202307 丹佛斯白皮書 - 城市脫碳路線圖

1書全球總裁廣廈摩天、交通擁堵、商貿(mào)云集、空調(diào)成組...城市之所以占到全球能耗三分之二、全球年度碳排放七成，原因顯而易見1。今天，全球城市人口占比過半，到2050年預(yù)計將近七成2。如果城市不能深度脫碳，巴全球各地很多城市提出了雄心勃勃的氣候目標，并采取措施降低排放。但是，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)近期報告揭示，1.5℃溫升目標已經(jīng)漸行漸遠，如果我們“亦步亦趨而非大幅躍進”，很快就會突破這個目標3。氣候變化已經(jīng)對城市民生和關(guān)例如，熱浪和空氣污染在城市中不斷加劇4。為了守住氣候危機底線，需要快速深刻持續(xù)地做出改變。聯(lián)合國秘書長古特雷斯指出：“我們的世界需要在各個地方對所有事項同時采取全方位的氣候行動5”本文意在展示，在城市中，如何隨時隨地全面發(fā)力，從而優(yōu)化城區(qū)規(guī)劃、加速綠色轉(zhuǎn)型，城市的機遇得天獨厚，兼有可得性和經(jīng)濟性的技術(shù)已經(jīng)具備，足以實現(xiàn)全球氣候變化目標所需的減排幅度6。通過擘畫城市綠色轉(zhuǎn)型路線圖，可以展現(xiàn)城市如何奮勇當先，啟迪思維，示范綠色科技，打造宜居宜業(yè)的環(huán)境。接下22書來，我們將深入剖析城市生活各項主要活動的碳足跡，包括樓宇居所的供熱制冷、建筑路橋的施工工地、上班通勤的交通運輸、送貨排污的基礎(chǔ)設(shè)施、城市數(shù)字化依托的數(shù)據(jù)中心。未來幾年，對抗氣候變化，成敗將取決于城市。解決方案已經(jīng)具備，但還需3書丹佛斯《影響力系列白皮書》依托可靠信源，展現(xiàn)能效技術(shù)能夠如何降低脫碳成本，加速各國電本期白皮書篇幅略長，將為城市領(lǐng)導(dǎo)者、決策者和規(guī)劃者提供具體的路線圖，幫助他們消除城市的主要排放源。本文將會探討現(xiàn)有技術(shù)怎樣既改善城市民生，又提升經(jīng)濟韌性、創(chuàng)造更多就業(yè)，全面但是，本文既不能窮盡所有解決方案，也不著重探討可再生能源的供應(yīng)和建設(shè)。可再生能源固然重要，研究分析已經(jīng)非常充分。至于打造步行城市、營建公園和開放空間、開拓濕地和城市農(nóng)業(yè)等城不在本文范圍之內(nèi)，也應(yīng)貫徹實施7。在城市里，交通和建筑是最大的碳排放源。因此，本文將著重于這兩個行業(yè)脫碳的各項重要抓手，adSrensensarasorensendanfosscom書本白皮書能源效率。如果中國、美國和歐洲所有城市區(qū)域建筑物的供暖和制冷系統(tǒng)都進城市交通電氣化需要大幅提速。與此類似，在政治層面，近期關(guān)注包括海運和控目標所需要的脫碳總量的28%9。我們將看到，不論是小汽車、巴士和卡車，推進行業(yè)耦合，賦能能效提升和電氣化，可以借助可再生能源，共同實現(xiàn)城區(qū)供電脫碳。在城市里，建筑、基礎(chǔ)設(shè)施、服務(wù)業(yè)分布密集，可以對接能源供需雙方，實現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)化和存儲。無論是超市、數(shù)據(jù)中心、污水處理廠，都可以推動現(xiàn)有的建筑、交通和行業(yè)耦合技術(shù)的實施，將助力加速減排，幅度可達45書1226書第一章將圍繞供人民生活工作休閑的建筑，探討供熱第二章將圍繞各類運輸車輛，探討減排機會，既包括重型建筑車輛，也包括通勤所需的小汽車和巴士，乃第三章將圍繞城市碳足跡中常被忽視的方面，例如污水處理廠、供應(yīng)食品日雜的超級市場、支撐城市數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)中心。三者的共同點在于，都能運用全球存量最大的待開發(fā)能源?余熱。7書城市脫碳路線圖的起點是工作生活休閑所在的建筑。不論是家居、寫字樓、醫(yī)院，還是學(xué)校和工廠，都需要能源提供電力、供熱和制冷。建筑是全球能源相關(guān)碳排放的第二大來源。在全球能源相關(guān)碳排放中，有28%來自建筑的日常能耗11。在城市中，建筑往往占以上12。隨著氣候不斷變化，溫度必然升高。建筑要維持適宜溫度，能耗將會進一步增加。高溫酷暑、熱浪襲來，都會增加空調(diào)用能13。世界人口不斷增長，需要更多建筑，才能安居樂業(yè)。若要達到巴黎協(xié)定的溫升目建筑脫碳要想有效，須從能源供需兩側(cè)發(fā)力。務(wù)必確國際能源署測算，若在2050年前實現(xiàn)凈零排放，近85%的建筑必須做好零碳準備，既要達到高能效，又要適配脫碳能源14。為此，多數(shù)現(xiàn)有建筑需在2050年前進行改造，且所有新建建筑必須在2030年前做到零碳就緒。但是，現(xiàn)在已經(jīng)偏離了正軌：截止2022年9現(xiàn)有建筑的改造率僅為1%左右，需要翻一番；僅有5%的新建建筑做到零碳就緒15。但是，達到建筑能降低建筑能源強度，需要統(tǒng)籌主動和被動措施，涵蓋采取建筑設(shè)計或改善維護等被動措施，也可以顯著降低供熱制冷、通風(fēng)采光等高耗能流程的能耗。不過本8書主動措施通過計量、監(jiān)測和控制建筑能耗，實現(xiàn)建筑節(jié)能。盡管安裝節(jié)能照明或供熱裝置對于降低總體能耗意義重大，但也必須實施主動措施，確保照明和供不論是舊房改造還是新房建造，主動措施的節(jié)能效果都是立竿見影，相比當前水平具有更強的經(jīng)濟性，而這些還尚未被充分認識到。下文將會介紹多項節(jié)能潛力巨大的技術(shù)。哪種(供熱或制冷)主動措施效果更好，往往因地而異。下述實例對于建筑供熱意義尤其建筑99書用溫控閥自動調(diào)節(jié)室溫是最簡單的節(jié)能方式之一。雖然貌似簡單，但是暖氣加裝溫控閥之后，可讓公寓樓節(jié)能多達7%，一年就可回收成本16。但是，就是這么簡單的措適度的情況下，每年節(jié)能1300億千瓦時17。依據(jù)住戶行為習(xí)慣(例如室內(nèi)無人時降低室溫)，采用數(shù)控電子溫控閥，節(jié)能效果甚至更佳。很多供熱制冷裝置使用水力系統(tǒng)，通過管路和散熱器輸水，調(diào)節(jié)樓宇溫度。如無控制，系統(tǒng)內(nèi)的流動阻力上下波動，導(dǎo)致散熱器近泵端溫度偏高，遠泵端溫度偏低。由于缺乏效率，往往水溫過高，或者為保障遠泵住戶超配水泵。除了溫控閥，安裝具有在公寓樓中配置水力平衡系統(tǒng)，可以節(jié)約終端用能多達10%，一年收回成本18。書模型預(yù)測控制模型預(yù)測控制依托人工智能，利用建筑、天氣和用戶數(shù)據(jù)，預(yù)測供熱和通風(fēng)需求。通過模型預(yù)測控制，建筑可在需求峰值到來之前預(yù)熱，或在即將日曬時調(diào)低供熱，從而節(jié)約能源。對在芬蘭等地十萬套應(yīng)用這項技術(shù)的公寓的觀測顯示，供熱和通風(fēng)能耗分別平均降低7%和10%以上。同時，通過將能源消耗移至最經(jīng)濟的時段，可以節(jié)約建筑的能源成本多達20%19。2021熱泵將儲存在空氣、基巖、地表或地下水中的低溫?zé)崮苌量捎脺囟人?，通過為家居辦公場所供熱、制備熱水，讓這些熱能為建筑所用。熱泵聚熱而非生熱，平均只需熱泵既能供熱，又可制冷。到2050年，將有26億人生活在既需供暖又需制冷的地區(qū)。有了熱泵，他們就不需要單獨購置空調(diào)。國際能源署預(yù)計，到2030年，熱泵有望助力實現(xiàn)減碳至少五億噸，這相當于今天全歐洲所有小汽車的全年排放20。近年來，熱泵不斷普及，但在2021年仍然只占全球供熱設(shè)備銷售總額不到10%，而化石燃料設(shè)備占比則為45%21，而實際上使用熱泵的家庭或企業(yè)的能源成本低于使用燃氣鍋爐的成本22。11書無論是客運、貨運還是非公路用車，交通運輸業(yè)都耗能巨大，占到終端碳排放37%，化石能源占比高于其在大城市里，交通運輸業(yè)占到排放總量的33%24，其噪聲和空氣污染也危害人民健康，并排放了全球約一。每年會有七百萬人死于空氣污染26。12書分析城市交通減排的挑戰(zhàn)和機遇，具體而言，用車輛、重型車輛27以及公路運輸占到交通運輸排放總量的77%28，其中多數(shù)來自乘用車輛29，全球占比超過一半30。所幸的是，電動汽車銷售近年來呈現(xiàn)指數(shù)級增長。隨著充電速度、成本愈發(fā)親民、性能不斷提升，在全球范圍，%，提升到2022年的到2030年，電動汽車在新車銷售中的占比可達三分之一左右，可實現(xiàn)的減排量約等于德國排放總量。在中美歐這三大經(jīng)濟體，電動汽車在汽車銷售總量中的比要實現(xiàn)可持續(xù)的城市交通運輸，有成本優(yōu)勢的電動乘用車以及方便可及的充電基礎(chǔ)設(shè)施就必不可少。的確，政府已經(jīng)開始推動汽車電氣化轉(zhuǎn)型。例如，挪威政府的目標是，到2025年，銷售的新車要么是純電插電，要么是混合動力33。美國加州政府的目標日期則展固然可喜，汽車電氣化轉(zhuǎn)型仍需爬坡過坎，尤其是動力電池使用的關(guān)鍵礦產(chǎn)。現(xiàn)代電池由鎳鈷錳等多種礦物構(gòu)成，但這些元素儲量有限，可能威脅電動汽車的全球普及35。一項針對中國(這個全球最大的電動汽車市場)電動汽車普及率的分析表明，關(guān)鍵材料價格高企，可能阻礙中國普及電動汽車，導(dǎo)致2020-2060年公路運輸?shù)奶寂欧帕吭黾?8%。此外，如從此前預(yù)測的49%降至35%，到2060年則從67%降至然而，從汽車電氣化案例中可以看出，要加快電動車書用于電動汽車的電力電子設(shè)備對汽車能效影響很大。具體而言，在電力從電池輸往電機時，節(jié)電模組可以左右電力損耗38。在電動汽車中，電力存儲于電池，然后經(jīng)過傳動系統(tǒng)，同時功率模組控制電池和電機之間的電流。與傳統(tǒng)模組相比，由碳化硅制成的新一代模組(SiC功率模組)減少了熱耗功率，降低了能量損失60-，從節(jié)能電源模組可以根據(jù)汽車的技術(shù)規(guī)格和應(yīng)用，將電池尺寸縮小5-10%?；蛘咄ㄟ^降低功率損耗，甚至無需改變電池尺寸，就可延長續(xù)航14書盡管電動乘用車銷售迅猛加速，重型汽車卻并非如此。卡車以及長途和市內(nèi)客運巴士占到歐盟溫室氣體，在道路交通行業(yè)排放中的占比超過到機動車排放總量的一半左右44。約占巴士總市內(nèi)巴士電氣化是交通行業(yè)減排、改善城市空氣質(zhì)量的獨特機遇45。而且，如要達到巴黎協(xié)定的目標，需巴士加倍投資46。建筑機械等重型車輛電氣化的進度也遠不及電動乘用車(見表1)。為了達到全球氣候目標，急需關(guān)注重型車輛減排。對于立竿見影實現(xiàn)減排、為重型運輸電氣化鋪平道路而言，提高能效都是關(guān)鍵所在。下面看80%70%60%50%40%30%20%電動汽車在新車銷售中的占比 (重型車輛*)201520202025203020352040用車。15書到四億噸47，與國際航去，沿襲乘用車減排之路簡便易行：采用純電動挖掘機，并用可再生能源所發(fā)電力充電就行了。但是，此首先，與客車相比，挖掘機負載大得多，充電間隔長得多。這意味著，要讓生產(chǎn)效率匹敵柴油型，電池就要做得極大。因此，純電動挖掘機所用電池需要耗費大量資源，購買價格高昂，全生命周期總持有成本遠第二，在挖掘機的作業(yè)場地，未必有足以服務(wù)大量電動挖掘機的充電能源。采石場等電力充沛的工地往往體量巨大。每班始末，需要在現(xiàn)場換電、后端庫房充電?？紤]到電池重以噸計，這個過程對運營構(gòu)成挑第三，電網(wǎng)可供的綠能并非無限。而且，大量挖掘機要實現(xiàn)電氣化，所需的電量也不容小覷：根據(jù)粗略估計，全球挖掘機如果都實現(xiàn)電氣化，所需要的綠能差風(fēng)電發(fā)電量的總和50。縱然挑戰(zhàn)重重，業(yè)界已在推進電氣化。今天，三噸級輕型電氣化機械已經(jīng)問世，在城市中心區(qū)屢見不鮮。但是，要助力行業(yè)大幅度減排，還需要開發(fā)十噸級的大型電氣化機械，因為后者雖然臺數(shù)占比僅為56%，達92%51。工程機械脫碳的關(guān)鍵在于運用能效技術(shù)，快速降低挖掘機油耗，同時克服電氣化帶來的挑戰(zhàn)。能效提高了，需要的電池就可以更小，充電需求會更低，等量仍以建筑工地為例，通過研究挖掘機，就能了解今天可以如何降低重型機械的能源浪費和柴油消耗，為其電氣化鋪平道路(見圖2)。直到最近，低排放建筑工地還貌似遙不可及。但是，市場創(chuàng)新正在加速，改變著建筑行業(yè)的面貌。全球很多城市正在多措并舉，促使建筑工地減污降碳。但是，要想達到全球氣候目書未來數(shù)十年，建筑施工將在全球加速鋪開。城市要想減排，挖掘機等重型機械脫碳就至當前，挖掘機系統(tǒng)能效僅為30%。這意味著，在發(fā)動機產(chǎn)生的能量里，多達70%被浪費，沒有推動挖斗搬運土方。要想判明重型車輛能量損失原因，不能只看發(fā)動機。在建筑機械采用的液壓系統(tǒng)中，包含泵的液壓系統(tǒng)為流體(油)加壓，輸送發(fā)動機產(chǎn)生的能量，完成挖掘托舉等工作任務(wù)。無論采用電動機還是內(nèi)燃機，都能借助能效措施，大幅節(jié)約能源。例如，當車輛待機時，可以運用可變排量泵、數(shù)字排量泵、變轉(zhuǎn)速泵、分布式變頻器等解決方案，顯著降此外，使用現(xiàn)有技術(shù)，可以大大減少越野車輛液壓系統(tǒng)的能量損耗，并通過能量回收系統(tǒng)回有了這樣的能效措施，挖掘機可以采用更小的發(fā)動機、更少的燃料，從事更多的工作，降低技術(shù)發(fā)展迅速，有些措施能為15噸以上級別挖掘機節(jié)油15-30%，并同時增加載荷。不久以后，該項技術(shù)將可普及到各級別挖掘機，節(jié)油115-30%17液壓系統(tǒng)柴油機柴油輸入液壓系統(tǒng)柴油機柴油輸入8.3能量損失3.3能量損失1書有效做功綜合采用電氣化和節(jié)能方案，只需25%有效做功升和電氣化措施之后的節(jié)能潛力挖機能量輸入和有效做功之比裝備常規(guī)液壓系統(tǒng)的電動挖機能量輸入和有效做功有效做功液壓系統(tǒng)電機驅(qū)動電力輸入3.7能量損失3.3能量損失1電動高能效挖機能量輸入和有效做功液壓系統(tǒng)電機驅(qū)動電力輸入1.91.71能量損失能量損失能量損失18書港口是城市客貨水運的樞紐。在全球貿(mào)易中，八成運。航運業(yè)占到全球溫室氣體排放總量2.9%左右55。其比約為五分之一56。航運減排，大有潛力可挖，時機已經(jīng)成熟。船舶壽命通常為25-30年，常用柴油機驅(qū)動57?？梢酝ㄟ^技術(shù)改造，打破現(xiàn)有船隊的碳鎖定，促進全行業(yè)節(jié)能減排。而且，全電船舶和港口技術(shù)已經(jīng)具備，通過岸基綠能值得指出，雖然港口未必列入城市“碳預(yù)算”中，但是港口排放卻對當?shù)丨h(huán)境和公共健康影響很大。城市在港區(qū)之內(nèi)，跨運車和起重機運行時間都很長。前者置于地面，往來于船舶，裝卸集裝箱，之后碼垛，服務(wù)短途運輸。無論是起重機還是跨運車，歷來采用柴油驅(qū)動，但是依托現(xiàn)有技術(shù)，都可以利用全電驅(qū)動提，振華港機是世界上最大的港機制造企業(yè)之一，提供多類電動和混動港機產(chǎn)品。電動跨運車就是其中相比于柴油港機，電動港機可以降低排放、減少噪同樣，海船脫碳技術(shù)也已具備。渡輪、拖船、運糧船等近海船舶電驅(qū)技術(shù)已經(jīng)就緒，支持純電運行，系泊在挪威的Grovjord，三文魚養(yǎng)殖是當?shù)亟?jīng)濟支柱。在峽灣之中，首批電動作業(yè)船舶?AstridHelene號?正在航行，船上滿載著起重機等重型機械。得益于電力驅(qū)動，該船引擎無噪音、排放無油煙。世界各地運都可效仿58。在很多城市中，渡輪都是人貨車輛重要的內(nèi)水和近海采用現(xiàn)有措施，可以經(jīng)濟地建造純電渡輪，或?qū)ΜF(xiàn)有完善技術(shù)、改造電池，可讓大型船舶采用純電或混動方式，延長續(xù)航里程。此外，還可大幅降低在港船舶排放。在席凡寧根港(Scheveningen)的案例中，就書輸減排至關(guān)重要。在臺灣地區(qū)港城高雄，海上渡輪通過繁忙的港口運送貨物，其排放物大大為改善空氣質(zhì)量，官方機構(gòu)責(zé)令臺灣船運企業(yè)降低渡輪排放，旗津島旅客渡輪包括在內(nèi)。快樂號渡輪船重100噸，船長23米，日載1.5萬人以上61，且節(jié)油潛力估計過半62。減少了柴油消耗，也就降低了溫室氣體排放，并可改善當?shù)乜諝赓|(zhì)量。該船可以岸基充電，補充低碳輪相比，碳排放和空污分別減少了87%和86-99%63。其運營成本大大低于常規(guī)船舶，確保運資64。192020書純電和混動船舶在港時，可以利用岸基電源純電和混動船舶在港時，可以利用岸基電源充電。當?shù)仉娋W(wǎng)也可以通過岸基電源而非船載柴停泊該港的船舶平均每月消耗岸基供電超過10萬千瓦時。按每3千瓦時1升油計算，此舉每月現(xiàn)有電力結(jié)構(gòu)相比，大大降低空氣污染，碳減排約照明和通風(fēng)等各種船載設(shè)備之用65。采用岸基補能，船舶在港時可以避免消耗柴油，從而顯著降低當?shù)乜諝夂驮胍粑廴?。由于港口往往臨近席凡寧根港(Scheveningen)位于荷蘭海岸的中心地帶，靠近海牙，分為三個港區(qū)，每年停泊7500多艘船只。雖然第二港區(qū)的岸電已經(jīng)存33,000萬升33,000萬升柴油個港區(qū)的一個新型工業(yè)級裝置將會擴容，服務(wù)得益于新型岸電裝置，船舶在港期間，可以停用吵鬧污染的柴油發(fā)電機，降低發(fā)動機閑時空2021書備，乃至于起重機、跨可以加快交通脫碳。無論是乘用車、重型車輛，還是海上航運，能效提，從而節(jié)約原材料，并可以降低充電基礎(chǔ)設(shè)施需求，提升化的交通工具，可以縮書加速電氣化。”23書作為脫碳路線圖的最后一站，請重點關(guān)注城市能源供應(yīng)。我們將看到，對于購物、廢物管理等與城市生活息息相關(guān)的活動而言，如何通過統(tǒng)籌城市用能，實現(xiàn)在全球能源危機的帶動下，可再生能源大規(guī)模建設(shè)的勢頭空前強勁。未來五年，全球新增可再生能源裝機去二十年的總和68。24書毋庸置疑，擴大可再生能源的規(guī)模對城市脫碳至關(guān)重要，而且未來我們還將需要更多的可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施。但是，如果綠色能源得不到高效使用，即使以現(xiàn)有速度繼續(xù)推廣可再生能源，也遠不能滿足實現(xiàn)全球通過開發(fā)利用余熱，可以滿足城市很大比例的供熱制冷需求。僅是歐盟的余熱，就接近歐盟住宅和服務(wù)業(yè)建筑的能源需求總量69。全球的情況也類似。余熱的關(guān)鍵在于統(tǒng)籌城市用能。影響力系列白皮書第二冊對在城市脫碳路線圖中，余熱利用構(gòu)成了第三個重要支過去，來自鋼廠、電廠等處的余熱因為溫度很高，實現(xiàn)了回收再利用。但是，隨著技術(shù)進步，很多來源的低溫余熱也已具備應(yīng)用前景。這意味著，即便城市沒有大型工業(yè)，也有大量余熱來源，可以匯集成為可觀能源。來自污水廠、數(shù)據(jù)中心、超市、地鐵站的余熱余熱利用方式也是多種多樣。最簡單的是將余熱返回相同工藝流程。在場內(nèi)利用余熱的方法之一是安裝熱量回收裝置，以較小規(guī)模或較低溫度利用余熱。以超市為例，可以利用余熱為店面供暖、制備民用熱水。在城市層面，則可憑借密集的基礎(chǔ)設(shè)施，通過行業(yè)耦合和區(qū)域能源，提高余熱利用的系統(tǒng)化、規(guī)?；袠I(yè)耦合指的是優(yōu)化整合兩個以上行業(yè)的能源供求 (例如，電力、供熱、制冷、交通和工業(yè))。其目的在于促進不同行業(yè)之間充分協(xié)同增效，并且實現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)換和儲存。通過城市規(guī)劃和區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)，行業(yè)耦合的規(guī)?？纱罂尚?。城市規(guī)劃可以通過智能網(wǎng)絡(luò)，對接能源供需雙方，釋放行業(yè)耦合和余熱利用潛力。如果數(shù)據(jù)中心等余熱生產(chǎn)單位臨近園藝業(yè)等余熱消納大戶，就可以產(chǎn)生巨大的協(xié)同效益。在城市規(guī)劃中關(guān)注能源供需各方之間的這種協(xié)同效益，稱作產(chǎn)業(yè)集群規(guī)劃，可以推動能源系統(tǒng)脫碳。而且，通過臨近25書區(qū)域能源是為整個區(qū)域集體供熱、制冷的系統(tǒng)。其網(wǎng)絡(luò)可以綜合利用可再生能源(例如，太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能)和化石能源(例如，電廠)等各種能源，以熱水的形式通過管道輸往終端用戶。而區(qū)域供冷系統(tǒng)則是集中制備冷水，然后通過管道輸目前，全球區(qū)域能源絕大多數(shù)依賴化石燃料。國際能源署指出，到2030年，綠色能源在全球區(qū)域供熱中的占比需要翻一番，才能實現(xiàn)凈零排放70。此舉如能成今天的區(qū)域能源系統(tǒng)已經(jīng)可以支持供熱系統(tǒng)的脫碳。能源系統(tǒng)的一個主要優(yōu)勢是能夠集成多種熱源，隨著區(qū)域能源技術(shù)不斷發(fā)展，更多綠色熱源得以入網(wǎng)。今天，第四代區(qū)域能源系統(tǒng)可以接入超低溫?zé)嵩?，為能夠低溫運行的新建建筑供熱。得益于可以采用越來越多的綠色能源為區(qū)域供熱制冷，區(qū)域能源系區(qū)域能源的另一大優(yōu)勢是有助于電網(wǎng)平衡。確保供需匹配是電網(wǎng)脫碳和推進電氣化的一個重大挑戰(zhàn)。通過統(tǒng)籌能源系統(tǒng)、連接多種能源，區(qū)域能源可以實現(xiàn)靈活用電，彌合供需缺口，用足電網(wǎng)容量。對擴大采用書在區(qū)域供冷系統(tǒng)中，集中制冷裝置經(jīng)由管道向商用和民用建筑供應(yīng)冷水。為區(qū)域供冷的冷水由(海洋、湖泊、江河或地下水庫等)免費天然冷源提供，或由發(fā)電或工業(yè)的廢熱及通過集中式電制冷機制備。集中制冷系統(tǒng)里的冷水可以在夜間制備，在白天的峰荷時段配送，降低峰荷時段制冷機負荷，并利用夜間電費便宜、空間制冷約占全球用電總量10%。國際能源署估二家庭擁有空調(diào)71。國際研究發(fā)現(xiàn)，商用和民用建筑制冷需求將呈指數(shù)級增長，特別是在高收入國家，以及印供冷系統(tǒng)相比空調(diào)節(jié)能一半，并且破壞環(huán)境的含巴黎、迪拜、赫爾辛基、哥本哈根、路易港等城市的現(xiàn)有區(qū)域供冷系統(tǒng)證明，相比傳統(tǒng)分散為例，空調(diào)占到用電量七成。為了滿足供冷需求，迪拜建設(shè)了規(guī)模全球首屈一指的區(qū)域供冷制27書全球分布著數(shù)千個數(shù)據(jù)中心，很多位于城市76。數(shù)據(jù)中心只是為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供空間、電源和冷卻的建筑，擺滿了數(shù)量不等的服務(wù)器。隨著數(shù)據(jù)成為當代全球數(shù)字經(jīng)濟的命脈，數(shù)據(jù)中心對日常生產(chǎn)生活至關(guān)重要。數(shù)據(jù)中心也是用電大戶。為數(shù)以千計的服務(wù)器供電制冷，需要大量電力。國際能源署指出，2021年，數(shù)據(jù)中心耗電量達到2200-3200億千瓦時，約占全球終端電力需求的。為減小碳足跡，既要提高數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的能效，又要利用數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的余熱。多個成功案例表明，通過微網(wǎng)利用數(shù)據(jù)中心的余熱可以為附近建筑供熱，或者可以將余熱接入更大范圍法蘭克福市正在籌備數(shù)個項目，利用數(shù)據(jù)中心余熱，滿足全市住宅和寫字樓的供熱需求。據(jù)估將可以樓的全部供熱需求79。城市污水處理廠變身能作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，水的供應(yīng)和處理不可或缺，卻常被忽視。為市民提供生活用水、凈化污水，能耗巨大。全球多數(shù)城市配有污水處理花掉市政20%電費81。通過余熱的系統(tǒng)化利用，水務(wù)行業(yè)節(jié)能大有潛力可挖。污水之中富含能量，可從其中提取污泥，泵入消化池，產(chǎn)生的沼氣(主要成分是甲烷)經(jīng)過燃燒可以制熱和發(fā)電。凈水在排出前可用熱泵冷卻，借此向本地區(qū)域網(wǎng)絡(luò)供熱。這樣，污水處書在丹麥的奧胡斯市，瑪爾麗斯堡污水處理廠既降低了能源消耗，又增加了能源生產(chǎn)。從2016年到2021年，該廠能源產(chǎn)量超過污水處理能耗將近100%，足以滿足20萬人市域包括飲用水配送和污水回收、處理在內(nèi)的整個水循環(huán)的用能需求，從而將水務(wù)與高能耗脫鉤。該項目投資回收期為4.8年。據(jù)估計，70%的改進源自于工藝優(yōu)化和數(shù)字化82。聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標第6.3項呼吁，到2030年，未處理污水要減少50%83?，F(xiàn)有和待建污水廠采用先進技術(shù)，每年可以減排3億噸二氧化碳，并可每年節(jié)能3500億千瓦時84，約合德國能源供應(yīng)量的十分之一85。最后，可將污泥產(chǎn)生的余熱泵入?yún)^(qū)域熱網(wǎng)，有望滿足全球住宅供熱需噸書世界各地的城市都缺不了超市，為家庭供應(yīng)食品百貨。但是，超市也是能源強度最高的商用能約占全國發(fā)電量3%88。其中最費電的是用冷柜冰柜為食物保鮮。冷柜冰柜會大量發(fā)熱。這聽上去有悖于直覺。但感受一下家里冰箱背后的熱度，就能確認這一點。這些但是，未必只能如此。利用現(xiàn)有熱回收技術(shù)，可以利用冷藏展柜產(chǎn)生的余熱，為超市和樓宇制備熱水。即使是超市消納不了的余熱，也可市通過監(jiān)控制冷系統(tǒng)、復(fù)用并出售制冷余熱，實現(xiàn)了大幅節(jié)能。2019年以來，通過重復(fù)利用制冷余熱，滿足了SuperBrugsen超市78%的熱力需求。經(jīng)由區(qū)域熱網(wǎng)，該超市還向本地建筑售778%30書從上述案例和行業(yè)實踐中，可以看到正在推動城市綠依托國際能源署和IPCC的場景，法維翰咨詢公司 (Navigant)對中美歐部分城市為實現(xiàn)1.5℃溫升目標所采用的技術(shù)路線進行了量化分析90。交通和建筑制冷供熱占到城市排放一半以上。為讓城市在2050年達到1.5℃溫升目標，交通運輸、建筑供熱制冷和(包括重型車輛電氣化的)其它行業(yè)必須分別貢獻所需減排法維翰咨詢公司的研究揭示，節(jié)能建筑和電動交通在可以彌合1.5℃目標下減排缺口的一半。這還只是考慮了現(xiàn)有技術(shù)。除此之外，重型車輛等行業(yè)的能效技術(shù)也可做出貢獻。下面，具體看2MtCOe22050年1.5℃溫升目標所需的2050年1.5℃溫升目標所需的幅度14,00012,00018,000-20%建筑業(yè)(供熱制冷)排放-20%建筑業(yè)(供熱制冷)排放4,000-28%2,00-28%031書通過采取能效措施，城市可以大幅度節(jié)約能源、降低成本、改善市民健康和福祉。雖然能效措施經(jīng)常與建筑相聯(lián)系，但是城市生活的方方面面都可以減少能源浪費。在建筑工地，系統(tǒng)效率更高的重型機械可以大幅節(jié)油，而且挖機能效提高后可以使用體積更小的電池，從而為電氣化鋪平道路。乘用車也是同理，電力模組效率提高了，可以延長續(xù)航里程，有效提升電動車的市場接受度。此外，從數(shù)據(jù)中心到超級市場，通即使只看建筑業(yè)排放，也占到全球能源相關(guān)排放總量的28%92以及城市一次能源用量的40%93。建筑供熱制過程中，建筑需要貢獻20%的減排額，這一部分可以通過本文第一章這相當于把2020年2500Mt的排放量到2050年歸零。僅此一項，就占到當前全球城市年度排放的10%，需要迅速推廣城市建筑供熱制冷改造率從現(xiàn)在的1%以下提升到2-3%左右94。為此，一些城市需要將現(xiàn)有的更新改造工作增加兩倍。即便如要達到凈零目標，能效是關(guān)鍵。事實上，在全球范圍內(nèi)提升能效，可以貢獻凈零目標所需減排量的三分之一95。如果不能持續(xù)提升能效，可再生能源的的發(fā)展就達不到全球氣候目標要求的速度。采取能效措施，可以緩解電網(wǎng)壓力，擴大可再生能源在城市能源組合中的比例。而且，由于全球人口和能源需求不斷增加，關(guān)注能源浪費對于對抗氣變將會愈發(fā)重要。例如，城市制冷需求將會大幅增加，熱島效應(yīng)會讓城市比周邊溫度高出3-4℃，而且能效收益不止于氣候。提高能效、降低能耗，有助于到2030年降低全球家庭年度能源支出6500億美元以上96，并能增進幾十億城電氣化會在綠色轉(zhuǎn)型中發(fā)揮關(guān)鍵作用。特別是在城市交通領(lǐng)域，必須大大加速。同樣，重載運輸和海運行業(yè)也亟需關(guān)注。我們看到，貨運卡車、城市船舶、工作船舶、輪渡船舶、跨運車和龍門吊等港口機械全面如果中美歐所有城市都能實現(xiàn)私人和公共交通電氣化，就能貢獻巴黎協(xié)定項下1.5℃溫升目標所需的28%的減排幅度97。這還沒有包括重型車輛電動化的潛32書但是，貢獻度因地區(qū)和城市而異?歐洲為17%，美國為24%，中國為37%98。當下，我們正在激進的推動發(fā)電過程的脫碳，以往依靠化石燃料的工業(yè)和建筑業(yè)也需要實現(xiàn)電氣化。例如，用更高效的熱泵取代化石燃料鍋爐表明，能源效率和電氣化常是同一枚硬幣的兩面。電氣化可以通過用可再生能源電力替代化石燃料實現(xiàn)減排，并可以通過電力技術(shù)的更高能效實現(xiàn)節(jié)能。例如，純電船舶比燃油船舶效率提升近乎一倍；而且，考慮到壽命長達25-30年，能效提升將可抵消交通運輸業(yè)的電氣化不但可以減排，而且還可以降低空氣污染，后者對市民健康的威脅越來越大。憑借現(xiàn)有電氣化技術(shù)，有望在2050年前實現(xiàn)每客公里脫硝行業(yè)耦合可以賦能提高能效、推廣電動。在城市中，建筑、基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)業(yè)密集分布，意味著能夠?qū)映鞘心茉垂┬韪鞣?，從充分利用城市設(shè)施運營的副產(chǎn)品-余熱。因此，行業(yè)耦合可以大量節(jié)能，從而擴大可再生能源在城市能源結(jié)構(gòu)中的占比、加速邁向由可行業(yè)耦合，特別是