《加拿大西部水电发电数据集助力北美电力系统研究》

为解决北美西部互联网（WI）地区水电发电数据缺乏问题，太平洋西北国家实验室研究人员开展研究，构建了1981 - 2019年加拿大不列颠哥伦比亚省和艾伯塔省110个设施的月度水电发电数据集。该数据集经多方面评估验证，能增强水电资源在WI地区的表征，支持电网系统研究，对区域电力规划意义重大。

　　

论文解读
水电作为可调度能源，在北美西部互联网（WI）地区对其他可再生能源发电的整合起着关键作用。从2012年到2022年，该地区水电发电量占年度总发电量的24% - 30%。其中，不列颠哥伦比亚省2022年约90.9%的省级电力来自水电。而且，该地区与美国存在大量电力进出口贸易，以维持电网系统可靠性。然而，目前美国和加拿大在水电发电数据方面存在差异，美国有较为完善的公开数据收集体系，而加拿大西部公开的水电发电数据集稀疏，且在不同来源的数据表示和聚合水平上存在差异，这给跨区域的电网系统研究带来了诸多挑战，如数据规模不一致、数据代表性不平衡等，导致区域电网可靠性研究和相关位置边际价格评估存在不确定性。

为解决这些问题，太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）的研究人员开展了相关研究。他们开发了一个涵盖1981 - 2019年加拿大西部不列颠哥伦比亚省和艾伯塔省110个水电设施的月度发电估计数据集。该数据集基于综合水文 - 水电建模方法，首先利用变量入渗能力（VIC）模型模拟地表和地下径流，然后通过河流路由模型（mosartwmpy）模拟径流和水库运行，最后根据模拟径流输出进行水电发电的缩放估计。同时，还考虑了水电用水许可证信息中的引水流量限制等因素。

研究结果表明，在水文模拟方面，VIC模型模拟的地表和地下径流在与水电设施相关的山区表现合理，能较好地代表水文过程和水库运行。通过对模拟径流与目标径流数据集以及水电厂附近的流量观测数据进行校准和验证，发现山区水文模拟效果较好，但在东南部艾伯塔省等平坦地区评估指标较差。在径流路由和水库运行方面，mosartwmpy模型能有效模拟径流通过河网和水库的过程，通过对模拟径流与水电厂附近的流量观测数据进行验证，整体准确性尚可，但在某些观测位置存在一些问题，如无法准确再现高流量季节的径流峰值等。在水电发电估计方面，通过与现有的一些数据集（如世界资源研究所的数据集、加拿大统计局的数据集、PLEXOS - World 2015数据集等）进行比较，发现本研究得出的水电发电估计数据具有一定的合理性，并且在某些方面具有优势，如在考虑引水流量限制后，与其他数据集的偏差更小，能更好地反映季节变化等。

该研究具有重要意义。首先，这个数据集为北美西部互联网地区的电力系统研究提供了重要的基础数据，有助于增强水电资源在该地区的表征，提高电网系统研究的准确性和可靠性。其次，它可以为电力市场预测和资源充足性评估提供支持，帮助决策者更好地规划电力系统，应对未来可能出现的各种情况，如负荷需求增长、气候变化等。此外，该数据集还可以用于评估未来基础设施需求，如长期能源存储和跨区域输电等，对推动北美地区的可持续能源发展具有积极作用。

作者为开展研究用到以下主要关键技术方法：利用变量入渗能力（VIC）模型模拟地表和地下径流，该模型通过求解每个网格单元的水和能量平衡来计算陆地表面的水文状态和通量；采用河流路由模型（mosartwmpy）模拟径流和水库运行，该模型包含水动力求解器和水管理求解器；运用缩放方法，基于WECC锚定数据集（ADS）2032，将模拟径流转换为水电发电估计值，并考虑了水电用水许可证信息中的引水流量限制等因素对水电发电进行约束。

综上所述，这项研究通过构建加拿大西部水电发电数据集，为北美西部互联网地区的电力系统研究提供了有力支持。尽管数据集存在一定局限性，不能用于极端事件下的水 - 能量运行设计或应急分析，但它对长期电力规划具有重要意义。未来可进一步完善数据集，提高其在不同场景下的适用性，为北美地区的能源可持续发展做出更大贡献。