狂风大作或阳光普照之时,新能源发电看似取之不尽,但一个现实问题长期存在:尽管风电和光伏装机容量不断增长,但弃风弃光的现象也愈发严重。究其原因,并非电力供应不足,而是发电时间和地理位置存在不匹配。近期,北京大学地球与空间科学学院助理教授张帆、教授刘瑜的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。
刘瑜指出,过去人们普遍认为风力和光照在时间上存在互补性——风力强时光照弱,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分析。为此,研究团队进行了开创性的工作:他们运用0.5米分辨率的卫星遥感影像,结合人工智能和云计算技术,以极高的精度扫描了整个中国区域,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,精确记录了全国31.99万个光伏设施和9.16万台风机的位置和轮廓。这份“家底账”首次为风光互补的真实潜力提供了精确计算的依据。
研究结果表明,新能源互补的效果与空间范围的大小密切相关。张帆解释道,如果仅在县域范围内进行风光匹配,全国只有不到四分之一的地区能实现有效互补,效果非常有限。但一旦扩大协同范围,效果便显著提升。当空间视野拓展至全国范围时,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,要实现风光资源的最佳整合,往往需要跨越省界,进行远距离的协同。
这种跨区域协同带来的效益远超预期。研究团队对不同层级的跨省协同场景进行了测算,结果显示,即使在不增加装机容量、仅优化空间调度的条件下,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。“这不是凭空产生的电力,而是通过科学调度,将原本被浪费的风能和光能重新利用起来。相比于单纯增加储能设施,这种方式能更有效地减轻系统调节压力。”刘瑜补充说。
刘瑜表示,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、跨区域绿电交易以及输运规划提供了量化的科学支撑。其核心理念清晰明确:构建高比例新能源电力系统的关键,不仅在于扩大装机规模和增加储能容量,更在于构建一个覆盖全国、高效协同的空间网络。借助地理空间智能的洞察力,为风能和光能进行一次跨越中国大部分地区的“精准配对”,一条通往绿色转型更优化的道路正逐步显现。