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” -------- 项目合作伙伴-Arup 2016年10月 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 1.1共同和独特的城市挑战和机遇5 1.2城市能源的五大创新5 2.能量转换7 2.1电力系统和电力市场的转型8 2.2能源在城市中的作用10 2.2.1住宿增长10 2.2.2交付有效的fi建筑物10 2.2.3城市热力的Electrifi阳离子10 2.2.4城市交通的Electrifi阳离子12 3.市长和城市行动网络13 3.1城市权力15 3.2市政能源公司15 4.综合能源规划17 5.氢经济21 5.1新兴应用23 5.2评估氢气作为城市能源解决方案的实际潜力24 5.2.1氢输送24 5.2.2氢气热24 6.为能源行动提供资金25 6.1能源履约承包27 6.2财产税方法28 6.3绿色债券与资本市场28 6.4二级市场29 6.5众筹29 6.6公私伙伴关系（PPP）30 7.结束注释31 3世界能源理事会情景的观点输入：“创新城市能源” Section1. 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）。 图1全球城市和其他用途的能源消耗7 Other6% Other3% 铁路3%Shipping10%Aviation10% 道路车辆 74% Urban 52% 交通运输 43% Extra-城市25% 建筑物 51% 冷却4%烹饪21% 电力24% Industry 23% 加热51% （来源：基于IEA，联合国人居署，EIA，WEF来源的Arup分析） 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联合国2015年。《世界城市化前景：2014年修订本》。纽约。 2SetoKC，GüneralpB，HutyraLR2012。“到2030年的全球城市扩张预测以及对生物多样性和碳的直接影响 pools.“ProcNatlAcadSciUSA109(40):16083-16088。引用于Creutzig等人。2015年。”城市能源使用和潜力的全球类型学- 城市化缓解楔子的建议。“。美国研究报告112(20)：6283-6288。 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WEC2010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。 3SeeforexampleArupandC40ClimateLeadershipGroup2015.PoweringClimateAction:CitiesasGlobalChangemakers.Availableat:http://publications.arup.com/publications/p/powering_climate_action_cities_as_global_changemakers 42010年世界能源理事会，《能源与城市创新》，伦敦。 世界能源理事会情景的观点输入：“创新城市能源” 6 7世界能源理事会情景的观点输入：“创新城市能源” Section2.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.Thetechnologicalchangesareinturndrivingchangesinthewaysenergyisbuy 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.Aenergymarketdoesoperate,butthemarkettransactionsaremostlyundertakedwell 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 havemorecontrolovertheirenergyconsumptionandproduction.Thisapprosto 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DistributionSystemPlatform(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。 5“GridWise建筑委员会”由美国能源部成立，旨在促进和实现 许多与国家电力系统互动的实体。“。有关更多信息，请参见http://www.gridwiseac.org/（已访问12016年6月）。 6纽约政府新闻稿，“改革能源愿景”，可在https://www.ny.gov/sites/ny.gov/files/atoms/files/WhitePaperREVMarch2016.pdf。另请参阅纽约州公共服务委员会市场设计和平台技术工作 集团(MDPTWG)，2015年。“市场设计和平台技术工作组的报告”。可在https://newyorkrev-workinggroups.com/. 图2跨动能量图 TransactiveEnergy 中央发电和存储 当前大规模能源的能源组合 一代人将多样化，以纳入新的可再生能源为电网供电。 住宅分布式生成和存储 传统消费者成为 “产消者”-能源用户消耗和生产能源。TE系统使产消者能够 响应市场触发因素，例如能源价格和电网频率 实时。 控制允许实时电力和资金流动在住宅和 商业产消者，电动汽车，和公用事业公司。 接口对市场 商用分布式发电和存储 电动汽车(EV) 不断增加的渗透率电动汽车市场：是一个推动 发展创新反应 提供电网辅助服务的机制服务(例如频率控制和 TE允许智能建筑中继技术和实时商业信息， 实现高效的能源交易。合并分布式发电和 存储将改善建筑物的方式消耗能源，使房东能够有可能成为新的收入来源。 平衡)。钥匙 市场参与者与电网之间的货币流动 市场参与者和电网之间的电力流动中央电源之间的数字控制信号 发电资产、网格和产消者 该信息图说明了交互式能量系统。（图片©Arup） 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 TransactiveEnergyModel的关键驱动因素和主要利益ficiaries.Thisisdiscussedbelow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