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《建筑能源技术》

  • 来源专题：可再生能源
  • 编译者： pengh
  • 发布时间：2017-08-03

  • 在大多数工业国家，最终能源需求的40％以上归因于建筑业。大部分能源用于室内空调和舒适性：加热，冷却，通风，除湿和加湿以及热水加热和人造照明。因此，建筑部门在实现气候目标方面发挥着中心和影响。

    Fraunhofer ISE的业务领域建筑能源技术涉及所有建筑类型的能源效率和可再生能源的相关领域：住宅和非住宅建筑以及新建和现有建筑。

    2015年，Fraunhofer ISE大大扩展了其在加热和制冷技术领域的实验室空间和设备范围。随着能源系统转型的开始，电力和热力应用开始越来越多地融合在一起。电动和气驱动的热泵正在成为最主要的采暖技术。因此，他们在建筑能源系统中的进一步发展和实施以及创建灵活的，电网支持的运营理念是Fraunhofer ISE的重要研究课题。

    同时，将太阳能转换器（如光伏和太阳能热能）整合到建筑物中的整体方法正变得越来越重要。综合考虑建筑和建筑施工因素是必要的。

    除了单户家庭的概念，Fraunhofer ISE还在为城市居住区甚至整个城市提供解决方案。分享热电网的方案或详细模拟以协助城市实施具体步骤以实现气候保护目标的方法仅仅是Fraunhofer ISE可以提供的支持的一些例子。

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相关报告

  • 《国际能源署（IEA）评估清洁能源技术部署进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2018-08-17
    • 日前，国际能源署（ IEA ）发布了新版《清洁能源进展追踪》报告 ，对政府、企业的清洁能源技术研究、开发和示范（ RD&D ）支出和风险资本投资进行了分析；此外，报告还对 2017 年全球 38 种能源技术低碳转型进展进行了详细的追踪和分析，以此评估各种能源技术低碳化进展情况，以及这些进展是否能够满足 IEA 设定的可持续发展情景（ SDS ）需求（即将全球平均温升控制在 2 ℃以内的气候目标）。过去一年中，仅有 4 种能源技术（太阳能光伏、 LED 照明、电动汽车和数据中心能效）处于可持续低碳转型的正确道路上，取得了显著进展，能够满足 SDS 需求； 23 种技术取得了进步，但发展速度较为缓慢，无法满足《巴黎气候协定》需求；而其他 11 种技术则出现了发展滞后的情况，亟需出台新政策加以引导。报告关键要点如下： 2017 年，政府清洁能源技术 RD&D 支出增长 13% ，从 2016 年的 192 亿美元上涨到 216 亿美元，主要原因是美国和中国在能源技术 RD&D 支出方面的增长，结束了过去数年支出基本停滞的态势。 同期，企业清洁能源 RD&D 投入增速放缓，增幅为 4% ，低于近五年 5% 的平均增长率； 2017 年清洁能源技术风险投资约为 25 亿美元，超出前四年平均水平，其增长主要是低碳交通运输技术投入增加所致。 2017 年，太阳能光伏发展创历史新高，新增装机近 100GW ，发电量增长 34% ，达到 416TWh ，几乎占全世界发电量的 2% ，满足 IEA 设定 SDS 需求。 2017 年中国光伏新增装机容量 53GW ，是推动全球太阳能光伏发展的最强劲驱动力。由于中国和东南亚竞争加剧和制造能力的提升，预计未来几年光伏发电平均价格将持续下降。作为仅次于中国的全球第二大光伏市场，美国 2017 年新增装机 10.6GW ，增量较去年下降 30% ，主要原因是税收抵免政策到期导致众多太阳能运营商放弃计划中的光伏项目。印度光伏新增装机较 2016 年翻倍至 9.6GW 。日本和欧盟分别新增 7GW 和 6GW 。鉴于上述总体良好发展势头， 2017 年全球太阳能光伏投资达到了创纪录的 1450 美元。 2017 年，发光二极管（ LED ）销售显著增长，达到照明市场份额的三分之一，处于可持续低碳转型的正确道路上。 LED 性能也不断提高， 2017 年比 2010 年提升 70% ，住宅使用的 LED 灯光效可达 110 lm/W 。光效仅为 13 lm/W 的白炽灯市场份额降至 5% 以下，卤素灯和紧凑型荧光灯降至 55% 。为了实现 SDS 目标，应逐步淘汰光效仅比白炽灯高 5% 的卤素灯。 2017 年，全球电动汽车销量创下 110 万辆历史新高，同比增长 54% ，使得全球电动汽车保有量突破 300 万辆，满足 IEA 设定 SDS 需求 。中国占电动汽车销量的一半，挪威人均拥有量最高。 2017 年，电动汽车倡议（ Electric VehiclesInitiative ）启动 EV30@30 活动，设定了到 2030 年实现电动汽车占市场平均份额 30% 的目标，以满足巴黎协定要求。目前，电动汽车普及率不到全球市场的 1% ，为了确保实现 SDS 目标， 2017 年至 2030 年需保证电动汽车年增长率为 40% ，维持这一增长需要持续和广泛的政策支持。另外，锂离子电池作为目前以及未来十年电动汽车首选技术，需进一步改进性能并降低成本。 能源进入数字化新时代。 目前，信息通信、大数据、人工智能等数字技术正推动能源发展全面进入数字化时代。数字化提高了能源系统的安全性、生产力、可达性和可持续性，促新商业模式涌现。未来几十年，数字技术将使世界能源系统更加联通、智能、高效、可靠和可持续。 可再生能源发电量增长 6% ，达到全世界发电量的 1/4 ，距离完成 SDS 目标尚需进一步努力。 政策支持和竞争性拍卖成为推动可再生能源发展的驱动力，太阳能光伏、陆上风电、海上风电、太阳能热发电拍卖价格持续下降。太阳能光伏是 2017 年唯一一个进展处于 SDS 需求正确轨道上的可再生能源技术，陆上风电发电量连续两年增长放缓，与海上风电、水电和生物能共同被归于需要进一步努力的技术类别，而太阳能热发电、地热能、海洋能增长率远低于实现 SDS 目标的要求。 核电发展放缓， 2017 年新增核电容量急剧下降至 3.6 GW ，实现 SDS 目标成为巨大挑战。 2017 年在建机组总装机容量仅有 56 GW ，核电项目投资相比 2016 年下降 70% 。考虑到部分机组将被淘汰或退役，实现到 2030 年净增加 185 GW 的目标将极具挑战性，中国、印度和俄罗斯在 2018-2020 年即将出台的政策对实现 SDS 目标有重大影响。 2017 年，燃气发电增长放缓至 1.6% ，提高灵活性和满负荷发电效率仍为燃气发电的研究重点。 受到天然气价格上涨影响，美国天然气发电量减少 7.6% ，中国、欧盟和东南亚为主的其他地区则增长了 4.6% 。尽管全球燃气发电量有所增长，但新增燃气电厂投资降至 50 GW ，为十多年来的最低水平。 由于亚洲尤其是中国和印度的燃煤发电量的增长， 2017 年全球燃煤发电量增加 3% ，且未配备碳捕集、利用与封存（ CCUS ）设施，偏离 SDS 情景轨道。 2017 年美国和欧盟燃煤发电量均在下降，然而燃煤发电仍为全世界发电的主要形式，占总发电量的 37% 。为达到 SDS 目标，直到 2030 年每年需减少 5.6% 的未配备 CCUS 燃煤机组，如通过逐步退役或降低利用率。以中国为首， 2017 年新增燃煤电厂显著下降，投资重心已转向更高效的超临界和超超临界发电技术。 2017 年电力部门 CCUS 项目进展放缓，电力领域碳捕集能力仅为 240 万吨 / 年，远未达到 SDS 设定的到 2030 年碳捕集能力为 3.5 亿吨 / 年的目标。 2017 年电力部门只有 2 个 CCUS 项目投入运行，还有 7 个项目处于早期开发阶段，需增加一个数量级的项目才能满足 SDS 目标，因此需促进 CCUS 项目融资、降低成本并持续改进技术。 由于继续使用效率较低的技术、缺乏有效政策及可持续建筑投资不足，建筑物节能及减排潜力尚未发挥。 只有照明技术的进展有希望实现 SDS 目标，围护结构、供暖能效提升发展停滞不前，制冷及电器设备有一定发展但仍需政策有力推动。 2017 年，全球三分之二的国家缺乏强制性建筑节能法规；热泵和可再生能源加热设备仅占供暖市场销售额的 10% ，化石燃料设备仍占 50% ；制冷市场增长较快，但须大幅提高冷却设备效率；家电能耗势头强劲，只有三分之一家电使用能效标签，全世界国家都应考虑使用家电能效标准，并采用更严格、更广泛的政策。 交通运输低碳化转型发展已进入关键转折期，需继续提高效率并减少能源消耗以走上 SDS 发展轨道。 尽管电动汽车发展迅猛，卡车、公共汽车的燃油经济性标准覆盖范围明显滞后；重型车辆的 CO 2 排放增长速度超过其他所有运输方式；运输用生物燃料产量 2017 年仅增加 2% ；航空运输需求旺盛，轨道交通基础设施建设发展迅速，均需继续降低能源强度。为了实现 SDS 最终目标，应制定综合、连贯和协调的政策，采用更清洁燃料，推出更严格的车辆排放标准，并配合税收政策，使交通发展走上正轨。 工业部门二氧化碳排放量和能源消耗继续增长，需大量增加高效节能电机的使用，加速提升工业生产率，扩大工业能效强制性政策覆盖范围。 化工产品和石化产品能耗及 CO 2 排放增加，钢铁产业能源强度有所下降但仍不足，水泥、造纸、电解铝产业均需在能源强度、二氧化碳排放上做出改进。目前，全世界共有 15 个 CCUS 项目应用于工业和燃料转化部门，总捕获能力为 287 万吨 / 年，距离 2030 年年捕集 5 亿吨目标十分遥远。 能源系统集成技术均未按计划发展，可再生能源供热偏离 SDS 轨道。 储能项目部署不足以实现 SDS 目标，还需更多政策支持和更广泛的储能技术；智能配电网等关键领域 2017 年投资仅增长 3% ，各国智能电表部署进展不均，需进一步改变智能电网监管模式及商业形式；世界需求侧相应潜力需从当前的 4000 TWh 上升至 2040 年的 9000 TWh 以提高电网灵活性； 2017 年全球燃料电池汽车库存超过 7200 辆，各国对氢燃料汽车关注度增加； 2010 至 2017 年可再生能源供热平均每年增加 2.6% ，需提升至 4% 才能满足 SDS 目标。
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  • 《双碳目标下必须加快能源技术创新》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2021-03-31
    • “国家能源集团宣布将在‘十四五’时期实现清洁可再生能源的跨越式发展，计划新增装机7000-8000万千瓦。”在接受记者采访时，国家能源集团北京低碳清洁能源研究院（下称“低碳院”）院长卫昶说。 自2020年9月我国提出“30·60”双碳目标至今，能源企业纷纷加快行动，多家能源央企近期陆续公布了行动计划，卫昶指出，可再生能源的规模化、传统能源的碳减排、能源细分领域的技术创新和碳市场的有序发展非常重要。 ■可再生能源、碳减排双管齐下 “我国目前的能源结构中，煤炭仍占很大的比重，对中国来讲，要实现碳达峰、碳中和的目标，面临很大挑战，我们必须大规模发展可再生能源。”卫昶向记者坦言，“但好在我国可再生能源已经有了很好的产业基础，风电、光伏等清洁能源的发电成本已出现了大幅下降，前景非常光明。” 在卫昶看来，由于可再生能源自身天然的不确定性和间歇性，以及电网系统的灵活性和兼容性仍有待提高，基于智慧电网的技术创新以及储能技术的提升和大规模应用不可或缺。 卫昶认为，在大力发展可再生能源的同时，不能忽视化石能源的碳减排，尤其是燃煤发电碳排放的大幅度降低仍然是一个挑战，产能限制和效率提升是短期可能实现的途径，但最终还是要归结到二氧化碳的捕集、封存或者应用（即“CCS”或“CCUS”），这亟待技术突破以实现其规模化和成本降低。 “二氧化碳的最终去处是关键。”卫昶说，“一方面封存的成本依然偏高，而且要考虑封存后的长期稳定性；另一方面应用的需求与排放量不匹配，而且二氧化碳转化技术距离实际应用依然很远。二氧化碳封存和转化可能是并存的路径”。 ■成本问题是“相对的” 在卫昶看来，推动可再生能源大规模并网应用和化石能源碳排放的大幅度降低以光伏、风电、储能、CCUS等领域的技术创新和技术突破为前提。他说：“在风电领域，海上风电的大规模开发将会成为行业的一大增长亮点。在光伏领域，除组件本身效率的进一步提升外，从集中式到分布式、进一步到移动式甚至可穿戴式光伏应用场景的变化也值得期待。在储能方面，成本依然会有较大的提升空间，不论是当前广泛应用的锂电池，还是正在兴起的大规模高安全性能的液流电池储能系统，在未来都将会有更大的应用前景。” 卫昶提到，储能不仅仅是储电这一种形式，储热、储氢等领域都是亟待开发的“新星”。“事实上，在太阳能领域，由光转换为热的效率远比光转化为电更高，如何将太阳能以热的形式储存起来，直接用于对高品质热有较大需求的领域，或许是未来值得重视的技术创新领域。 尽管技术前景颇为乐观，但从目前国内技术研发现状来看，不论是大规模储能，或是“绿氢”和储热等新兴领域，“成本之困”始终是业内关注的一大焦点，企业怎么算“经济账”? 在卫昶看来，成本问题都是“相对的”，随着全国碳市场的逐步建立成熟，低碳技术的应用也将迎来新动力。“从商业维度来讲，成本应是企业最为重要的考量因素。”卫昶指出，“如果二氧化碳减排能够有充分的价值体现，成本的计算方式就有所不同，新技术的发展成本就会是相对的。” ■新兴技术产业链有待打通 卫昶认为，对于氢能、光热等新兴领域而言，打通全产业链将更加利于降本。 “以氢能为例，目前我国氢能行业还在产业发展初期，未来有很大的发展潜力。在可再生能源电解制氢方面，随着可再生能源成本的降低、电解效率的提升、新型制氢办法的推动，都会进一步降低制氢成本，同样加氢站的大规模建设和使用也会有效降低加氢设备的成本。我国目前氢能发展基础设施建设尚不完全，国内在营加氢站数量还不够多，氢能产业链发展也不完整，这导致了氢能应用的整体成本偏高。此外氢能领域中部分关键零部件尚不能国产化，甚至还存在‘卡脖子’的现象，直接导致了成本居高不下。”卫昶表示。 “同理，光热领域也面临着类似的问题。事实上，低碳院目前也正研发最新的储热材料，取得了很好的进展，但光热这一领域仍面临着尚未规模化、产业链不成熟的瓶颈，要进行大规模推广尚需时日。”卫昶称。
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