2021【界面创智工业论坛】北京四象爱数科技有限公司创始人郗晓菲:“千里眼”助推“碳中和”——卫星遥感技术解决方案

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,超30家企业、品牌亲临,前瞻工业发展新动态!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。

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。其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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