2021年9月16日,由上海报业集团 | 界面新闻主办的2021【创智工业论坛】在上海虹桥康得思酒店举办,北京四象爱数科技有限公司创始人郗晓菲以《“千里眼”助推“碳中和”——卫星遥感技术解决方案》为题,发表了主旨演讲。
她提到,首先,在碳监测层面中,卫星遥感手段已经成为碳排放监控的有力抓手,也能追踪高能耗高排放的工业活动。其次,在碳减排层面中,从遥感卫星的角度能够更加全面、精确地计算每天的发电量,切实保障清洁能源的有效发展。最后,在碳吸收的领域内,遥感卫星能够对生态系统进行全方位监测,也能够精确度量碳汇资源,这是提升我国固碳能力的重要依凭。目前,四象爱数科技已经能够基于遥感卫星,从上帝视角对“碳中和”、“碳达峰”领域进行了全面的观测与跟踪,落实节能减排与碳汇资源的保护。四象爱数科技作为面向全球的时空数据产品服务商,基于自身的技术优势切实地帮助了国家双碳目标的推进,并且获得了优秀的成果。
以下为四象爱数科技创始人、CEO郗晓菲在2021【创智工业论坛】演讲实录:
谢谢各位,非常感谢刚才三位嘉宾分享,让我们从各个角度了解碳中和对企业、对国家发展的巨大推动作用。今天我的分享是《“千里眼”助推“碳中和”——卫星遥感技术技术解决方案》。
关于卫星,第一类是在500公里,甚至3万公里高度上,用各种手段给我们讲述故事的通信卫星,其重要作用是信息传递,在通信领域“建天网”。第二类是导航卫星,定位识别,我国目前已经投入使用的北斗体系,与美国GPS体系、欧洲和俄罗斯四大定位导航体系,已经开始对全球进行服务。第三类是遥感卫星,被称为“上帝之眼”,我们四象爱数团队在遥感卫星领域不断发力深入研究。今天分享如何基于遥感卫星这一“上帝视角”,对碳中和、碳达峰领域的全面观测和跟踪。
卫星遥感是相对比较特殊的领域,我们用一张图来解释遥感卫星的特性,它最高分辨率为0.1-0.3米,可以通过500公里的高度,对0.1-0.3米的地上的物体进行监测,是否在工作,是否在移动,是否在变化,是否在增长或者减少,都可以在500公里的高度上对它们进行量化跟踪和解释。它最大飞行速度为每秒7公里,我们经常说“天上一天地上一年”,对于卫星而言,它俯视地球表面,会以一个特别快的速度对地面信息进行获取,监测角度是非常宏观的,单景图像最大范围9万平方公里,我们一眨眼的时间,它就可以获取一个大城市全部的地面信息,并且以一个宏观的角度去分析它们的内部信息,比如热量、流量、碳流量、物质流量、资本流量等。
轨道高度500-800公里上全球已经分布了300多颗遥感对立观测卫星,我们正基于这些手段,对地面地表的一些信息进行分析。遥感卫星跟导航可能不太一样,其实遥感卫星数量质量都挺提升了,现在速度非常快,可以实现每天绕地球15圈。
遥感卫星开始于70年代,到现在已经经历漫长几十年的发展,在灾害应急响应、智慧能源监测、智慧城市管理、金融大数据支持、环境保护、自然资源管理等方面得到广泛运用。为了实现“碳达峰和碳中和”目标,需要有充足数据支撑,通过遥感卫星对这些数据进行核实和量化。
卫星遥感助力“碳中和”,一是碳吸收,二是碳监测,三是碳减排。碳吸收和碳减排都是以碳监测为核心的,让碳排放量更加精准。首先是碳吸收,在陆地生态系统和海洋生态系统,固碳能力各个方面得到体现,对生态系统全方位监测,为了更精准的碳汇资源的储备和交流,卫星遥感在碳监测方面既是宏观的,也是微观的,同时是可以落地的,目前通过卫星遥感手段可以达到追踪高能耗排放的监测,同时进行宏观碳排放计算,刚才提到风能,太阳能的工厂,以及平台所能提供的碳中和的量,通过遥感卫星可以很精确计算到每一个区域的风能带来多少电量,光伏带来多少电量,同时林地、湿地、海洋环境可以带来多少碳的中和量,都可以进行量化性地计算。
通过对碳监测和碳吸收两个量的评估和监测,可以达到碳减排的目的,切实保障清洁能源发展,推动产业升级,保护环境的同时,也是对碳吸收打下基础。
遥感技术离地球这么远能监测什么?
首先可以监测温室气体,通过大气宏观排放量监测温室气体排放量,之前做过一个调研,化石燃料经过一系列利用后,我们可以计算出碳排放量,其实化石燃料在整个工业链以及商业链中,是有一定的缺损、转移或者转化,对这个过程的计算公式往往不简单,各大企业的排放,我们通过一个反向的量化计算,可以得出一个区域,甚至一个工厂的所属范围,在一定时间段之内的碳排放量,从而把碳指标固化下来。
其次是区域分析精准助力城市结构的发展。我国提出城市精准化管理,在这方面,遥感卫星利用空间时间的计算量,重新规划产业布局和产业分布,从而对碳排放和碳中和提出一个更合规的方案。
现在遥感卫星已经可以精确跟踪火电厂运转、每天发电量以及炼化企业的开工状态,我国炼化企业主要分布在北部沿海和南部沿海,全球重要的炼化企业的分布都在遥感技术的观测范围之内,我们实现了全球观测精度从每天4次提升到每天5次,根据这些数据可以检测污染气体的排放量,传统煤电排放量230-800克/千瓦时,清洁能源排放量只有其1/30,不断用清洁能源替代化石能源是达到碳达峰碳中和的重要手段。
刚才提到风力发电,水力发电,光伏和核能等新能源的利用,是碳中和很重要的手段,清洁能源量有多少?事实上,很多企业和行业有自己的计算方式,宏观层面来讲,通过卫星这一“上帝视角”,计算出行业整体每天的发电量,对电网的发展是有贡献的。其实风电和水电以及光伏的发电,不是特别稳定,只有自然条件达到一定程度之后,才可以实现能量供给。其实我们是可以预测风电和水电发电量的,用来降低电网压力。之前举了一个例子,我国内蒙古有很多风电发电厂,每天供连量分峰值和谷值,差异量在正负15%左右,对电网造成的压力非常大,但是如果把电网发电的峰值和谷值提前两小时进行预告,电网全网就可以做智能化的资源匹配,可以达到不影响电网正常运营的情况下,充分利用风能和光伏。遥感卫星下一步即将在这个领域发挥作用。
实现碳中和,一方面是怎么减排,另一方面是怎么低碳。从工业化和数字化等一系列环节努力,带来高效减排的目的。风能、电能、光伏、水利、核电等也是能量利用,并不是替代手段,只是降低了碳排放的比例以及效能。现在国际上一些比较先进的观念认为,生态系统是最大的固碳系统,要做到固碳才能为减排和碳中和打好基础,固碳是既宏观又专业的领域,我们四象爱数科技现在跟中科院的相关单位以及跟国科大相关单位进行合作,进行了一些研究,森林物种分布和成长年限及种类的选择,可以作为陆地生态固碳特别大的基础和基数,但是如何去精准化调配呢?哪种植被固碳量最大?卫星遥感在其中发挥很大的作用。陆地固碳过程中,自然环境还在往外排放各种温室气体,比如甲烷,各种含碳的或者含氮类的气体排放,这也在监测范围之内,如何在自然排放与自然生态固碳找到很合适的方案,这是遥感卫星不断努力的方向。还有植被种类的选择,除了森林以外,还有草原、灌木、湿地、水体,甚至水体还要细分成江河或湖泊,对这些进行监测,都可以作为下一步生态固碳的基础。
除了陆地固碳系统,还有海洋生态固碳系统,通过实地检测,结合卫星分析得出结论,当我们进行贝类,大藻类,海洋植物的养殖,其实为生态固碳做了很大的努力,人工养殖往往要投放饵料、养料,并且进行人工引流和捕捞,这个过程造成了很多碳排放,所以如何控制水产养殖也是卫星遥感不断探索的方向。我们四象爱数科技已经在中国东部沿海有一个非常好的试验田,在做这方面的试验,希望用两到三年时间,可以计算出一个比较优质的配比数据。
这几幅图跟大家逐一分享一下:
1、海岸带的环境调查图。我国一直在努力让海岸线的环境更健康,红树林的种植、普及就是一种拯救和复原,红树林除了固定堤防以外,碳吸收量碳固化量也是很可观的。
2、悬浮泥沙浓度空间分布图。长三角入海口,红色区域是泥沙含量比较高的,黄色和蓝色区域含量逐渐减少,海水江河湖泊里面含有的泥沙量跟固碳比例是相关的,泥沙含量过高固碳能力下降,固碳物质和与之相关的植物减少。
3、水体光伏反射率与实测氨氮浓度相关性图。各个水体的负氧量到一定程度,红色的峰值的位置,固碳能力就下降,当负氧量下降,固碳能力就上升,这是两个相反的曲线,当这两个曲线交叉向前,会找到特别平衡的的一个点,一手抓养殖,一手抓固碳量。
固碳能力实际上是生态的健康和修复能力,我国地大物博,植被多样化,生物多样性丰富,水体丰沛,如何利用这个基础,完成固碳的指标,甚至可以协助碳中和碳排放的手段,是各个行业都需要不断努力和研究的方向。
北京四象爱数科技有限公司成立于2017年,主要从事卫星遥感和数据分析,在碳中和领域,2018年就已经和相关单位进行合作,并且投入很多精力做研究,所以在陆地固碳和海洋固碳领域,已经积累了很多数据和经验,也希望在座的各位同仁会后好好交流,我们希望听到行业的声音,毕竟我们目前是一个跨界合作的状态。我们四象爱数科技其实是做时空数据分析的,对于企业、区域、整个品类,还是相对陌生的,我们希望跟企业合作,跟区域合作,跟行业合作,大家共同探讨,并且探索出一条可以用高科技、人工智能、信息化等手段实现碳中和的道路,用今天的科技,还我们明日的蓝天。谢谢!
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