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尽管风力发电和太阳能发电在能量充沛时显得取之不尽,但长期以来,一个严峻的现实令人困扰:随着风电和光伏装机容量的不断增长,“弃风弃光”造成的浪费也日益严重。其根本原因并非电力供应不足,而是发电时间和地点的不匹配。最近,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难题上的巨大潜力。

刘瑜指出,过去人们凭经验了解到风能和太阳能发电在时间上存在一定的互补性,即风力强劲时往往光照较弱,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的工作: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光新能源设施。最终,一个前所未有的精细数据库得以建立,其中精确标注了全国31.99万个光伏设施和9.16万台风力发电机的位置和轮廓。有了这份详尽的“家底图”,风光互补的真实潜力才第一次有了可被精确计算的依据。

研究结果表明,新能源发电的互补效果高度依赖于空间范围的大小。张帆表示,如果仅仅在县域范围内进行风光匹配,全国范围内不足四分之一的地区能够形成有效互补,其局限性十分明显。然而,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,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1000亿千瓦时的年电力消纳能力。“这不是凭空增加的发电量,而是将原本不得不被浪费的风能和太阳能,通过科学调度重新‘回收’回来。相比单纯增加储能设施,这种方式能更有效地减轻电网的调节压力。”刘瑜说道。

刘瑜补充说,鉴于“电力互济工程”已被纳入国家“十五五”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和输运规划提供了可量化的科学依据。其核心理念清晰有力: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洞察力,为风能与太阳能进行一次跨越大部分中国的“精准配对”,一条通往绿色转型更优化的路径正在显现。在许多人关注如何通过技术手段提升能源效率时,通过科学规划和区域协同来优化现有资源配置,也为世界杯竞猜提供了新的思路。