能源行业转型产业报告：新能源功率预测市场分析与展望

请仔细阅读本报告末页声明新能源功率预测市场分析与展望在新能源市场规模不断发展、全国电力市场加快建设以及政策推动之下，市场对新能源软件、数据产品和服务的需求也进一步上升。对于市场参与者而言，风电与光伏发电的功率预测不仅是新能源参与现货市场的基础条件，预测结果的准确度也将直接影响新能源企业在现货市场的交易策略和市场竞争力，并切实影响电站日前与实时市场的收益，也会间接对风电与光伏项目的开发利用、投资回报以及产业发展的可持续性等更深层和更长远的方面产生数据与算法是决定新能源功率预测产品与服务质量的重要影响因素。数据层面，开发与优化不仅需要收集和利用实时数据，还需要利用大量历史数据进行论证与模拟。对于进入行业较早的企业和一些官方机构（如中国气象局、中国电科院等由于接入较多的发电场站，发电机组参数、发电机组状态数据、历史实发功率数据、发电机组布置数据等信息也都包含模型输入中，结合硬件采集数据和高精度气象数据等对未来一定时间段的发电功率进行计算。而新进企业大都没有或较少接入场站资源，缺少新能源电站的静态数据、历史数据与实测数据以及靠硬件采集的相关数据等，主要专注于气象数据、地域数据等可购买或接入的第三方数据库，精细化气象、地理等相关数据对功率预测的影响。作者分析师于夕朦联系人张鹏相关研究随着行业竞争加剧，新进企业较难在短时间内打破数据与技术比例，较为成熟的企业在电力市场化背景下加速探索以聚合商、运营商的身份寻求业务新的增长曲线。对于行业内的新进企业，很难在短时间内获取优质的历史数据、电站运维数据以及电网运行数据，从而形成了行业壁垒。而对于进入市场化的功率预测及相关产品服务的软件及数据服务较早的企业，在官方机构及其合作单位在该领域的数据优势与持续的研发投入背景下，未来这类企业的相关技术优势与业务发展空间可能会受到一定的影响。这类市场化企业在支持源端增收、改善网端调控能力和支持交易决策等业务提供产品与服务的同时，也应逐步将这些技术与数据应用与拓展至新业务领域。特别是电力现货建设加快在推动功率预测和电力交易产品增量需求的背景下，这类企业应思考与探索是否以独立运营商、聚合商的身份代理市场主体直接参与电力交易，一方面通过实际交易数据反哺相关预测产品的精度，另一方面也不再局限于传统软件与技术服务商依靠软件与技术服务为主的商业模式，寻找企业业务的第二增长曲线。风险提示：新能源装机并网进度不及预期，电力市场交易规则变动，电力现货市场运营不及预期，电力需求超预期下行风险P.2请仔细阅读本报告末页声明内容目录 3 4 6 8 9图表目录图表1：风电装机量 3图表2：光伏装机量 3图表3：市场化交易电量 3 4 5 6图表7：2019年风电功率预测市场份额 6P.3请仔细阅读本报告末页声明1、新能源功率预测发展背景图表1：风电装机量图表2：光伏装机量研究院整理甘肃等八个地区）和2021年第二批电力现货市场试点（上海、江苏、安徽、辽宁南、湖北等六省市）以来，经过五年建设，目前首批八个试点市场大部分已进入长周期结算试运行阶段，第二批六个电力现货试点市场已全部启动模拟试运行，青海、江西等图表3：市场化交易电量1国家能源局发布1-9月份全国电力工业统计数据---国家能源局/2023-10/23/c_1310746885.htmP.4请仔细阅读本报告末页声明随着新能源电站并网装机规模的不断扩大，其随机性、间歇性和波动性对电网委和国家能源局发布《关于提升电力系统调节能力的指导意见》中指出实施风光功率预测考核，将风电、光伏等发电机组纳入电力辅助服务管理，承担相应辅助服务费用。随后，各地区能源局纷纷更新了本区域的《发电厂并网运行管理实施细则》和《并网发电在新能源市场规模不断发展、全国电力市场加快建设以及政策推动之下，市场对新能源软件、数据产品和服务的需求也进一步上升。对于市场参与者而言，风电与光伏发电的功率预测不仅是新能源参与现货市场的基础条件，预测结果的准确度也将直接影响新能也会间接对风电与光伏项目的开发利用、投资回报以及产业发展的可持续性等更深层和2、新能源功率预测发展背景预测是利用科学的计量与统计方法，根据历史与现实规律，综合考虑多类型、多维度信息，得到预测对象自身发展变化的规律特征及其与外部因素的变化联系，对不确定时间或未知时间进行估计或描述，从而对预测对象未来的可变性做出事先推断。因此，预测图表4：光伏电站发电功率分了预测方法总体框架图示例新能源功率预测的实现方式可分为直接预测和分布预测两大直接预测分布预测•输入：电站发电功率和相关气象因素的•影响因子预测-影响因子预测模型历史数据及天气预报信息•输出：电站发电功率的预测值•功率特性建模-电站功率特性模型P.5请仔细阅读本报告末页声明输出就是发电功率的预测值。对于风电场发电功率的预测值，可以直接对风分布预测是将功率预测分为影响因子的预测和电站功率的预测，需要分别建立影响因子的预测模型和电站的功率特性模型，因子预测与发电功率特性模型相互独立。相对于直接预测模型，分布预测对不同影响因子的预测研究进行了分离，而不是将直观的因子作为功率模型的输入。影响因子的预测研究，提供了各影响因子作用程度比对的基本分析通过光伏电站的功率特性模型得到相应的发电功率预测。根据预测模型的输入中是否含有预测值，分布预测还可进一步细化分为迭代分布预测法和直接分布预测法。迭代分布预测需要将得到的预测值作为新信息加入原时间序列中并再次调用该预测模型；而直接分布预测模型仅适用测量数据。相比之下，前者计算量较大，且可能存在累计误差，但可以通过不同任务的分解，例如可根据因子不同的特点灵活地选择不同的建模方法，使每个子问题研究取得的进展都能够有效地提升发电功率预测模型的整体性能；而后者不的聚集情况，作者发现，在低于5分钟的时间尺度上，斜坡率变得不相关，这降低了总根据预测的时间尺度，光伏发电和风力发电功率预测可以分为长期预测、中期预测、短期预测和超短期预测，针对光伏发电还有极短期功率预测。从电网运行的角度，按照预图表5：新能源发电功率预测的时空尺度根据上述发电功率预测的时空尺度，市场中主要的功率预测产品与服务也是按照短期及P.6请仔细阅读本报告末页声明例如，根据各能源局发布的发电厂并网运行管理实施细则的要求，新能源电站必须于每超短期功率预测系对新能源电站及时发电功率的预测，用于电网调度做不同电能发电量3、新能源功率预测软件与数据服务市场分析市场行业集中度较高，在光伏发电功率预测板块和风电功率预测板块的主要市场参与者图表6：2019年光伏发电功率预测市场份额图表7：2019年风电功率预测市场份额决定新能源功率预测产品与服务质量的，主要是算法和数据。算法层面，早期进入行业的企业已拥有较为深厚的算法库积累，如区域内不同气象条件下的的能效比算法可以帮助新能源电力企业提高功率预测准度和电力控制精度。另外，新能源发电功率预测系统企业还需具备包括同化技术在内的气象技术等，这些气象技术的研发和后期优化对企业算法优化能力和技术更新能力的要求较高。数据层面，开发与优化不仅需要收集和利用实时数据，还需要利用大量历史数据进行论证与模拟。以光伏功率预测系统需要进行的控系统中实时运行的数据，包括但不局限于所有发电单元、逆变器、升压变压器等实时报数据等。相对于传统优势企业，新进入企业短期内无法积累足量的基础信息数据、气象观测数据、实际发电数据、运维数据等。因此，新能源发电功率预测系统行业新进入[1]基于风光电站接入（实际数据）+气象数据聚合为主的软件与数据服务商这类公司通常深耕新能源产业多年，其新能源发电功率预测产品通常包括硬件部分和服务部分，其中，硬件部分布置在发电场站。同时，由于接入较多的发电场站，特别是对于上述行业中的头部企业，发电机组参数、发电机组状态数据、历史实发功率数据、发P.7请仔细阅读本报告末页声明电机组布置数据等信息也都包含模型输入中，结合场数据为基础，通过自主研发的核心技术对数据进行降尺度等处理，获得电站所在区域的高精度数值气象预报数据；再将电场观测气象预报数据与电站发电机组参数数据等各项数据作为预测模型的输入参数进行模型训练，形成最优预测模型；最后将数值气象预报数据带入模型，实现对单个或多个风电场、光伏电站未来一段时间和超短期（未来4小时）的功率预测结果，其计算过程均主要由后台数据中心的软件平台和布置于电站的软件自动完成7。.东润环能的功率预测系统综合了多家权威气象机构的数值预据、电站所在区域实测气象数据，通过自主研发的多层嵌套网格技术对数据进行动力降尺度和同化等处理，初步获得电站代表点的天气预报数据，并采用集合预报方法生产高精度天气预报数据；结合天气预报数据、实测气象资源数据、发电机组设备状态及运行工况作为模型输入，采用多方法及模型，生产短期和超短期最优预测[2]基于气象数据（未接入风光电站）为主的软件与技术服务商相对于第一种类型的数据聚合与分析的输入，这一类企业没有接入场站资源，缺少新能源电站的静态数据、历史数据与实测数据以及靠硬件采集的相关数据等。这类企业专注从站点到格点的订正过程中，摒弃线性、样条、反距离权重等传统插值手段，引入高程数据作为参数。受限于数据输入和模型验证等缺失与不足的影响，目前该类技术服务商的产品服务与应用场景较为局限，也再次印证了目前功率预测系统行业新进入企业所面[3]官方机构官方机构主要依托于气象资源与各地电力与电网机构合作，共同研发新能月底，河北、江苏、湖北、甘肃、内蒙古等风光功率预报预测服务以及面向国家电网省级公司的气象服务，服务风光发电场站功率预测系统中成功应用。其新能源功率预测研发团队是国内最早从事新能源功率预测技术研究的团队，形成了从数值天气预报生产、多时空尺度预测模型研发、系统平台开发整套产业链，拥有成熟产品和完整服务模式。该新能源功率预测研发团7国能日新2022年度报告8东润环能2022年度报告P.8请仔细阅读本报告末页声明4、新能源功率预测市场未来发展如前所述，对于行业内的新进企业，很难在短时间内获取优质的历史数据、电站运维数据以及电网运行数据，从而形成了行业壁垒。而对于进入市场化的功率预测及相关产品服务的软件及数据服务较早的企业，在官方机构及其合作单位在该领域的数据优势与持续的研发投入背景下，未来这类企业的相关技术优势与业务发展空间可能会受到一定的影响，因此，这类市场化企业在支持源端增收、改善网端调控能力和支持交易决策等业务提供产品与服务的同时，也应逐步将这些技术与数据应用与拓展至新业务领域。特别是电力现货建设加快在推动功率预测和电力交易产品增量需求的背景下，这类企业应思过实际交易数据反哺相关预测产品的精度，另一方面也不再