碳中和的卫星视角

Nov 04, 2021

这周三,动力煤、双焦主力合约终于企稳,但煤炭的期、股市场会不会再迎来长红,分析师们的意见有大大的分歧。一派认为政策上要求各煤炭企业站在政治高度上增加生产,保供给控通胀,另一派认为全球煤炭产能全部进入收缩时代,中国这30年甚至更长久的战略就是要淘汰化石燃料,松一时紧一世。在新能源发电还不能马上大量的替代“旧”能源的当下,从供需的常规逻辑,化石能源反而有几年好价格的预期;但大家也都有共识,在中国谁和政策对着干,谁就是自讨无趣。

投资的过程是资金的博弈,更是心理的博弈。人心的复杂,Smith(黑客帝国中的大反派)级别的人工智能也无力破解。而产业的趋势还是非常清晰的:中国只给自己留了 30 年的时间,所以一切在其他国家发生的减排、替代、回收、改造和捕捉的过程,在中国都将更加剧烈地进行。每年市场上新旧能源价格的波动很难预测,但可以很确定的说,如果这一代初入职场或者说职业生涯还有 15 年的人所处的行业和碳中和政策正好背道而驰,那么之后将面临非常艰苦的局面。比如,如果一个毕业生在 2011 年加入还在采用高炉炼钢的钢铁行业,那些工厂当年都还在开足马力生产呢,但10年后,Ta有一半的概率会遇到工厂关停。

每每想到此,都为自己投身在数据的行业中而感到庆幸——我们走在趋势之上,即便在历史长河中也是暂时的。我每天带着极海的人工智能小伙伴用上帝视角看数据,从南海诸岛到安德森基地,从巴西疫情到俄罗斯小麦,从星巴克美国到瑞幸中国。我也用地图看全球新能源的发展。在这个时候,我对世界的观察,用“上帝视角”来做比喻,是因为大家都这样说,而更恰当的类比应该是一颗能瞬间漂移到太空中的卫星,镶嵌着一台焦距可调深浅的相机,在为地球上的“古今多少事儿”做快照。只不过我作为一个能动手做地图的地图客,我在主动的创造一张张快照。

在中国陆地上的风力发电机组,覆盖的已经很广了,但仍然有大把的优秀风场可供选择。我用极海上图SaaS产品制作

当年踏足月球的先贤们,他们即便有如此之大的幸运可以用肉眼远眺蓝色星球,也会羡慕当下的我们,可以足不出户,宅着就欣赏了地球的曼妙。更重要的是,无论是卫星影像、无人机照片还是全球各个角落里的地理达人们分享的带位置标签的数据,都得以在开放的互联网地图平台中分享,让对地理的兴趣和对数据的洞察可以叠加生产新的见识。风场叠加地形可以生成风电机组建设的潜在位置,这样的数据探索作为非专家的爱好者也可以去做。

阿波罗11登月任务从月球上看到的蓝色星球 @NASA/Gettyimages

未来30年,中国最大的行业投资很可能就在新能源上,而且推动全球技术革命滚滚向前的最大推手也可能就是能源转型。咱们中国已经制订了碳中和的几步走战略:从淘汰,替代,到回收(钢、铝、锂、热),再到捕捉和封存。捕捉(温室气体)以后的环节都太难太难了,以目前的技术水平,就是做做预研。要想能规模化开展,乐观点的时间都得2060年以后了。当下看起来最为重要的环节就是用风力和太阳能大规模的替代传统能源发电,并将其储存起来。在这个重要的环节上,上下游的各种资源都有可能随着大行业的发展而得到因新需求的产生而引发的眷顾。在这其中,无论是细颗粒度的高端制造一定要依赖的工业数据,还是宏观尺度为将会出现跨全球红红火火的碳交易而用于监测的环境数据都将因此而大受关注。

风机矗立在山丘中,连同影子与干涸的河谷一同点缀大地的沧桑(从上图坐标中对应内蒙某处的遥感影像)

在清洁能源中,相比风能和核能(我个人也期待可控核聚变,但估计有生之年仅仅就是个期待了),全球观点一致更看好太阳能。不敢说太阳能的技术成熟度已经到了进步空间很小的地步,但至少在中国,从硅料到硅片一直到电池片和组件都具有领先世界的成熟产品和技术供应链条。如果在能源管理和储能上再有大的突破就完美了。很快,太阳能就跟畜牧业一样,找一块空地儿,放“硅羊”就行了。土地的规划管理、确权,生态环境的评估和保护,都是大大的数据话题。曾经被认为的“废地”,也有了土地上的增值。而这种增值出来的土地面积是巨大的,也是需要优中选优的。

太阳能会成就“另类的农场”吗?我们要用种地的思路去看太阳能资源吗?图为甘肃敦煌太阳能产业园

土地大国又要占便宜了。中国的国情保证了土地的国有,并且西部大量的没有利用起来的土地恰好光照资源充足。即便就是在土地私有化的美国,尽管土地征用会带来谈判上的挑战,但土地可用性并不能限制住太阳能电站的部署。2050年,陆基太阳能技术需要的最大陆地面积相当于美国大陆表面积的0.5%。这一要求可以通过多种方式来满足,就是单单将废弃(disturbed)的土地利用起来,就可以避免与当前在使用的高价值土地发生冲突了。

适合建设太阳能的废地和污染地区与美国其它地区的面积对比,看得出很少的土地带来很大的收益。2050年太阳能所需的最大土地使用量(美国能源部9月份的研究报告《太阳能的未来》)

咱们的狠话已经喊出去了,为实现这个目标,我国计划投资的规模巨大,可能会超过 100 万亿,是建国以来最大规模的基础设施投资,直接会拉动围绕新能源技术的产业机会自然是不必说,对于我们大数据行业,也可以畅想。容易想到的,这么多因风口资金而一飞冲天的商业航天卫星有了新的演武场。国际上为监测温室气体已经有航天器陆续执行任务了:第一个对地表附近的二氧化碳和甲烷敏感的天基传感器是ESA的 Envisat SCIAMACHY,它在2002年至2012年期间运行;第一个专用的天基温室气体传感器是日本的GOSAT,于2009年发射,随后NASA的OCO-2于2014年发射,紧接着的是2018年的GOSAT-2和2019年的OCO-3。咱们中国第一颗温室气体卫星Tansat于2016年发射,提供对二氧化碳分布及其在季节性时间尺度上变化的空间估计。

像监测灾害天气一样,可以专项监测碳排放的卫星。图片@华盛顿邮报

我们不能说在未来在所有的领域,中美都是竞争关系。但在新能源和太空行业,确定无疑是中美比拼技术的竞技场。一方面发展自有可控的技术和供应链体系,是贸易摩擦以及新冠疫情后的全球各个主要大国的共识,另一方面争夺国际争端的话语权也需要全球级别的情报和对数据的高效处理能力。卫星影像是绕过“地球表面”封锁的最佳数据来源,用趋于开放的数据解读出用于决策的情报,在碳交易,乃至潜在国家级别的碳税、碳罚款谈判中作为依据都至关重要。立足国内,放眼国际,对别国进行监测,我们也能做,也应该去做。

2018年12月1日至2019年3月31日在美国大陆上空甲烷(上图)和对流层二氧化氮(下图)的TROPOMI(欧空局的哨兵5卫星)影像处理结果。数据是在0.1°×0.125°经纬度网格上进行的分析。原图引自Nature论文《美国油气产区甲烷的每日卫星观测》

不消说我们紧盯着老大,就是观察到的那些“小国”,也都在积极布局航天工业。只要有卫星上天,大概率会越来越开放的提供出来影像数据,也就会涉及到全球大量的数据需要处理,对于和数据相关的上下游企业,就是发展的机会。只不过有些机会已经显现,另外还有大量的机会跑在路上而已。

英国将发展航天工业作为其国家重要的战略。原图参考英国《国家太空战略》

总结:卫星在距我们头顶仅160公里处围绕地球运行,使我们与朋友、家人和同事保持联系。它们支持我们现在和未来的安全与繁荣,使我们能够航行于海洋,保障我们军队的安全,监测气候和预报天气。碳中和是未来中国30年最大的战略,来自卫星的影像数据不只是看看好玩。我们作为追求走在前沿的数据工作者,有责任将更多、更好的数据汇集到这个大战略中。既是比拼,也是创造,比拼对数据的精炼,创造数据的新能源。

王昊

用地图思考人生

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