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。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)濟學(xué)和計算機模擬等多領(lǐng)域，先后開展“中國點源和非點源排放對人口遷移的響應(yīng)”等多個研究課題。

　　但科研路上充滿“黑暗時刻”。“有段時間，我?guī)缀跸萑肓俗晕覒岩桑Ｊ　?shù)據(jù)不理想、實驗方向不斷調(diào)整，感覺所有科研人會經(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。”她用一個下午重新調(diào)整模型設(shè)計，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，回頭看看，那份多年的堅持與付出，其實都有意義，科學(xué)研究是一樣非常美妙的事情。”她感慨地說。

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

　　“我們根據(jù)多年太陽輻射和風(fēng)速的小時空間數(shù)據(jù)，綜合考慮國家行政區(qū)劃、土地類型、氣候條件、等空間地理信息，同時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個光伏電廠、1066個陸上風(fēng)電廠和11個大型海上風(fēng)電廠的空間分布和建造規(guī)模，并基于技術(shù)學(xué)習(xí)對成本的影響優(yōu)化各電廠的建造時間。”

　　論文為國家實現(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)電場選址，還優(yōu)化了儲能和特高壓線路的布局。

　　從中國到全球：用AI繪制清潔能源的未來藍圖

　　《自然》的高起點是動力，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€獨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”，“計劃總趕不上變化，只要馬上開始行動就好。”一旦確定研究方向，就迅速投入尋找文獻、數(shù)據(jù)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。

　　這個項目著眼于構(gòu)建網(wǎng)格化的全球光伏電站和風(fēng)電場布局模型，從空間和時間兩個維度優(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，同時最小化度電成本。”

　　“從全國到全球，變量更多，計算復(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)于國家在氣候治理中的戰(zhàn)略需求。

　　為了實現(xiàn)更精確的預(yù)測，她前往法國巴黎交流學(xué)習(xí)，將中國模型與法國環(huán)境與氣候科學(xué)實驗室(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過程中扮演了關(guān)鍵角色。他強調(diào)，科研不僅是技術(shù)問題，更關(guān)乎社會責(zé)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。“王老師的純粹熱愛和執(zhí)著影響了我很多。”王怡靜說。

　　“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數(shù)據(jù)有問題。”這種與生俱來的敏銳和豐富的經(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(yán)格，還總是鼓勵學(xué)生主動思考和大膽嘗試。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)師帶團隊去動物園春游時的畫面，“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間運動一下。“他的熱愛和毅力令人欽佩。”

　　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)家的故事來激勵我們，強調(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，還教會我自信和堅持。”(來源：上海科技 作者：藍悅)