202307 丹佛斯白皮書(shū) - 城市脫碳路線圖

1書(shū)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(jiàn)1。今天，全球城市人口占比過(guò)半，到2050年預(yù)計(jì)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(biāo)，并采取措施降低排放。但是，聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)(IPCC)近期報(bào)告揭示，1.5℃溫升目標(biāo)已經(jīng)漸行漸遠(yuǎn)，如果我們“亦步亦趨而非大幅躍進(jìn)”，很快就會(huì)突破這個(gè)目標(biāo)3。氣候變化已經(jīng)對(duì)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(jī)底線，需要快速深刻持續(xù)地做出改變。聯(lián)合國(guó)秘書(shū)長(zhǎng)古特雷斯指出：“我們的世界需要在各個(gè)地方對(duì)所有事項(xiàng)同時(shí)采取全方位的氣候行動(dòng)5”本文意在展示，在城市中，如何隨時(shí)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(jī)遇得天獨(dú)厚，兼有可得性和經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)已經(jīng)具備，足以實(shí)現(xiàn)全球氣候變化目標(biāo)所需的減排幅度6。通過(guò)擘畫(huà)城市綠色轉(zhuǎn)型路線圖，可以展現(xiàn)城市如何奮勇當(dāng)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(shū)來(lái)，我們將深入剖析城市生活各項(xiàng)主要活動(dòng)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(yùn)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(lái)幾年，對(duì)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(shū)丹佛斯《影響力系列白皮書(shū)》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(guó)電本期白皮書(shū)篇幅略長(zhǎng)，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(huì)探討現(xiàn)有技術(shù)怎樣既改善城市民生，又提升經(jīng)濟(jì)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(yíng)建公園和開(kāi)放空間、開(kāi)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(shí)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(gè)行業(yè)脫碳的各項(xiàng)重要抓手，adSrensensarasorensendanfosscom書(shū)本白皮書(shū)能源效率。如果中國(guó)、美國(guó)和歐洲所有城市區(qū)域建筑物的供暖和制冷系統(tǒng)都進(jìn)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(yùn)和控目標(biāo)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(jìn)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(shí)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(duì)接能源供需雙方，實(shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)。無(wú)論是超市、數(shù)據(jù)中心、污水處理廠，都可以推動(dòng)現(xiàn)有的建筑、交通和行業(yè)耦合技術(shù)的實(shí)施，將助力加速減排，幅度可達(dá)45書(shū)1226書(shū)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(yùn)輸車輛，探討減排機(jī)會(huì)，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(jí)市場(chǎng)、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(diǎn)在于，都能運(yùn)用全球存量最大的待開(kāi)發(fā)能源?余熱。7書(shū)城市脫碳路線圖的起點(diǎn)是工作生活休閑所在的建筑。不論是家居、寫(xiě)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(lái)源。在全球能源相關(guān)碳排放中，有28%來(lái)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(huì)進(jìn)一步增加。高溫酷暑、熱浪襲來(lái)，都會(huì)增加空調(diào)用能13。世界人口不斷增長(zhǎng)，需要更多建筑，才能安居樂(lè)業(yè)。若要達(dá)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(guó)際能源署測(cè)算，若在2050年前實(shí)現(xiàn)凈零排放，近85%的建筑必須做好零碳準(zhǔn)備，既要達(dá)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(jìn)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(dá)到建筑能降低建筑能源強(qiáng)度，需要統(tǒng)籌主動(dòng)和被動(dòng)措施，涵蓋采取建筑設(shè)計(jì)或改善維護(hù)等被動(dòng)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(guò)本8書(shū)主動(dòng)措施通過(guò)計(jì)量、監(jiān)測(cè)和控制建筑能耗，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。盡管安裝節(jié)能照明或供熱裝置對(duì)于降低總體能耗意義重大，但也必須實(shí)施主動(dòng)措施，確保照明和供不論是舊房改造還是新房建造，主動(dòng)措施的節(jié)能效果都是立竿見(jiàn)影，相比當(dāng)前水平具有更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，而這些還尚未被充分認(rèn)識(shí)到。下文將會(huì)介紹多項(xiàng)節(jié)能潛力巨大的技術(shù)。哪種(供熱或制冷)主動(dòng)措施效果更好，往往因地而異。下述實(shí)例對(duì)于建筑供熱意義尤其建筑99書(shū)用溫控閥自動(dòng)調(diào)節(jié)室溫是最簡(jiǎn)單的節(jié)能方式之一。雖然貌似簡(jiǎn)單，但是暖氣加裝溫控閥之后，可讓公寓樓節(jié)能多達(dá)7%，一年就可回收成本16。但是，就是這么簡(jiǎn)單的措適度的情況下，每年節(jié)能1300億千瓦時(shí)17。依據(jù)住戶行為習(xí)慣(例如室內(nèi)無(wú)人時(shí)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(guò)管路和散熱器輸水，調(diào)節(jié)樓宇溫度。如無(wú)控制，系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)阻力上下波動(dòng)，導(dǎo)致散熱器近泵端溫度偏高，遠(yuǎn)泵端溫度偏低。由于缺乏效率，往往水溫過(guò)高，或者為保障遠(yuǎn)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(dá)10%，一年收回成本18。書(shū)模型預(yù)測(cè)控制模型預(yù)測(cè)控制依托人工智能，利用建筑、天氣和用戶數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)供熱和通風(fēng)需求。通過(guò)模型預(yù)測(cè)控制，建筑可在需求峰值到來(lái)之前預(yù)熱，或在即將日曬時(shí)調(diào)低供熱，從而節(jié)約能源。對(duì)在芬蘭等地十萬(wàn)套應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的公寓的觀測(cè)顯示，供熱和通風(fēng)能耗分別平均降低7%和10%以上。同時(shí)，通過(guò)將能源消耗移至最經(jīng)濟(jì)的時(shí)段，可以節(jié)約建筑的能源成本多達(dá)20%19。2021熱泵將儲(chǔ)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(guò)為家居辦公場(chǎng)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(dú)購(gòu)置空調(diào)。國(guó)際能源署預(yù)計(jì)，到2030年，熱泵有望助力實(shí)現(xiàn)減碳至少五億噸，這相當(dāng)于今天全歐洲所有小汽車的全年排放20。近年來(lái)，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(shí)際上使用熱泵的家庭或企業(yè)的能源成本低于使用燃?xì)忮仩t的成本22。11書(shū)無(wú)論是客運(yùn)、貨運(yùn)還是非公路用車，交通運(yùn)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(yùn)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(huì)有七百萬(wàn)人死于空氣污染26。12書(shū)分析城市交通減排的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，具體而言，用車輛、重型車輛27以及公路運(yùn)輸占到交通運(yùn)輸排放總量的77%28，其中多數(shù)來(lái)自乘用車輛29，全球占比超過(guò)一半30。所幸的是，電動(dòng)汽車銷售近年來(lái)呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。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(dòng)汽車在新車銷售中的占比可達(dá)三分之一左右，可實(shí)現(xiàn)的減排量約等于德國(guó)排放總量。在中美歐這三大經(jīng)濟(jì)體，電動(dòng)汽車在汽車銷售總量中的比要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的城市交通運(yùn)輸，有成本優(yōu)勢(shì)的電動(dòng)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(kāi)始推動(dòng)汽車電氣化轉(zhuǎn)型。例如，挪威政府的目標(biāo)是，到2025年，銷售的新車要么是純電插電，要么是混合動(dòng)力33。美國(guó)加州政府的目標(biāo)日期則展固然可喜，汽車電氣化轉(zhuǎn)型仍需爬坡過(guò)坎，尤其是動(dòng)力電池使用的關(guān)鍵礦產(chǎn)?，F(xiàn)代電池由鎳鈷錳等多種礦物構(gòu)成，但這些元素儲(chǔ)量有限，可能威脅電動(dòng)汽車的全球普及35。一項(xiàng)針對(duì)中國(guó)(這個(gè)全球最大的電動(dòng)汽車市場(chǎng))電動(dòng)汽車普及率的分析表明，關(guān)鍵材料價(jià)格高企，可能阻礙中國(guó)普及電動(dòng)汽車，導(dǎo)致2020-2060年公路運(yùn)輸?shù)奶寂欧帕吭黾?8%。此外，如從此前預(yù)測(cè)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(dòng)車書(shū)用于電動(dòng)汽車的電力電子設(shè)備對(duì)汽車能效影響很大。具體而言，在電力從電池輸往電機(jī)時(shí)，節(jié)電模組可以左右電力損耗38。在電動(dòng)汽車中，電力存儲(chǔ)于電池，然后經(jīng)過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)功率模組控制電池和電機(jī)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%。或者通過(guò)降低功率損耗，甚至無(wú)需改變電池尺寸，就可延長(zhǎng)續(xù)航14書(shū)盡管電動(dòng)乘用車銷售迅猛加速，重型汽車卻并非如此?？ㄜ囈约伴L(zhǎng)途和市內(nèi)客運(yùn)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(guò)到機(jī)動(dòng)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(dú)特機(jī)遇45。而且，如要達(dá)到巴黎協(xié)定的目標(biāo)，需巴士加倍投資46。建筑機(jī)械等重型車輛電氣化的進(jìn)度也遠(yuǎn)不及電動(dòng)乘用車(見(jiàn)表1)。為了達(dá)到全球氣候目標(biāo)，急需關(guān)注重型車輛減排。對(duì)于立竿見(jiàn)影實(shí)現(xiàn)減排、為重型運(yùn)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(dòng)汽車在新車銷售中的占比 (重型車輛*)201520202025203020352040用車。15書(shū)到四億噸47，與國(guó)際航去，沿襲乘用車減排之路簡(jiǎn)便易行：采用純電動(dòng)挖掘機(jī)，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(jī)負(fù)載大得多，充電間隔長(zhǎng)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(dòng)挖掘機(jī)所用電池需要耗費(fèi)大量資源，購(gòu)買價(jià)格高昂，全生命周期總持有成本遠(yuǎn)第二，在挖掘機(jī)的作業(yè)場(chǎng)地，未必有足以服務(wù)大量電動(dòng)挖掘機(jī)的充電能源。采石場(chǎng)等電力充沛的工地往往體量巨大。每班始末，需要在現(xiàn)場(chǎng)換電、后端庫(kù)房充電。考慮到電池重以噸計(jì)，這個(gè)過(guò)程對(duì)運(yùn)營(yíng)構(gòu)成挑第三，電網(wǎng)可供的綠能并非無(wú)限。而且，大量挖掘機(jī)要實(shí)現(xiàn)電氣化，所需的電量也不容小覷：根據(jù)粗略估計(jì)，全球挖掘機(jī)如果都實(shí)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(jìn)電氣化。今天，三噸級(jí)輕型電氣化機(jī)械已經(jīng)問(wèn)世，在城市中心區(qū)屢見(jiàn)不鮮。但是，要助力行業(yè)大幅度減排，還需要開(kāi)發(fā)十噸級(jí)的大型電氣化機(jī)械，因?yàn)楹笳唠m然臺(tái)數(shù)占比僅為56%，達(dá)92%51。工程機(jī)械脫碳的關(guān)鍵在于運(yùn)用能效技術(shù)，快速降低挖掘機(jī)油耗，同時(shí)克服電氣化帶來(lái)的挑戰(zhàn)。能效提高了，需要的電池就可以更小，充電需求會(huì)更低，等量仍以建筑工地為例，通過(guò)研究挖掘機(jī)，就能了解今天可以如何降低重型機(jī)械的能源浪費(fèi)和柴油消耗，為其電氣化鋪平道路(見(jiàn)圖2)。直到最近，低排放建筑工地還貌似遙不可及。但是，市場(chǎng)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(dá)到全球氣候目書(shū)未來(lái)數(shù)十年，建筑施工將在全球加速鋪開(kāi)。城市要想減排，挖掘機(jī)等重型機(jī)械脫碳就至當(dāng)前，挖掘機(jī)系統(tǒng)能效僅為30%。這意味著，在發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量里，多達(dá)70%被浪費(fèi)，沒(méi)有推動(dòng)挖斗搬運(yùn)土方。要想判明重型車輛能量損失原因，不能只看發(fā)動(dòng)機(jī)。在建筑機(jī)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(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量，完成挖掘托舉等工作任務(wù)。無(wú)論采用電動(dòng)機(jī)還是內(nèi)燃機(jī)，都能借助能效措施，大幅節(jié)約能源。例如，當(dāng)車輛待機(jī)時(shí)，可以運(yùn)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(guò)能量回收系統(tǒng)回有了這樣的能效措施，挖掘機(jī)可以采用更小的發(fā)動(dòng)機(jī)、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(jí)別挖掘機(jī)節(jié)油15-30%，并同時(shí)增加載荷。不久以后，該項(xiàng)技術(shù)將可普及到各級(jí)別挖掘機(jī)，節(jié)油115-30%17液壓系統(tǒng)柴油機(jī)柴油輸入液壓系統(tǒng)柴油機(jī)柴油輸入8.3能量損失3.3能量損失1書(shū)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(jī)能量輸入和有效做功之比裝備常規(guī)液壓系統(tǒng)的電動(dòng)挖機(jī)能量輸入和有效做功有效做功液壓系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電力輸入3.7能量損失3.3能量損失1電動(dòng)高能效挖機(jī)能量輸入和有效做功液壓系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電力輸入1.91.71能量損失能量損失能量損失18書(shū)港口是城市客貨水運(yùn)的樞紐。在全球貿(mào)易中，八成運(yùn)。航運(yùn)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(yùn)減排，大有潛力可挖，時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。船舶壽命通常為25-30年，常用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)57?？梢酝ㄟ^(guò)技術(shù)改造，打破現(xiàn)有船隊(duì)的碳鎖定，促進(jìn)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(guò)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(duì)當(dāng)?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(yùn)車和起重機(jī)運(yùn)行時(shí)間都很長(zhǎng)。前者置于地面，往來(lái)于船舶，裝卸集裝箱，之后碼垛，服務(wù)短途運(yùn)輸。無(wú)論是起重機(jī)還是跨運(yùn)車，歷來(lái)采用柴油驅(qū)動(dòng)，但是依托現(xiàn)有技術(shù)，都可以利用全電驅(qū)動(dòng)提，振華港機(jī)是世界上最大的港機(jī)制造企業(yè)之一，提供多類電動(dòng)和混動(dòng)港機(jī)產(chǎn)品。電動(dòng)跨運(yùn)車就是其中相比于柴油港機(jī)，電動(dòng)港機(jī)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(yùn)糧船等近海船舶電驅(qū)技術(shù)已經(jīng)就緒，支持純電運(yùn)行，系泊在挪威的Grovjord，三文魚(yú)養(yǎng)殖是當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)支柱。在峽灣之中，首批電動(dòng)作業(yè)船舶?AstridHelene號(hào)?正在航行，船上滿載著起重機(jī)等重型機(jī)械。得益于電力驅(qū)動(dòng)，該船引擎無(wú)噪音、排放無(wú)油煙。世界各地運(yùn)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(jì)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(dòng)方式，延長(zhǎng)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(shū)輸減排至關(guān)重要。在臺(tái)灣地區(qū)港城高雄，海上渡輪通過(guò)繁忙的港口運(yùn)送貨物，其排放物大大為改善空氣質(zhì)量，官方機(jī)構(gòu)責(zé)令臺(tái)灣船運(yùn)企業(yè)降低渡輪排放，旗津島旅客渡輪包括在內(nèi)。快樂(lè)號(hào)渡輪船重100噸，船長(zhǎng)23米，日載1.5萬(wàn)人以上61，且節(jié)油潛力估計(jì)過(guò)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(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量。該船可以岸基充電，補(bǔ)充低碳輪相比，碳排放和空污分別減少了87%和86-99%63。其運(yùn)營(yíng)成本大大低于常規(guī)船舶，確保運(yùn)資64。192020書(shū)純電和混動(dòng)船舶在港時(shí)，可以利用岸基電源純電和混動(dòng)船舶在港時(shí)，可以利用岸基電源充電。當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)也可以通過(guò)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(guò)10萬(wàn)千瓦時(shí)。按每3千瓦時(shí)1升油計(jì)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(bǔ)能，船舶在港時(shí)可以避免消耗柴油，從而顯著降低當(dāng)?shù)乜諝夂驮胍粑廴尽Ｓ捎诟劭谕R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(gè)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(wàn)升33,000萬(wàn)升柴油個(gè)港區(qū)的一個(gè)新型工業(yè)級(jí)裝置將會(huì)擴(kuò)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(jī)，降低發(fā)動(dòng)機(jī)閑時(shí)空2021書(shū)備，乃至于起重機(jī)、跨可以加快交通脫碳。無(wú)論是乘用車、重型車輛，還是海上航運(yùn)，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(shū)加速電氣化?！?3書(shū)作為脫碳路線圖的最后一站，請(qǐng)重點(diǎn)關(guān)注城市能源供應(yīng)。我們將看到，對(duì)于購(gòu)物、廢物管理等與城市生活息息相關(guān)的活動(dòng)而言，如何通過(guò)統(tǒng)籌城市用能，實(shí)現(xiàn)在全球能源危機(jī)的帶動(dòng)下，可再生能源大規(guī)模建設(shè)的勢(shì)頭空前強(qiáng)勁。未來(lái)五年，全球新增可再生能源裝機(jī)去二十年的總和68。24書(shū)毋庸置疑，擴(kuò)大可再生能源的規(guī)模對(duì)城市脫碳至關(guān)重要，而且未來(lái)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(yuǎn)不能滿足實(shí)現(xiàn)全球通過(guò)開(kāi)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(shū)第二冊(cè)對(duì)在城市脫碳路線圖中，余熱利用構(gòu)成了第三個(gè)重要支過(guò)去，來(lái)自鋼廠、電廠等處的余熱因?yàn)闇囟群芨?，?shí)現(xiàn)了回收再利用。但是，隨著技術(shù)進(jìn)步，很多來(lái)源的低溫余熱也已具備應(yīng)用前景。這意味著，即便城市沒(méi)有大型工業(yè)，也有大量余熱來(lái)源，可以匯集成為可觀能源。來(lái)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(jiǎn)單的是將余熱返回相同工藝流程。在場(chǎng)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)?；蜉^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(guò)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(gè)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(jìn)不同行業(yè)之間充分協(xié)同增效，并且實(shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存。通過(guò)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　３鞘幸?guī)劃可以通過(guò)智能網(wǎng)絡(luò)，對(duì)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(dòng)能源系統(tǒng)脫碳。而且，通過(guò)臨近25書(shū)區(qū)域能源是為整個(gè)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(yáng)能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能)和化石能源(例如，電廠)等各種能源，以熱水的形式通過(guò)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(guò)管道輸目前，全球區(qū)域能源絕大多數(shù)依賴化石燃料。國(guó)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(shí)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(gè)主要優(yōu)勢(shì)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(yùn)行的新建建筑供熱。得益于可以采用越來(lái)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(shì)是有助于電網(wǎng)平衡。確保供需匹配是電網(wǎng)脫碳和推進(jìn)電氣化的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。通過(guò)統(tǒng)籌能源系統(tǒng)、連接多種能源，區(qū)域能源可以實(shí)現(xiàn)靈活用電，彌合供需缺口，用足電網(wǎng)容量。對(duì)擴(kuò)大采用書(shū)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(kù)等)免費(fèi)天然冷源提供，或由發(fā)電或工業(yè)的廢熱及通過(guò)集中式電制冷機(jī)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(shí)段配送，降低峰荷時(shí)段制冷機(jī)負(fù)荷，并利用夜間電費(fèi)便宜、空間制冷約占全球用電總量10%。國(guó)際能源署估二家庭擁有空調(diào)71。國(guó)際研究發(fā)現(xiàn)，商用和民用建筑制冷需求將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，特別是在高收入國(guó)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(shū)全球分布著數(shù)千個(gè)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(dāng)代全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)的命脈，數(shù)據(jù)中心對(duì)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(jì)的服務(wù)器供電制冷，需要大量電力。國(guó)際能源署指出，2021年，數(shù)據(jù)中心耗電量達(dá)到2200-3200億千瓦時(shí)，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(gè)成功案例表明，通過(guò)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(gè)項(xiàng)目，利用數(shù)據(jù)中心余熱，滿足全市住宅和寫(xiě)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(fèi)81。通過(guò)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(guò)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(shū)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(guò)污水處理能耗將近100%，足以滿足20萬(wàn)人市域包括飲用水配送和污水回收、處理在內(nèi)的整個(gè)水循環(huán)的用能需求，從而將水務(wù)與高能耗脫鉤。該項(xiàng)目投資回收期為4.8年。據(jù)估計(jì)，70%的改進(jìn)源自于工藝優(yōu)化和數(shù)字化82。聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)第6.3項(xiàng)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(jìn)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(shí)84，約合德國(guó)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(shū)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(qiáng)度最高的商用能約占全國(guó)發(fā)電量3%88。其中最費(fèi)電的是用冷柜冰柜為食物保鮮。冷柜冰柜會(huì)大量發(fā)熱。這聽(tīng)上去有悖于直覺(jué)。但感受一下家里冰箱背后的熱度，就能確認(rèn)這一點(diǎn)。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(guò)監(jiān)控制冷系統(tǒng)、復(fù)用并出售制冷余熱，實(shí)現(xiàn)了大幅節(jié)能。2019年以來(lái)，通過(guò)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(shū)從上述案例和行業(yè)實(shí)踐中，可以看到正在推動(dòng)城市綠依托國(guó)際能源署和IPCC的場(chǎng)景，法維翰咨詢公司 (Navigant)對(duì)中美歐部分城市為實(shí)現(xiàn)1.5℃溫升目標(biāo)所采用的技術(shù)路線進(jìn)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(dá)到1.5℃溫升目標(biāo)，交通運(yùn)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(xiàn)所需減排法維翰咨詢公司的研究揭示，節(jié)能建筑和電動(dòng)交通在可以彌合1.5℃目標(biāo)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(xiàn)。下面，具體看2MtCOe22050年1.5℃溫升目標(biāo)所需的2050年1.5℃溫升目標(biāo)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(shū)通過(guò)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(fèi)。在建筑工地，系統(tǒng)效率更高的重型機(jī)械可以大幅節(jié)油，而且挖機(jī)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(zhǎng)續(xù)航里程，有效提升電動(dòng)車的市場(chǎng)接受度。此外，從數(shù)據(jù)中心到超級(jí)市場(chǎng)，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(guò)程中，建筑需要貢獻(xiàn)20%的減排額，這一部分可以通過(guò)本文第一章這相當(dāng)于把2020年2500Mt的排放量到2050年歸零。僅此一項(xiàng)，就占到當(dāng)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(dá)到凈零目標(biāo)，能效是關(guān)鍵。事實(shí)上，在全球范圍內(nèi)提升能效，可以貢獻(xiàn)凈零目標(biāo)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(dá)不到全球氣候目標(biāo)要求的速度。采取能效措施，可以緩解電網(wǎng)壓力，擴(kuò)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(fèi)對(duì)于對(duì)抗氣變將會(huì)愈發(fā)重要。例如，城市制冷需求將會(huì)大幅增加，熱島效應(yīng)會(huì)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(jìn)幾十億城電氣化會(huì)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(yùn)輸和海運(yùn)行業(yè)也亟需關(guān)注。我們看到，貨運(yùn)卡車、城市船舶、工作船舶、輪渡船舶、跨運(yùn)車和龍門(mén)吊等港口機(jī)械全面如果中美歐所有城市都能實(shí)現(xiàn)私人和公共交通電氣化，就能貢獻(xiàn)巴黎協(xié)定項(xiàng)下1.5℃溫升目標(biāo)所需的28%的減排幅度97。這還沒(méi)有包括重型車輛電動(dòng)化的潛32書(shū)但是，貢獻(xiàn)度因地區(qū)和城市而異?歐洲為17%，美國(guó)為24%，中國(guó)為37%98。當(dāng)下，我們正在激進(jìn)的推動(dòng)發(fā)電過(guò)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(shí)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(guò)用可再生能源電力替代化石燃料實(shí)現(xiàn)減排，并可以通過(guò)電力技術(shù)的更高能效實(shí)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(zhǎng)達(dá)25-30年，能效提升將可抵消交通運(yùn)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(duì)市民健康的威脅越來(lái)越大。憑借現(xiàn)有電氣化技術(shù)，有望在2050年前實(shí)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(dòng)。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(yùn)營(yíng)的副產(chǎn)品-余熱。因此，行業(yè)耦合可以大量節(jié)能，從而擴(kuò)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