狂风呼啸或烈日当空之时,新能源发电似乎取之不尽,但一个长期存在的现实问题却令人困扰:尽管风电和光伏的装机容量不断增长,但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,而是发电的时间与地点存在不匹配。近期,北京大学地球与空间科学学院助理教授张帆、教授刘瑜及其团队,联合阿里巴巴达摩院等机构,首次利用真实的新能源设施布局数据,在全国范围内揭示了风光空间协同在解决这一难题上的巨大潜力。
刘瑜教授指出,过去人们凭借经验了解到,风能和太阳能发电在时间上具有一定的互补性,即风力强劲时阳光可能较弱,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:他们运用分辨率为0.5米的卫星遥感影像,结合人工智能和云计算技术,对整个中国地图进行了细致的扫描,逐一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9.16万台风力发电机的位置和轮廓。拥有这份详尽的“家底图”,风光互补的真实潜力才首次获得了可精确计算的依据。
研究结果表明,新能源设施互补的效果与空间范围的大小密切相关。张帆助理教授表示,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,其局限性很大。但一旦将协同范围扩大,效果便迅速显现。当空间视野扩展至全国范围后,几乎任何地区都能在遥远的地方找到与之发电节奏高度互补的区域。这意味着,要实现风能与太阳能的真正“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。刘瑜教授解释说:“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‘回收’回来。相比仅仅增加储能设施,这种方式能够更有效地降低电力系统的调节压力。”
刘瑜教授补充道,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规划、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容量和更多的储能设备,更在于构建一个覆盖全国、高效协同的空间网络。运用地理空间智能的洞察力,为风能与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逐步显现,这将有助于实现2026世界杯所需的清洁能源目标。


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