科学家绘出全国首份新能源设施“家底图”
当强风劲吹或烈日高照时,新能源发电似乎源源不绝,但一个长期存在的挑战是,尽管风电和光伏装机容量不断增长,但弃风弃光的现象也随之增多。其根本原因并非电力供应不足,而是发电时间和空间上的不匹配。近期,北京大学地球与空间科学学院的助理教授张帆和教授刘瑜团队,联合阿里巴巴达摩院等机构,首次基于真实的新能源设施布局,在全国范围内揭示了风光空间协同在解决这一问题上的巨大潜力。
刘瑜教授解释说,过去人们普遍认为风能和太阳能在时间上具有互补性,即风力强劲时日照往往较弱,反之亦然。然而,这种互补能在多大程度上缓解电力消纳压力,一直缺乏基于真实地理分布的量化数据。为此,研究团队开展了一项开创性工作:他们利用分辨率为0.5米的卫星遥感影像,结合人工智能和云计算技术,如同使用放大镜一般扫描整个中国地图,精确识别出散布在各地的风能和太阳能发电设施。最终,他们构建了一个前所未有的精细数据库,精确锁定了全国31.99万个光伏设施和9.16万台风机的具体位置和轮廓。这份详尽的“家底图”使得风光互补的真实潜力首次获得了精确计算的依据。
研究结果表明,新能源互补的效果在很大程度上取决于空间协同的范围。张帆教授指出,如果在县域内部进行风光匹配,全国仅有不到四分之一的地区能够实现有效互补,其局限性非常明显。然而,一旦扩大协同范围,效果便会迅速提升。当空间视野扩展至全国范围时,几乎任何地区都能在遥远的另一端找到与其发电节奏高度互补的区域。这意味着,要实现风能和太阳能的真正“珠联璧合”,往往需要跨越省份界限,进行远距离的“时空联合”。
这种跨区域协同所带来的效益远超预期。研究团队对不同层级的跨省协同情景进行了测算,结果显示,即使不增加新的装机容量,仅仅通过优化空间调度,全国范围的跨省协同也能额外释放约1000亿千瓦时的年消纳能力。刘瑜教授强调:“这不是凭空增加的发电量,而是将原本不得不弃置的风能和太阳能,通过科学调度重新‘捡’了回来。与单纯增加储能设施相比,这种方式能更有效地减轻电力系统的调节压力。”
刘瑜教授补充说,鉴于“电力互济工程”已被纳入国家“十四五”规划的重大工程项目,这项研究为全国新能源基地的宏观布局、跨区域绿电交易和输运规划提供了量化的科学依据。其核心理念清晰且有力:迈向高比例新能源电力系统的关键,不仅在于更大的装机规模和更多的储能电池,更在于构建一张覆盖全国、高效协同的空间网络。通过地理空间智能的洞察,为风能和太阳能进行一次跨越大半个中国的“精准配对”,一条通往绿色转型的更优路径正在显现。
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