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(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(duì)其分布的準(zhǔn)確評(píng)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(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，首次估算了中國地區(qū)光伏有效輻射資源分布情況，為太陽能資源評(píng)估提供了新的技術(shù)手段。
  風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星帶來數(shù)據(jù)新突破
  太陽能資源評(píng)估主要依賴太陽輻射數(shù)據(jù)。“目前，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(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，不能滿足太陽能資源精細(xì)評(píng)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(shí)空分辨率較高。
  我國新一代靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號(hào)的發(fā)射給太陽能監(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(cè)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(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)融合了中國氣象局和中國科學(xué)院太陽輻射觀測(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(duì)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(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。
  太陽能短臨預(yù)報(bào)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(dòng)。
  除了發(fā)展新能源儲(chǔ)能等技術(shù)之外，發(fā)展太陽能短臨預(yù)報(bào)技術(shù)可以提供準(zhǔn)確的太陽輻射預(yù)報(bào)，是提高太陽能利用率的有效途徑。夏祥鰲介紹，研究團(tuán)隊(duì)前期通過風(fēng)云四號(hào)光譜成像儀數(shù)據(jù)，建立了太陽輻射短臨預(yù)報(bào)系統(tǒng)，其核心技術(shù)是通過預(yù)測(cè)云運(yùn)動(dòng)矢量，預(yù)報(bào)未來3小時(shí)內(nèi)地表太陽輻射場(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(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。