促进城市可变可再生能源整合的部门耦合（英）
扇区耦合促进可变可再生能源的整合城市能源支持者 2© IRENA 2021除非另有说明，否则本出版物中的材料可以自由使用、共享、复制、复制、印刷和/或存储，前提是 IRENA 作为来源和版权所有者给予适当的确认。本出版物中属于第三方的材料可能受单独的使用条款和限制的约束，并且在使用此类材料之前可能需要获得这些第三方的适当许可。ISBN：978-92-9260-334-2IRENA (2021)，促进城市可变可再生能源整合的部门耦合，国际可再生能源机构，阿布扎比。关于 IRENA国际可再生能源机构 (IRENA) 是国际合作的主要平台、卓越中心、政策、技术、资源和金融知识的知识库，以及推动推动可持续发展的实地行动的推动者。全球能源系统转型。 IRENA 成立于 2011 年，是一个政府间组织，旨在推动广泛采用和可持续利用各种形式的可再生能源，包括生物能源、地热、水电、海洋、太阳能和风能，以寻求可持续发展、能源获取、能源安全和低- 碳经济增长和繁荣。 www.irena.org致谢IRENA 向审阅本报告的专家们表示由衷的感谢。 Saman Nimali Gunasekara（皇家理工学院 – KTH）、Steivan Defilla（APEC 可持续能源中心）、Deger Saygin（SHURA 能源转型中心）、Yang Liu（非洲开发银行）和 Moeen Salibe（Enwave活力）。特别感谢 Paul Komor，他提供了有用的反馈和建议。IRENA 的同事 Elizabeth Press、Daniel Russo、Jack Kiruja、Gayathri Nair 和 Liliana Morais Gomes 提供了宝贵的评论和意见。IRENA 感谢德国 IKI 项目对本出版物的支持。IKI 支持本报告是未来城市能源解决方案项目的一部分，该项目得到国际气候倡议 (IKI) 的支持。德国联邦环境、自然保护和核安全部 (BMU) 根据德国联邦议院通过的一项决定支持该倡议。特约作者本报告由 IRENA 创新与技术中心 (IITC) 的可持续城市能源团队在 Dolf Gielen 的指导下编写。它由 Yong Chen、Julien Marquant 和 Raul Miranda (IRENA) 撰写，并得到了 Herib Blanco (IRENA)、Enzia Schnyder（IRENA 前同事）、Su Liya（独立顾问）和 Marie-Anne Serve（IRENA 前同事）的额外支持。免责声明本出版物和此处的材料“按原样”提供。 IRENA 已采取所有合理的预防措施来验证本出版物中材料的可靠性。但是，IRENA 或其任何官员、代理、数据或其他第三方内容提供商均不提供任何形式的明示或暗示保证，并且他们对使用本出版物或此处的材料的任何后果不承担任何责任或义务。 .此处包含的信息不一定代表 IRENA 所有成员的观点。提及特定公司或某些项目或产品并不意味着他们被认可或推荐由 IRENA 优先于未提及的其他类似性质。此处使用的名称和材料的呈现并不意味着 IRENA 就任何地区、国家、领土、城市或地区或其当局的法律地位，或关于边界的划分表达任何意见或边界。 促进城市可变可再生能源整合的部门联动目录1º介绍101.1行动111.2报告141.3需要15耦合？15耦合16耦合181.4方法论：评估城市中的部门耦合潜力以促进可再生能源一体化202º 行业耦合机会城市262.1耦合272.2来源292.3策略302.4部门332.5系统342.6应用383º 中国的行业耦合机会城市403.1中国413.2应用453.3加热463.4一代483.5生产503.6学习51科斯塔的 4º 行业耦合机会里加564.1耦合584.2学习595º结论643 4数字图1：1971 年和 2018 年按燃料类型划分的全球一次能源结构份额11图 2：到 2050 年需要全球减少与能源相关的二氧化碳排放量实现1.5°C的气候目标12图 3：可再生能源目标的地理分布14图 4：与能源系统灵活性相关的部门耦合说明17图 5：潜在电气化技术应用示意图汇总18图 6：使用 IRENA 城市规划平台的分析级别可再生能源21图 7：IRENA 城市规划平台的主要功能可再生能源23图 8：通过建筑围护结构的热损失28图 9：来自不同研究的智能充电的影响33图 10：可再生能源存储部门耦合系统48图 11：崇礼分析的说明性概述51图 12：通过采用可再生能源在崇礼实现 100% 可再生能源跨部门措施52图 13：哥斯达黎加电动公交车试点项目58图 14：研究区域的地理分布和预测排放的场景59图 15：2050 年通过最佳碳减排避免碳排放62图 16：部门耦合机会水平的说明69表表格1：中国城市能源发展的主要举措43表 2：与分布式能源发电和行业相关的试点计划城市耦合45表3：大区两个选定地区的主要分析结果都市区63盒子框 1：具有智能能源的相变材料 (PCM) 热电池管理31方框 2：IRENA 在热能储存方面的工作32方框 3：汉堡的电气化交通部门和充电基础设施38方框 4：张家口电热化47方框 5：电动汽车智能充电49 缩写促进城市可变可再生能源整合的部门联动°C摄氏度热电联产热电联产CNFL国家电力和照明公司中国新年人民币二氧化碳二氧化碳光热发电聚光太阳能欧洲联盟欧洲联盟欧元欧元电动汽车电动车燃料电池汽车燃料电池电动车国内生产总值国内生产总值地理信息系统地理信息系统GW吉瓦吉瓦时吉瓦时暖通空调加热、通风和冷却信息通信技术信息和通信技术国际可再生能源协会国际可再生能源署千瓦时千瓦时米2平方米MRV监测、报告和核实兆瓦兆瓦新民主党国家发展计划发改委国家发展和改革委员会国家能源局国家能源局新西兰中心净零碳排放PCM相变材料光伏光伏研发研究与开发人民币中国人民币测试服务热能储存电汇储罐热能储存英国英国联合国联合国我们美国美元美国美元虚拟现实可变可再生能源5 执行摘要 城市中的可变可再生能源7促进一体化的部门联动在过去几年中，如果我们的目标是实现巴黎协定将全球气温上升限制在 1.5 摄氏度以下的目标，那么到本世纪中叶，世界需要减少二氧化碳排放量，理想情况下为零排放量，这一点变得越来越明显。 (°C) 与工业化前水平相比。根据国际可再生能源机构 (IRENA) 的《世界能源转型展望：1.5°C 路径》，可再生能源将直接或间接通过跨部门技术以及旨在实现以下目标的战略贡献解决方案的 90% 以上充分利用可再生电力。实现这一情景所需的减排量中，多达 60% 来自交通、建筑和工业等终端使用部门，而 35% 来自电力和供热部门。 IRENA 还估计，在 1.5°C 情景下，到 2050 年可再生电力可能占全球电力消耗的 86%，其中 74% 来自太阳能光伏 (PV) 和风能。为了容纳如此高比例的可变可再生能源，电力系统需要显着提高电网灵活性。这些多样化的最终用途部门以及它们如何相互作用，与城市有着密切的关系。部门耦合技术和战略将在转型中发挥关键作用。它们不仅可以通过在城市地区内部和周边部署基于可再生能源的分布式能源发电，而且还可以通过促进区域和国家层面的太阳能光伏和风能等可变可再生能源 (VRE) 资源的整合来帮助城市能源系统脱碳.识别和评估通过耦合不同部门来推动城市能源向净零转型所带来的各种权衡变得至关重要。这将促进城市向净零未来过渡的决策过程，并帮助其他城市利益相关者了解城市具有加速并受益于净零竞赛的巨大潜力。本报告将部门耦合描述为提供城市能源系统所需的增强灵活性的平衡器。传统上被视为负荷中心的城市正在转变为生产消费者——能源的消费者和生产者——受益于城市范围内基于可再生能源的分布式能源发电的增长。部门耦合有助于在分销网络内将生产与消费相匹配。然而，它也可以扩展到区域电网，当要利用的 VRE 资源位于城市之外，通常在偏远地区，产生的电力通过输电线路输送到城市地区。确保足够的需求侧灵活性以支持电网适应大规模 VRE 发电变得很重要。在本报告中，重点关注四个主要领域：各种规模的 VRE 资源的自用、热能储存在部门耦合战略中的作用、电动汽车（使用可再生电力使运输部门脱碳的有前景的方案）和绿色氢。该分析还涉及影响在建筑环境中采用部门耦合应用程序的几个重要领域，例如作为推动因素的建筑能效改进，以及可以支持或阻碍不同部门整合到网络中的城市基础设施。这两个领域对于设定边界条件至关重要，在该条件下可以识别部门耦合机会以促进 VRE 源的整合。此外，报告强调了智能能源管理系统在耦合网络中的关键作用。即时平衡可变生产 8没有智能和智能的管理系统，就无法实现需求。如果以及当通过耦合方法产生来自除电力部门之外的终端使用部门的无法控制的需求时，这也将避免对电网造成额外压力。在实践中，在电力系统中部署更先进的数字技术可以确保在运营系统中提高意识，特别是当生产和消费在供需双方都存在变化和不确定的情况下。从公用事业的角度来看，提高电网运营的灵活性有助于减少为满足不断增长的需求而对额外发电能力的需求，从而提高现有能源基础设施的利用率。在城市层面量化部门耦合机会需要一种综合方法来模拟能源系统日益复杂和相互关联的问题。本报告提出了一套通用的技术经济指标，初步表明在可变可再生能源自消和利用热能储存作为扩大城市可再生能源利用的耦合选择方面存在行业耦合机会。该报告还引入了一种建模工具，用于在特定背景下对部门耦合机会进行定量评估，重点关注建筑部门，因为它对于实现净零城市和社区的重要性。通过部门耦合技术和权衡选项的跨部门协同作用可以根据不同场景中的优化目标进行衡量。该工具已应用于张家口市崇礼区的中国试点研究。分析表明，通过热泵和附近风电场的过剩电力为供暖部门供电，在该地区供暖部门脱碳方面发挥着核心作用。将有大约 360 GWh 的剩余电力用于加热目的。热泵与区域供热网络的结合使用为电力和供热部门的耦合提供了机会。预计需要建设36 000平方米（平方米）的集中供热网络。2) 在短期战略中，包括 7 台 46 MW 热水锅炉，目标是扩展系统以提供总建筑面积 450 万平方米的供热服务2.它还确定了崇礼区有效能源规划要考虑的关键因素之一是增加季节性储能容量，这可以集成到供热系统中。此外，分析中还估计了公共交通部门和其他最终用途的部门耦合潜力。为了更好地了解试点研究结果，报告提供了中国能源转型的国情。重点是城市层面的举措以及与实施次国家级清洁能源和减排举措相关的主要挑战——例如不同级别和部门的政府机构之间缺乏纵向和横向整合、缺乏公众意识和参与以及规划和实施之间的差距。此外，中国部门耦合应用概述提供了与终端使用部门部门耦合以及多源分布式能源发电相关的试点项目和计划的历史背景。重点是用于供暖和电池储能的可再生能源——这两种选择不仅可以耦合不同的部门，而且可以使城市更有效地应对 VRE 发电。在中国城市中，能源系统越来越多地与城市垃圾管理系统等其他城市功能联系在一起。鉴于中国不断增长的城市人口和有限的常规垃圾处理能力，这一点至关重要 城市中的可变可再生能源9促进一体化的部门联动处理方案（例如垃圾填埋场），以及与此类传统方法相关的负面环境影响。垃圾焚烧和厌氧生物消化等先进方案将垃圾部门与能源部门结合起来，从而提高系统效率并更有效地利用有限资源。本报告中涉及的另一项试点研究是在哥斯达黎加进行的。从脱碳的角度来看，该国可以从行业耦合中受益匪浅，因为该国近 100% 的电力来自可再生能源，主要是水力发电，并且在以化石燃料为主的交通部门正在经历不断增长的能源需求。该建模工具用于分析大都市区两个地区的部门耦合选项：Desamparados 和 San Rafael。Desamparados 的结果表明，如果实施部门耦合技术，到 2035 年可再生能源在最终能源消费总量中的份额可以从 36% 增加到 60.4%，到 2050 年可以从 39% 增加到 100%。当地产生的可再生能源——主要来自屋顶太阳能光伏——可以被运输车
