能源行業(yè)影響力系列白皮書第四冊：打造未來能源系統(tǒng)

影響力系列白皮書第四冊能源效率2.0打造未來能源系統(tǒng)1丹佛斯集團(tuán)氣候方案事業(yè)部總裁電網(wǎng)作為輸送電力的基礎(chǔ)設(shè)施，并未得到人們的足夠關(guān)注。而實(shí)際上，無論是在當(dāng)下還是未來，電力對我們的意義和影響，遠(yuǎn)超我們的想象。從工廠、醫(yī)院和依賴于電網(wǎng)來運(yùn)作。停電時，失去光源只是最小的問題。在一些地區(qū)，電力中斷的情況愈加頻繁，有時持續(xù)時間也越來越長。未來，我們的電力需求將大幅增加，所以斷電這一問題與我們在未來能源系統(tǒng)中所將面臨的挑戰(zhàn)相比，影響甚微。因此，如果我們不立即重新思考能源效率，并將其置于能源政策和應(yīng)對氣候變化戰(zhàn)略的核心位置，我們將面臨比電力中斷更為嚴(yán)為實(shí)現(xiàn)凈零排放和《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)',到2050年，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的占比需達(dá)到70%左右。盡管如此，對于能源系統(tǒng)需要做出的改變，人們的關(guān)注度依然不足。如果屆時，我們確實(shí)能獲得足量的可再生能源，我們是否擁有相應(yīng)的能力和基礎(chǔ)設(shè)施，將其有效利用?為了實(shí)現(xiàn)未來能源系統(tǒng)脫碳，我們現(xiàn)在必須采取哪些措施?我們先來談?wù)勶L(fēng)能和太陽能，它們是可再生能源討論的熱點(diǎn)。風(fēng)能和太陽能所產(chǎn)生的能量主要以電力的形式表現(xiàn)出來。然而，無論是交通業(yè)、建筑業(yè)還是工業(yè)，如果我們沒有相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施來進(jìn)行有效使用，生產(chǎn)再多的電力也毫無意義。為了有效利用可再生能源產(chǎn)生的電力，我們必須展開一場系統(tǒng)化的基礎(chǔ)設(shè)施層面的變革，使能源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面電氣化。充分實(shí)現(xiàn)了電氣化的社會可以減少高達(dá)40%的最終能源消耗，因?yàn)殡娏夹g(shù)浪費(fèi)的能源比化石燃料技術(shù)更少2。與此同時，能源效率的提升措施能加速各個行業(yè)的電氣化轉(zhuǎn)型。例如，提高重型車輛的能源效率是縮小其供電所需電池尺寸的前提條件。因此，我們必時機(jī)決定一切。在未來的能源系統(tǒng)中，僅確保使用綠色能源是不夠的，我們還需要在正確的時間使用能源?，F(xiàn)在，我們的習(xí)慣和行為決定了何時需要能2同樣，大自然也決定了太陽能和風(fēng)能集中的時間，因此并不總能滿足我們對能源的需求。在可再生能源供應(yīng)不足時，我們必須使用化石能源作為替代。這不僅會提升電力成本，還會在高峰時段產(chǎn)生更多的碳足跡。幸運(yùn)的是，通過制定需求側(cè)靈活性解決方案來提升能源效率，我們可以更好地調(diào)整能源的供需關(guān)系，現(xiàn)有的提升能源需求側(cè)靈活性的技術(shù)，我們可以節(jié)省即使在未來，也并非一切都直接依靠電力運(yùn)作，因此我們?nèi)孕枵业角鍧嵉奶娲茉?，助力重工業(yè)、航空和長途運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)深度脫碳。氫能是最有前景的替代能源。未來的能源系統(tǒng)不可避免會出現(xiàn)可再生電力過剩的時期，屆時氫能將會發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，電制氫(電解水)的過程將需要大量的電力，為我們已經(jīng)過時的能源電網(wǎng)帶來巨大的壓力。然而，將能源效率與電氣化相結(jié)合，我們可以將氫能需求維持我們想要提高未來的能源效率，就必須從政策上支持高效的制氫方式。2050年地球人口將達(dá)到98億，即使能源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)充分電氣化，可再生能源的產(chǎn)量仍舊不足以滿足所有人的用能需求。為了彌補(bǔ)這部分需求差額，余熱將為我們提供最大助力。到2030年，全球能源消耗中的53%將以余熱的形式被浪費(fèi)3。然而，如果我們將這些余熱回收再利用，以取代大量的電力、天然氣等供熱所需的其他能源形式，將有助于增強(qiáng)未來電網(wǎng)的穩(wěn)定性，正如上述所示，提升能效并非可再生能源不足的補(bǔ)救辦法。在未來的能源系統(tǒng)中，能源效率必須占據(jù)中心位置，并與可再生能源的開發(fā)建設(shè)相協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)氣候變化目標(biāo)、保障能源安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并從根本上改變能源的管理和使用方式。我們將這種對能源效率的重新理解定義為“能源效率2.0”,對于我們實(shí)現(xiàn)2050年凈零排放愿景，這是最快且最具成本效益的方式。樂觀的是，我們已經(jīng)掌握了必要的技術(shù)。我們不需要魔法，而需要立即采取行動，推出相關(guān)政策，“用‘停電無光’一詞來指代電力中斷實(shí)屬不當(dāng)。當(dāng)電力系統(tǒng)崩潰時，失去光源并不是最大的問題。"3第四冊“任何足夠先進(jìn)的科技，”4第四冊1.實(shí)現(xiàn)全面電氣化從化石能源系統(tǒng)過渡到充分電氣化的能源系統(tǒng)，我們可以減少高達(dá)40%的最終能源消耗?。電氣化本身就可以提升能效，因?yàn)榇蠖鄶?shù)電力技術(shù)在實(shí)現(xiàn)與化石能源相同功能時能源損耗率較低。2.實(shí)施需求側(cè)靈活性解決方案重塑能源效率不僅要減少能源使用，還要在合適的時間使用能源。通過最大限度地發(fā)揮需求側(cè)靈活性方案的潛力，歐盟和英國每年可減少4000萬噸二氧化碳排放，減少106太瓦時天然氣發(fā)電量，約占2022年歐盟天然氣發(fā)電消耗量的五分之一。此外，到2030年，每年可節(jié)省的社會成本將達(dá)到105億歐元，家庭平均可節(jié)省7%的電費(fèi)。3.合理發(fā)揮氫能潛力利用可再生能源助力未來的能源系統(tǒng)，需要迅速擴(kuò)大氫能的規(guī)模。然而，制備氫需要大量能源；到2050年，制氫所需的電力將超過現(xiàn)在總電力需求的一半7,8.9.10。高效的電解技術(shù)對于確保能源安全穩(wěn)定以及降低氫能源需求至關(guān)重要。4.推進(jìn)行業(yè)耦合通過戰(zhàn)略性地實(shí)施行業(yè)耦合技術(shù)、充分利用余熱，我們最終可以降低對能源生產(chǎn)的需求，并最大限度地提高效率。到2030年，全球高達(dá)53%的能源消耗將作為余熱被浪費(fèi)掉!1。然而，通過更深入的行業(yè)耦合，這些熱量可以被收集和再利用，為機(jī)械提供動力，為建筑供暖、提供生活用水。5影響力系列白皮書為實(shí)現(xiàn)凈零排放，需要改變的不僅是能源的來源，能源的分部、轉(zhuǎn)換、儲存、使用和再利用的方式也必須本白皮書圍繞能源效率展開論述，展現(xiàn)了電氣化、需求側(cè)靈活性解決方案、能源轉(zhuǎn)換、儲能和行業(yè)耦合如何在未來能源系統(tǒng)中占據(jù)中心位置，從而打造由未來屬于電氣化靈活性：時機(jī)決定一切能源轉(zhuǎn)換：實(shí)現(xiàn)凈零的關(guān)鍵儲存未來能源通過行業(yè)耦合實(shí)現(xiàn)能源再利用政策建議6丹佛斯《影響力系列白皮書》第四冊，依托可靠信源，展示了對能效的另一種理解(本文稱之為“能效2.0”)對于全面電氣化和能源系統(tǒng)脫碳的關(guān)鍵作用。在各種文獻(xiàn)中，“智能電網(wǎng)”一詞被廣泛用于描述未來的互聯(lián)能源系統(tǒng)。在智能電網(wǎng)中，電氣化、行業(yè)耦合、靈活性手段、能源轉(zhuǎn)換和儲能將在一個更高效的系統(tǒng)中相輔相成，在正確的時間為人們提供正確的能源，也就是我們本冊中所指的“未來能源系統(tǒng)”。在未來想要實(shí)現(xiàn)脫碳，氫能的生產(chǎn)必須依靠電力。根據(jù)國際能源署的《世界能源展望》,本冊將使用可再生能源生產(chǎn)的氫氣稱為“低排放氫”。該術(shù)語可與“綠氫”互換，后者在文獻(xiàn)中被廣泛使用，但沒有標(biāo)準(zhǔn)定義。特別感謝NickEyre教授(牛津大學(xué)能源與氣候政策教授、環(huán)境變化研究所能源高級研究員)、JanRosenow博士(監(jiān)管援助項(xiàng)目歐洲項(xiàng)目主任、牛津大學(xué)環(huán)境變化研究所名譽(yù)副研究員、FrederikDahlNielsen(奧爾堡大學(xué)可寶貴意見和建議。本文所表達(dá)的觀點(diǎn)僅代表丹佛斯公司，其完整性和準(zhǔn)確性與其他機(jī)構(gòu)或個人無關(guān)。丹佛斯行業(yè)專家?guī)?按名首字母排序)程寶江船舶解決方案練俊新能源汽車功率半導(dǎo)體解決方案數(shù)據(jù)中心解決方案芮小東電子廠房解決方案唐小輝儲能、工業(yè)熱泵解決方案王超電氣化解決方案7要想打造未來凈零排放的能源系統(tǒng)，世界能源供應(yīng)需要在2021年至2050年間減少15%,同時可再生能源必須快速擴(kuò)張(見圖1)。2021年，全球能源的79%來自化石燃料。到2050年，這一比例必須至少減少到18%,甚至更少。這其中減少的8%必須通過碳捕集與封存來實(shí)現(xiàn)。盡管對碳捕集與封存的潛力仍存在一些爭議，但科學(xué)界的共識是，我們需要大幅減少對化石燃料的依賴。與此同時，可再生能源在2021年占能源供應(yīng)總量的11%,到2050年這一數(shù)字必須增加到70%,其中太陽能和風(fēng)能合計占39%。也許不難理解，我們需要采取比現(xiàn)有政策更多的行動，甚至需要采取比已宣布的，在2050年實(shí)現(xiàn)凈當(dāng)然，對可再生能源的投資一定與減少化石能源同步進(jìn)行13。幸運(yùn)的是，近年來可再生能源的成本大幅下降，其中太陽能和陸上風(fēng)能的進(jìn)展最快14。與此同時，煤炭的價格卻停滯不前。由于安全法規(guī)的增加，核能的價格卻顯著上漲。簡而言之，投資可再生能源而非化石能源，在經(jīng)濟(jì)上是有利可圖的。而且，隨著風(fēng)能功率轉(zhuǎn)換器和太陽能逆變器等技術(shù)的發(fā)展，可再生能源生產(chǎn)清潔電力的效率獲得提升，使得這種投資更具吸引力，這意味著我們向全世界提供的低排放能源，同時也是最便宜的、最高效的選擇。然而，在向可再生能源過渡的同時，也需要對我們的電網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)。零排放的承諾更多的行動。這也就是說，我們必須對能源供應(yīng)進(jìn)行全面革新，以打造與凈零目標(biāo)相匹配的從純粹的能源供應(yīng)角度來看，我們需要對太陽能、風(fēng)能和其他可再生能源進(jìn)行大量投資，額度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了為了使未來能源系統(tǒng)脫碳，可再生能源必須取代化石8圖1:如要實(shí)現(xiàn)凈零排放過程中世界能源供應(yīng)所必須要做出的改變，以及如果繼續(xù)按照目前軌跡實(shí)施既定政策，到2050年我們的處境。這種全面電氣化不僅會大幅減少溫室氣體排放，還將述了如何從熱生能源轉(zhuǎn)變?yōu)楣ι茉?，這是實(shí)現(xiàn)《巴我們經(jīng)濟(jì)和社會的所有功能都以熱能或做功為動力?；剂鲜菬崮艿闹饕獊碓础Ｈ紵?，化石燃料轉(zhuǎn)另一方面，“做功”是指利用運(yùn)動(如風(fēng)電機(jī)組的旋轉(zhuǎn))來提供動力。如圖1所示，這將成為未來的主要能源之一，與太陽能和水力發(fā)電等其他功生能源并駕目前，我們社會主要由需要燃燒化石燃料的熱生熱源提供動力。要實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的脫碳，我們必須從根本從熱能到電能轉(zhuǎn)換過程中的主要挑戰(zhàn)并不是電力的生產(chǎn)，而是用戶端的電氣化。目前，約80%的能源使用終端尚未實(shí)現(xiàn)電氣化17。我們面臨的變革基本上是工業(yè)革命的逆轉(zhuǎn)，也就是說不再通過熱能獲取電力以為完成特定活動提供動力，而是利用“做功”為幾乎所有服務(wù)提供能源。換句話說，既可通過做功獲得熱量，同時也為其他活動提供能源。我們迄今為止對能源系統(tǒng)的全部思考方式都將被顛覆，從用熱能做功，9影響力系列白皮書鍋爐電加熱引擎電力水電，風(fēng)能，太陽能馬達(dá)固態(tài)液態(tài)氣態(tài)最終燃料做功供熱能源來源能源來源最終燃料鍋爐能源服務(wù)固態(tài)液態(tài)氣態(tài)供熱電加熱引擎水電，風(fēng)能，太陽能電力做功馬達(dá)圖2:改編自Eyre,N.(2021)。熱生能源的來源包括生物質(zhì)、煤炭、石油、天然氣、核能和地?zé)帷９ι茉窗ㄋ?、風(fēng)能和太陽能。在可再生電力系統(tǒng)中，我們預(yù)計會有一些能源來自核能和地?zé)?，但從全球范圍來看，這些能源微不足道。熱能服務(wù)包括建筑供暖、洗滌、烹飪、干燥、蒸汽加熱和熔化。做功服務(wù)包能源網(wǎng)絡(luò)電氣化的在凈零排放的情況下，不僅能源來源必須改變，能源的使用方式也必須改變。我們的電網(wǎng)必須進(jìn)行轉(zhuǎn)型，在不犧牲舒適度、能源安全或經(jīng)濟(jì)增長的前提下提供服務(wù)。這種轉(zhuǎn)變包括：實(shí)現(xiàn)全面電氣化，大多數(shù)可再生能源都能發(fā)電。1為了配合實(shí)現(xiàn)凈零排放帶來的可再生能源大規(guī)模建設(shè)，電氣化的廣度和深度都需要更進(jìn)一步。這是本章節(jié)的要點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)全面電氣化，大多數(shù)可再生能源都能發(fā)電。122摒棄熱生能源，轉(zhuǎn)而通過電力制熱——如第13頁所述，直接通過熱泵制熱或間接上通過區(qū)域能源。在100℃以下的供熱中，電力比化石能源更高效，而100℃的標(biāo)準(zhǔn)對于建筑供熱和許多工業(yè)流程來說綽綽有余18。33在難以脫碳的行業(yè)實(shí)現(xiàn)間接的電氣化。雖然還未實(shí)現(xiàn)完整規(guī)劃，但我們必須在長途航空業(yè)、長途航運(yùn)業(yè)和一些高溫工業(yè)流程中尋找替代能源。其中最有前途的替代能源之一是低排放的氫能，我們將在第15頁對此進(jìn)行探討。20世紀(jì)是電氣化的黃金時代。隨著電力在效率、可靠性和應(yīng)用場景方面的重大突破，電力成為并一直為有了電，20世紀(jì)以來的絕大部分技術(shù)突破才得以實(shí)現(xiàn)。試想一下，如果沒有電，會有互聯(lián)網(wǎng)、冰箱既然如此，如果說電氣化定義了20世紀(jì)，我們對21世紀(jì)又能有什么期待呢?事實(shí)證明，足以改變我們生活的電力，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未被挖掘。電氣化已經(jīng)促成了數(shù)以百萬計的技術(shù)創(chuàng)新，極大地改善了人類的健康和生活質(zhì)量。就像煤炭和天然氣等化石燃料為工業(yè)革命提供動力一樣，電氣化也將為我們未來的能源電氣化的途徑說到電氣化，我們通常會想到將目前由化石燃料直接驅(qū)動的機(jī)械(如乘用車)轉(zhuǎn)換為電動設(shè)備，當(dāng)然最好然而，電氣化并不僅僅是給設(shè)備通電。例如在交通領(lǐng)域，走乘用車電氣化轉(zhuǎn)型的路徑似乎看起來很簡單：換成電池驅(qū)動，再用可再生能源充電。但對于大部分讓我們以重型車輛為例。首先，與乘用車相比，許多重型車輛的工作強(qiáng)度更大，充電間隔時間更長，這意味著它們需要超大容量的電池，才能達(dá)到柴油車的生產(chǎn)效率。其次，例如野外或大型建筑工地的場景中，操作和物流方面的障礙往往讓電池更換變得復(fù)雜。第三，電網(wǎng)中的可再生能源并非無窮無盡，挖掘機(jī)電氣化需要的可再生能源相當(dāng)可觀：據(jù)粗略統(tǒng)計，如果要實(shí)現(xiàn)全球所有挖掘機(jī)的電氣化，所消耗的能源將相當(dāng)于目前全球所有海上風(fēng)電機(jī)組所產(chǎn)生的能源之和21。既然如此，化石能源驅(qū)動的機(jī)械應(yīng)該先實(shí)現(xiàn)內(nèi)部功能(如液壓泵)的電氣化，以提高發(fā)動機(jī)效率。對于重型機(jī)械，尤其是工業(yè)、建筑和海運(yùn)業(yè)來說，這種混合電重型車輛脫碳全球工程機(jī)械每年排放400公噸二氧化碳22,相當(dāng)這些節(jié)能措施可以使挖掘機(jī)能夠用更緊湊的發(fā)動于國際航空的排放總量23。排放量的50%來自挖機(jī)和更少的燃料完成更多的工作。這些措施還可掘機(jī)24?，F(xiàn)如今，挖掘機(jī)的系統(tǒng)效率只有30%,這將電氣化所需的電池容量減少24.8%25。這類技術(shù)意味著發(fā)動機(jī)產(chǎn)生能量的70%被浪費(fèi)掉了，而不是為挖掘機(jī)的鏟斗供能。要確定重型車輛的能源損耗，光看車輛的發(fā)動機(jī)是不夠的。在工程機(jī)械發(fā)展迅速，其中一些先進(jìn)技術(shù)可為15噸以上的挖掘機(jī)節(jié)省15-30%的燃料，同時提高機(jī)器的工作表現(xiàn)26。很快，這類技術(shù)就可以應(yīng)用到所有規(guī)的液壓系統(tǒng)中，液壓泵對液體(油)進(jìn)行加壓，格的挖掘機(jī)上，甚至可以節(jié)省高達(dá)50%的燃料消以傳輸發(fā)動機(jī)的動力，從而完成起重或挖掘等工耗2”。通過提高能效可節(jié)省燃料消耗作。無論車輛使用的是電動機(jī)還是內(nèi)燃機(jī)，都可以采取節(jié)能措施大幅降低車輛的能耗。例如，通過變排量泵、數(shù)字排量泵、變速泵和分散式驅(qū)動器等解決方案，可以在車輛非運(yùn)行期間大幅降低通過提高能效可節(jié)省燃料消耗正如我們在第12頁所看到的，車輛效率的提高也為全最后，在我們的能源系統(tǒng)中，有許多領(lǐng)域無法實(shí)現(xiàn)直接電氣化或混合電動機(jī)械，或者說至少在短期內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)，比如航空、長途航運(yùn)、水泥和鋼鐵生產(chǎn)等行業(yè)。要使這些行業(yè)實(shí)現(xiàn)直接電氣化，所需的電池對于設(shè)備體積來說太大，或者需要產(chǎn)生大量的熱量(如制造水泥和鋼鐵)。雖然這些領(lǐng)域很難實(shí)現(xiàn)直接電氣化，但它們卻是溫室氣體的主要排放者，因此這些行業(yè)的電氣化將大大有助于減少溫室氣體排放和實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)。為此，我們可以在這些行業(yè)采取間接電間接電氣化主要以電解氫的形式實(shí)現(xiàn)。通過電力制氫可以間接的儲存電力，并在以上行業(yè)用作燃料。我們將在題為“轉(zhuǎn)換：實(shí)現(xiàn)凈零的關(guān)鍵”的章節(jié)中對此進(jìn)行詳細(xì)闡述，在此處僅作簡要介紹，因?yàn)殚g接電氣化案例：高效電采暖目前，全球約60%的供暖通過化石能源實(shí)現(xiàn)28,此外，與燃?xì)忮仩t相比，熱泵可節(jié)省大量能源費(fèi)目前，全球約60%的供暖通過化石能源實(shí)現(xiàn)28,此外，與燃?xì)忮仩t相比，熱泵可節(jié)省大量能源費(fèi)每年排放約4千兆噸二氧化碳，占全球排放量的用，在德國可節(jié)省45%,在法國甚至可節(jié)省60%,10%2°。這是因?yàn)樵S多住宅和商業(yè)建筑都在使用具體取決于燃?xì)鈨r格和安裝的熱泵類型3。在單燃?xì)忮仩t等傳統(tǒng)供熱技術(shù)。然而，熱泵可以提供體建筑中，特別是在城市中，區(qū)域能源是熱泵很相同水平的熱量，但能耗更低，碳排放量更少。好的替代品，可以將可再生能源和多余熱量等不事實(shí)上，對于一個普通家庭來說，熱泵輸出的熱同能源更深入地滲透到能源網(wǎng)中。當(dāng)然，熱泵也量是用于運(yùn)行熱泵的電能的四倍3°。根據(jù)熱泵類可以作為區(qū)域能源的補(bǔ)充。例如，如果區(qū)域能型的不同，即便是單個熱泵的能效也比化石燃料源網(wǎng)的溫度低于需求水平，熱泵可以用來提升或電阻系統(tǒng)高出3-5倍31,因?yàn)闊岜玫脑硎怯脺囟取ｋ娏目諝?、水或地下源源不斷地獲取已有的熱量，而不是使用燃?xì)饣螂娏Ξa(chǎn)生新的熱量。換句話說，熱泵可以循環(huán)利用熱量，從而減少加熱相熱泵的能效是化石燃料或電阻系統(tǒng)的陸路交通排放占全球能源相關(guān)排放量的15%以是我們降低陸路交通排放，實(shí)現(xiàn)2050年凈零排放的最大機(jī)遇。事實(shí)上，根據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)，目前看來，“擴(kuò)大新能源汽車規(guī)?！笔菫閿?shù)不多的幾個在實(shí)現(xiàn)凈零排放道路上進(jìn)度正常的目標(biāo)之一34。但是，新能源汽車究竟能多大程度上幫助減少碳排放呢?顯而易見的一點(diǎn)是，新能源汽車不會直接向大氣排放溫室氣體，而且電力可以做到零碳。但推動該行業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳的另一個關(guān)鍵因素是，新能源汽車的電驅(qū)系統(tǒng)比其燃燒系統(tǒng)更高效，能量損失僅為15-20%,而汽油發(fā)動機(jī)的能量損失為64-75%35。除此之外，通過采用高能效的功率模塊，還可以進(jìn)一步減少能量損耗，從而將電池體積縮小說，駕駛新能源汽車行駛同樣的距離，浪費(fèi)的能源更少，這意味著駕駛者可以用更少的電來轉(zhuǎn)頭來看看新能源汽車的生產(chǎn)過程。盡管由于電池制造過程中碳排放量大，新能源汽車的生產(chǎn)往往比使用內(nèi)燃機(jī)的汽車更加高碳，但麻省理工學(xué)院的一項(xiàng)研究顯示，由于新能源汽車靠充電行駛，生產(chǎn)過程中的排放將在6到18個月內(nèi)讓能源密集型行業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳在還不能實(shí)現(xiàn)電氣化的行業(yè)，我們至少可以實(shí)現(xiàn)脫碳。例如，生產(chǎn)鋼鐵和水泥需要極高的溫度，而電爐還無法實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。雖然高溫工藝電氣化技術(shù)已在發(fā)展，但這些工藝目前還沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模投入使用。除了化石燃料，我們幾乎沒有其他選擇。同樣，在航空和長途航運(yùn)等行業(yè)，雖然電動機(jī)可以產(chǎn)生足夠的動力，但所需的電池過于重，而且占用空間太大，以至于并不實(shí)用。在高溫生產(chǎn)和長途航運(yùn)、航空等行業(yè)，氫能都是實(shí)現(xiàn)脫碳的最大希望。水通過電解分成氧氣和氫氣，氧氣可以被簡單地釋放回大氣中，而氫氣則可以被捕獲、儲存或進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為替代燃料，如電子氨、電子煤油和電子甲醇。然后，這些燃料可用于需要高溫或長距離運(yùn)輸?shù)墓I(yè)或工藝。轉(zhuǎn)換過程中的每一步都會有能量損失。例如，電解過程中有大約30%的能量損失4。把氫再轉(zhuǎn)換成某種形式的可部署能源(如電子燃料)時，還會有額外的能量損失，因此總的往返能源效率為18-42%42。由于存在較大量的能量損失，這些電子燃料并不一定比化石燃料更節(jié)能。然而，假設(shè)用于制氫的電力來自可再生能源(2050年能源系統(tǒng)中的絕大多數(shù)電力都將來自可再生能源),這將是實(shí)現(xiàn)這些能源密集型行業(yè)脫碳的可行途徑，但這還有很長的路要走。脫碳的基本要素上述幾個案例都說明了電氣化與能效之間的緊密聯(lián)系。通過提高能效，電氣化更加容易實(shí)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)成本也更低。同時，電氣化還能降低能源損耗，從而進(jìn)一步提升能效。更重要的是，在完全由可再生能源驅(qū)動時，這些案例將會更加高效。但關(guān)鍵在于，只有通過節(jié)能措施和電氣化降低能源需求，并確保有足夠的、可滿足需求的可再生能源供應(yīng)，才有可能實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。這又回到了本節(jié)的開頭：從化石能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槌浞蛛姎饣哪茉聪到y(tǒng)，可以降低高達(dá)40%的最終能源消耗43。例如，在正常情況下，即便燃料不同，熱泵的效率也要高于燃?xì)忮仩t，即使熱泵的電力來自化石燃料的燃燒過程。通過采用電動技術(shù)，即使是在當(dāng)前的能源系統(tǒng)中，我們也可以通過減少化石能源需求來減少碳排放。然而，在未來，如果電力來源于可再生能源，熱泵的效率就會大幅提高，因?yàn)樵谙到y(tǒng)中燃燒燃料產(chǎn)生電力時，能量損失將不復(fù)存在。新能源汽車或任何其他以電力為主要能源的情況也是如此。如果到2050年，世界要依靠可再生能源，我們就需要通過提高能效來減少能源需求，同時對我們的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行全面的電氣化，以適應(yīng)能源需求。同樣，如果我們要安裝數(shù)以百萬計的熱泵和新能源汽車充電站，我們將需要可再生能源電力來供電，并確保全面脫碳。這說明，如果我們要實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的全面脫碳，就必須同時考慮能效、可再生能源和電力技術(shù)，缺一不可。能效能效能源系統(tǒng)2.0可持續(xù)能源電氣化圖3:如果我們要在2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放，就必須同時考慮能效、電氣化和可再生能源。第四冊66更高效的電氣化技術(shù)將使可再生能源更快地更大份額。”《為零排放重新定義能源效率》44提升能效可加快電氣化進(jìn)程。例如，在乘用車、重型車輛和海運(yùn)中，提升能效的措施可以減小所需的電池體積。這就意味著減少了所需的充電功率和可再生能源，從而使電氣化成本更低，更具競爭力。提升效率還可以降低對充電基礎(chǔ)設(shè)施的需求，提高車電氣化既能推動可再生能源取代化石燃料，又能以電力技術(shù)的更高效率實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約，從而實(shí)現(xiàn)減排。事實(shí)上，牛津大學(xué)的一項(xiàng)研究表明，從化石能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槌浞蛛姎饣哪茉聪到y(tǒng)，可降低高達(dá)40%的最終能源消耗45。這是因?yàn)橥ㄟ^可再生能源而不是煤炭或天然氣等產(chǎn)熱來源來發(fā)電，不會以熱能的形式浪費(fèi)能源(見圖2)。我們一天的能量消耗方式由行為決定。清晨時分，我這是一個生動的例子，說明在一個相對發(fā)達(dá)的能源系一班。但是，當(dāng)我們醒來開始一天的生活時，水流進(jìn)上學(xué)去了，大人們上班去了，家里便沒有了能源消卻開始熱鬧起來。商店開門營業(yè)，辦公室里人滿為患，火車運(yùn)行頻率也更高了。經(jīng)過短暫的午餐高峰和空調(diào)與午后酷熱的搏斗，人們從學(xué)校和工作場所返回家中。這時，我們對能源的需求陡增。準(zhǔn)備晚餐、洗衣服、看電影、入夜后開燈照明。在家里度過一個正常的夜晚后，我們和能量系統(tǒng)終于可以獲統(tǒng)中，能源需求是如何在正常工作日中循環(huán)往復(fù)的。同樣，在未來以可再生能源為基礎(chǔ)的能源系統(tǒng)中，能源生產(chǎn)也會出現(xiàn)高峰和低谷。當(dāng)人們起床或工作一天后回家時，能源系統(tǒng)中會出現(xiàn)急劇的用電高峰，但這并不總是與艷陽高照或狂風(fēng)大作的時段完全一致(見第32頁圖7)。這種不對位是我們未來能源系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。目前，即使是在可再生能源占比較高的國家，化石燃料仍被用作高峰時段的補(bǔ)充能源，這意味著我們在這些高峰時段排放的二氧化碳遠(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo)。然而，當(dāng)不能再用天然氣發(fā)電廠來滿足高峰時段的需求時，我“在可再生能源發(fā)電量較少的高峰時段節(jié)約一度電，比在可再生能源發(fā)電量過剩的時段節(jié)約同樣一度電，所產(chǎn)生的減碳價值和環(huán)境效益要大得多?！盢ickEyre教授，《為零排放重新定義能源效率》46本節(jié)介紹了實(shí)現(xiàn)更加靈活的能源系統(tǒng)的途徑，以及大規(guī)模實(shí)施需求側(cè)靈活性解決方案可能節(jié)約的能源和成什么是需求側(cè)靈活性解決需求側(cè)靈活性解決方案是指在可再生能源充足時使用可再生能源，并在高峰時段降低用電需求。這意味著要平衡能源消耗，使我們的高需求和綠電的低供應(yīng)時段不會同時出現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要方法是需求側(cè)靈活性解決方案，如負(fù)荷轉(zhuǎn)移或削峰填谷，這兩種方法或多或少都是為了減少高峰期的能源需求。要么將能源使用從高峰期轉(zhuǎn)移到其他時段，要么通過減少一種功能的能源消耗，供給給另一種功能，從而完全避從根本上說，可以在需求高峰期關(guān)閉或減少設(shè)備，而選擇在其他時間使用。雖然在某些情況下，這一過程實(shí)際上會導(dǎo)致更高的能源使用量，但容易實(shí)現(xiàn)，有時甚至更便宜和環(huán)保。因?yàn)槟茉丛谛枨蟾叻迤谥馐褂?，不僅減少了電網(wǎng)壓力，還節(jié)省了資金，因?yàn)榉歉叻迤诘哪茉锤阋?。事?shí)上，在美國，通過優(yōu)化建筑能效、需求靈活性解決方案和電氣化等手段，每年可當(dāng)需求側(cè)靈活性解決方案與高效的能源儲存機(jī)制(見“儲能”部分)相結(jié)合時，能效會更高，因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)在低需求時段自動儲存能源，以便在高需求時段使用。同樣，這也能讓消費(fèi)者在能源價格高昂、碳利用數(shù)字技術(shù)控制設(shè)備或改變使用能源的方式利用數(shù)字技術(shù)控制設(shè)備或改變使用能源的方式對芬蘭的100,000套配備了這種技術(shù)的公寓進(jìn)行或時間，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移和削峰填谷的自動跟蹤分析顯示，最大用電量減少了10%-30%48。化，主要通過實(shí)施“模型預(yù)測控制”數(shù)字工具來同時，通過將用電量轉(zhuǎn)移到最經(jīng)濟(jì)的時段，該系實(shí)現(xiàn)。以樓宇為例，人工智能驅(qū)動的技術(shù)通過結(jié)統(tǒng)可確保在不影響居民舒適度的情況下節(jié)省高達(dá)合樓宇、天氣和用戶數(shù)據(jù)來預(yù)測供暖和通風(fēng)需20%的建筑能源成本4。2021年，倫敦地方政府求，可為樓宇節(jié)省高達(dá)20%的能源成本。通過在八棟住宅樓中安裝了模型預(yù)測控制裝置，運(yùn)控制，建筑物可以在高峰時段提前預(yù)熱，或者行的前11個月就成功收回了初始成本，并節(jié)省了在太陽即將照射到建筑物外墻時降低供暖，從600兆瓦時的熱量，相當(dāng)于英國50個家庭一年的讓我們想象一下未來的情景，當(dāng)電力充足時，我們的汽車會自動開始充電，而當(dāng)電力不足時，汽車又會自動送電。在未來，供暖和制冷系統(tǒng)可以在不影響舒適度的情況下，自動在最佳需求時段運(yùn)行?；蛘撸?dāng)電價便宜時，超市里的冰箱可以自動調(diào)至超冷卻狀態(tài)。其實(shí)，這并不是科幻場景，其中許多靈活性解決方案已經(jīng)存在，而且現(xiàn)在就可以實(shí)施(見“模型預(yù)測控制”案例)。在提高能源安全的同時，需求側(cè)靈活性解決方案在節(jié)約能源、減排和節(jié)約成本方面的潛力同樣巨大。包括歐盟在內(nèi)的許多政府機(jī)構(gòu)都認(rèn)識到，需求側(cè)靈活性對于大規(guī)模整合可再生能源高，但激勵全面實(shí)施需求側(cè)靈活性解決方案的經(jīng)由丹佛斯委托，一項(xiàng)新的分析研究了需求側(cè)低消費(fèi)者的能源開支。實(shí)際上，需求側(cè)靈活性政策的潛力可能更大，因?yàn)楸痉治鑫纯紤]節(jié)省下來的配電網(wǎng)和內(nèi)部輸電網(wǎng)的投資，以及向系統(tǒng)運(yùn)營商出售相關(guān)的支持性服務(wù)可能帶來的收需求側(cè)靈活性解決方案是逐步淘汰化石燃料發(fā)電的重要工具。到2030年，天然氣年發(fā)電量會大幅減少106太瓦時，約占2022年歐盟天然氣發(fā)電量的五分之一52。同樣，到2030年，歐盟和英國每年可減少4,000萬噸二氧化碳排放，超過影響力系列白皮書與此同時，到2030年，歐盟和英國每年可節(jié)省105億歐元的社會成本，到2050年可節(jié)省155案的大部分建造成本。2050年節(jié)省的部分成本源自于電力線路投資減少的21%。10.5億歐元在最近的能源危機(jī)中，英國為應(yīng)對能源危機(jī)撥性技術(shù)，使電網(wǎng)更具韌性。這將大大減少對政府補(bǔ)貼的需求，并在社會和消費(fèi)者層面節(jié)省資金。到2030年歐盟和英國的普通消費(fèi)者可以節(jié)省7%的電費(fèi)，到2050年可以節(jié)省10%。為了實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)，歐盟和英國必須實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)電氣化。這將需要發(fā)電量的大幅增加，包括巨大的電池容量。然而，通過全面實(shí)施需求側(cè)靈活性解決方案，在2050年之前，發(fā)電量的擴(kuò)張可以減少313吉瓦，約占總發(fā)電量的10%。這包括將電網(wǎng)級的電池存儲需求從298吉瓦大幅降至2吉瓦以下。從這個角度來看，2022年全球電池容量為28吉瓦5。世界已經(jīng)面臨著電池原材礦產(chǎn)供應(yīng)鏈的壓力將會緩解，并限制礦產(chǎn)開采如果不能大規(guī)模推廣需求側(cè)靈活性解決方案，可能會對社會和環(huán)境造成重大影響。如今，我們每年要向可再生能源運(yùn)營商支付數(shù)億美元，到2030年，需求側(cè)靈活性解決方案可以將這項(xiàng)支出減少25%58。同樣，如果我們不設(shè)計一個可再生能源系統(tǒng)來應(yīng)對能源供應(yīng)不足的時期，我們就會面臨停電的風(fēng)險，這可能會造成巨大的些代價高昂的停電事故的重要工具。這應(yīng)該給決策者留下一個問題：“我們負(fù)擔(dān)得起錯過需求側(cè)靈活性解決方案的機(jī)遇嗎?”超市用電量占工業(yè)化國家總用電量的3%。而在超市內(nèi)部，制冷系統(tǒng)在總能耗中所占的比例最高。然而，通過優(yōu)化需求或負(fù)荷轉(zhuǎn)移，可以降低超市在高峰時段的用電需求。例如，利用Alsense等數(shù)字技術(shù)，可以自動進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移，將超市冷柜冷卻到比所需溫度低得多的溫度(也稱為超冷卻),在需求高峰時段之外，冷柜可以像電池一樣有效地儲存能量。這樣，冰箱就可以在能源需求高峰時段關(guān)閉，既降低了電網(wǎng)壓力，又為超市節(jié)省了開支。雖然該系統(tǒng)比傳統(tǒng)冰箱系統(tǒng)耗電更多，但通過在可再生能源充足的時候使用能源，超市可以通過降低用高峰時段的需求，減少對高碳能源的需求。欲知更多信息，請參閱丹佛斯案例研究“為世界建造更好的超市”63。靈活性能源需求可減少排放通過實(shí)施需求側(cè)靈活性解決方案，電力需求可以更好地與供應(yīng)高峰時段保持國，將能源使用從碳密集型的需求高峰轉(zhuǎn)移開來靈活性將為社會和家庭帶來重大經(jīng)濟(jì)效益減少對電網(wǎng)級電池存儲的需求可再生能源可以生產(chǎn)出大量綠電。然而，在電力供大于求的情況下，風(fēng)電機(jī)組和太陽能電池板等可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施就會被關(guān)閉。過多的電力供應(yīng)會破壞電網(wǎng)穩(wěn)定性，若運(yùn)營商不削減部分能源供應(yīng)，會為電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來影響。因此，可再生能源運(yùn)營商有時會被要求停產(chǎn)一段時間。在德國，2019年的停產(chǎn)補(bǔ)償高達(dá)到7.1億歐元4。然而，正如我們在第22頁所探討的，到2030年，需求側(cè)靈活性解決方案可以讓這種情況減25%65。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的兩個主要方法是能源轉(zhuǎn)換和儲存。在本節(jié)中，我們將探討轉(zhuǎn)換過程中的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，然后在下一節(jié)中重點(diǎn)討論儲能。能源轉(zhuǎn)換既簡單又復(fù)雜。簡單地說，就是將一種形式的能源轉(zhuǎn)換成另一種形式的能源，可以是風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，也可以是電能轉(zhuǎn)化為氫能，還可以是其他任何形式的轉(zhuǎn)換。然而，在實(shí)踐中，成功的能源轉(zhuǎn)換需要相當(dāng)復(fù)雜的工程技術(shù)。如果我們要實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的脫碳，掌握能源轉(zhuǎn)換的技術(shù)和實(shí)施方法至關(guān)重要。未來的能源系統(tǒng)中，幾乎所有的能源都來自于將太陽能和風(fēng)能等可再生能源轉(zhuǎn)化的綠電。此外，氫能轉(zhuǎn)換將成為儲能的主要形式。接下來讓我們深入探討如何提供足夠的電力來支持氫能生產(chǎn)，以及這一過程如何幫助穩(wěn)定電網(wǎng)。未來，我們將需要大量低排放的氫能，以實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)。一方面，氫能是儲存多余可再生能源電力的有用工具。而同時，氫能在生產(chǎn)低排放鋼鐵、電子氨氣、電子甲醇和其他電子燃料的行業(yè)中也至關(guān)重要，因?yàn)闅淠芸梢蕴娲剂?。此外，它還有潛力成為一種可持續(xù)的低排放燃料，用于長途國際航運(yùn)、重型卡車甚至飛機(jī)等難以減碳的領(lǐng)域。雖然各項(xiàng)研究的結(jié)果不盡相同，但總的來說，氫能在能源組合中所占的比例只會繼續(xù)增長66676869。但是，如何才能實(shí)現(xiàn)這些宏偉的制氫目標(biāo)呢?未來，電解水，也就是通過將水分離為氫氣和氧氣而將電能轉(zhuǎn)化為氫能的過程將大規(guī)模推廣。如果為這一過程供電的電力來自可再生能源，我們就可以間接地使任何可以使用氫能，或由氫能產(chǎn)生的電子燃料的行業(yè)實(shí)現(xiàn)電氣化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脫碳。然而，電解水過程需要大量電力供應(yīng)。據(jù)國際能源署估計，到2030年，我們將需要額外11EJ的氫能，到2050年將需要54EJ的氫能70。從這個角度來看，氫能將不可避免地推動綠電供應(yīng)的擴(kuò)大，如何為電網(wǎng)提供這一部分電力，將成為未來的一大挑戰(zhàn)之一。要生產(chǎn)2050年所需的低排放氫，需要大量的投資75。但未來我們究竟需要多少氫呢?歐盟計劃到2030年生產(chǎn)和進(jìn)口總計666太瓦時的氫，全部由低排放源生產(chǎn)76。這相當(dāng)于約140座核電站的發(fā)電量7太陽能和風(fēng)能、區(qū)域供熱和高效熱泵，將對氫的需求量減少到約116太瓦時(不到原計劃的五分之一)78。無論如何，到2030年獲取116太瓦時的氫仍然是雄心勃勃的，而且所需的電力將對能源網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全整個能源系統(tǒng)，包括家中的電源插座，都調(diào)整到了一個特定且穩(wěn)定的電壓和頻率。要維持電網(wǎng)頻率，需要大量的工程設(shè)計。然而，當(dāng)電力供需不匹配時，這一理想頻率就會失衡，從而導(dǎo)致能源供應(yīng)出現(xiàn)問題。熱電廠機(jī)組的產(chǎn)能調(diào)整空間較大，可以有效地起到穩(wěn)定電網(wǎng)的作用。換句話說，當(dāng)需求增加時，電廠可以在短期內(nèi)向電網(wǎng)輸送更多的電力，也就是讓電網(wǎng)有足夠的時間向機(jī)組注入更多的蒸汽，類似在汽車駛近山坡氧氣電力氫+水圖5:通過電解將可再生能源轉(zhuǎn)化為氫影響力系列白皮書在未來的能源系統(tǒng)中，我們將從集中式發(fā)電轉(zhuǎn)向分散的新能源發(fā)電。這些新能源沒有體積龐大的傳統(tǒng)熱電機(jī)組穩(wěn)定，因此我們必須思考出其他辦法來穩(wěn)定電網(wǎng)。在較短時間內(nèi)，電池可以很好地彌補(bǔ)供需之間不穩(wěn)定的情況。在較長時間的不平衡情況下，例如連續(xù)幾天或幾周風(fēng)力強(qiáng)勁時，系統(tǒng)中的電力就會過剩。在這種情況下，提高制氫量有助于消耗掉過剩的綠電，氫能不僅能為電網(wǎng)穩(wěn)定和能源安全帶來好處，還能幫助降低成本。根據(jù)供求關(guān)系的基本規(guī)律，產(chǎn)量高時電價便宜，產(chǎn)量低或供小于求時電價昂貴。但是，氫的生產(chǎn)可以根據(jù)電價的高低來調(diào)節(jié)。因此，一旦要的基礎(chǔ)設(shè)施到位，在電力生產(chǎn)量大而需求量小的時段生產(chǎn)氫將具有經(jīng)濟(jì)意義，從而確保在可再生能源過氫是一種有效的能源載體，其最終用途多種多樣。然而，與所有形式的能源一樣，如果我們要向可再生能如果用氫來為建筑供暖，那這實(shí)際上是在低效的使用氫能。如果要利用海上風(fēng)電場生產(chǎn)的低排放氫為英國家庭供暖，我們將需要385吉瓦的產(chǎn)能來生產(chǎn)足然而，全球海上風(fēng)力發(fā)電量預(yù)計在未來十年內(nèi)只會增長380吉瓦'。但如果我們改用熱泵和區(qū)域能源為英國供暖，所需的發(fā)電量就要小得多。使用熱泵，67吉瓦的發(fā)電量就足夠了，如果我們?yōu)槿丝谳^稠密的地區(qū)提供區(qū)域供熱，所需的電力甚至更少。這樣還可以更方便地利用周圍建筑物和工廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱為家庭供暖。而如果用采用氫能作為供熱的熱源，那么我們則需要建設(shè)一個占地52,000平方公里的海上風(fēng)電方公里的風(fēng)電場。概括來說，用熱泵為英國供暖所需然而，正如上文所述，氫有許多很好的用途。對于難以脫碳的行業(yè)，我們不能依靠電池，因?yàn)橛糜诩b箱船或國際航空的電池實(shí)在是太大了。不過，我們可以用氫生產(chǎn)電子燃料來降低交通部門的排放。未來，我們有望看到使用電子氨和電子甲醇航行的輪船，以及使用電子煤油飛行的飛機(jī)，所有這些都是用氫而不是化石燃料生產(chǎn)的。鋼鐵生產(chǎn)等其他行業(yè)需要極高的溫影響力系列白皮書第四冊用熱泵或綠氫為英國供暖綠氫385吉瓦裝機(jī)量52,000平方公里的海洋面積個個個個個個70吉瓦70吉瓦家庭供暖個個個個個個77吉瓦可再生氫107吉瓦可再生氫77吉瓦可再生氫107吉瓦可再生氫存房量熱泵67千兆瓦裝機(jī)容量9,000平方公里海洋面積個個個26吉瓦可再生電力23吉瓦電力家庭供暖存房量SS來自環(huán)境的熱量SSS與熱泵相比使用氫為建筑供熱所需的海上風(fēng)力發(fā)電量是后者的6倍未來，制氫將對電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的拉動作用，因此我們必須確保生產(chǎn)過程盡可能高效，避免對電網(wǎng)造成不必要的干擾。氫通過電解水生產(chǎn)，電解器利用電力將水分離成氧氣和氫氣。所有電解器都使用直流電(DC),而電網(wǎng)則使用交電流始終朝一個方向流動，而電網(wǎng)中的交流電則周期性地改變方向。這意味著需要將交流電轉(zhuǎn)換成直流電才能制氫。低質(zhì)量的交流/直流變流器會干擾電網(wǎng)中的交流電，因此需要加入其在討論氫的生產(chǎn)時，低質(zhì)量的變流器對電網(wǎng)的干擾愈發(fā)受到關(guān)注。此外，這種變流器還會向電解設(shè)備輸送低質(zhì)量的直流電。不過，現(xiàn)在的市場上已經(jīng)有了更好的變流器，幾乎不會對電網(wǎng)造成干擾，從而不再需要補(bǔ)償設(shè)備，同時還更清潔的直流電源可將生產(chǎn)的整體效率提高約1%82。雖然這聽起來并不多，全球制氫用電量的1%卻足以滿足倫敦四年的用電量，從整個電網(wǎng)的角度來看可以大幅降低成本。同樣，由于減少了對補(bǔ)償裝置的需求以及隨之而來的維護(hù)工作，恰好抵消掉了高質(zhì)量轉(zhuǎn)換器的部分成本。在一定情況下，更好的設(shè)備不僅能簡化系統(tǒng)，未來全球制氫用電量未來全球制氫用電量的1%足夠倫敦使用4年多余的可再生能源可以氫的形式儲存起來。雖然這種轉(zhuǎn)換會帶來能量損失，但氫能將是鋼鐵生產(chǎn)、長途航運(yùn)和遠(yuǎn)程航空等行業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳的關(guān)未來，氫的生產(chǎn)將對電網(wǎng)產(chǎn)生巨大影響，因此必須確保盡可能高效地制氫，避免對電網(wǎng)造成不必33氫能供暖效率極低。利用海上風(fēng)電場生產(chǎn)的低排放氫為英國家庭供暖，需要385吉瓦的產(chǎn)能才能生產(chǎn)出足夠?yàn)橛┡臍?。如果轉(zhuǎn)而使用熱泵，僅需67吉瓦的產(chǎn)能。如果人口稠密地區(qū)使用區(qū)域儲能對未來的智能電網(wǎng)至關(guān)重要。隨著電網(wǎng)走向去中心化，我們更需要存儲能源，以便在能源不足時提供電力。事實(shí)上，從2020年到2026年，全球儲能裝機(jī)量預(yù)計將增加56%,主要原因是全球?qū)`活性方案和儲儲能并不是一項(xiàng)簡單或低成本的事情，因此在選址和技術(shù)路線選擇方面，需要格外慎重。合適的儲能方案取決于許多因素，如地理位置、能源來源、土地使用情況、儲能時長以及需要從儲能裝置中獲取電力的時間。有許多儲能技術(shù)可以采用，有些現(xiàn)在已經(jīng)成熟，有些則處于前沿。下一頁，我們將介紹幾種關(guān)鍵技術(shù)光伏電站會在每天需求高峰出現(xiàn)之前產(chǎn)生多余的電力(見圖7)。然而，只有將這些多余的電力儲存到傍晚和夜間使用，我們才能實(shí)現(xiàn)對可再生能源的依賴。短時儲能的一些理想解決方案包括鋰電池和熱儲存，例如區(qū)域能源。當(dāng)電網(wǎng)中有大量綠電時，區(qū)域能源系統(tǒng)是儲存熱能的絕佳解決方案，可以按需供熱或供這一特點(diǎn)使區(qū)域能源成為需求側(cè)靈活性措施的重要手段(詳細(xì)內(nèi)容見第20頁關(guān)于需求側(cè)靈活性措施的部正如每天都存在用電高峰一樣，用電量也存在季節(jié)性變化。在高緯度地區(qū)，冬季需要為家庭供暖，而中低緯度國家在夏季對空調(diào)的需求較大。同樣，在高緯度地區(qū)，夏季生產(chǎn)的綠電更多，但冬季對電力的需求最大，兩者之間也會存在時間差。為了填補(bǔ)這一缺口，我們必須考慮長期儲能方案?？紤]到成本及其長時儲能損耗的問題，鋰電池并不是有效的解決方案，就像家里的AAA電池一樣無法持久。熱能儲存、氫能和抽水蓄能電站是更好的長期儲存方案，這些方案可以儲存大量能源，而且隨著時間的推移損耗非常小，每兆決定使用哪種儲能解決方案的另一個重要因素是成本。各種技術(shù)的儲能價格普遍下降，儲能規(guī)模越大，單位儲能成本越低。盡管預(yù)計未來所有技術(shù)的成本都會降低，但目前熱存儲、轉(zhuǎn)化為氫儲存和建立抽水蓄能電站的成本最低，而且未來成本將持續(xù)降低85。鋰電池的價格預(yù)計會下降，但這種技術(shù)對關(guān)鍵礦物質(zhì)的短時儲能冬天春天夏天秋天圖7:短時與長時儲能通過區(qū)域能源蓄熱熱能儲存是指加熱或冷卻一種介質(zhì)，以便在以后需要時使用，最簡單的形式是使用水箱進(jìn)行熱能儲存。在能源充足時給水加熱，將能量儲存在水中，在能源不足時加以使用。熱能儲存還可用于平衡晝夜之間的能源消耗。現(xiàn)代區(qū)域能源系統(tǒng)擁有靈活的熱能基礎(chǔ)設(shè)施，能源可以直接“接入”,例如以熱水或冷凍水為形式的能源可以通過管網(wǎng)輸送到建筑物中立即使用，也可以儲存在蓄熱設(shè)備中備用。通過蓄熱罐，熱能可儲存數(shù)小時甚至數(shù)天。如果使用較大的深坑或其他儲存設(shè)施，熱能可以儲存長達(dá)數(shù)月之久。通過這種方式，區(qū)域能源系統(tǒng)可以通過兩個關(guān)鍵功能為能源系統(tǒng)提供靈活性：提供存儲和實(shí)現(xiàn)不同能源之間的切換，如大型熱泵、廢通過電解水將綠電轉(zhuǎn)化為氫，也可以實(shí)現(xiàn)儲能。有幾種可行的方法可以實(shí)現(xiàn)氫的大規(guī)模儲存，從鹽洞到罐裝壓縮氣體，氫可以長期儲存而不會造成能量損失。因此，氫是實(shí)現(xiàn)季節(jié)性能源平衡的理想選擇。此外，目前的天然氣管道也可以改裝成氫運(yùn)輸?shù)墓艿?。這樣就可以利用一個地方過剩的綠電，為另一個遙遠(yuǎn)的地區(qū)提供能源，實(shí)質(zhì)上就是創(chuàng)造了一個類似于當(dāng)前天然氣市場的氫市場。氫的儲存有許多潛在用途，但其效率比不上電池等其他儲存形式。電一氫一電轉(zhuǎn)換過程的能源效率可能低至18%°1,因?yàn)槊看无D(zhuǎn)換都有一定程度的能量損失。在工業(yè)中使用氫能以達(dá)到高溫，或生產(chǎn)用于航運(yùn)和航空的電子燃料時，也會有大量的能量損失。但對于這些難以脫碳的領(lǐng)域，我們可能不得不接受能量損失，技術(shù)的發(fā)展將使電子燃料成為經(jīng)濟(jì)上可行的選擇2。目前，以氫的形式儲存能源非常昂貴，但隨著技術(shù)的發(fā)展，預(yù)抽水蓄能電站抽水蓄能電站利用多余的電力將水抽到海拔較高的水庫，當(dāng)需要用電時，通過機(jī)組將水放回海拔較低的水庫發(fā)電。目前，抽水蓄能電站是應(yīng)用最廣泛的蓄能技術(shù)，2020年占蓄電總量的90%°。抽水蓄能電站站的儲能成本很低，即使是大型設(shè)施也是如此”,而且可以提供數(shù)小時至數(shù)周的電力°。然而，盡管技術(shù)成熟且成本低廉，但人們普遍認(rèn)為適合建造新站點(diǎn)的地點(diǎn)有限”。抽水蓄能水力發(fā)電是一種低排放的能源儲存方式，但必須牢記一點(diǎn)，在大型水電站筑壩可能會對環(huán)境和生物多樣性造成負(fù)面影響100。鋰電池電池是一種可行的短期存儲解決方案。盡管鋰電池仍然昂貴，但在過去十年中價格已經(jīng)下降。這種電網(wǎng)側(cè)的電池對資源的要求很高。即使變得越來越便宜，電池價格仍將受到關(guān)鍵礦物的影響。目前全球電池儲能容量遠(yuǎn)低于抽水蓄能電站，但預(yù)計將從2022年的28吉瓦大幅增至2030年的967吉瓦，相當(dāng)于全球抽水蓄能電站容總的來說，這些儲能機(jī)制都有各自的優(yōu)勢。電池特別適合與太陽能電池板結(jié)合使用，尤其是在日照模式可預(yù)測且穩(wěn)定的地區(qū)，如半干旱區(qū)和干旱地區(qū)，可以根據(jù)日照時間以外的電力需求來調(diào)整電池存儲量。不過，電池有兩個主要缺點(diǎn)，第一是循環(huán)次數(shù)有限，第二是受限于環(huán)境因素，特別是電池依賴于大量開采關(guān)鍵礦物。但技術(shù)發(fā)展日新月異，我們很可能很快就能擁有性能可維持25-30年的電池102。分電氣化的能源系統(tǒng)對可再生能源電力的需求將是巨大的。因此，我們需要充分利用所有可用的能源，尤其是余熱。在我們的能源系統(tǒng)中，到處都有能量以熱量的形式被浪費(fèi)到大氣中。這些余熱是提高能源效率的沉睡巨人；如果從戰(zhàn)略上加以回收，并將其作為能源加以利用，就有可能減少大量寶貴的能源消耗，如化石燃料和電力，從而既節(jié)省資金，又減少溫室氣體排放。行業(yè)耦合是指將不同部門結(jié)合起來，以更高效、更可持續(xù)的方式開展合作。行業(yè)耦合的目的是找到各部門合作的方法，減少浪費(fèi)，提高整個系統(tǒng)的效率，而不是對每個部門單獨(dú)改造。行業(yè)耦合還有助于更多地利余熱的潛力機(jī)器每次運(yùn)轉(zhuǎn)都會產(chǎn)生熱量，就像冰箱背后總是溫?zé)岬?。全球各地的超市、?shù)據(jù)中心、廢水處理廠和制氫到2030年，全球高達(dá)53%的能源將作為余熱被浪費(fèi)論上，如果我們能回收全部的余熱，全球范圍內(nèi)可實(shí)供暖是能源系統(tǒng)中最大的消耗源之一。在歐洲，供幾乎相當(dāng)于歐盟每年對住宅和服務(wù)業(yè)建筑供熱和提供熱水的總能源需求，在歐盟27國和英國這個數(shù)字例如，在荷蘭，余熱達(dá)到每年156太瓦時109,而水和建筑供暖需求僅為每年152太瓦時110。世界其他地區(qū)的情況也類似。例如，以中國北方的工業(yè)部門為例，僅在采暖季就會產(chǎn)生約813太瓦時的余熱!11。試想一電解水制氫所產(chǎn)生的余熱可以收集起來，用于家庭供暖和工業(yè)供熱。到2050年，低排放氫的生產(chǎn)量將十分巨大，據(jù)國際能源署(IEA)估約三分之二的制氫過程的用電量被轉(zhuǎn)化為氫，其余則作為熱量被浪費(fèi)掉。從理論上講，到2030年，這些能源損耗中約有17%可以回收并接入到區(qū)域能源系統(tǒng)中，為城市減輕可再生能圖8列出了《彭博能源展望》中全球電力需求的來源。顯而易見，制氫所需的電力將是巨大的。因此，我們必須確保盡可能多地利用電解過程中產(chǎn)生的余熱。然而，只有合理規(guī)劃氫的生產(chǎn)，在規(guī)劃或現(xiàn)有的區(qū)域能源系統(tǒng)附近建設(shè)制氫廠，才能利用這些余熱潛力。事實(shí)上，今天我們已經(jīng)有能力做到這一點(diǎn)。有幾個項(xiàng)目已經(jīng)開始實(shí)施，很快就能通過區(qū)域能源系統(tǒng)將電影響余熱實(shí)際利用率的因素很多。例如，要充分發(fā)揮潛力，就需要大量區(qū)域能源建設(shè)，而且氫的生產(chǎn)必須在區(qū)域能源系統(tǒng)附近進(jìn)行。除此之外，許多地區(qū)對熱量的需求很少，或根本沒有。然而，從電解中回收余熱的理論潛力如此巨大，我們在規(guī)劃未來能源基礎(chǔ)設(shè)施時必須考在全球范圍內(nèi)，如果制氫設(shè)施靠近合適的區(qū)域能源系統(tǒng)，理論上我們可以在2050年從制氫過程中回收1,228太瓦時的熱量，并將其作為區(qū)域能源重新分配。從這個角度來看，1,228太瓦時的熱量幾乎相當(dāng)于當(dāng)今全球最大熱源煤炭發(fā)電僅在歐盟，到2030年就可回收約83太瓦時的熱量，足以滿足目前德國1.5倍以上的家庭供暖時，相當(dāng)于中國目前供熱量的18%到26%118。當(dāng)然，這些都是理論上的潛力，但如果在長期能源系統(tǒng)規(guī)劃中考慮到區(qū)域能源和余熱，區(qū)域能0圖8:彭博社NEF“凈零”情境下全球各行業(yè)的電力需求119系起來熱能生產(chǎn)商可以在其內(nèi)部流程中重復(fù)利用所產(chǎn)生的熱量，以提高效率。例如，在生產(chǎn)過程或加熱、冷卻、冷凍和燃燒過程中經(jīng)常會出現(xiàn)余熱。利用余熱最簡單的方法就是將熱量重新整合到相同的流程中。例如，在超市中，冰柜和冰箱產(chǎn)生的多余熱量可以用來提供熱水或給超市供暖。系統(tǒng)內(nèi)部利用余熱的主要方法是安裝熱回收裝置。幾乎在所有把余熱當(dāng)“廢品”的情況中，熱回收裝置都可以加以利用。在城市中，行業(yè)耦合可以通過城市規(guī)劃在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，也可以通過區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。城市規(guī)劃可以通過智能電網(wǎng)將能源生產(chǎn)者與能源消費(fèi)者連接起來，從而發(fā)揮行業(yè)耦合和余熱的潛力。當(dāng)余熱的生產(chǎn)者(如數(shù)據(jù)中心)靠近可以購買和使用大量余熱的實(shí)體(如溫室等園藝類設(shè)施)時，就會產(chǎn)生巨大的協(xié)同效應(yīng)。在城市規(guī)劃中研究能源生產(chǎn)者和使用者之間的協(xié)同效應(yīng)的可能性被稱為產(chǎn)業(yè)集群規(guī)劃，對能源系統(tǒng)脫碳大有助益。此外，臨近公司之間的合作已被證明可為買賣雙方帶來經(jīng)濟(jì)效益。在世界上的許多地方，區(qū)域能源系統(tǒng)正在為家庭和公司供暖和供冷。區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)綜合利用可再生能電廠),通過管道以加熱水的形式向終端用戶輸送熱量。目前，全球大部分區(qū)域供熱都依賴化石燃料。然而，區(qū)域能源系統(tǒng)的主要優(yōu)勢之一是能夠整合不同的熱源，從而將化石燃料擠出供熱和供冷用能組合。隨著區(qū)域能源技術(shù)的發(fā)展，越來越多的余熱可以整合到系統(tǒng)中。如今，第四代區(qū)域能源系統(tǒng)可以將溫度很低的熱源納入?yún)^(qū)域能源系統(tǒng)，并為可以在低溫條件下運(yùn)行的新型建筑提供供暖。數(shù)據(jù)中心的余熱潛力數(shù)據(jù)已成為當(dāng)今全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)的命脈，是信息流的支柱，并為從基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)輸?shù)搅闶酆椭圃斓雀餍袠I(yè)的運(yùn)營提供必要的信息和助力。根據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)，2021年數(shù)據(jù)中心的耗電量為220-320太瓦時，約占全球最終電力需求的0.9-1.3%120,相當(dāng)于澳大利亞或西班牙一整年的數(shù)據(jù)中心也是重要的余熱“生產(chǎn)商”。數(shù)據(jù)中心內(nèi)的服務(wù)器產(chǎn)生的熱量相當(dāng)于其用電量，對這些機(jī)器進(jìn)行必要的冷卻也會產(chǎn)生大量余熱。與其他余熱源相比，數(shù)據(jù)中心的余熱是不間斷的，因此是非?？煽康那鍧嵞茉磥碓?。有多個實(shí)例表明數(shù)據(jù)中心的余熱可以通過微電網(wǎng)重新用于為附近的建筑物供暖，也可以輸出到區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)，用于多種用途。法蘭克福市有幾個正在進(jìn)行中的項(xiàng)目，目的是幫助該市從數(shù)據(jù)中心獲取余熱，用于滿足家庭和辦公樓的全部熱量需求。據(jù)估算，到2030年，法蘭克福數(shù)據(jù)中心的余熱可滿足該市家庭在都柏林，亞馬遜云科技公司(AmazonWebServices)建造了愛爾蘭首個定制的可持續(xù)解決方案，為都柏林郊區(qū)不斷擴(kuò)建的區(qū)域提供低碳供熱。最近建成的數(shù)據(jù)中心將為47,000平方米的公共建筑供熱，還將為3,000平方米的商業(yè)建筑和135套經(jīng)濟(jì)型出租公寓提供熱能123。區(qū)域供冷系統(tǒng)的能耗僅為空調(diào)一半在區(qū)域供冷系統(tǒng)中，冷凍水通過中央供冷管道供應(yīng)給商業(yè)和民用建筑。用于區(qū)域供冷的冷水來自于免費(fèi)的天然冷水資源(海洋、湖泊、河流或地下水庫),或由發(fā)電或工業(yè)廢熱、中央電動冷卻器提供。區(qū)域供冷系統(tǒng)中的冷水可在夜間生產(chǎn)，并在白天高峰時段使用。這就減少了在需求高峰時段對制冷機(jī)組容量的需求，并降低了運(yùn)營成本，因?yàn)橐归g的電費(fèi)更便宜，環(huán)全球約有10%的電力需求來自建筑制冷，據(jù)國際能源署估計，到2050年，全球約有三分之二的建筑的供冷需求在未來幾年將會成倍增長，尤其是在高收入國家和新興經(jīng)濟(jì)體，如印度、中然而，區(qū)域供冷系統(tǒng)的能耗僅為空調(diào)的一半，而且還能減少對環(huán)境有害的含氟溫室氣體的巴黎、迪拜、赫爾辛基、哥本哈根和路易港等城市現(xiàn)有的區(qū)域供冷系統(tǒng)證明，區(qū)域供冷的效迪拜，70%的電力被空調(diào)消耗，為了滿足供冷需求，迪拜開發(fā)了世界上最大的區(qū)域供冷網(wǎng)絡(luò)之一。到2030年，該市40%的供冷需求將由區(qū)域供(也稱為“免費(fèi)供冷”),能源需求甚至可以比傳統(tǒng)冷卻方式減少90%129。加拿大多倫多就有這樣一個系統(tǒng)，利用安大略湖底的水進(jìn)行大到2030年，全球高達(dá)53%的用能將作為余熱被浪費(fèi)。然而，如果我們加大力度回收這些余熱，將對改善全球氣候有所助益。事實(shí)上，回收余熱的全部理論潛力可使全球排放量減少10-19%。22通過智能城市規(guī)劃和區(qū)域能源系統(tǒng)收集余熱并重新分配，數(shù)據(jù)中心、超市、制氫設(shè)施和廢水處理設(shè)施等能源消耗大戶可以成為主要的能源供應(yīng)者。33據(jù)國際能源署估計，到2050年，全球制氫的電力需求將達(dá)到14,800太瓦時。如果不采取行動，大約三分之一的電力將作為余熱被浪費(fèi)掉。然而，從理論上講，到2050年，我們可以在全球范圍內(nèi)回收1,228太瓦時的熱量用于區(qū)域供熱，這幾乎相當(dāng)于目前全球煤炭供熱量的三分之二。影響力系列白皮書政策建議現(xiàn)在正是各級決策者制定正確的監(jiān)管和經(jīng)濟(jì)框架的時候，以便到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放。能源效率2.0不僅具有減少碳排放的潛力，還能在社會和客戶層面帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，一整套規(guī)章制度非常有必要。這些政策建議的目的是確保我們未來能源系統(tǒng)的解決方案不僅設(shè)計得當(dāng)，還要得到充分實(shí)施。將需求側(cè)靈活性解決方案納入各級能源政策，以調(diào)解可再生能源的供需關(guān)系，確保能源新的智能電網(wǎng)必須采納調(diào)峰技術(shù)。在建筑和行業(yè)法規(guī)中引入需求側(cè)靈活性解決方案，指導(dǎo)消費(fèi)者更快實(shí)施。其次，讓消費(fèi)者和生產(chǎn)者都能訪問能源消費(fèi)數(shù)據(jù)，促進(jìn)積極參與，并為系統(tǒng)運(yùn)營商提供進(jìn)一步整合需求側(cè)靈活性解決方案的機(jī)會。另外，需要實(shí)施合理的定價機(jī)制，鼓勵在非高峰時段使用能源。在地方、國家和國際層面，實(shí)施靈活性標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，引導(dǎo)電力用戶更快地實(shí)施需求側(cè)靈活性解決方案。通過政府補(bǔ)貼或建筑法規(guī)提供智能電表安裝，為消費(fèi)者積極提高靈活性提供經(jīng)濟(jì)激勵。允許系統(tǒng)運(yùn)營商訪問樓宇、工業(yè)和家庭用電數(shù)據(jù)?！ぴ谀茉词袌?，需要實(shí)施靈活的市場標(biāo)準(zhǔn)，確保新設(shè)備可與和本地可再生能源輕松連接，從而為制造商、系統(tǒng)運(yùn)營商和管線公司創(chuàng)造一個有競爭力的市場。例如，歐盟的S2標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的通信和互操作性，同時檢索電網(wǎng)信息以協(xié)調(diào)能源消耗并使其與生產(chǎn)同步，從而確保有效實(shí)施需求側(cè)靈活性解決方案。節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)交通、工業(yè)和建筑電氣化。在對基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行全面電氣化改造的同時，提高各部門的效率是至關(guān)重要的第一步。要減少各部門的能源浪費(fèi)，首先要對能源使用情況進(jìn)行摸底，找出需要改進(jìn)的地方。授權(quán)進(jìn)行能源規(guī)劃，制定高標(biāo)準(zhǔn)且可行的短期、中期和長期目標(biāo)和計劃，并實(shí)施適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管框架以激勵投資?！ぴ诮ㄖ矫?，設(shè)計并實(shí)施強(qiáng)制性建筑節(jié)能規(guī)范，加快向零碳建筑過渡。制定長期建筑改造戰(zhàn)略，包括適當(dāng)?shù)姆ㄒ?guī)和激勵措施，以推動改造，使用可再生能源，提高現(xiàn)有建筑的翻新率。鼓勵用熱泵或區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)等可再生能源系統(tǒng)取代使用化石燃料進(jìn)行建筑供暖、生活熱水和供冷的建筑技術(shù)系統(tǒng)。為關(guān)鍵設(shè)備(如電機(jī)和泵)設(shè)定最低能效標(biāo)準(zhǔn)，以提高工業(yè)能效水平。確保稅收和財政政策推動各行業(yè)提高能效，例如，利用胡蘿卜加大棒政策，通過碳定價鼓勵企業(yè)采取行動。啟動相關(guān)計劃，確保中小型企業(yè)全面了解并制定脫碳計劃。制定方案，將能源審計與有效傳達(dá)綠色倡議的指導(dǎo)相結(jié)合。在能源審計過程中指定短期的激勵性措施，鼓勵節(jié)能降耗，并加以實(shí)施?！ぴ诮煌I(lǐng)域，通過投資、監(jiān)管和激勵措施提高效率并實(shí)現(xiàn)電氣化。通過為新機(jī)械和車輛設(shè)定高強(qiáng)度脫碳標(biāo)準(zhǔn)，為全面電氣化技術(shù)創(chuàng)造市場。制定車輛稅收政策，鼓勵購買新能源汽車，并規(guī)劃新能源汽車停車場和充電站。將建筑過程納入充電站生命周期評估。提供激勵措施，改造現(xiàn)有的長壽命柴油發(fā)動機(jī)，以提高能源效率。利用地方法規(guī)和許可選項(xiàng)，創(chuàng)建低排放或零排放區(qū)域和建筑工地。實(shí)現(xiàn)市內(nèi)“最后一公里”貨運(yùn)和貨物交付交通的電氣化。建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施，確保財政激勵措施優(yōu)先考慮智能充電，以充分利用數(shù)字化，使新能源汽車成為解決靈活性解決方案和應(yīng)對存能挑戰(zhàn)的貢獻(xiàn)者。影響力系列白皮書電網(wǎng)投資是適應(yīng)電力需求增長和可再生能源供應(yīng)增加的必要條件。為了回到2050年“凈零排放”的軌道上來，到2030年，對未來能源系統(tǒng)的投資必須翻一番。131這些投資將降低社會成本，減少能源成本和消費(fèi)者的能源消費(fèi)。有幾項(xiàng)措施可以解決電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施老化、急需擴(kuò)建的問題。大多數(shù)配電網(wǎng)都位于集中發(fā)電廠周圍，需要進(jìn)行升級，以分配來自當(dāng)?shù)靥柲茈姵匕搴惋L(fēng)力發(fā)電場的電力。實(shí)施“一站式服務(wù)”,可再生能源投資者·在電網(wǎng)規(guī)劃中，應(yīng)優(yōu)先考慮利用風(fēng)、光等設(shè)備產(chǎn)生的可再生能源，以及預(yù)計將在未來幾十年啟動的其他長期基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。分配給創(chuàng)新和研究的公共資金應(yīng)側(cè)重于可再生能源技術(shù)的高效系統(tǒng)集成。這可能需要開發(fā)新產(chǎn)品和新工藝，測試和展示新的·在向未來能源網(wǎng)過渡的過程中，應(yīng)提供法律框架條件，使智能電表、傳感器、逆變器、開關(guān)和軟件等智能電網(wǎng)技術(shù)得以快速有效地實(shí)施。加強(qiáng)區(qū)域協(xié)調(diào)與合作，確保電網(wǎng)采用可再生能源。加強(qiáng)信息、資源和服務(wù)共享，協(xié)調(diào)政策和法規(guī)，通過制定能源和輔助服務(wù)的價格、規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，改進(jìn)市場設(shè)計。此類舉措可有助于激勵和增加·在確保能源供應(yīng)方面，應(yīng)投資電力轉(zhuǎn)換和儲能設(shè)施，以充分發(fā)揮可再生能源在電網(wǎng)中的潛力和可用性。氫電解設(shè)施將在儲能和轉(zhuǎn)換方面發(fā)揮重要作用，但必須全面規(guī)劃優(yōu)化電解設(shè)施的使用。對此類設(shè)施進(jìn)行監(jiān)管，確保達(dá)到高效標(biāo)準(zhǔn)以控制能源使投資行業(yè)耦合。市場壁壘正阻礙著余熱潛力的釋放，我們要消除這些障礙，例如支持平等對待熱網(wǎng)中使用的余熱和可再生能源。重新設(shè)計能源市場，允許行業(yè)耦合技術(shù)參與特定市場，并將低碳技術(shù)的所有積極外部效應(yīng)內(nèi)部化?！Ω鲊畞碚f，應(yīng)設(shè)定目標(biāo)以達(dá)到一定的行業(yè)耦合門檻。制定廢棄能源再利用的目標(biāo)，并將其作為能源市場的指導(dǎo)方針，鼓勵采用整體方法進(jìn)行行業(yè)耦合。消除行政障礙，激勵用戶接入?yún)^(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)，鼓勵區(qū)域供熱公司提高效率?！ぴ诔鞘泻娃r(nóng)村規(guī)劃中，實(shí)施強(qiáng)制性能源規(guī)劃，以評估廢棄能源的潛力，并充分利用當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有資源。電網(wǎng)規(guī)劃作為一種工具，應(yīng)遵循”能效優(yōu)先”原則，這將減少國家和國際層面對新電網(wǎng)投資的需求。通過強(qiáng)制要求各實(shí)體制定利用余熱的規(guī)劃，推動余熱的更多利用。制定詳細(xì)的供熱規(guī)劃，其中需要包括未來潛在的過剩熱源，如電解設(shè)施產(chǎn)生的余熱。能源規(guī)劃既可以顯示局部區(qū)域的潛力，也可以顯示更大規(guī)模的機(jī)會，如推廣區(qū)域供熱?！ぴ谀茉词袌觯档妥畹屯稑?biāo)規(guī)模，允許較小的參與者向能源網(wǎng)提供能源服務(wù)，創(chuàng)建地方靈活性市場以解決地方電網(wǎng)問題。通過稅收立法推動行業(yè)耦合的實(shí)施，支持使用余熱，并確保考慮合適的費(fèi)率結(jié)構(gòu)。影響力系列白皮書時/公斤)(WorldEnergyOutloo10.彭博社NEF(2022):《新能源展望》(Neenergywatchdog?Financial減排化石能源涵蓋“具有碳捕獲利用與儲存(CCUS)的天然氣”和“具有CCUS的煤Outlook2022FreeDataset.Globaldata.GroupingofIEAPRODUCTM2:BModernbioenergy:solid;Modernbioenergy:liqufossilenergycovers'Naturalgas:wcovers'Naturalgas:unabated;Oi;,and'Coal:u17.國際能源署(2021):《到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放：全球能源部(NetZeroby2050:ARoadmapfortheGlo20.NAE網(wǎng)站：偉大成就與重大挑戰(zhàn)(GreatAchievementsandGrandChallenges)21.丹佛斯(2023):FPC2023丹佛斯，第12頁(FPC2023Danfoss,p.12)22.IDTechEx(2022):《電動建筑機(jī)械對綠色建筑至關(guān)重要》(ElectricConstruction24.小松(2010):小松正品液壓油KOMHYDROHE介紹(KOMA25.歐洲建設(shè)(2023):丹佛斯問答：減少挖掘機(jī)能耗的技術(shù)(ConstructionEurope.Danf26.歐洲建設(shè)(2023):丹佛斯問答：減少挖掘機(jī)能耗的技術(shù)(ConstructionEurope.Danfoss27.歐洲建設(shè)(2023):丹佛斯問答：減少挖掘機(jī)能耗的技術(shù)(ConstructionEurope.DanfQ&A:Technologytoreduceexcavatorenergyconsump28.國際能源署(2023):追蹤供暖(EA,TrackingHeating)HeatPumps:WorldEnerg30.國際能源署(日期不祥):熱泵的工作原理(IEA.Howaheatpumpworks.)31.國際能源署(2023):供暖及家庭供暖技術(shù)(IEA,Heating.Homeheatingtechnologies)32.國際能源署(2023):供暖及家庭供暖技術(shù)(EA,Heating.Homeheatingtechnologies)36.IDTechEx(2023):《電動汽車電力電子2023-2033》(示例頁)第6頁(PowerElectronicsforElectricVehicles2023-20車輛的成本》(SiC-BasedPowerModu38.《電力電子新聞》(PowerElectronicNews)(2022):《碳化硅在電動出行中的作用》(TheRoleofSiCinE-M39.丹佛斯估算(Danfosscalculations)40.Penny,V.(2021):《電(ElectricCarsAreBetterforthenPlanet-andOft47.Langevin等(2023)《美國建筑行業(yè)的需求側(cè)解決方案可以實(shí)現(xiàn)深度減排，并避免電overS100billioninp50.歐盟委員會(2020):能源總司，Küpper,G,Hadush,S,Jakeman,A.等人《啟用需求側(cè)52.歐盟在2022年產(chǎn)生了2641太瓦時的電力，其中19.6%或517太瓦時來自天然氣。《歐盟(2023年)信息圖表-歐盟的電力是如何產(chǎn)生和銷售的?》(TheEUproduced264154.路透社(2023):《歐洲在能源危機(jī)上的支出接近8000億歐元》57.CleanEnergyWire(2021):《為穩(wěn)定德國電網(wǎng)而限制更多可再生能源-報告》(MorerenewablescurbedtostabiliseGermanp63.丹佛斯(2023):《為世界打造更好的超市》(Danfos,BuildingbettersupermarketsforrenewablescurbedtostabiliseGermanp66.國際能源署(2022):《世界能源展望》,第136頁(EA,70.國際能源署(2022):《世界能源展望》,第136頁。(假設(shè)氫的能量含量為33.33千瓦時/71.國際能源署(2022):《世界能源展望》,第136頁(EA,WorldEnpathtonetzero)75.在2030年，我們將需要90百萬噸(10.79EJ/900萬公斤)氫(國際能源署2022《世界能In2030wewillneed90Mt(10.79EJ/9milionkg)hydrogen(IEA(20Outlook,p.136.).ThelowestpriceisUSD1.影響力系列白皮書77.2017年，美國核電站RS.Ginna(美國地質(zhì)研究所(日期不祥)《典型核電廠發(fā)電量是多少》)產(chǎn)生了4,697,675兆瓦時或4,697太瓦時的電力。歐盟計和進(jìn)口總共666太瓦時的氫。666/4.697=142個類似RS.Ginna的核電廠(In2017,the4,697TWhelectricity.EUwillplantoproduceandimportatot666TWh/4.697TWh=142nuclearplants78.AgoraEnergiewende(2023):《擺脫化石氣體的束縛：走向氣候中立歐洲的新路徑》,79.全球風(fēng)能理事會(2023):《2023年全球近海風(fēng)電報告》,第2頁。(Glocomparisonwithheatpumps81.氫科學(xué)聯(lián)盟(2022)《氫用于供暖?與熱泵的比較》(第一部分)[Hydrogenforheating?A83.2018年倫敦建筑和交通領(lǐng)域的年用電量為37.82萬千瓦時(倫敦市長2022年《倫敦年能源使用》)。到2050年，我們將需要14800萬千瓦時的電力來生產(chǎn)氫(國際能源署(2022年)《世界能源展望》,第136頁)。14800萬千瓦時的1%為148electricityconsumptioninbuildingsandtransportin2018was37.82TWh(MaLondon(2022).Londonannualenergyusage.)andwewillneforhydrogenproductionin2050(IEA(2022).WorldEnergyO800TWhis148TWh.148TWh/37.82TWh=3.8,almostfourti84.國際能源署(2021年):《到2026年，全球電力存儲市場將以多快的速度增長?》(IEAdecarbonizedpowersystems.Natu92.德勤(20