世界能源理事会情景的观点输入 ： 创新城市能源

世界能源理事会进入世界的观点能源委员会方案：“创新城市能源” 前言 据估计，世界人口的66%到2050年将居住在城市地区，增加到70％到2060年。考虑到这种城市化，提供能量的方式，管理在城市环境中消费正在成为一个日益重要和重要的因素更广泛的能源图景。 这篇透视论文选择了five新兴城市能源创新持有潜在的实质性转向过渡我们城市、城镇和更小的能源议程conurbations。它探讨了当地的重要性政府，新的数字平台，氢气，城市形态和fi金融工具在确保清洁、有弹性和负担得起的能源未来，运输和其他城市系统。 该论文由Arup（作者Alan汤姆森和斯蒂芬·库克)代表世界能源理事会提供洞察力和对方案作者的创造性输入和资源报告。 Contents 1.Introduction3 551.1共同和独特的城市挑战和机遇1.2城市能源的五大创新 82.1电力系统和电力市场的转型2.2能源在城市中的作用2.2. 1住宿增长10101010122.2. 2交付有效的fi建筑物2.2. 3城市热力的Electrifi阳离子2.2. 4城市交通的Electrifi阳离子 3.市长和城市行动网络13 3.1城市权力15153.2市政能源公司 4.综合能源规划17 5.氢经济21232424245.1新兴应用5.2评估氢气作为城市能源解决方案的实际潜力5.2. 1氢输送5.2. 2氢气热 6.为能源行动提供资金25 2728282929306.1能源履约承包6.2财产税方法6.3绿色债券与资本市场6.4二级市场6.5众筹6.6公私伙伴关系（PPP） 7.结束注释31 Section 1.Introduction 本文对城市能源进行了深入的研究。 为什么关注城市？首先，全球超过一半的人口生活在城市，城市占全球能源消耗的一半以上，占温室的40％气体排放，其中最大的部分是公路运输、建筑供暖和建筑电力（见图1）。 随着全球人口的增加和城市化趋势的继续，城市将成为永远能源和其他全球资源的更占主导地位的消费者，其影响将蔓延联合国估计，到2050年，全世界66%的人口将居住在城市，1而另一项研究估计，全球城市足迹(即其物理范围)将增加三倍在到2030年的30年里，增加了120万平方公里的面积。2通过提高城市能源效率和转换来减少城市化的影响清洁、低碳资源显然是城市继续蓬勃发展的关键经济增长和人类创造力。 1.1共同和独特的城市挑战和机遇 除了这些标题fi数字之外，这些数字的物理、经济、社会和政治复杂性与城市周边地区相比，密集的社区创造了不同的挑战和机遇，农村和工业环境，值得对城市能源进行调查。首先，密集、混合使用城市形态可以降低运输和能源基础设施的单位成本，并实现采用fi有效的运输系统和低碳供热和制冷网络，但密度也可以导致城市热岛等不利影响，降低可再生能源的可用性太阳能和风能等资源。 其次，城市面临动态挑战，包括快速城市化、人口变化和经济变化。许多城市政府和公用事业提供商努力跟上步伐增长，而其他处于收缩经济体的国家则努力保持活力，同时提供甚至基本服务。 第三，现有城市形态、建筑和基础设施的遗产趋于“锁定”能源消耗模式和可用的能源和矢量。这个遗产包括复杂的租赁和土地所有权安排以及发展。只有通过对环境高度敏感的举措才能发生快速变化。 最后，城市的治理-其中许多城市具有相当大的权威性，预算权力-对于设计和交付适合当地的、有效的能源系统的解决方案，也提供其他城市驱动因素-如空气质量，经济和韧性。3 鉴于这些功能，城市的能源解决方案需要对环境高度敏感，高度颗粒状应用，并发展为综合技术、商业和社会包。 1.2城市能源的五大创新 上面提到的挑战和机遇，可能是每个主要城市都熟悉的在世界上，其中许多在WEC 2010年关于能源和城市的报告中得到了强调4.然而，新的解决方案和机会正在出现，可以使城市和能源城市中的参与者-以新的和潜在的更有效的方式应对这些挑战。在这个简要的一章，我们考虑了城市能源的新兴和潜在创新的选择。我们考虑的创新是： 能量转换 城市行动网络 综合能源规划 氢经济 为能源行动提供资金 回顾上述诊断，即需要集成解决方案来实现改变以及城市使用了多少能源，我们调查的创新并不都与技术有关：尽管技术变革是每种技术的推动者，但核心创新跨越了治理、市场、fiNance和社会。 Section 2.Transactive能源 2.1电力系统和电力市场的转型 在多元化fi阳离子的推动下，当今的电力系统正在经历一场深刻的变革。以及发电的分散化，再加上先进电力的出现能够管理日益复杂和规模的现代电力的电子产品systems. The technological changes are in turn driving changes in the ways energy is buy并出售：20世纪集中能源生产和分配的模式有限数量的参与者正在演变成一个数据驱动的、多方向的、基于市场的平台其中角色之间的划分-生产者，分销商，消费者-变得模糊和重叠。 参与动态能源市场的参与者的这种融合被称为交互式能源(TE)。TE由GridWise建筑委员会正式定义fi5as: 一种经济和控制机制的系统，允许使用价值作为关键的整个电气基础设施的供需操作参数。 尽管市场在动态平衡中运行以响应供应和在许多其他行业的背景下，需求信号可能看起来并不显著，对我们的能源系统的影响是深远的。今天，大多数电网通过由中央电网运营商进行显式控制，控制供应以满足不断变化的要求通过根据预DefiNed排名调度发电资产的需求priority. A energy market does operate, but the market transactions are mostly undertaked well在发电消费事件之前或之后。在短期内，需求通常是对供应成本无法控制和无反应。 向基于实时市场的电力供需模型的转变意味着系统不再由中央电网运营商“控制”。相反，网络将迁移到一个保持在动态平衡状态的能源生态系统，通过数百万参与者建立的价格信号的平衡效应。生产者和消费者将演变成一系列角色，其中包括“产消者”，在市场的两侧采取行动，以及辅助电网服务提供商的其他角色如斜坡和平衡。 纽约改革能源愿景和配电系统平台6 纽约州的“改革能源愿景（REV）”战略是一项雄心勃勃的努力，旨在改变远离大型发电系统，并提供基础设施，使产消者能够have more control over their energy consumption and production. This appros to提高整体系统效率，同时降低电网扩展成本。 此外，为了促进DES的采用，纽约还制定并发布了策略围绕一个称为Distribution System Platform (DSP) provider的平台。DSP是一篮子市场功能，旨在实现客户围绕能源的互动辅助服务。 图2跨动能量图 Transactive Energy 2.2能源在城市中的作用 城市能源消耗的复杂性、密度和多样性使它们有可能Transactive Energy Model的关键驱动因素和主要利益ficiaries. This is discussed below在与不同类型的城市的关系。 2.2. 1住宿增长 在许多快速发展的城市，电网容量和可靠性是一个主要挑战，电网约束和供应中断经常发生。房东、企业和居民要么招致损失(例如，生产率降低或货物和资产损坏)，要么招致更高的成本提供现场弹性，如运行柴油发电机。这样的本地和临时解决方案可能会产生其他不利影响，例如空气质量恶化，气味和街景混乱。 这些城市可能是“跨越”到TE模型的最有价值的案例。交互式能源系统可以提高系统可靠性和效率，并解锁新的投资以满足连接区域不断增长的需求，并将访问范围扩大到那些根本没有电网连接。这样的投资将集中在分布式上能源系统(DES)，如可再生能源、储能、微电网和需求管理技术。这些系统可以通过成本在本地提供价值通过平衡和负载控制，节省和本地弹性-以及更广泛的电网。 例如，Arup和Siemens最近的研究表明，对最终用户的价值DES投资是重要的fi不能。基于世界各地的一系列建模案例研究，运营成本降低8%至28%，投资回报率(ROI)与一切照旧的情况相比，观察到3 - 7年之间的情况。7 2.2. 2交付有效的fi建筑物 在发达城市，TE提供了一个重大的fi奖项，即建筑能效方面的阶跃变化。例如，美国的建筑物消耗约40%的能源和70%的电网电力8；减少这种负荷对实现碳减排至关重要目标，并且是经济生产力的潜在主要贡献者，因为企业减少运营成本和房主增加可支配收入。应用分布式能源交互式能源模型中的系统允许城市建筑所有者拥有更好的关于能源消耗的信息、控制和减少能源的工具以及对将节能和控制投资转化为fi财务回报的市场。 2.2. 3城市热力的Electrifi阳离子 在所有城市，交互能量模型可以使电网与加热以提供更大的环境利益fits，降低碳排放和改善能量弹性。 在英国等温带国家，用于取暖的能源几乎占fiNal能源的一半。消耗，供暖需求高峰(即在寒冷的冬天晚上)是five倍电力需求高峰。9如今，这种供暖需求在许多城市几乎完全由天然气直接供应给建筑物，尽管集中的城市热网有很高的在北欧和北美的一些城市渗透。从化石过渡向可再生和低碳来源加热燃料将不可避免地涉及向电力作为供热系统的主要输入能源，特别是在城市，替代能源例如生物质能和太阳能热能不太合适，分别是由于空气质量的影响和与太阳能发电可用屋顶空间相比的能源需求密度。 7Arup and Siemens, 2016."Distributed Energy Systems: Flexible and E - cient Power for the New Energy Era."http: / / w3. siemens. com /topics / global / en / intelligent - infrastructure / pages / intelligent - infrastructure. aspx.89US Energy Information Administration, 2014. Annual Energy Outlook 2014, Report No. DOE / EIA - 0383 (2014). Available at http: / / www.eia. gov /预测/ aeo / pdf / 0383 (2014). pdf.英国能源与气候变化部，2012年。供暖的未来：英国低碳供暖的战略框架。London. available at: https: / / www. gov. uk / government / publications / the - future - of - heating - a - strategic - framework - for - low - carbon - heat 城市可以以限制电网网络压力的方式实现热量的电气化。通过从城市内部捕获可用的热源-从地面，空气和水来自下水道、隧道和其他城市基础设施-并通过热水热输送热量网络到需要的地方。 （图片©Arup） 在大多数情况下，使用温暖的热源和低温接收系统，热量网络可以为每个单位的电力提供四到六个单位的热量输出(尽管乘数10大约三个人更典型，因为全年的平均表现11). Heat同时，存储可用于平滑峰值电力负荷，并避免电网容量受到限制。通过这些手段，城市热网可以有效地实现低碳转型，同时通过活跃的能源市场促进电网平衡机制。 2.2. 4城市交通的Electrifi阳离子 像热一样，运输部门似乎正朝着电气化fi阳离子快速发展，尤其是在城市。尽管今天的道路车辆几乎完全由液体制成燃料动力汽车，电动汽车(EV)的渗透率正在迅速上升。这是由于混合拉动因素，包括改进车