在风力强劲或阳光充足的日子里,新能源发电似乎取之不尽,但一个现实问题长期存在:随着风电和光伏装机容量的不断增加,弃风弃光的现象也日益严重。其根本原因并非电力供应不足,而是发电时间和地点上的不匹配。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挑战方面的巨大潜力。
刘瑜教授解释说,过去人们凭经验了解到风能和太阳能发电在时间上具有一定的互补性——风力强劲时阳光往往较弱,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,研究团队进行了一项开创性工作: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了整个中国地图,精确定位并识别出散布在各地的风能和太阳能发电设施。最终,一个前所未有的精细数据库得以建立,精确锁定了全国31.99万个光伏设施和9.16万台风机的位置和轮廓。这份详尽的“家底账”使得风光互补的真实潜力首次拥有了可精确计算的坐标。
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范围的大小。张帆助理教授指出,如果仅在县域范围内进行风光匹配,全国范围内只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,效果便迅速显现。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”,往往需要跨越省界,进行远距离的“时空联姻”。
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,即使在不增加装机容量、仅优化空间调度的情况下,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:“这并非凭空增加的发电量,而是将原本不得不浪费的风能和太阳能,通过科学调度重新‘拾回’。相比单纯依赖储能设施,这种方式能更有效地降低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、跨区域绿色电力交易以及输运规划提供了可量化的科学依据。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,更在于一张覆盖全国、高效协同的空间网络。通过地理空间智能的精准洞察,为风能和太阳能进行一次跨越大半个中国的“精准配对”,一条通往绿色转型更优化的路径正逐渐显现,也为关注世界杯直播的球迷们提供了能源转型的思路。