人工智能助力阿联酋提升能源效率
综合新闻
2025-02-05
随着全球气候变化问题的日益严峻，各国纷纷加快能源转型的步伐，尤其是清洁能源的开发与利用成为焦点。两年前，24岁的复旦大学博士生王怡静作为第一作者的论文《加速中国光伏发电和风电的能源转型》在《自然》(Nature)上发表，揭开了中国碳中和目标的最佳路径。2年后，已成为博士后的她将最新研究成果结合全球能源转型的热点问题，提出利用AI技术优化全球太阳能与风能布局的新方法，助力实现2050年全球碳中和目标。
厚积薄发：从0到Nature
读博的前四年，王怡静没有发表过任何论文。有同学已发表多篇文章，可王怡静还处在建模阶段，“当时我连文章还没开始写，压力特别大。”她说。
王怡静的导师是复旦大学环境科学与工程系青年研究员王戎。受他的启发，直博期间，王怡静以交叉视角围绕二氧化碳排放开始研究，涉足大气物理、化学、经济学和计算机模拟等多领域，先后开展“中国点源和非点源排放对人口迁移的响应”等多个研究课题。
但科研路上充满“黑暗时刻”。“有段时间，我几乎陷入了自我怀疑，建模失败、数据不理想、实验方向不断调整，感觉所有科研人会经历的低谷我都经历了。”王怡静回忆。
她一遍遍调试代码，寻找问题的根源。有一次，她耗费数周得出的数据结果拿给王戎老师看，被一句“还不够好”打回重做。“心里很沮丧，但手上的工作没有停。”她用一个下午重新调整模型设计，到了晚上，结果意外变得完美，“中午还觉得完全没有希望，到了晚上突然间看见了光明。”
2024年夏天，王怡静作为第一作者的论文《Accelerating the energy transition towards photovoltaic and wind in China》(《加速中国光伏发电和风电的能源转型》)在《自然》(Nature)上发表。
“发表成果时，回头看看，那份多年的坚持与付出，其实都有意义，科学研究是一样非常美妙的事情。”她感慨地说。
这项关于高分辨率中国太阳能和风能布局优化的研究，首次从能源系统统筹的角度提出中国加速发展光电和风电、实现2060年碳中和目标的最优路径，并揭示了中国太阳能和风能资源的潜力和成本。
“我们根据多年太阳辐射和风速的小时空间数据，综合考虑国家行政区划、土地类型、气候条件、等空间地理信息，同时基于五种不同的电厂形态分布和电厂各组件成本，优化出2767个光伏电厂、1066个陆上风电厂和11个大型海上风电厂的空间分布和建造规模，并基于技术学习对成本的影响优化各电厂的建造时间。”
论文为国家实现2060年碳中和目标提供了全面的路线图，不仅确定了具体的光伏和风电场选址，还优化了储能和特高压线路的布局。
从中国到全球：用AI绘制清洁能源的未来蓝图
《自然》的高起点是动力，更是压力。博士后入站后，王怡静感到“这是从学生慢慢蜕变为一个独立的科研工作者的过程。以前只需专注在科研这件事上就好了，成为博士后，则需要有多件事情并行。”
王怡静形容自己是典型的“P人”，“计划总赶不上变化，只要马上开始行动就好。”一旦确定研究方向，就迅速投入寻找文献、数据和方法，边做边完善。
她将博士期间的研究视野扩展到全球，专注于“基于AI技术的全球太阳能与风能发电优化方案”的研究。
这个项目着眼于构建网格化的全球光伏电站和风电场布局模型，从空间和时间两个维度优化可再生能源系统。
王怡静解释道：“利用高分辨率的气象和地理数据，结合深度学习算法，最大化太阳能和风能的利用效率，同时最小化度电成本。”
“从全国到全球，变量更多，计算复杂度更高。”她说，“不仅要考虑技术参数，还要整合政策环境和国际合作。”
王怡静希望研究成果能为全球的能源政策提供科学依据，服务于国家在气候治理中的战略需求。
为了实现更精确的预测，她前往法国巴黎交流学习，将中国模型与法国环境与气候科学实验室(LSCE)的嵌套大气化学和碳循环模块耦合，通过AI模拟全球能源和气候系统的动态变化。
导师王戎：亦师亦友的引路人
导师王戎在王怡静成长过程中扮演了关键角色。他强调，科研不仅是技术问题，更关乎社会责任，一定要做对国家和老百姓有用的事情，尤其是面对碳中和这样的重大课题。“王老师的纯粹热爱和执着影响了我很多。”王怡静说。
“王戎老师对科学研究非常仔细，而且经常给我新的想法。”她充满敬佩之情，“他总能看到科学问题的关键所在，而且悉心地与学生交流。有一次我拿一堆图给王老师看，他看了之后，指出其中一张图的一个数据有问题。”这种与生俱来的敏锐和丰富的经验让王戎老师成为她科研路上的引路人。
王戎不仅在学术上要求极为严格，还总是鼓励学生主动思考和大胆尝试。王怡静在博士初期曾屡次遇挫，但王戎从未因此降低标准。“他说失败很正常，只要敢于尝试和反思，解决问题只是时间问题。”
“王老师不仅是一位出色的科研导师，更是生活中的好朋友。”王怡静回忆起导师带团队去动物园春游时的画面，“他心态很年轻，和我们像朋友一样。”她还提到，王戎酷爱打篮球，即使晚上工作到很晚，也要在吃饭前挤出时间运动一下。“他的热爱和毅力令人钦佩。”
对于女生在科研中的发展，王戎一直持支持和激励的态度。“王老师一直鼓励我们，要在科研上做出卓越成就。他经常用颜宁等女科学家的故事来激励我们，强调做科研只为责任，科研只看付出，不看性别。”王怡静说：“王老师经常鼓励我，‘不试试怎么知道不行呢?’，他不仅教给我科研的方法，还教会我自信和坚持。”(来源：上海科技 作者：蓝悦)
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