專家顧問：中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所研究員夏祥鰲、副研究員施紅蓉，國(guó)家衛(wèi)星氣象中心高級(jí)工程師高玲

碳中和目標(biāo)背景下，加快發(fā)展光伏發(fā)電等可再生能源是我國(guó)構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系的重大舉措，未來(lái)光伏等新能源在能源結(jié)構(gòu)中的占比將顯著增加。我國(guó)的太陽(yáng)能總輻射資源豐富，高效利用太陽(yáng)能資源離不開對(duì)其分布的準(zhǔn)確評(píng)估。

中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)和國(guó)家衛(wèi)星氣象中心，利用風(fēng)云四號(hào)A星（FY-4A）光譜成像儀數(shù)據(jù)，基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法和光伏模型鏈，首次估算了中國(guó)地區(qū)光伏有效輻射資源分布情況，為太陽(yáng)能資源評(píng)估提供了新的技術(shù)手段。

風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星帶來(lái)數(shù)據(jù)新突破

太陽(yáng)能資源評(píng)估主要依賴太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)?！澳壳?，太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)主要來(lái)源分為三類，包括地面氣象站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)、再分析資料和衛(wèi)星遙感反演資料。”施紅蓉介紹，地面站點(diǎn)可提供長(zhǎng)期且精度較高的觀測(cè)數(shù)據(jù)，但由于站點(diǎn)分布較稀疏，觀測(cè)數(shù)據(jù)的空間覆蓋嚴(yán)重缺失；再分析資料可提供時(shí)空覆蓋完整的全球格點(diǎn)化數(shù)據(jù)，但時(shí)空分辨率不高，不能滿足太陽(yáng)能資源精細(xì)評(píng)估所要求的數(shù)據(jù)需求；太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)效果最好的就是衛(wèi)星遙感反演資料，它可以提供全球范圍的數(shù)據(jù)，且時(shí)空分辨率較高。

我國(guó)新一代靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號(hào)的發(fā)射給太陽(yáng)能監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)提供了新的觀測(cè)手段。其中，風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星搭載的光譜成像儀顯著提升了光譜、時(shí)間和空間分辨率，可反演獲得公里/分鐘級(jí)地表太陽(yáng)輻射，完美解決了日本葵花衛(wèi)星Himawari-8和歐洲Meteosat-9在中國(guó)地區(qū)不完全覆蓋和衛(wèi)星觀測(cè)邊緣精度下降的問題。

機(jī)器學(xué)習(xí)帶來(lái)方法新發(fā)展

當(dāng)前，針對(duì)衛(wèi)星遙感資料反演地面輻射的方法一般分為物理方法和經(jīng)驗(yàn)方法，前者極度依賴氣溶膠和云特征反演的準(zhǔn)確性，后者則本質(zhì)上為回歸算法。機(jī)器學(xué)習(xí)方法近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于回歸問題，相比于傳統(tǒng)回歸算法，其能夠挖掘更為復(fù)雜的回歸關(guān)系。研究團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)時(shí)融合了中國(guó)氣象局和中國(guó)科學(xué)院太陽(yáng)輻射觀測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，增大了機(jī)器學(xué)習(xí)的目標(biāo)學(xué)習(xí)樣本，這也是推動(dòng)技術(shù)研發(fā)的一大特點(diǎn)。

光伏有效輻射資源分布圖帶來(lái)產(chǎn)品新提升

基于新數(shù)據(jù)采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，研究團(tuán)隊(duì)最終獲得了4公里-15分鐘時(shí)空分辨率的中國(guó)光伏資源地圖，為光伏資源開發(fā)利用和規(guī)劃布局提供了全新的高精度產(chǎn)品。

當(dāng)前，我國(guó)太陽(yáng)能資源分布不均勻，總體呈“高原大于平原、西部干燥區(qū)大于東部濕潤(rùn)區(qū)”的特點(diǎn)。其中，青藏高原最為豐富，四川盆地光伏資源相對(duì)缺乏。從年平均光伏資源分布結(jié)果來(lái)看，在西部大部分地區(qū)，年平均有效輻照度超過(guò)1700千瓦時(shí)/平方米，其中西藏的年平均有效輻照度最高，約為2000千瓦時(shí)/平方米；東部地區(qū)的年有效輻照度僅為1300–1500千瓦時(shí)/平方米，太陽(yáng)能資源最貧乏的地區(qū)是四川盆地，每年不足1100千瓦時(shí)/平方米。

太陽(yáng)能短臨預(yù)報(bào)面臨的新挑戰(zhàn)

光伏太陽(yáng)能的間接性和不穩(wěn)定性是太陽(yáng)能并網(wǎng)利用中的一道難題。到達(dá)地表的太陽(yáng)光極易受到云等天氣的影響，進(jìn)而影響光伏輸出功率，使其呈現(xiàn)顯著波動(dòng)。

除了發(fā)展新能源儲(chǔ)能等技術(shù)之外，發(fā)展太陽(yáng)能短臨預(yù)報(bào)技術(shù)可以提供準(zhǔn)確的太陽(yáng)輻射預(yù)報(bào)，是提高太陽(yáng)能利用率的有效途徑。夏祥鰲介紹，研究團(tuán)隊(duì)前期通過(guò)風(fēng)云四號(hào)光譜成像儀數(shù)據(jù)，建立了太陽(yáng)輻射短臨預(yù)報(bào)系統(tǒng)，其核心技術(shù)是通過(guò)預(yù)測(cè)云運(yùn)動(dòng)矢量，預(yù)報(bào)未來(lái)3小時(shí)內(nèi)地表太陽(yáng)輻射場(chǎng)。結(jié)果表明，預(yù)測(cè)值和觀測(cè)值在時(shí)空分布較為接近，在華北地區(qū)具備良好的適用性。

風(fēng)云氣象衛(wèi)星在太陽(yáng)能資源評(píng)估和預(yù)報(bào)中的廣闊應(yīng)用前景，將促進(jìn)我國(guó)光伏太陽(yáng)能能源發(fā)展和利用。光伏太陽(yáng)能資源估算技術(shù)也將依托衛(wèi)星遙感技術(shù)提升時(shí)空分辨率，并融合衛(wèi)星遙感、氣象觀測(cè)和數(shù)值模擬數(shù)據(jù)等不同數(shù)據(jù)源，獲得更高精度的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。