24歲發(fā)Nature!她用AI破解能源轉型“密碼”

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

　　厚積薄發(fā)：從0到Nature

　　讀博的前四年，王怡靜沒(méi)有發(fā)表過(guò)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，“當時(shí)我連文章還沒(méi)開(kāi)始寫(xiě)，壓力特別大。”她說(shuō)。

　　王怡靜的導師是復旦大學(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(kāi)始研究，涉足大氣物理、化學(xué)、經(jīng)濟學(xué)和計算機模擬等多領(lǐng)域，先后開(kāi)展“中國點(diǎn)源和非點(diǎn)源排放對人口遷移的響應”等多個(gè)研究課題。

　　但科研路上充滿(mǎn)“黑暗時(shí)刻”。“有段時(shí)間，我幾乎陷入了自我懷疑，建模失敗、數據不理想、實(shí)驗方向不斷調整，感覺(jué)所有科研人會(huì )經(jīng)歷的低谷我都經(jīng)歷了。”王怡靜回憶。

　　她一遍遍調試代碼，尋找問(wèn)題的根源。有一次，她耗費數周得出的數據結果拿給王戎老師看，被一句“還不夠好”打回重做。“心里很沮喪，但手上的工作沒(méi)有停。”她用一個(gè)下午重新調整模型設計，到了晚上，結果意外變得完美，“中午還覺(jué)得完全沒(méi)有希望，到了晚上突然間看見(jiàn)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》(《加速中國光伏發(fā)電和風(fēng)電的能源轉型》)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(shuō)。

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

　　“我們根據多年太陽(yáng)輻射和風(fēng)速的小時(shí)空間數據，綜合考慮國家行政區劃、土地類(lèi)型、氣候條件、等空間地理信息，同時(shí)基于五種不同的電廠(chǎng)形態(tài)分布和電廠(chǎng)各組件成本，優(yōu)化出2767個(gè)光伏電廠(chǎng)、1066個(gè)陸上風(fēng)電廠(chǎng)和11個(gè)大型海上風(fēng)電廠(chǎng)的空間分布和建造規模，并基于技術(shù)學(xué)習對成本的影響優(yōu)化各電廠(chǎng)的建造時(shí)間。”

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

　　從中國到全球：用AI繪制清潔能源的未來(lái)藍圖

　　《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)獨立的科研工作者的過(guò)程。以前只需專(zhuān)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”，“計劃總趕不上變化，只要馬上開(kāi)始行動(dòng)就好。”一旦確定研究方向，就迅速投入尋找文獻、數據和方法，邊做邊完善。

　　她將博士期間的研究視野擴展到全球，專(zhuān)注于“基于A(yíng)I技術(shù)的全球太陽(yáng)能與風(fēng)能發(fā)電優(yōu)化方案”的研究。

　　這個(gè)項目著(zhù)眼于構建網(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。

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

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

　　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，服務(wù)于國家在氣候治理中的戰略需求。

　　為了實(shí)現更精確的預測，她前往法國巴黎交流學(xué)習，將中國模型與法國環(huán)境與氣候科學(xué)實(shí)驗室(LSCE)的嵌套大氣化學(xué)和碳循環(huán)模塊耦合，通過(guò)AI模擬全球能源和氣候系統的動(dòng)態(tài)變化。

　　導師王戎：亦師亦友的引路人

　　導師王戎在王怡靜成長(cháng)過(guò)程中扮演了關(guān)鍵角色。他強調，科研不僅是技術(shù)問(wèn)題，更關(guān)乎社會(huì )責任，一定要做對國家和老百姓有用的事情，尤其是面對碳中和這樣的重大課題。“王老師的純粹熱愛(ài)和執著(zhù)影響了我很多。”王怡靜說(shuō)。

　　“王戎老師對科學(xué)研究非常仔細，而且經(jīng)常給我新的想法。”她充滿(mǎn)敬佩之情，“他總能看到科學(xué)問(wèn)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)數據有問(wèn)題。”這種與生俱來(lái)的敏銳和豐富的經(jīng)驗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)上要求極為嚴格，還總是鼓勵學(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準。“他說(shuō)失敗很正常，只要敢于嘗試和反思，解決問(wèn)題只是時(shí)間問(wèn)題。”

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

　　對于女生在科研中的發(fā)展，王戎一直持支持和激勵的態(tài)度。“王老師一直鼓勵我們，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(lái)激勵我們，強調做科研只為責任，科研只看付出，不看性別。”王怡靜說(shuō)：“王老師經(jīng)常鼓勵我，‘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 )我自信和堅持。”(來(lái)源：上?？萍?作者：藍悅)