霧霾遭遇大數(shù)據(jù) 精準(zhǔn)預(yù)測顯神通

環(huán)保問題每每成為話題焦點(diǎn)，除了關(guān)于環(huán)保治理與經(jīng)濟(jì)增長之間的辯證和辯論之外，技術(shù)也許能夠提供另一個視角。

IBM中國研究院資深研發(fā)總監(jiān)張盟近日在“IBM大數(shù)據(jù)峰會”上介紹了其“綠色地平線”項(xiàng)目。

2014年7月，IBM啟動了為期10年的“綠色地平線”項(xiàng)目，該項(xiàng)目由IBM中國研究院牽頭，擬聯(lián)合IBM全球12家研究院的技術(shù)資源，探索大氣污染防治、可再生能源高效利用、節(jié)能減排等問題的解決路徑。

該項(xiàng)目下的一個合作內(nèi)容就包括，與北京市簽署合作協(xié)議，利用IBM在天氣預(yù)測、能源管理等多方面的大數(shù)據(jù)能力，為北京的霧霾治理提供決策支撐。

污染防治的“最小代價”

在一些重大活動期間，有關(guān)方面通過“臨時管控空氣”的方式實(shí)現(xiàn)了“會議藍(lán)”。但是，臨時管控空氣的代價也比較高昂。

張盟在接受記者采訪時表示：“如果能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)化的空氣管理，肯定能夠大幅降低空氣治理的代價。”

精細(xì)化的空氣管理需要高精準(zhǔn)的氣象預(yù)報。過去，國內(nèi)只能做到24小時空氣質(zhì)量報告，而且預(yù)測的單位半徑約為10公里。

“這種預(yù)測結(jié)果，很難為空氣管理提供決策支撐。”張盟告訴記者：“你如果要改善明天的空氣，今天去臨時控制污染源是沒效果的，必須提前三天控制，這也意味著，我們需要72小時的空氣質(zhì)量預(yù)測報告。”

為了改善重大會議期間的空氣質(zhì)量，IBM協(xié)助相關(guān)機(jī)構(gòu)為京津冀地區(qū)搭建了高精度三維網(wǎng)格模型。這一模型可以清晰呈現(xiàn)未來三天的空氣質(zhì)量狀況，每一公里半徑的單元都會生成自己的空氣指標(biāo)讀數(shù)。

“要做到這個，難度很大，我們要處理上百G的數(shù)據(jù)量。”張盟說。

除了要整理京津冀、山東、山西、內(nèi)蒙古的所有污染源的排放數(shù)據(jù)，還需要結(jié)合很多傳感器數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、天氣監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)清單。

“因?yàn)槠髽I(yè)除了上報的排放量之外，還有很多私下的無組織排放，這些數(shù)據(jù)對結(jié)果的影響很大。”張盟表示，有了精確的空氣質(zhì)量預(yù)測報告，相關(guān)機(jī)構(gòu)就可以對污染源進(jìn)行精準(zhǔn)的管控。

張盟介紹說：“如果你要改善某一天的空氣質(zhì)量，我可以給出一些建議，比如應(yīng)該關(guān)閉哪些區(qū)域的污染源、什么時候開始關(guān)、關(guān)多長時間，這個區(qū)域的污染源應(yīng)該關(guān)閉多少比例，做到這些之后，空氣質(zhì)量可以改善多少，這些都有數(shù)字支撐。”

這些決策利用了IBM的大數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)同化、多時空尺度模型融合的認(rèn)知計算、仿真模擬、污染量化決策支撐等多種技術(shù)。

能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型下的機(jī)會

更為長期的布局是推動中國的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，首先是提高可再生能源的利用率。

新能源產(chǎn)業(yè)同樣是“十二五”國家重點(diǎn)發(fā)展的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，在政策驅(qū)動下，中國崛起了很多新能源項(xiàng)目。比如，在河北張家口，國家電網(wǎng)建立了全世界單體最大的新能源電廠，包含風(fēng)能、太陽能方案。

“但這些新能源的并網(wǎng)存在很大問題。”張盟介紹，由于風(fēng)、陽光很難預(yù)測，所以新能源電廠的每日產(chǎn)能很難預(yù)測，不可控的發(fā)電很難被利用到居民用電、工業(yè)用電中，“也就是說，很大一部分新能源發(fā)電都被浪費(fèi)了”。

張盟舉例說，新能源發(fā)電廠向用電單位匯報明天的發(fā)電量為5萬瓦，但受到天氣影響，發(fā)電只有1萬，“那么這1萬是不能用的，用電單位還要從其他發(fā)電廠找5萬的配額;如果發(fā)電量為10萬，那么也只有5萬能用，其余5萬就浪費(fèi)掉了”。

為了預(yù)知發(fā)電量，IBM研發(fā)了高精度風(fēng)光一體化發(fā)電功率預(yù)測服務(wù)(HyREF)。“首先精確預(yù)測未來幾天的實(shí)時的風(fēng)向、風(fēng)力變化，以及陽光波動，結(jié)合電廠的新能源裝置運(yùn)轉(zhuǎn)情況，預(yù)測未來幾天電廠的新能源發(fā)電曲線。”張盟介紹，目前預(yù)測的精準(zhǔn)度可以達(dá)到90%。

國家電網(wǎng)在張家口的電廠采用了HyREF服務(wù)，通過精準(zhǔn)預(yù)測，其可再生能源的利用率從20%提高到30%。張盟表示：“這10%意味著一個中型城市全天的用電量。”

HyREF是IBM在2013年推出的解決方案，目前類似張家口的合作項(xiàng)目，全國還有幾十個。