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能源洞察:英国热量的脱碳

为了达到减排目标,每个经济部门都必须脱碳,包括电力、供热和运输。这一能源洞察集中在热,包括空间加热,水加热和工业过程。

•在热脱碳方面取得了哪些进展?
•脱碳热的技术选择是什么?
•英国应对脱碳的政策和举措是什么?

对于这种能源洞察力的第2部分(发达经济体中的热量脱碳),点击这里

脱碳热量取得了什么进展?

“(在)家庭部门……空间和热水占最终能源消耗的80%。大部分需求……都用天然气来满足。”
英国的能源消耗(ECUK) 2018,商业、能源和工业战略部。

在英国,由于发电效率的提高、煤炭向天然气的转变以及可再生能源比重的提高,在脱碳发电方面取得了重大进展。2018年,低碳发电(含核电)比重达到创纪录的52.8%,根据商业、能源和工业战略部的说法(贝)。

相比之下,在热量脱碳方面的进展极为有限——英国建筑热量需求的4.5%都来自于此2017年的低碳能源。根据能源技术研究所在英国,住宅空间和水暖占英国能源需求的23%和碳排放的20%。


英国能源消耗的热量,按燃料使用-总消耗量为33,559克托。
包括空间加热,水加热,烹饪和餐饮。“热能销售”指的是根据合同规定产生并销售的热能。2017年数据,来源自贝ECUK 2018

为了尽量减少对空间供暖和制冷的需求,新住宅必须按照改进的建筑标准建造,从而使它们具有适当的能源效率。然而,到2050年及以后,大多数现有建筑仍将继续使用,而英国现有的大部分住宅都很老旧,而且隔热效果很差。据估计,将有2600万户家庭需要安装低碳设备或进行低碳改造,这是一项巨大的努力,可能会耗资巨大,造成混乱。作为清洁增长战略的一部分,政府宣布所有住房都应该有一个能效证书乐队C或高于2030,但政策有限地实现这一目标。高效建筑是脱碳热量的重要前提,因为提高效率意味着将减少其他技术措施及其相关成本的需求。
以下是英国当前的政策和倡议。

一个2018年8月报告由伦敦帝国学院为气候变化委员会(CCC)列出了英国脱碳热量的三种可能的途径:

1)通过改变气体网格在低碳“绿色”氢气上运行气体电网的“绿化”
2)低碳发电支撑的热能电气化
3)混合溶液,使用绿色气体满足高峰时期的需求

哪些技术可以实现其中一个或多个途径?

脱碳热技术


“……与交通等其他能源部门进一步削减排放相比,消除建筑排放更具成本效益。”这实际上意味着需要为家庭天然气供暖系统寻找替代品。”
杰夫•道格拉斯他是Energy Systems Catapult的战略经理

绝大多数(85%)英国家庭连接到天然气电网并使用a天然气用于供暖的锅炉,将泵入家中散热器的水加热。锅炉也可以用石油、液化石油气、煤或木材来运转。减少燃气锅炉碳足迹的一个选择是使用沼气,一种主要由甲烷和由厌氧消化产生的二氧化碳组成的混合物。微生物在没有氧的环境中分解有机材料,可以纯化得到的气体并注入气体栅格中。如果有可能在合适的温暖的环境(如农场)中可以消化的有机废物供应稳定供应,则使用沼气只是可行的。目前,它仍然是小规模使用的低效技术。
然而,能源供应商Ecotricity已经提供了关税自2009年以来,消费者购买“绿色”沼气(任何排放都被有机物质在其使用期内吸收的二氧化碳所抵消)。

另一种方法就是用电取暖。蓄电加热器使用浸没式加热器在夜间加热水箱里的水(可能利用较低的非高峰电价)——然后热水可以用一整天。电加热只有在发电的能源是绿色的时,它是目前一种昂贵的家庭取暖方法,因为电比每千瓦时燃气贵得多。

热泵利用电来利用空气中的热能(空气源)或土壤或基岩中的热量(地源)作为加热建筑物的方法,可以比电储存加热器更有效。一个地源热泵使用地面回路 - 一系列埋地的地下管道 - 连接到地面水平的泵。水和防冻混合流过地环,从地面吸收热量,然后由热泵提取并用来加热建筑物。

空气源热泵与地面源相比,它们的购买成本更低,安装破坏性更小,然而它们是更受影响由于季节的变化,所以效率较低。它们被安装在房子的一侧,很像一个空调机组。热泵从空气中吸收热量,并使用一个电动压缩机来提高水的温度,然后可以在房子周围流动。与地源热泵一样,空气源热泵仍然需要电力才能工作——当从燃气供暖切换时,电力成本的增加应该被减少的燃气账单所抵消。

它也可以使用家用太阳能供暖- - - - - -太阳能热发电浓缩阳光并通过传热流体(例如丙二醇)将其转化为热量。流体循环到储存圆柱体,在那里它可以加热水。太阳能热量通常需要与备用热源相结合,尤其是在诸如英国之类的国家/地区太阳照射低在冬季。


在房子的屋顶的太阳能热管。图片©Julianb并再现Creative Commons许可


在发电过程中产生的余热通常被浪费掉热电联产(CHP)旨在通过在发电过程中捕获可用热量来避免这种情况。热电联产有时被称为热电联产,热电联产可以使发电效率达到80%左右,减少碳排放,并有可能节省能源账单上的钱。CHP经常与热网联系在一起目前英国私人项目包括利物浦大学和斯蒂夫尼奇的利斯特医院。
下面是热网络的摘要。

氢的作用


在2018年11月的报告中“低碳经济中的氢气',CCC指出氢气作为一种低碳燃料,可以促进热量的脱碳,特别是如果现有的天然气网络可以被利用的话。电解水(电将水分解成氢和氧)可以产生“绿色”氢气,目前这种方法既昂贵又耗能。另一种方法是天然气的蒸汽重整(碳氢化合物在高温下裂解);然而,这将产生温室气体二氧化碳作为副产品,除非加上碳捕获与储存(CCS)。此外,氢会导致铁的脆化,这意味着它不能在老旧的钢管煤气管道中高浓度地运输。随着铁管更换计划(IMRP)继续将管道改为塑料(聚乙烯),天然气分销网络正变得更适合携带氢气。然而,新的氢输送管道仍然需要将天然气输送到家庭。

根据CCC在美国,氢可以作为“混合”供暖解决方案的一部分——由低碳电力驱动的电热泵可以在大部分时间提供热量,而氢锅炉则在非常寒冷的日子或需求高的时候充当后备。该提案要求从2020年起引入热泵,然后在2035年后引入氢锅炉,以取代天然气。这样的交货期使得这项技术变得更便宜、更高效。

HyDeploy项目, 受支持北方天然气网络和Cadent是一种将天然气和20%体积的氢混合输送到基尔大学校园和附近一些家庭的试验。如果试验成功,它将为英国展示一个潜在的选择,减少家庭供暖二氧化碳排放的基础设施的最小修改。


支持热网络


英国政府支持投资热网他指出,到2050年,英国18%的热量需要来自热网,才能达到目前的减排目标。热网络-也叫集中供热-在一个大型中央热源产生热量,然后通过一系列绝缘管道将热量分发给最终用户。也有机会通过利用现有的大型热源(发电厂或工业基础设施)来节约能源,而不是给专用锅炉充电。因此,热网在提高供暖效率和减少供暖排放方面具有巨大潜力,特别是在工业热源匹配良好的地区以及家庭、商业或其他热需求地区。

在2015年,几乎有英国有14000个热网,为加热和热水产生17.7WH。一个例子是EnviroEnergy,一种将加热和热水供应到5000屋和100家商业建筑的网络,包括诺丁汉特伦特大学和国家冰场。来自Eastcroft焚烧炉(燃气锅炉备用)的废热用于产生过热的蒸汽,从而产生电力并加热水。

热网需要一种可靠的废热源,这样才经济,同时也需要安装绝缘管道——因此,它们最适合发电站附近的城市地区或工业场所。因此,英国目前的热网络集中在这里人口稠密地区比如伦敦、曼彻斯特、贝尔法斯特和伯明翰。

政府热网络交付单元(HNDU)提供“支持和指导地方当局发展热网”。自2013年以来,HNDU已经进行了8轮融资,向英格兰和威尔士的地方当局提供了1900万英镑的资助。第九轮资助将于2019年4月30日至2020年1月3日开放。

热网投资项目(HNIP)正在“提供3.2亿英镑的资本投资……以增加建成的热网络的容量……在没有政府直接补贴的情况下也能运行”。BEIS已经任命了Triple Point Heat Networks Investment Management来管理该计划,并与一个投资者财团合作。


Pimlico区域供热工程的热库,英国第一个区域供热系统建成。图像©Fin Fahey,并根据知识共享许可进行复制。


英国旨在热脱碳的倡议和政策


超过三分之二的能源协会成员认为,最有效金博宝188com官网的脱碳政策是引入财政激励,如税收抵免或资本拨款计划(能源指标2017)。下面详细列出了英国鼓励减少热量排放的举措和政策。

可再生热激励(RHI)是英国政府的一项旗舰计划,旨在“通过财政激励鼓励住户、社区和企业吸收可再生热能技术”。在7年的时间里,参与者每季度都能从政府收到款项。截至2019年6月国内开展的支持生物质锅炉和生物质颗粒炉;热泵;平板或真空管太阳能电池板。的非国内计划适用于大小企业、学校和医院,涵盖生物质、沼气、热泵、地热发电、太阳能收集器、废弃物能源和热电联产。

要符合RHI的要求,所涉及的加热系统必须经过RHI认证微型认证方案(MCS)。该方案得到BEIS的支持,并确保安装公司、产品和供暖系统是高标准的。

增强资本津贴(ECA)该计划允许企业“投资节能工厂或机器,否则可能过于昂贵”。参与计划的企业可在购买机器的财政年度内,将新机器的成本冲销于应税利润中。
合格的工厂和机器可以在能源技术列表(ETL),由碳信托基金代表BEIS;目前的产品包括热电联产、热泵、电机和驱动器、管道绝缘、太阳能热系统等。

能源公司的义务(生态)是“一项旨在帮助减少碳排放和解决燃料贫困问题的政府能效计划”。大的供应商(那些至少有25万个客户账户的人)有义务促进措施这改善了低收入,燃料贫困和脆弱家庭加热家庭的能力;这包括安装固体或腔壁绝缘,锅炉更换和阁楼绝缘。每个能源供应商的贡献基于其市场份额。最新的政策,ECO3,从2018年秋天运行到2022年3月。

绿色交易最初从2013年到2015年7月作为政府资助计划。该计划允许参与者申请贷款来支付其家中的能效改进,例如新的锅炉,改进的绝缘或热泵的安装。然后,参与者通过电费支付超过10-25年偿还贷款,推理贷款偿还不会超过能源票据的任何储蓄。但是,绿色交易被报废后国家审计署据报道,它没有达到金钱的价值,只有1%的能源效率改进由绿色交易贷款资助。

绿色的交易2017年重新发行与私人投资者支持的绿色交易金融公司(Green Deal Finance Company)合作。


英国供暖行业的下一步计划是什么?



在脱碳发电方面,尽管与消费者的互动有限,但还是实现了减排。然而,脱碳供热是一项不同的挑战,它需要大规模提高能源效率,以及数百万家庭用新技术取代燃气或燃油锅炉。没有放之四海而皆通的解决办法,因为该国各地区的燃料混合和向最终用户运送的手段差别很大。这需要多种技术,包括使用热泵的电气化、使用可持续生产的氢作为燃料,以及建立集低碳热源和各种工业和城市过程的废热于一体的区域供热网络。


进一步的阅读


适用于英国家庭的脱碳热量2015年3月20日,美国能源技术研究所。

2050年工业脱碳和能源效率路线图,部门的能源和气候变化和部门的商业,创新和技能。2015年3月25日。

太热了?如何实现家庭供暖的脱碳,政策交流。2016年9月2日

英国高温政策的下一步2016年10月13日,美国气候变化委员会

OFGEM未来的见解纸张2 - 热量的脱碳, 2016年11月14日

脱碳,热, Michael Joos和Kinga Niemczyk,能源世界2017年7月/ 8月

替代英国热脱碳途径分析2018年6月28日,伦敦帝国理工学院气候变化委员会。

低碳经济中的氢气2018年11月22日,美国气候变化委员会

净零——英国对阻止全球变暖的贡献2019年5月2日,美国气候变化委员会

建筑物中的热量英国商业、能源和工业战略部于2019年6月24日通过


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