全國風(fēng)光發(fā)電設(shè)施分布有了“上帝視角”
5月20日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）發(fā)表了北京大學(xué)與阿里巴巴達摩院的合作研究成果。聯(lián)合研究團隊利用人工智能（AI）和開源衛(wèi)星影像，繪制出中國首張全國尺度的高精度風(fēng)光設(shè)施分布圖，并揭示了不同地區(qū)的風(fēng)電和光伏互補協(xié)同可顯著提升新能源利用率，幫助減少“棄風(fēng)棄光”。
國家能源局數(shù)據(jù)顯示，在“雙碳”目標牽引下，中國已建成全球最大、發(fā)展最快的可再生能源體系，2025年風(fēng)電、太陽能發(fā)電新增裝機超4.3億千瓦，新增規(guī)模歷史性超過火力發(fā)電。然而，精準統(tǒng)計這些基礎(chǔ)設(shè)施的分布頗具挑戰(zhàn)，同時也限制著能源規(guī)劃的系統(tǒng)性研究。
為破解難題，研究團隊基于達摩院自研AI模型，在云計算平臺上處理了覆蓋全國的、0.5米級分辨率開源衛(wèi)星影像（7.56TB），克服了數(shù)據(jù)量龐大、地形地貌種類多等技術(shù)挑戰(zhàn)，成功定位并識別出全國1915個縣的31.9萬處光伏設(shè)施和9.16萬臺風(fēng)機。
“這是我們第一次掌握大規(guī)模、高精度的全國風(fēng)光設(shè)施清單�！闭撐耐ㄐ抛髡摺⒈本┐髮W(xué)地球和空間學(xué)院教授劉瑜告訴《中國科學(xué)報》：“這讓我們能以‘上帝視角’看清全國新能源格局，為電網(wǎng)優(yōu)化、環(huán)境評估等一系列分析研究提供堅實基礎(chǔ)。”
風(fēng)電和光伏發(fā)電具有間歇性和波動性，“棄風(fēng)棄光”現(xiàn)象長期存在。研究團隊在獲得“上帝視角”之后，利用這張分布圖開展了“風(fēng)光互補”策略研究。他們發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)的風(fēng)電與光伏發(fā)電在時間上具有較強互補潛力。例如，部分地區(qū)光伏白天出力強，而風(fēng)電夜間發(fā)電更穩(wěn)定。團隊認為，跨區(qū)域的協(xié)同配置可有效提升新能源消納能力。
進一步地，研究團隊系統(tǒng)性分析了不同空間尺度“風(fēng)光互補”下的新能源消納情況，包括省內(nèi)整合、鄰省互補、跨省協(xié)同和全國協(xié)同。分析顯示，隨著空間協(xié)同范圍擴大，風(fēng)光發(fā)電與電力負荷之間能夠形成更強的時序互補關(guān)系，從而有效提升新能源利用效率。并且，相比地理鄰近地區(qū)，部分“跨區(qū)域組合”反而表現(xiàn)出更高的理論互補潛力，揭示了更大范圍的空間協(xié)同對于新能源消納具有重要意義。
據(jù)研究團隊測算，在電力系統(tǒng)具備較高調(diào)節(jié)能力、能較好適應(yīng)新能源波動的條件下，全國范圍的跨省協(xié)同可額外提升約1000億千瓦時綠電消納能力——這一提升并非新增發(fā)電，而是在現(xiàn)有風(fēng)光裝機基礎(chǔ)上減少棄風(fēng)棄光、額外釋放出的潛力。同時，跨區(qū)域協(xié)同還能夠顯著降低儲能和系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力。團隊認為，這為相關(guān)決策者制定跨省電力交易和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)計劃、克服新能源大規(guī)模并網(wǎng)挑戰(zhàn)提供了重要的理論參考。
論文通信作者、阿里巴巴達摩院算法專家于超輝表示，在AI模型的幫助下，該研究為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界構(gòu)建起全新數(shù)據(jù)底座，有望推動系統(tǒng)性的風(fēng)光發(fā)電規(guī)劃研究，進一步助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)、加快實現(xiàn)“雙碳”目標。
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