(jù)服務(wù)較早的企業(yè)，在官方機(jī)構(gòu)及其合作單位在該領(lǐng)域的數(shù)據(jù)優(yōu)勢與持續(xù)的研發(fā)投入背景下，未來這類企業(yè)的相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢與業(yè)務(wù)發(fā)展空間可能會受到一定的影響。這類市場化企業(yè)在支持源端增收、改善網(wǎng)端調(diào)控能力和支持交易決策等業(yè)務(wù)提供產(chǎn)品與服務(wù)的同時，也應(yīng)逐步將這些技術(shù)與數(shù)據(jù)應(yīng)用與拓展至新業(yè)務(wù)領(lǐng)域。特別是電力現(xiàn)貨建設(shè)加快在推動功率預(yù)測和電力交易產(chǎn)品增量需求的背景下，這類企業(yè)應(yīng)思考與探索是否以獨立運(yùn)營商、聚合商的身份代理市場主體直接參與電力交易，一方面通過實際交易數(shù)據(jù)反哺相關(guān)預(yù)測產(chǎn)品的精度，另一方面也不再局限于傳統(tǒng)軟件與技術(shù)服務(wù)商依靠軟件與技術(shù)服務(wù)為主的商業(yè)模式，尋找企業(yè)業(yè)務(wù)的第二增長曲線。風(fēng)險提示：新能源裝機(jī)并網(wǎng)進(jìn)度不及預(yù)期，電力市場交易規(guī)則變動，電力現(xiàn)貨市場運(yùn)營不及預(yù)期，電力需求超預(yù)期下行風(fēng)險P.2請仔細(xì)閱讀本報告末頁聲明內(nèi)容目錄 3 4 6 8 9圖表目錄圖表1：風(fēng)電裝機(jī)量 3圖表2：光伏裝機(jī)量 3圖表3：市場化交易電量 3 4 5 6圖表7：2019年風(fēng)電功率預(yù)測市場份額 6P.3請仔細(xì)閱讀本報告末頁聲明1、新能源功率預(yù)測發(fā)展背景圖表1：風(fēng)電裝機(jī)量圖表2：光伏裝機(jī)量研究院整理甘肅等八個地區(qū)）和2021年第二批電力現(xiàn)貨市場試點（上海、江蘇、安徽、遼寧南、湖北等六省市）以來，經(jīng)過五年建設(shè)，目前首批八個試點市場大部分已進(jìn)入長周期結(jié)算試運(yùn)行階段，第二批六個電力現(xiàn)貨試點市場已全部啟動模擬試運(yùn)行，青海、江西等圖表3：市場化交易電量1國家能源局發(fā)布1-9月份全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)---國家能源局/2023-10/23/c_1310746885.htmP.4請仔細(xì)閱讀本報告末頁聲明隨著新能源電站并網(wǎng)裝機(jī)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其隨機(jī)性、間歇性和波動性對電網(wǎng)委和國家能源局發(fā)布《關(guān)于提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的指導(dǎo)意見》中指出實施風(fēng)光功率預(yù)測考核，將風(fēng)電、光伏等發(fā)電機(jī)組納入電力輔助服務(wù)管理，承擔(dān)相應(yīng)輔助服務(wù)費用。隨后，各地區(qū)能源局紛紛更新了本區(qū)域的《發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實施細(xì)則》和《并網(wǎng)發(fā)電在新能源市場規(guī)模不斷發(fā)展、全國電力市場加快建設(shè)以及政策推動之下，市場對新能源軟件、數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)的需求也進(jìn)一步上升。對于市場參與者而言，風(fēng)電與光伏發(fā)電的功率預(yù)測不僅是新能源參與現(xiàn)貨市場的基礎(chǔ)條件，預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確度也將直接影響新能也會間接對風(fēng)電與光伏項目的開發(fā)利用、投資回報以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性等更深層和2、新能源功率預(yù)測發(fā)展背景預(yù)測是利用科學(xué)的計量與統(tǒng)計方法，根據(jù)歷史與現(xiàn)實規(guī)律，綜合考慮多類型、多維度信息，得到預(yù)測對象自身發(fā)展變化的規(guī)律特征及其與外部因素的變化聯(lián)系，對不確定時間或未知時間進(jìn)行估計或描述，從而對預(yù)測對象未來的可變性做出事先推斷。因此，預(yù)測圖表4：光伏電站發(fā)電功率分了預(yù)測方法總體框架圖示例新能源功率預(yù)測的實現(xiàn)方式可分為直接預(yù)測和分布預(yù)測兩大直接預(yù)測分布預(yù)測?輸入：電站發(fā)電功率和相關(guān)氣象因素的?影響因子預(yù)測-影響因子預(yù)測模型歷史數(shù)據(jù)及天氣預(yù)報信息?輸出：電站發(fā)電功率的預(yù)測值?功率特性建模-電站功率特性模型P.5請仔細(xì)閱讀本報告末頁聲明輸出就是發(fā)電功率的預(yù)測值。對于風(fēng)電場發(fā)電功率的預(yù)測值，可以直接對風(fēng)分布預(yù)測是將功率預(yù)測分為影響因子的預(yù)測和電站功率的預(yù)測，需要分別建立影響因子的預(yù)測模型和電站的功率特性模型，因子預(yù)測與發(fā)電功率特性模型相互獨立。相對于直接預(yù)測模型，分布預(yù)測對不同影響因子的預(yù)測研究進(jìn)行了分離，而不是將直觀的因子作為功率模型的輸入。影響因子的預(yù)測研究，提供了各影響因子作用程度比對的基本分析通過光伏電站的功率特性模型得到相應(yīng)的發(fā)電功率預(yù)測。根據(jù)預(yù)測模型的輸入中是否含有預(yù)測值，分布預(yù)測還可進(jìn)一步細(xì)化分為迭代分布預(yù)測法和直接分布預(yù)測法。迭代分布預(yù)測需要將得到的預(yù)測值作為新信息加入原時間序列中并再次調(diào)用該預(yù)測模型；而直接分布預(yù)測模型僅適用測量數(shù)據(jù)。相比之下，前者計算量較大，且可能存在累計誤差，但可以通過不同任務(wù)的分解，例如可根據(jù)因子不同的特點靈活地選擇不同的建模方法，使每個子問題研究取得的進(jìn)展都能夠有效地提升發(fā)電功率預(yù)測模型的整體性能；而后者不的聚集情況，作者發(fā)現(xiàn)，在低于5分鐘的時間尺度上，斜坡率變得不相關(guān)，這降低了總根據(jù)預(yù)測的時間尺度，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電功率預(yù)測可以分為長期預(yù)測、中期預(yù)測、短期預(yù)測和超短期預(yù)測，針對光伏發(fā)電還有極短期功率預(yù)測。從電網(wǎng)運(yùn)行的角度，按照預(yù)圖表5：新能源發(fā)電功率預(yù)測的時空尺度根據(jù)上述發(fā)電功率預(yù)測的時空尺度，市場中主要的功率預(yù)測產(chǎn)品與服務(wù)也是按照短期及P.6請仔細(xì)閱讀本報告末頁聲明例如，根據(jù)各能源局發(fā)布的發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實施細(xì)則的要求，新能源電站必須于每超短期功率預(yù)測系對新能源電站及時發(fā)電功率的預(yù)測，用于電網(wǎng)調(diào)度做不同電能發(fā)電量3、新能源功率預(yù)測軟件與數(shù)據(jù)服務(wù)市場分析市場行業(yè)集中度較高，在光伏發(fā)電功率預(yù)測板塊和風(fēng)電功率預(yù)測板塊的主要市場參與者圖表6：2019年光伏發(fā)電功率預(yù)測市場份額圖表7：2019年風(fēng)電功率預(yù)測市場份額決定新能源功率預(yù)測產(chǎn)品與服務(wù)質(zhì)量的，主要是算法和數(shù)據(jù)。算法層面，早期進(jìn)入行業(yè)的企業(yè)已擁有較為深厚的算法庫積累，如區(qū)域內(nèi)不同氣象條件下的的能效比算法可以幫助新能源電力企業(yè)提高功率預(yù)測準(zhǔn)度和電力控制精度。另外，新能源發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)企業(yè)還需具備包括同化技術(shù)在內(nèi)的氣象技術(shù)等，這些氣象技術(shù)的研發(fā)和后期優(yōu)化對企業(yè)算法優(yōu)化能力和技術(shù)更新能力的要求較高。數(shù)據(jù)層面，開發(fā)與優(yōu)化不僅需要收集和利用實時數(shù)據(jù)，還需要利用大量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行論證與模擬。以光伏功率預(yù)測系統(tǒng)需要進(jìn)行的控系統(tǒng)中實時運(yùn)行的數(shù)據(jù)，包括但不局限于所有發(fā)電單元、逆變器、升壓變壓器等實時報數(shù)據(jù)等。相對于傳統(tǒng)優(yōu)勢企業(yè)，新進(jìn)入企業(yè)短期內(nèi)無法積累足量的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、氣象觀測數(shù)據(jù)、實際發(fā)電數(shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)等。因此，新能源發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)行業(yè)新進(jìn)入[1]基于風(fēng)光電站接入（實際數(shù)據(jù)）+氣象數(shù)據(jù)聚合為主的軟件與數(shù)據(jù)服務(wù)商這類公司通常深耕新能源產(chǎn)業(yè)多年，其新能源發(fā)電功率預(yù)測產(chǎn)品通常包括硬件部分和服務(wù)部分，其中，硬件部分布置在發(fā)電場站。同時，由于接入較多的發(fā)電場站，特別是對于上述行業(yè)中的頭部企業(yè)，發(fā)電機(jī)組參數(shù)、發(fā)電機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史實發(fā)功率數(shù)據(jù)、發(fā)P.7請仔細(xì)閱讀本報告末頁聲明電機(jī)組布置數(shù)據(jù)等信息也都包含模型輸入中，結(jié)合場數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過自主研發(fā)的核心技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行降尺度等處理，獲得電站所在區(qū)域的高精度數(shù)值氣象預(yù)報數(shù)據(jù)；再將電場觀測氣象預(yù)報數(shù)據(jù)與電站發(fā)電機(jī)組參數(shù)數(shù)據(jù)等各項數(shù)據(jù)作為預(yù)測模型的輸入?yún)?shù)進(jìn)行模型訓(xùn)練，形成最優(yōu)預(yù)測模型；最后將數(shù)值氣象預(yù)報數(shù)據(jù)帶入模型，實現(xiàn)對單個或多個風(fēng)電場、光伏電站未來一段時間和超短期（未來4小時）的功率預(yù)測結(jié)果，其計算過程均主要由后臺數(shù)據(jù)中心的軟件平臺和布置于電站的軟件自動完成7。.東潤環(huán)能的功率預(yù)測系統(tǒng)綜合了多家權(quán)威氣象機(jī)構(gòu)的數(shù)值預(yù)據(jù)、電站所在區(qū)域?qū)崪y氣象數(shù)據(jù)，通過自主研發(fā)的多層嵌套網(wǎng)格技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行動力降尺度和同化等處理，初步獲得電站代表點的天氣預(yù)報數(shù)據(jù)，并采用集合預(yù)報方法生產(chǎn)高精度天氣預(yù)報數(shù)據(jù)；結(jié)合天氣預(yù)報數(shù)據(jù)、實測氣象資源數(shù)據(jù)、發(fā)電機(jī)組設(shè)備狀態(tài)及運(yùn)行工況作為模型輸入，采用多方法及模型，生產(chǎn)短期和超短期最優(yōu)預(yù)測[2]基于氣象數(shù)據(jù)（未接入風(fēng)光電站）為主的軟件與技術(shù)服務(wù)商相對于第一種類型的數(shù)據(jù)聚合與分析的輸入，這一類企業(yè)沒有接入場站資源，缺少新能源電站的靜態(tài)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)以及靠硬件采集的相關(guān)數(shù)據(jù)等。這類企業(yè)專注從站點到格點的訂正過程中，摒棄線性、樣條、反距離權(quán)重等傳統(tǒng)插值手段，引入高程數(shù)據(jù)作為參數(shù)。受限于數(shù)據(jù)輸入和模型驗證等缺失與不足的影響，目前該類技術(shù)服務(wù)商的產(chǎn)品服務(wù)與應(yīng)用場景較為局限，也再次印證了目前功率預(yù)測系統(tǒng)行業(yè)新進(jìn)入企業(yè)所面[3]官方機(jī)構(gòu)官方機(jī)構(gòu)主要依托于氣象資源與各地電力與電網(wǎng)機(jī)構(gòu)合作，共同研發(fā)新能月底，河北、江蘇、湖北、甘肅、內(nèi)蒙古等風(fēng)光功率預(yù)報預(yù)測服務(wù)以及面向國家電網(wǎng)省級公司的氣象服務(wù)，服務(wù)風(fēng)光發(fā)電場站功率預(yù)測系統(tǒng)中成功應(yīng)用。其新能源功率預(yù)測研發(fā)團(tuán)隊是國內(nèi)最早從事新能源功率預(yù)測技術(shù)研究的團(tuán)隊，形成了從數(shù)值天氣預(yù)報生產(chǎn)、多時空尺度預(yù)測模型研發(fā)、系統(tǒng)平臺開發(fā)整套產(chǎn)業(yè)鏈，擁有成熟產(chǎn)品和完整服務(wù)模式。該新能源功率預(yù)測研發(fā)團(tuán)7國能日新2022年度報告8東潤環(huán)能2022年度報告P.8請仔細(xì)閱讀本報告末頁聲明4、新能源功率預(yù)測市場未來發(fā)展如前所述，對于行業(yè)內(nèi)的新進(jìn)企業(yè)，很難在短時間內(nèi)獲取優(yōu)質(zhì)的歷史數(shù)據(jù)、電站運(yùn)維數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而形成了行業(yè)壁壘。而對于進(jìn)入市場化的功率預(yù)測及相關(guān)產(chǎn)品服務(wù)的軟件及數(shù)據(jù)服務(wù)較早的企業(yè)，在官方機(jī)構(gòu)及其合作單位在該領(lǐng)域的數(shù)據(jù)優(yōu)勢與持續(xù)的研發(fā)投入背景下，未來這類企業(yè)的相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢與業(yè)務(wù)發(fā)展空間可能會受到一定的影響，因此，這類市場化企業(yè)在支持源端增收、改善網(wǎng)端調(diào)控能力和支持交易決策等業(yè)務(wù)提供產(chǎn)品與服務(wù)的同時，也應(yīng)逐步將這些技術(shù)與數(shù)據(jù)應(yīng)用與拓展至新業(yè)務(wù)領(lǐng)域。特別是電力現(xiàn)貨建設(shè)加快在推動功率預(yù)測和電力交易產(chǎn)品增量需求的背景下，這類企業(yè)應(yīng)思過實際交易數(shù)據(jù)反哺相關(guān)預(yù)測產(chǎn)品的精度，另一方面也不再