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

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構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系的重大舉措，未來光伏等新能源在能源結(jié)構(gòu)中的占比將顯著增加。我國的太陽能總輻射資源豐富，高效利用太陽能資源離不開對其分布的準(zhǔn)確評估。

中國科學(xué)院大氣物理研究所聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)和國家衛(wèi)星氣象中心，利用風(fēng)云四號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，首次估算了中國地區(qū)光伏有效輻射資源分布情況，為太陽能資源評估提供了新的技術(shù)手段。

風(fēng)云四號氣象衛(wèi)星帶來數(shù)據(jù)新突破

太陽能資源評估主要依賴太陽輻射數(shù)據(jù)?！澳壳?，太陽輻射數(shù)據(jù)主要來源分為三類，包括地面氣象站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)、再分析資料和衛(wèi)星遙感反演資料?！笔┘t蓉介紹，地面站點(diǎn)可提供長期且精度較高的觀測數(shù)據(jù)，但由于站點(diǎn)分布較稀疏，觀測數(shù)據(jù)的空間覆蓋嚴(yán)重缺失；再分析資料可提供時空覆蓋完整的全球格點(diǎn)化數(shù)據(jù)，但時空分辨率不高，不能滿足太陽能資源精細(xì)評估所要求的數(shù)據(jù)需求；太陽輻射數(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)，且時空分辨率較高。

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

機(jī)器學(xué)習(xí)帶來方法新發(fā)展

當(dāng)前，針對衛(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)隊在進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)時融合了中國氣象局和中國科學(xué)院太陽輻射觀測站點(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)隊最終獲得了4公里-15分鐘時空分辨率的中國光伏資源地圖，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，我國太陽能資源分布不均勻，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缺乏。從年平均光伏資源分布結(jié)果來看，在西部大部分地區(qū)，年平均有效輻照度超過1700千瓦時/平方米，其中西藏的年平均有效輻照度最高，約為2000千瓦時/平方米；東部地區(qū)的年有效輻照度僅為1300–1500千瓦時/平方米，太陽能資源最貧乏的地區(qū)是四川盆地，每年不足1100千瓦時/平方米。

太陽能短臨預(yù)報面臨的新挑戰(zhàn)

光伏太陽能的間接性和不穩(wěn)定性是太陽能并網(wǎng)利用中的一道難題。到達(dá)地表的太陽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。

除了發(fā)展新能源儲能等技術(shù)之外，發(fā)展太陽能短臨預(yù)報技術(shù)可以提供準(zhǔn)確的太陽輻射預(yù)報，是提高太陽能利用率的有效途徑。夏祥鰲介紹，研究團(tuán)隊前期通過風(fēng)云四號光譜成像儀數(shù)據(jù)，建立了太陽輻射短臨預(yù)報系統(tǒng)，其核心技術(shù)是通過預(yù)測云運(yùn)動矢量，預(yù)報未來3小時內(nèi)地表太陽輻射場。結(jié)果表明，預(yù)測值和觀測值在時空分布較為接近，在華北地區(qū)具備良好的適用性。

風(fēng)云氣象衛(wèi)星在太陽能資源評估和預(yù)報中的廣闊應(yīng)用前景，將促進(jìn)我國光伏太陽能能源發(fā)展和利用。光伏太陽能資源估算技術(shù)也將依托衛(wèi)星遙感技術(shù)提升時空分辨率，并融合衛(wèi)星遙感、氣象觀測和數(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。