北京师范大学全国重点实验室博士研究生以第一作者《Nature Communications》发文：高影响天气事件或将加剧未来中国风光电力系统供需风险

Ai 科研动态

2026-09-10

导读：风能、太阳能是实现我国“双碳”目标的关键支柱，但其发电出力高度依赖风速和太阳辐射等气象条件。

风能、太阳能是实现我国“双碳”目标的关键支柱，但其发电出力高度依赖风速和太阳辐射等气象条件。随着风光装机规模持续扩张，持续低风、低辐照等高影响天气事件（High-impact weather events, HIWs）可能引发连续发电缺口，威胁电力系统安全稳定。然而，既往研究多聚焦于长期平均资源潜力的评估，对于HIWs在小时至日尺度上的冲击，以及这种冲击如何经由电力供需和跨区输电链条传导，尚缺乏系统性认识。

针对这一空白，北京师范大学地表过程与水土风沙灾害风险防控全国重点实验室杨晓帆教授课题组，联合中国气象局国家气候中心、清华大学等单位，构建了涵盖“气象条件—风光发电—HIWs—电力需求—跨区域输电优化”的综合评估框架。研究基于5公里分辨率、逐小时气象数据，结合不同共享社会经济路径（SSPs）、分区电力需求预测及中国七大区域电网实际拓扑，系统评估了气候变化背景下HIWs对未来风光电力系统的影响，并进一步探讨了风光布局优化和跨区域输电的缓解效力。相关成果近日发表于国际顶级学术期刊 Nature Communications。

图1 不同气候情景下2020—2060年中国风电和光伏发电量变化

未来风光发电总量持续攀升，但气候情景间差异显著。研究显示，至2060年，SSP1-1.9（低排放）情景下风电年发电量可接近5500 TWh，而SSP5-8.5（高排放）情景下则不足4500 TWh；光伏发电量对应分别超过5000 TWh和约4000 TWh。2040–2060年间，两种情景年均风电差值超过1400 TWh，表明气候变化对风光资源潜力的影响不容小觑。

图2 中国七大电网高影响天气事件的时空特征及其造成的风光发电损失

HIWs呈现显著的区域性和季节性差异。西北、西南和南方电网发生频率最高，每年约达12次，主要集中于冬春两季；西北和南方电网受持续性HIWs影响尤甚，全年累计影响时间最长可达24天。高排放情景下损失更为突出——SSP5-8.5情景下，HIWs导致的全国风光发电损失达84.5 TWh/年，而SSP1-1.9情景下则为62.7 TWh/年。西南和西北电网在各情景下均承受较高损失，说明未来风光系统的挑战不仅在于年均资源总量，更在于关键时段的稳定出力。此外，我国风光资源富集于北部和西北，而用电负荷中心集中在东部和南部，HIWs的发生将进一步放大这一空间错配，凸显跨区域电力互济的重要性。

图3 2060年跨区域电力输送路径

优化输电路径显示，内蒙古和西北地区将成长为未来重要的风光电力外送基地，而华东、华中和南方等高负荷区域则更加依赖区外输入。例如，内蒙古向华北和华中分别输送17.82 TWh和6.47 TWh；西北电网则向西南和华中输电；华东电网作为主要受端，需从华北、东北、华中等多地获得电力支撑。研究进一步指出，不同输电通道在成本和风险缓解效果上存在明显差异，通过综合权衡输电损耗、建设成本与供电安全，可优化区域间输电方向与规模，充分发挥我国风光资源的空间互补优势。

图4 高影响天气事件下不同优化策略对中国七大电网电力供需平衡的影响

若不采取额外优化措施，HIWs条件下的年度电力缺口达85.3 TWh，高于正常天气下的74.7 TWh。单独优化风光电站布局可使HIWs下的供需缺口降低6.9%；仅优化跨区域电网可降低16.5%；二者协同实施后，缺口降幅可达27.9%。同时，各区域的供需平衡状况均随优化措施的实施而改善，表明风光布局与跨区电网的协同优化能有效缓解HIWs带来的供电风险。

本研究的核心创新在于，将高分辨率逐小时气象数据、HIWs识别、电力需求动态和真实电网约束融入统一框架，揭示出未来风光电力系统的安全性不仅取决于年均资源禀赋，更取决于HIWs的持续时间、影响范围及其与用电负荷的时空匹配关系。研究建议，未来新能源规划在扩大装机规模的同时，必须将HIWs风险纳入风光基地选址、跨区输电及系统运行调度中，并通过储能配置、需求侧响应和区域互济等手段全面提升系统韧性。

北京师范大学博士研究生孙景博为论文第一作者，杨晓帆教授和中国气象局国家气候中心王阳研究员为共同通讯作者，李琰教授和清华大学陈德亮院士共同参与了此项研究。地表过程与水土风沙灾害风险防控全国重点实验室为第一完成单位。该研究获国家重点研发计划（2022YFF1303405、2024YFF0809200）、广东省可再生能源基础设施生态环境科学考察项目（2025B1212060001）及广东省陆海交互带人地耦合系统野外科学观测研究站项目（2024B1212040003）联合资助。

相关论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-73427-z

直播课程推荐

告别单兵作战——搭建你的24小时AI智能科研团队

面向真实科研场景，以Codex、Claude Code、OpenClaw、Hermes四位"AI研究员"为核心，构建可迭代、可复用的科研协作团队全流程自动化培训班

直播时间：9月18日-21日

第七期2026基于前沿AI-Agent2.0驱动的科研全链路实战营：一站式掌握LLM与Notebooklm应用、数据分析、自动化编程、文献管理到论文写作的核心技能、手把手搭建本地LLM与Agent（Odysseus），体验多模型“圆桌会议”的头脑风暴，基于N8N与OpenClaw、Claude Code、Codex构建从文献挖掘到成果产出的自主智能体、解锁Seedance 2.0+Codex将成果转化为高质量的科教视频能、手把手搭建本地LLM与Agent（Odysseus），体验多模型“圆桌会议”的头脑风暴，基于N8N与OpenClaw、Claude Code、Codex构建从文献挖掘到成果产出的自主智能体、解锁Seedance 2.0+Codex将成果转化为高质量的科教视频技能、手把手搭建本地LLM与Agent（Odysseus），设计多模型“圆桌会议”的头脑风暴，基于N8N与OpenClaw、Claude Code、Codex构建从文献挖掘到成果产出的自主智能体、解锁Seedance 2.0+Codex将成果转化为高质量的科教视频

直播时间：9月11日-14日

AI-Python前沿深度学习核心架构与科学计算实战——PINN正反问题求解、Transformer多领域建模、图神经网络时空推理、深度强化学习、进化深度学习与扩散模型、自进化Agent数据科学应用高级研修班

直播时间：10月10日-11日、17日-18日