24歲發(fā)Nature!她用AI破解能源轉(zhuǎn)型“密碼”

　　隨著全球氣候變化問題的日益嚴(yán)峻，各國(guó)紛紛加快能源轉(zhuǎn)型的步伐，尤其是清潔能源的開發(fā)與利用成為焦點(diǎn)。兩年前，24歲的復(fù)旦大學(xué)博士生王怡靜作為第一作者的論文《加速中國(guó)光伏發(fā)電和風(fēng)電的能源轉(zhuǎn)型》在《自然》(Nature)上發(fā)表，揭開了中國(guó)碳中和目標(biāo)的最佳路徑。2年后，已成為博士后的她將最新研究成果結(jié)合全球能源轉(zhuǎn)型的熱點(diǎn)問題，提出利用AI技術(shù)優(yōu)化全球太陽能與風(fēng)能布局的新方法，助力實(shí)現(xiàn)2050年全球碳中和目標(biāo)。

　　厚積薄發(fā)：從0到Nature

　　讀博的前四年，王怡靜沒有發(fā)表過任何論文。有同學(xué)已發(fā)表多篇文章，可王怡靜還處在建模階段，“當(dāng)時(shí)我連文章還沒開始寫，壓力特別大。”她說。

　　王怡靜的導(dǎo)師是復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系青年研究員王戎。受他的啟發(fā)，直博期間，王怡靜以交叉視角圍繞二氧化碳排放開始研究，涉足大氣物理、化學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)模擬等多領(lǐng)域，先后開展“中國(guó)點(diǎn)源和非點(diǎn)源排放對(duì)人口遷移的響應(yīng)”等多個(gè)研究課題。

　　但科研路上充滿“黑暗時(shí)刻”。“有段時(shí)間，我?guī)缀跸萑肓俗晕覒岩?，建模失敗、?shù)據(jù)不理想、實(shí)驗(yàn)方向不斷調(diào)整，感覺所有科研人會(huì)經(jīng)歷的低谷我都經(jīng)歷了。”王怡靜回憶。

　　她一遍遍調(diào)試代碼，尋找問題的根源。有一次，她耗費(fèi)數(shù)周得出的數(shù)據(jù)結(jié)果拿給王戎老師看，被一句“還不夠好”打回重做。“心里很沮喪，但手上的工作沒有停。”她用一個(gè)下午重新調(diào)整模型設(shè)計(jì)，到了晚上，結(jié)果意外變得完美，“中午還覺得完全沒有希望，到了晚上突然間看見了光明。”

　　2024年夏天，王怡靜作為第一作者的論文《Accelerating the energy transition towards photovoltaic and wind in China》(《加速中國(guó)光伏發(fā)電和風(fēng)電的能源轉(zhuǎn)型》)在《自然》(Nature)上發(fā)表。

　　“發(fā)表成果時(shí)，回頭看看，那份多年的堅(jiān)持與付出，其實(shí)都有意義，科學(xué)研究是一樣非常美妙的事情。”她感慨地說。

　　這項(xiàng)關(guān)于高分辨率中國(guó)太陽能和風(fēng)能布局優(yōu)化的研究，首次從能源系統(tǒng)統(tǒng)籌的角度提出中國(guó)加速發(fā)展光電和風(fēng)電、實(shí)現(xiàn)2060年碳中和目標(biāo)的最優(yōu)路徑，并揭示了中國(guó)太陽能和風(fēng)能資源的潛力和成本。

　　“我們根據(jù)多年太陽輻射和風(fēng)速的小時(shí)空間數(shù)據(jù)，綜合考慮國(guó)家行政區(qū)劃、土地類型、氣候條件、等空間地理信息，同時(shí)基于五種不同的電廠形態(tài)分布和電廠各組件成本，優(yōu)化出2767個(gè)光伏電廠、1066個(gè)陸上風(fēng)電廠和11個(gè)大型海上風(fēng)電廠的空間分布和建造規(guī)模，并基于技術(shù)學(xué)習(xí)對(duì)成本的影響優(yōu)化各電廠的建造時(shí)間。”

　　論文為國(guó)家實(shí)現(xiàn)2060年碳中和目標(biāo)提供了全面的路線圖，不僅確定了具體的光伏和風(fēng)電場(chǎng)選址，還優(yōu)化了儲(chǔ)能和特高壓線路的布局。

　　從中國(guó)到全球：用AI繪制清潔能源的未來藍(lán)圖

　　《自然》的高起點(diǎn)是動(dòng)力，更是壓力。博士后入站后，王怡靜感到“這是從學(xué)生慢慢蛻變?yōu)橐粋€(gè)獨(dú)立的科研工作者的過程。以前只需專注在科研這件事上就好了，成為博士后，則需要有多件事情并行。”

　　王怡靜形容自己是典型的“P人”，“計(jì)劃總趕不上變化，只要馬上開始行動(dòng)就好。”一旦確定研究方向，就迅速投入尋找文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)和方法，邊做邊完善。

　　她將博士期間的研究視野擴(kuò)展到全球，專注于“基于AI技術(shù)的全球太陽能與風(fēng)能發(fā)電優(yōu)化方案”的研究。

　　這個(gè)項(xiàng)目著眼于構(gòu)建網(wǎng)格化的全球光伏電站和風(fēng)電場(chǎng)布局模型，從空間和時(shí)間兩個(gè)維度優(yōu)化可再生能源系統(tǒng)。

　　王怡靜解釋道：“利用高分辨率的氣象和地理數(shù)據(jù)，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法，最大化太陽能和風(fēng)能的利用效率，同時(shí)最小化度電成本。”

　　“從全國(guó)到全球，變量更多，計(jì)算復(fù)雜度更高。”她說，“不僅要考慮技術(shù)參數(shù)，還要整合政策環(huán)境和國(guó)際合作。”

　　王怡靜希望研究成果能為全球的能源政策提供科學(xué)依據(jù)，服務(wù)于國(guó)家在氣候治理中的戰(zhàn)略需求。

　　為了實(shí)現(xiàn)更精確的預(yù)測(cè)，她前往法國(guó)巴黎交流學(xué)習(xí)，將中國(guó)模型與法國(guó)環(huán)境與氣候科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(LSCE)的嵌套大氣化學(xué)和碳循環(huán)模塊耦合，通過AI模擬全球能源和氣候系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化。

　　導(dǎo)師王戎：亦師亦友的引路人

　　導(dǎo)師王戎在王怡靜成長(zhǎng)過程中扮演了關(guān)鍵角色。他強(qiáng)調(diào)，科研不僅是技術(shù)問題，更關(guān)乎社會(huì)責(zé)任，一定要做對(duì)國(guó)家和老百姓有用的事情，尤其是面對(duì)碳中和這樣的重大課題。“王老師的純粹熱愛和執(zhí)著影響了我很多。”王怡靜說。

　　“王戎老師對(duì)科學(xué)研究非常仔細(xì)，而且經(jīng)常給我新的想法。”她充滿敬佩之情，“他總能看到科學(xué)問題的關(guān)鍵所在，而且悉心地與學(xué)生交流。有一次我拿一堆圖給王老師看，他看了之后，指出其中一張圖的一個(gè)數(shù)據(jù)有問題。”這種與生俱來的敏銳和豐富的經(jīng)驗(yàn)讓王戎老師成為她科研路上的引路人。

　　王戎不僅在學(xué)術(shù)上要求極為嚴(yán)格，還總是鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)思考和大膽嘗試。王怡靜在博士初期曾屢次遇挫，但王戎從未因此降低標(biāo)準(zhǔn)。“他說失敗很正常，只要敢于嘗試和反思，解決問題只是時(shí)間問題。”

　　“王老師不僅是一位出色的科研導(dǎo)師，更是生活中的好朋友。”王怡靜回憶起導(dǎo)師帶團(tuán)隊(duì)去動(dòng)物園春游時(shí)的畫面，“他心態(tài)很年輕，和我們像朋友一樣。”她還提到，王戎酷愛打籃球，即使晚上工作到很晚，也要在吃飯前擠出時(shí)間運(yùn)動(dòng)一下。“他的熱愛和毅力令人欽佩。”

　　對(duì)于女生在科研中的發(fā)展，王戎一直持支持和激勵(lì)的態(tài)度。“王老師一直鼓勵(lì)我們，要在科研上做出卓越成就。他經(jīng)常用顏寧等女科學(xué)家的故事來激勵(lì)我們，強(qiáng)調(diào)做科研只為責(zé)任，科研只看付出，不看性別。”王怡靜說：“王老師經(jīng)常鼓勵(lì)我，‘不試試怎么知道不行呢?’，他不僅教給我科研的方法，還教會(huì)我自信和堅(jiān)持。”(來源：上?？萍?作者：藍(lán)悅)