أصبحت الظواهر الجوية المتطرفة التحدي الأساسي الذي يواجه التشغيل الآمن والمستقر لنظام الطاقة الكهربائية الجديد، حيث تؤدي الكوارث الجوية مثل الأعاصير والأمطار الغزيرة والعواصف الثلجية والجليد إلى تذبذبات حادة في إنتاج الطاقة الجديدة، مما يضع ضغطًا مستمرًا على جدولة شبكة الكهرباء. ولطالما تأخرت توقعات الأرصاد الجوية الكهربائية المحلية بسبب ثلاث عقبات رئيسية: المخاطر الأمنية في القدرة الحاسوبية الخارجية، وضعف تكيف النماذج الكبيرة العامة مع السيناريوهات المتخصصة، وتأخر دقة أنماط التنبؤ التقليدية، مما يستلزم حلولًا جذرية للتحول الذكي والمستقل لهذا القطاع.

في الآونة الأخيرة، تم التشغيل الرسمي المنتظم لنموذج "جي هينغ" (玑衡)، وهو أول نموذج كبير متخصص في الأرصاد الجوية الكهربائية في القطاع يحقق سلسلة كاملة محلية من التدريب والاستدلال والنشر التشغيلي، وذلك بعد جهود بحثية مشتركة بين معهد الصين لبحوث الطاقة الكهربائية المحدودة (المشار إليه فيما يلي بـ "معهد الصين للطاقة الكهربائية") وجامعة الصين للعلوم والتكنولوجيا وشركة هيغوان لتكنولوجيا المعلومات المحدودة (المشار إليها فيما يلي بـ "هيغوان للمعلومات"). يعالج هذا النموذج بدقة ثلاث مشكلات رئيسية في القطاع: انخفاض كفاءة التنبؤ العددي التقليدي، وضعف تكيف الذكاء الاصطناعي العام، و"القيد" المفروض على القدرة الحاسوبية الأساسية، مما أدى إلى تحسين دقة التنبؤ بالطاقة في أكثر من 70% من محطات الطاقة الجديدة، ويشكل نموذجًا رائدًا قابلاً للتكرار والتوسع للتعاون بين الصناعة والأوساط الأكاديمية في الابتكار المستقل للنماذج الكبيرة في قطاع الطاقة العمودي.

إطلاق "جي هينغ"، أول نموذج كبير للأرصاد الجوية الكهربائية في القطاع

حددت "الخطة الخمسية الخامسة عشرة لتطوير الطاقة المتجددة" اتجاه التطوير الذكي والدقيق والمستقل لنظام الطاقة الكهربائية الجديد، وأصبح الاعتماد على الذات والتحكم الذاتي البوصلة الأساسية لتطوير القطاع.

مع استمرار توسع قدرة الطاقة الجديدة المركبة في الصين، يتزايد عمق واتساع تأثير الظروف الجوية المتطرفة على جميع حلقات نظام الطاقة الكهربائية من التوليد إلى الشبكة إلى الأحمال، حيث تحولت الاضطرابات الجوية من مخاطر عرضية إلى متغير رئيسي يؤثر على توازن العرض والطلب على الكهرباء. أي انحراف طفيف في توقعات الأرصاد الجوية الكهربائية يتضخم تدريجيًا، فخطأ في سرعة الرياح بمقدار متر واحد فقط في الثانية قد يتسبب في اختلال توازن طاقة بمستوى عشرات الجيجاوات، مما يفاقم التناقض بين ضمان إمدادات الكهرباء واستيعاب الطاقة الجديدة. تجد أنماط خدمات الأرصاد الجوية العامة التقليدية صعوبة في تلبية احتياجات قرارات الجدولة الدقيقة عالية الدقة والشاملة لسلاسل الشبكة، مما يجعل بناء نظام ضمان أرصاد جوية كهربائية متخصص ومخصص ومستقل أمرًا ملحًا.

يوجد حاليًا ثلاثة أوجه قصور بارزة في نظام الأرصاد الجوية الكهربائية التقليدي في الصين، تعيق بشكل خطير التطور عالي الجودة للقطاع.

أولاً: نقص التوقيت والدقة في أنماط التنبؤ التقليدية.

يفرض نظام الطاقة الكهربائية الجديد متطلبات صارمة على التنبؤ بالظروف الجوية المتطرفة مثل الأعاصير والموجات الباردة والتيارات الحملية القوية والجليد على الخطوط، لكن التنبؤ العددي للطقس (NWP) التقليدي يستغرق وقتًا طويلاً في الحساب، ويستهلك موارد وطاقة عالية، وذو تردد تحديث منخفض، مما لا يمكنه دعم الجدولة الدقيقة على مستوى الدقائق ومستوى المحطات، ويصعب عليه التقاط التغيرات الدقيقة في الطقس المحلي، مما يزيد باستمرار الضغط على تنظيم الذروة وتنظيم التردد في الشبكة.

ثانيًا: افتقار النماذج الكبيرة العامة إلى قدرات التكيف المتخصصة في مجال الكهرباء.

"هناك فجوة بين خدمات الأرصاد الجوية العامة والاحتياجات الفعلية لإنتاج الكهرباء"، كما يرى هوانغ يويهوي، كبير المهندسين في معهد الطاقة الجديدة بمعهد الصين لبحوث الطاقة الكهربائية، مشيرًا إلى أن تمثيلها لمواقع معدات الطاقة الكهربائية غير كافٍ؛ ولا يمكنها تلبية احتياجات إنتاج الكهرباء من حيث التوقيت المحدد والموقع المحدد والكمية المحددة؛ كما تفتقر إلى عناصر الأرصاد الجوية الرئيسية المطلوبة لإنتاج الكهرباء.

بعبارات أبسط، تعاني النماذج العامة من عيوب واضحة في التكيف مع السيناريوهات، حيث تفتقر إلى مجموعات بيانات متخصصة لخطوط النقل ومحطات الطاقة الجديدة، ولا تصل دقتها المكانية إلى المستوى المطلوب، وتشوه تصوير الكوارث عالية التأثير على الكهرباء مثل الجليد والتيارات الحملية القوية والأعاصير، ولا يمكن ربط مخرجاتها مباشرة بمنصات جدولة الشبكة، مما يصعب دعم التطبيقات المتمايزة والدقيقة على مستوى المحطات. الأمر أشبه بملابس جاهزة لا تناسب الاحتياجات الجسمانية الفردية.

ثالثًا: الاعتماد الكبير على الإمدادات الخارجية في القدرة الحاسوبية الأساسية، مما يخفي شعابًا أمنية لا يمكن تجنبها في سلسلة الصناعة.

يشير خبراء القطاع إلى أن تطوير التنبؤ الذكي للأرصاد الجوية الكهربائية في المستقبل يحتاج إلى التركيز على ثلاثة اتجاهات رئيسية: بناء نظام تنبؤ متمايز، وتطوير تقني شامل لدورة الحياة الكاملة، وتوحيد المعايير القطاعية، مع الدفع الشامل نحو الترقية المستقلة والذكية.

استنادًا إلى الاحتياجات الملحة لبناء نظام الطاقة الكهربائية الجديد، وُلد نموذج "جي هينغ" الكبير للأرصاد الجوية الكهربائية. اشتق اسم النموذج من أداة الرصد الفلكية القديمة "شوان جي يو هينغ" (璇玑玉衡)، ليرمز إلى استخدام القدرة الحاسوبية المحلية لرصد تقلبات الطقس بدقة، وحماية أمن واستقرار الشبكة بتقنيات أساسية صلبة، ليصبح دعامة مهمة للاعتماد على الذات في قطاع الطاقة والأرصاد الجوية.

شكل المشروع نظامًا ثلاثي الأطراف للتعاون بين الصناعة والأوساط الأكاديمية يضم معهد الصين للطاقة الكهربائية وجامعة الصين للعلوم والتكنولوجيا وهيغوان للمعلومات، مكونًا حلقة ابتكار متكاملة من "قيادة سيناريوهات القطاع، واختراق الخوارزميات المتطورة، وبناء القدرة الحاسوبية المحلية"، وفتح المسار الكامل من الاحتياجات التشغيلية إلى البحث والتطوير التقني ثم إلى التطبيق الميداني. يتولى كل طرف من الأطراف الثلاثة مهامه بتكامل عميق، ويتعاونون لحل العديد من المشكلات التقنية الأساسية في القطاع.

بصفته الجهة الرائدة في المشروع، يتمتع معهد الصين للطاقة الكهربائية بخبرة عقود في مجال الأرصاد الجوية الكهربائية، مع تراكم عميق للخبرات التقنية والممارسات العملية. قام الفريق بدمج بيانات القياس الفعلية من آلاف محطات الطاقة الجديدة في جميع أنحاء البلاد، وبيانات رصد الأرصاد الجوية لخطوط النقل، وحالات الكوارث الجوية عبر السنوات، وحدد معايير التشغيل والتحقق لسلسلة كاملة من أعمال جدولة الشبكة وفحص المعدات وربط الطاقة الجديدة بالشبكة، وقاد تطوير النموذج وتكراره وتحسينه، وصحح بدقة انحرافات التكيف بين الخوارزميات والأعمال الفعلية للشبكة، مما حل بشكل جذري مشكلة الانفصال بين تقنيات الذكاء الاصطناعي وسيناريوهات قطاع الكهرباء.

استفادت جامعة الصين للعلوم والتكنولوجيا من مزاياها في التخصصات البينية بين الرياضيات والفيزياء والذكاء الاصطناعي لتحسين بنية النموذج والخوارزميات، حيث ابتكر الفريق بنية تنبؤ هرمية ثلاثية المستويات "عالمية - وطنية - إقليمية"، ومن خلال النقل التدريجي "المعرفة - البنية - المعايير"، رفع الدقة المكانية للنموذج الإقليمي إلى 3×3 كيلومترات، محققًا تنبؤات جوية دقيقة على مستوى المحطات.

في الوقت نفسه، تم تحسين آلية الانتباه ودوال الخسارة متعددة الأهداف بشكل مستهدف، وطُوّرت خوارزميات دمج بيانات متعددة المصادر ذاتيًا، لدمج بيانات الرصد متعددة الأبعاد من المحطات الأرضية وأجهزة استشعار المحطات، محققًا اختراقات رئيسية في التقدير الدقيق للإنتاج والتمييز الدقيق للظروف الجوية المتطرفة. ساهمت دوال الخسارة المكيفة لسيناريوهات الكهرباء في حل مشكلة "تقارب التنبؤ وعدم دقة الظروف المتطرفة" الشائعة في النماذج العامة، مما جعل تنبؤات الذكاء الاصطناعي الجوية متكيفة بعمق مع منطق تشغيل الشبكة، وعزز قدرات الإنذار والتنبؤ لأكثر من 10 أنواع من الظروف الجوية عالية التأثير على الشبكة.

توفر هيغوان للمعلومات الأساس الحاسوبي المحلي الكامل للنموذج، مما يعزز أساس الاعتماد على الذات والتحكم الذاتي. يعتمد المشروع على منصة الحوسبة الذكية المحلية DCU-3G لتشغيل جميع العمليات المحلية بما في ذلك معالجة البيانات المسبقة ودمج البيانات وتدريب النماذج والاستدلال عبر الإنترنت. قام فريق البحث والتطوير بتحسين بنية التخزين والحوسبة والنقل المنسقة وفقًا لخصائص الحوسبة الشبكية عالية الدقة للأرصاد الجوية، وعمّق التكيف والتخصيص الأمثل لأطر التعلم العميق السائدة، محققًا قفزة بمقدار مئة ضعف في كفاءة عمليات التنبؤ، والتخلص التام من الاعتماد على القدرة الحاسوبية الخارجية، محققًا فعليًا التحكم الذاتي الكامل في سلسلة نموذج الأرصاد الجوية الكهربائية الكبير.

فريق تطوير نموذج "جي هينغ" للأرصاد الجوية الكهربائية ومزاياه الأساسية

تتوافق منصة DCU-3G من هيغوان بشكل مثالي مع الأطر السائدة مثل PyTorch وTensorFlow، مما يخفض بشكل كبير عتبة البحث والتطوير والتطبيق. بفضل قدرتها الحاسوبية عالية الكثافة وقدرات التحسين على مستوى المشغلات، يمكن لبطاقة DCU واحدة إكمال التنبؤ الجوي العالمي للأيام العشرة القادمة في دقيقة واحدة، بكفاءة أعلى بمئة مرة من الأنماط العددية التقليدية، مما يوفر دعمًا حاسوبيًا قويًا للتنبؤات الجوية عالية التردد وعالية الدقة للشبكة.

بفضل مصفوفة الابتكار التعاوني الثلاثي، أكمل "جي هينغ" الحلقة الكاملة من "الاحتياجات تدفع البحث والتطوير - التكرار المتبادل للبيانات والحوسبة - الصقل عبر الممارسة الميدانية"، متحولًا من نتيجة بحثية مخبرية إلى حارس جوي يعمل على مدار الساعة لشبكة الكهرباء.

أثبتت نتائج تطبيق "جي هينغ" نجاح نموذج التعاون الثلاثي "قيادة الأعمال - اختراق الخوارزميات - أساس القدرة الحاسوبية". من حيث أداء التنبؤ، فإن خطأ التنبؤ بسرعة الرياح للأيام العشرة القادمة يعادل تقريبًا النماذج الدولية السائدة، بينما حقق تنبؤ درجة حرارة سطح الأرض أفضل النتائج بين جميع النماذج المقيّمة.

أثبتت الاختبارات الميدانية على شبكات الكهرباء في مناطق متعددة من البلاد أن دقة التنبؤ الشاملة للنموذج تضاهي أفضل نماذج الأرصاد الجوية الذكية الدولية، مع تفوق في مؤشرات متعددة للسيناريوهات الفرعية؛ وتحسنت دقة التنبؤ بتوليد الطاقة في أكثر من 70% من محطات الطاقة الجديدة بشكل ملحوظ، مع القدرة على التنبؤ المسبق بالتيارات الحملية القوية والعواصف الثلجية والجليد على الخطوط، مما يوفر نافذة زمنية كافية لتعديل الأحمال وفحص المعدات والتعامل مع الطوارئ في الشبكة. تم ربط النموذج حاليًا بمنصات جدولة الكهرباء في عدة مقاطعات ويعمل بشكل منتظم على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، مع اكتمال نضج مجموعة الحلول التقنية والأجهزة الداعمة وعمليات الصيانة، وتوفر الشروط الكاملة للتوسع على المستوى الوطني.

في ظل الخلفية التاريخية لبناء نظام الطاقة الكهربائية الجديد وتحقيق الاعتماد على الذات في علوم وتكنولوجيا الطاقة، ستواصل الأطراف الثلاثة تعميق التعاون طويل الأمد بين الصناعة والأوساط الأكاديمية، ومواصلة تكرار وتحسين وظائف وأداء نموذج "جي هينغ"، وصقل قدرات الرصد والتنبؤ والإنذار الذكية للأرصاد الجوية الكهربائية باستمرار.

يمثل التطبيق المنتظم لنموذج "جي هينغ" الكامل المحلي للأرصاد الجوية الكهربائية اختراقًا رئيسيًا في التحول الذكي لقطاع الأرصاد الجوية الكهربائية، كما يعد مثالًا نموذجيًا على تحقيق الابتكار المستقل في مسار الذكاء الاصطناعي العمودي للطاقة في الصين عبر التعاون بين الصناعة والأوساط الأكاديمية. نجح نموذج التطبيق المتكامل "السيناريو + الخوارزمية + القدرة الحاسوبية" الذي ابتكره في كسر الحواجز التقنية الخارجية ومعضلة تطبيق النماذج العامة، وفتح المسار الكامل للتطوير الذاتي والتطبيق العملي والتوسع واسع النطاق للنماذج الكبيرة العمودية.

في المستقبل، مع استمرار التكرار التقني وتوسع سيناريوهات التطبيق واستمرار تكرار ونشر نماذج الابتكار، سيواصل "جي هينغ" إطلاق قيمة تمكين تقنيات الذكاء الاصطناعي المحلية، وتعزيز الأساس المتين للتشغيل الآمن والفعال والذكي لنظام الطاقة الكهربائية الجديد، والمساهمة في التحول الأخضر وترقية قطاع الطاقة الصيني، والتنفيذ العميق لأهداف "الكربون المزدوج"، وتمكين شامل للتطور عالي الجودة القائم على الاعتماد على الذات في علوم وتكنولوجيا الطاقة.