能源技术为零一个专业的导游theiet.org/tech-for-net-zero ©工程和技术的机构2发布信息出版者： 工程技术学会， 伦敦， 英国工程技术学院在英格兰和威尔士（第211014号）和苏格兰（第211014号）注册为慈善机构。SC038698）。© 2021 工程技术学院本出版物享有《伯尔尼公约》和《世界版权公约》的版权。保留所有权利。除了根据《1988年版权、设计和专利法》允许的以研究或私人学习、批评或审查为目的的任何公平交易外，本出版物只能以任何形式或任何方式复制、存储或传播，但须事先获得出版商的书面许可，或根据版权许可机构颁发的许可条款进行影印复制。有关超出这些条款的复制的查询应发送至以下地址的出版商：工程技术研究所迈克尔·法拉第故居六山,斯蒂夫尼奇英国赫特福德郡,干系人2 ay www.theiet.org虽然出版商、作者和撰稿人认为本作品中提供的信息和指导是正确的，但各方在运用这些信息和指导时，必须依靠自己的技能和判断力。对于因作品中的任何错误或遗漏而造成的任何损失或损害，出版商、作者或任何贡献者均不对任何人承担任何责任，无论此类错误或遗漏是疏忽或任何其他原因造成的。不承担任何和所有此类责任。根据《1988年版权、外观设计和专利法》，作者被认定为本作品作者的精神权利得到了维护。排版通过S4Carlisle印刷在英国由霍布斯打印机有限公司 ©工程和技术的机构3内容作者4确认v前言6所有的技术7第1章介绍11.1零是什么?11.2本指南是什么,他是谁?11.3能源及电力:单位和规模11.4英国的排放21.5第1章尾注和引用3第二章英国能源行业52.1英国能量流动52.2英国能源基础设施62.3第二章尾注和引用8第3章 净零排放的能源需求技术93.1加热和冷却93.2运输173.3电器、机器和灯273.4第三章尾注和引用30第四章为净零能源基础设施434.1发电434.2 发电的生命周期排放504.3可再生电力资源524.4电力网络534.5燃料为零574.6生命周期排放的气体燃料614.7气体/氢网络624.8区域供热644.9建筑654.10 碳捕集、利用和封存704.11能源储存734.12第四章尾注和引用79第五章为净零能源系统975.1能源载体975.2通路至零995.3第五章尾注和引用112第6章 结论：2050年能源系统的愿景113第7章 附件：能源系统的化学1157.1碳循环1157.2氮循环的1187.3附件参考121术语表123 ©工程和技术的机构4作者James Dixon博士 – 能源与环境研究所，斯特拉斯克莱德大学电子与电气工程系，牛津大学运输研究部和环境变化研究所James Dixon是斯特拉斯克莱德大学能源与环境研究所和牛津大学运输研究部门和环境变化研究所的研究员，致力于运输，电力系统和需求灵活性之间的相互作用，以促进对运输能源系统净零轨迹的理解。他还曾在能源与工业战略部担任能源系统技术专家，就与低碳能源系统有关的问题向政策部门和部长提供建议，并在航空航天（劳斯莱斯）和核能（英国原子能管理局）行业担任工程师。苏珊·布拉什 – 能源与环境研究所，斯特拉斯克莱德大学电子与电气工程系Susan Brush是EPSRC未来电力网络和智能电网博士培训中心的研究员，完成了电力系统加固与实现净零的替代方案比较的博士学位。Susan拥有可再生能源系统与环境硕士学位，环境技术硕士学位以及金属与材料科学与工程（荣誉）学士学位。Susan曾在一家钢铁厂担任环境经理，在一家环境顾问和一家分析化学实验室工作，以及一名户外活动教练，一名马铃薯采摘者，一名水果包装工和一名野生动物信托基金会的志愿者。苏珊是IEMA的从业者会员和能源研究所的准会员。Graeme Flett博士 – 斯特拉斯克莱德大学航空航天与机械工程系能源系统研究单位Graeme Flett是斯特拉斯克莱德大学能源系统研究部门的研究员，致力于小社区内能源需求和供应的高分辨率建模，以及如何将社区与可再生微型发电系统集成。除了在建筑物、能源需求以及如何在向净零排放过渡的过程中实现脱碳方面的专业知识外，Graeme在大型电子公司的特种气体系统方面拥有17年的工程经验，专门从事工艺工程、超高纯度气体和化学系统以及系统设计与分析。Keith Bell教授 – 斯特拉斯克莱德大学能源与环境研究所，电子与电气工程系Keith Bell是斯特拉斯克莱德大学智能电网苏格兰电力主席的持有者，英国能源研究中心（UKERC）的联合主任和气候变化委员会（CCC）的成员。他是CIGRE研究委员会C1系统开发和生态经济学的受邀专家成员，电力系统计算会议执行委员会成员和IET电力学院执行委员会成员，这是一项旨在促进电力工程师作为英国研究生职业的倡议。他是爱丁堡皇家学会的会员和特许工程师。在不同时期，他曾就电力系统问题向苏格兰政府、爱尔兰共和国政府、Ofgem和英国商业、能源和工业战略部提供咨询。Nick Kelly博士 - 斯特拉斯克莱德大学航空航天与机械工程系能源系统研究部门Nick Kelly是斯特拉斯克莱德大学机械和航空航天工程系的读者，也是能源系统研究部门（ESRU）的副主任。他的专长是传统和低碳建筑中微联产技术的建模和分析，在该领域发表了90多篇论文。尼克是IBPSA-苏格兰的现任主席，也是能源研究所的附属机构。 ©工程和技术的机构5确认我们感谢阿尔马斯技术有限公司的Siv Almaas和斯特拉斯克莱德大学的格雷姆·霍克，感谢他们在本指南中描述英国天然气管网和天然气储存的部分提供的帮助。我们感谢《绿色天空思维》的芬利·阿舍尔和劳斯莱斯公司的威廉·多布森（William Dobson）就航空系统脱碳的技术选择提供了宝贵的信息、见解和参考，并感谢爱丁堡大学的迪米特里·米尼亚德（Dimitri Mignard）为我们提供了与合成燃料制造有关的有用信息。我们感谢阿特金斯公司的大卫·科尔和保罗·利特勒，他们给我们时间讨论核电的灵活性水平。我们感谢斯特拉斯克莱德大学的安德鲁·莱顿（Andrew Lyden）为太阳能热泵和热泵部分提供的背景研究和起草支持。爱丁堡大学的伊恩·斯特拉瑟斯（Iain Struthers）友好地分享了他对英国海洋和其他可再生能源资源的信息和想法，以及与发电温室气体排放有关的信息和想法。我们感谢伯明翰大学的格兰特·威尔逊（Grant Wilson）慷慨地分享了他描述英国日常能源使用的数据，包括天然气、电力、运输燃料和天然气储存。我们感谢牛津大学的克里斯蒂安·布兰德（Christian Brand）为我们提供了有关英国车队脱碳途径的数据。我们感谢前生态与水文中心的珍妮特·莫克斯利（Janet Moxley）对化学附件以及碳和氮循环的投入。我们感谢斯特拉斯克莱德大学EPSRC风能和海洋能源系统博士培训中心的丽贝卡·霍尔和彼得·泰勒，以获取有关海上风电场风力涡轮机布置的信息。最后，我们感谢斯特拉斯克莱德大学和气候XChange的乔纳森·鲍斯（Jonathan Bowes）成为各种主题的信息中心。 ©工程和技术的机构6前言2021年11月,英国将举办26th缔约方会议（COP26）是自2015年《巴黎协定》签署以来国际气候变化谈判中最重要的活动。COP26将确定每个成员国在消除温室气体净排放和限制全球变暖影响方面的国家自主贡献（NDC）。除此之外，这意味着我们摆脱了对化石燃料的依赖。2019年，英国78%的最终能源需求来自燃烧化石燃料。虽然这是自工业革命以来的最低比例，但它表明了未来挑战的规模。向净零温室气体排放的过渡将取决于人员和技术。技术使我们能够通过将能源需求转移到可持续的能源载体（如可再生能源和低碳氢气）来大幅减少对化石燃料的依赖。然而，技术的成功取决于人们以及他们积极参与低碳选择，他们如何旅行，如何加热他们的家，他们买什么和吃什么。2020年的英国气候评估表明，如果人们了解需要什么以及为什么，如果他们有选择并且可以参与决策过程，那么他们将支持向净零排放的过渡。这凸显了公正过渡的极端重要性。为了取得成功，净零排放转型必须是公平的，不会对人们的工作和生活质量产生不利影响。人民、地方和社区必须得到良好的支持。社会和技术变革在实现净零排放方面的作用尚不确定，尽管对本指南末尾（§5.2）末尾发表的七条净零排放路径的分析使我们能够得出结论：•通往净零排放的途径依赖于更少的行为改变，依赖于更重大的技术变化。•通往净零排放的途径依赖于更多的行为改变，依赖于不太重要的技术变化。然而，无论人们认为可以实现的行为改变水平如何，技术都起着关键作用。因此，第三个结论性信息是：•要实现净零排放，需要对技术进行重大变革。本指南全面参考了我们可以用来使英国能源系统脱碳的技术，这些技术可以将我们的能源需求从化石燃料转向低碳供应。随着我们继续为COP26做准备，政策制定者，利益相关者和公众对这些技术有基本的流利程度至关重要 - 它们是什么，它们如何工作，它们如何与能源系统的其他部分相互作用，以及它们在多大程度上可以（或不能）帮助我们实现净零排放。本指南旨在提供这种流畅性。从本指南中可以看出，净零能耗系统有大量的技术选择。然而，就可再生资源，现有基础设施和不断发展的能源需求“文化”而言，有些更适合英国。在逐个逐个浏览了这些选项之后，本指南对七个已发表的净零排放路径进行了比较分析，以揭示2050年我们的脱碳能源系统（包括供应和需求）可能是什么样子（§6）。本指南旨在让您轻松浏览特定的净零能耗技术以了解关键事实（请参阅技术A-Z），但那些想要全面解释能源部门净零排放技术选项的人可能会从头到尾阅读中受益。使用的任何术语和缩写均在第一次使用时定义，并在本指南末尾的词汇表（§8）中定义。 ©工程和技术的机构7所有的技术主题页面氨60航空25生物能源的发电47,生物燃料运输60生物能源取暖16,建筑节能65建筑标准68碳捕集、利用与存储70减少需求,便捷的水陆运输22集中供热13,电动自行车21电动汽车20电力需求27电力网络53电力储存73排放的发电50排放的气体燃料61用于发电的碳捕获和储存化石燃料50运费24气与储氢76天然气网络62热泵11蓄热77水力和地热发电49氢取暖14,氢网络62制氢57零路径99核能源48公共交通22可再生电力资源52航运26智能电网54太阳能发电44太阳能热来供暖16,合成燃料61海浪和潮汐发电46风力发电43 ©工程和技术的机构1英国年度住宅用电量（1户家庭）~ 2 - 4兆瓦时一次往返航班（伦敦-开普敦）燃烧的燃油~ 1.7、妇女能源1千瓦时1兆瓦时1、妇女1 TWh英国年度住宅天然气消费(1家)~ 24兆瓦时2019年英国初级能源需求~ 2300太瓦时1升汽油~ 9千瓦小时权力1千瓦1兆瓦1千瓦1太瓦使用户移动PC~ 0.05千瓦国内电动汽车充电~ 3 - 7千瓦峰GB天然气需求,“野兽从东”(2018)~ 210千瓦电动火车加速~ 5兆瓦电淋浴~ 8 - 10千瓦Hornsea风电场输出峰值~ 1.2千瓦第一章,介绍1.1零是什么?净零排放是一种温室气体（GHG）排放焦油 - 约束英国到2050年将所有温室气体排放量降至净零[1.1]。这意味着某些行业（如航空和农业）在2050年可以产生正排放 - 只要其他行业有负排放，导致整体零排放平衡[1.2]。2021年11月,英国将举办26th在格拉斯哥举行的缔约方会议（COP26）。该代表对自2015年《巴黎协定》以来联合国气候变化框架公约（UNFCCC）缔约方最重要的会议感到不满。它的成功，特别是在将世界与一系列国家自主贡献联系起来方面，对于确保国际合作将全球气温上升限制在2°C以下并保持1.5°C在可及范围内至关重要。1.2这是什么指导和它是谁?这是一个全面但易于理解的指南技术方案适用于英国净零能耗系统，适用于任何陷入困境的人。本指南不需要技术知识或科学背景。有关每种技术的信息在每章末尾的尾注和参考文献中都有补充。1.3能源及电力:单位和规模能量是一个物理量，必须将其转移到物体上才能移动或加