系統(tǒng)轉型必要性
對于努力履行2015年《氣候變化巴黎協(xié)定》中的氣候承諾和實現(xiàn)2030年可持續(xù)發(fā)展目標的國家來說，對基于可再生能源的高效供暖和制冷服務的需求已成為一個緊迫的優(yōu)先項。同時，向更清潔、更可持續(xù)的供暖和制冷解決方案過渡，有望吸引大量投資，創(chuàng)造數(shù)百萬個新的就業(yè)機會，并推動全球Covid-19危機后的持久經濟復蘇。
供暖和制冷需求約占全球最終能源消耗的一半。其中，近50%用于工業(yè)生產過程，另外46%用于住宅和商業(yè)建筑，用于空間和水加熱，其次用于烹飪。其余的則用于農業(yè)，不僅用于加熱溫室，還用于干燥、土壤加熱和水產養(yǎng)殖。這些能源大多來自化石燃料或生物質的低效利用。因此，供暖和制冷是空氣污染的主要來源之一，占全球能源相關二氧化碳排放量的40%以上。
供暖和制冷的需求將持續(xù)增長。自1990年以來，全球的制冷需求已經增加了三倍，而且隨著氣候變化增加了熱浪的數(shù)量和嚴重性，為數(shù)十億人提供空調和制冷的緊迫性增加。
能源轉型對于目前無法獲得清潔、低成本和可靠的供暖和制冷服務的人來說至關重要。僅在非洲，為家庭和小農戶提供適當?shù)闹评浼夹g，每年就可以防止價值40億美元的糧食變質。從化石燃料和生物質的低效利用轉向現(xiàn)代可再生能源，還將大大減少室內外空氣污染，減少空氣污染造成的呼吸道感染和可避免的死亡。
這種過渡將創(chuàng)造就業(yè)機會，加強生計，刺激當?shù)厣a，并創(chuàng)造進一步的社會經濟效益，同時加強各國的能源安全和獨立。在缺乏電網或能源供應不足的地方，基于可再生能源的解決方案可以提供重要服務，減少(主要是婦女和兒童)收集燃料的時間，并使生產性經濟活動成為可能。同樣，基于可再生能源的供暖和制冷也可以刺激經濟活動，改善人們的生活和福利。
盡管有這些好處，但迄今為止，對加快供暖和制冷向可再生能源過渡所需的政策關注還非常有限。截至2019年底，只有49個國家（大部分是歐盟國家）有可再生供暖和制冷的國家目標，而166個國家有可再生發(fā)電的目標。
外，近年來，對可再生供暖和制冷采取監(jiān)管和財政政策的國家數(shù)量變化不大，地方政府采取的政策往往比國家更加雄心勃勃。截至2019年年中，全球已有數(shù)千個城市政府通過了可再生能源目標和行動計劃，超過250個城市至少報告了一個100%可再生能源的部門目標。
為了使供暖和制冷所使用的能源脫碳，政府必須實施全面的一攬子政策，優(yōu)先考慮效率和可再生能源，同時逐步淘汰化石燃料的使用。在 "Covid-19 "大流行的背景下，緊急的政策行動更為重要，因為它減少了對基于可再生能源的供暖和制冷服務的需求，削弱了家庭和小企業(yè)投資于基于可再生能源的解決方案的意愿，同時使許多發(fā)展中國家的能源獲取條件更加惡化。
本報告重點介紹了一套提高可再生能源在供暖和制冷中的應用的政策組合。報告介紹了五種轉型途徑，包括基于可再生能源的電氣化、可再生氣體、可持續(xù)生物質能、直接使用太陽能熱能和地熱能，以及所需的有利基礎設施。在分析阻礙每條道路的障礙時，本報告確定并評估了可用于克服這些障礙并從轉型中獲得巨大潛在利益的政策工具。
在某一特定情況下，不同政策工具、選擇和技術的最佳組合將取決于當?shù)氐臈l件，如氣候條件、是否已經存在必要的基礎設施（如區(qū)域供熱網絡或燃氣網），以及是否有資源（如當?shù)?a href=/topic/3770.html target=_blank>生物質或地熱供應）。所選擇的可再生能源解決方案也將根據(jù)具體的應用而有所不同，從建筑物的供暖和制冷到為工業(yè)過程提供高溫熱能。
系統(tǒng)轉型的障礙
由于可能的方法多種多樣，而且需要針對許多不同的地方制定解決方案，因此供暖和制冷的低碳化是一項復雜而多樣的任務。然而，脫碳的一些障礙是廣泛存在的，這些障礙可以通過支持所有可用方案的政策來克服。
主要的障礙包括前期成本高、基于化石燃料的監(jiān)管和制度框架、消費者的惰性和技術障礙。
雖然可再生的供暖和制冷技術往往得益于低運營成本，但與基于化石燃料的選擇相比，它們的前期成本通常較高。例如，就家庭供暖系統(tǒng)而言，現(xiàn)代高效生物質鍋爐的資本成本為720-750美元/千瓦時，而燃氣或燃油鍋爐分別為80-120美元/千瓦時和120-150美元/千瓦時。雖然由于規(guī)模經濟和技術改進，這些成本預計會隨著時間的推移而下降，但它們仍然是發(fā)展可再生供暖和制冷的主要經濟障礙。
政府以稅收抵免、貸款計劃、直接補貼和加速折舊等金融和財政激勵措施形式提供的支持，對于克服高額前期成本的障礙至關重要。例如，德國的 "市場激勵方案 "每年專門為熱泵等小型可再生熱力系統(tǒng)提供3億歐元（約3.6億美元）的贈款和貸款，使2000年至2020年期間安裝了180多萬套系統(tǒng)。
西班牙要求在新的政府建筑中使用太陽能熱水器等任務是非常有效的政策工具。各國政府還可以通過設定具體的目標來幫助加快能源轉型，例如，在某一日期之前使用一定比例的可再生能源，在供暖和制冷方面實現(xiàn)具體的減排，以及在各部門或整個經濟體實現(xiàn)凈零排放。臨近2020年底，超過12個國家和歐洲聯(lián)盟已經通過或提出了圍繞凈零排放的法律。這些目標表明了國家對部署和發(fā)展可再生能源的承諾，并為投資者和消費者提供了確定性。
另一個主要障礙是，由于長期以來的優(yōu)惠補貼和能源監(jiān)管框架，化石燃料與可再生能源相比，仍然擁有最終用戶價格優(yōu)勢。據(jù)估計，直接和間接補貼超過為可再生能源提供的支持的19倍，2017年達到約1660億美元。
化石燃料的使用會產生環(huán)境和社會成本，而這些成本并未包含在這些燃料的當前價格中。這些所謂的負外部性包括空氣污染造成的健康成本和氣候變化日益嚴重的影響造成的損害。
因此，實現(xiàn)能源轉型的關鍵的第一步是，通過逐步取消對化石燃料的補貼，并采取財政政策，如碳稅或排放交易制度，來創(chuàng)造公平的競爭環(huán)境。然而，在采取這些干預措施之前，應先進行認真評估，以確保這些措施不會加劇低收入家庭的能源貧困或產生其他社會倒退效應。可以為低收入消費者或其他受影響嚴重的社會階層提供專門的支持，幫助他們轉向低碳供暖和制冷解決方案。
其他常見的障礙包括消費者的惰性，以及對現(xiàn)有的高效、基于可再生能源的解決方案、其有效性和好處缺乏認識。宣傳活動是消除惰性和提高認識的重要工具。此外，在許多情況下，可以通過簡化許可程序和進行直接投資，加快發(fā)展可靠的可再生燃料(如從農業(yè)剩余物中提取的可持續(xù)生物質)供應鏈和相關基礎設施(如區(qū)域供熱和制冷網絡)。
一些領域仍然存在技術障礙，包括一些工業(yè)應用，在這些應用中，現(xiàn)有的一些可再生解決方案難以滿足高品位熱量穩(wěn)定流動的要求。支持研究和開發(fā)以及試點和示范項目，在擴大可再生技術應用領域方面可以發(fā)揮關鍵作用。
在建筑和工業(yè)過程中采用可再生供暖和制冷的關鍵條件是能效政策，如更嚴格的建筑法規(guī)、支持建筑改造和設備標準。從中期來看，大多數(shù)都具有成本效益，可以提高可再生供暖和制冷應用的成本競爭力。斯堪的納維亞國家利用建筑法規(guī)的要求，將向可再生能源供熱的轉變與新建筑的高能效標準相結合。
除了與具體途徑有關的障礙外，要解決所有共同的障礙，就需要在各部門(如電力和熱力)和不同治理水平(如國家和城市一級)之間進行強有力的協(xié)調，建立一個有利的體制結構。
轉型的5條路徑
本報告確定了五條過渡路徑，并將重點放在區(qū)域供熱和制冷上，將其作為實現(xiàn)高效和可再生供熱和制冷的關鍵有利基礎設施。報告介紹了這些途徑、其益處和挑戰(zhàn)，并分析了應對這些挑戰(zhàn)所需的政策。這些途徑是：1）以可再生能源為基礎的電氣化；2）可再生氣體；3）生物質的可持續(xù)利用；4）直接利用太陽能熱能；5）直接利用地熱。報告還分析了發(fā)展有利的基礎設施所需的政策，這是實現(xiàn)所有途徑的關鍵。以可再生能源為基礎的電氣化
從化石燃料轉向以可再生電力為動力的高效電力技術，如建筑物的熱泵和電器、工業(yè)中的電氣化供暖和制冷技術以及生產用途的分散電氣化技術，在減少溫室氣體排放方面具有巨大潛力。毋庸置疑，改用高效電器的努力必須與電力部門的低碳化相協(xié)調。
目前，熱泵只滿足了住宅熱需求的一小部分，2019年約為5%。迅速增加這一份額是減少建筑中溫室氣體排放的最有效策略之一。能夠有效加速其吸收的政策包括貸款、補助和補貼等財政和金融措施。為了從燃煤鍋爐轉向熱泵，中國根據(jù)熱泵的額定供熱能力和效率，提供相當于熱泵零售價10%左右的政府補貼。因此，2018年銷售了超過50萬臺熱泵。工業(yè)也為電氣化帶來了巨大的機會，食品飲料和紡織行業(yè)已經有了有競爭力的應用。熱泵還可以與太陽能熱預熱（如丹麥的一些區(qū)域熱網）或廢熱回收相結合，以進一步提高效率和降低成本。
改用高效電爐和其他電器可進一步降低費用。這可以得到最低能源性能標準的支持。
雖然供暖和制冷的廣泛電氣化可能會大大增加對電力的總體需求，但它也有可能通過改善需求響應為電力系統(tǒng)提供靈活性，從而促進將更多的可變可再生能源（如太陽能光伏和風能）納入發(fā)電組合。熱儲存提供了及時轉移與熱有關的電力需求和適應電力供應變化的可能性。
然而，要開發(fā)這一潛力，需要采取有利于需求響應的積極政策。這些政策可能包括通過部署遠程監(jiān)測和控制技術來升級電力網絡的措施，以及在電力市場上建立集合器和專用靈活性產品。此外，使用時間電價可以幫助用戶將其需求與系統(tǒng)需求相匹配，并降低成本。
在離網的情況下，需要協(xié)調分散供熱和制冷計劃與農村電氣化計劃和政策，以確保所有計劃和政策得到協(xié)同執(zhí)行。協(xié)調措施應成為更廣泛的發(fā)展計劃的一部分，以確保技術的部署支持社會經濟發(fā)展目標。需要采取的措施包括規(guī)章制度、財政獎勵、捐助方贊助的研究和開發(fā)、提高規(guī)模經濟效益的推廣方案、促進融資的政策、最低能源性能標準、電器標簽、提高公眾認識運動、用戶培訓和手冊以及消費者融資模式。
這些政策有可能提供相當大的健康效益。這些都可以通過獲得清潔烹調技術來實現(xiàn)，也可以通過在農業(yè)中應用節(jié)糧技術來實現(xiàn)。例如，以可再生能源為動力的電力技術所產生的熱量可用于對牛奶和干燥食品進行巴氏殺菌，對作物進行消毒，以減少收獲后因污染和變質而造成的損失，并幫助小農將生產品轉化為更有價值的產品。
可再生能源氣體
由于并非所有的供暖和制冷終端用途都能以有競爭力的成本實現(xiàn)電氣化，因此可再生氣體，如綠色氫氣、沼氣和生物甲烷等，可以替代化石氣體。可再生氣體往往可以利用為化石氣體建立的廣泛的現(xiàn)有網絡和基礎設施，降低過渡的總體成本。許多國家已經將生物甲烷注入其天然氣網，一些國家已經開始探索將氫氣混入天然氣網或對其進行升級，以提高未來的合規(guī)性。
除了避免使用化石燃料產生的碳排放和廢物有機分解產生的甲烷排放外，可再生氣體還具有若干潛在的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括提高能源系統(tǒng)的靈活性，因為它們可以在可再生資源供應量大的時期生產，然后儲存起來供以后使用。例如，利用電解法生產綠色氫氣，可以幫助將更多的可變可再生能源納入電網。
沼氣和生物甲烷還可以帶來環(huán)境效益，如降低地下水污染。例如，在肯尼亞內羅畢，一些家禽養(yǎng)殖戶正在使用沼氣池和雞糞來生產供暖燃料，并改善其廢物管理。如果在當?shù)厣a，可再生氣體可以為沒有化石燃料資源的國家的能源安全作出貢獻。
將大量可再生氣體注入現(xiàn)有基礎設施的可行性和安全性仍然令人關切。然而，生產成本高是短期內的主要挑戰(zhàn)。
為了增加使用可再生氣體供暖和制冷，本報告建議為發(fā)展可再生氣體產業(yè)和相關市場建立雄心勃勃、明確和長期的框架。這種框架可以包括路線圖、產業(yè)戰(zhàn)略和具體目標。例如，法國制定了一個目標，即到2030年使該國消費的天然氣有10%是可再生能源；丹麥的目標是到2035年使注入其電網的天然氣100%是可再生能源。
其他可能幫助創(chuàng)建可再生天然氣產品市場的政策包括：要求更多使用可再生天然氣的低碳燃料標準；降低成本的直接投資支持和生產補貼；對天然氣傳輸管道進行徹底評估，以確定它們是否可以用于氫氣；新的監(jiān)管框架；以及證明可再生天然氣減排量的機制。
生物質的可持續(xù)利用
生物能源是目前最大的可再生供暖能源，2018年提供了全球21%的熱能消費。然而，其中三分之二來自于生物質的低效利用，如木材、農作物殘渣和動物糞便，用于在缺乏能源的地區(qū)做飯和取暖。這種使用通常與砍伐森林以及室內空氣污染和苦役有關，對婦女和兒童的影響尤為嚴重。
向更有效地利用生物質的過渡將包括采用改進的爐灶和現(xiàn)代生物燃料。
許多國家已經在實施政策，增加生物質的可持續(xù)利用。一些撒哈拉以南國家，包括埃塞俄比亞、加納、馬拉維、尼日利亞、盧旺達、塞內加爾和烏干達，正在發(fā)展資金的支持下，啟動或擴大國家爐灶方案。同樣，西非清潔烹飪聯(lián)盟的目標是到2030年向西非國家經濟共同體的所有公民提供清潔、高效和負擔得起的爐灶和燃料(如顆粒或煤球或酒精燃料)。還可以通過貸款、小額貸款和現(xiàn)收現(xiàn)付的商業(yè)模式，鼓勵使用更清潔的烹飪替代品，用于爐灶設備和可再生燃料。
同時，標準、認證和測試在確保清潔烹飪解決方案滿足用戶需求、符合空氣質量標準并得到可持續(xù)燃料供應鏈的支持方面發(fā)揮著關鍵作用。
在更廣泛的能源獲取方面，認證計劃同樣重要，因為生物能源可用于建筑供暖--包括通過區(qū)域供暖系統(tǒng)--以及工業(yè)流程。這種支持性的政策和監(jiān)管制度對于確保生物質原料的可靠和穩(wěn)定供應以及避免增加生物質開發(fā)可能帶來的負面環(huán)境后果至關重要。生物能源認證制度往往與其他生物產業(yè)已經建立的制度相一致，例如森林管理委員會和可持續(xù)森林倡議的制度。此外，財政激勵措施可以幫助克服現(xiàn)代高效生物質鍋爐與燃氣或燃油鍋爐相比較高的資本成本。例如，法國的Fonds Chaleur(熱能基金)為住宅、商業(yè)和工業(yè)可再生熱能提供補貼，包括小規(guī)模的生物質應用。
總的來說，本報告強調，需要在更大的可再生能源和低碳戰(zhàn)略中對生物能源采取一致的長期政策方法。這些因素是為投資者和項目開發(fā)商提供信心所必需的。
直接利用太陽熱能
來自太陽的能量可以直接用于空間和水加熱、工業(yè)過程、食品干燥和廢水處理等用途。當太陽能集熱器與吸收式或吸附式制冷機配套使用時，太陽能也可用于制冷。
單戶住宅和多戶建筑中的太陽能熱水系統(tǒng)代表了太陽能熱利用的最大用途（2018年幾乎占總容量的90%），而區(qū)域供熱網（以丹麥為首）、工業(yè)過程和空間供暖和制冷只占裝機容量的4%。
太陽能熱能在空調方面有著巨大的潛力，因為制冷需求最大的地方恰好是太陽能潛力最大的地方。將太陽能熱能用于制冷和工業(yè)過程需要研究和示范項目的支持，以克服技術障礙。
雖然根據(jù)地區(qū)和應用的不同，太陽能熱系統(tǒng)在生命周期內具有很高的成本競爭力，但大多數(shù)系統(tǒng)的前期成本都很高。有效的支持政策包括財政和金融激勵措施，如貸款、贈款、稅收抵免或補貼，并結合目標、任務和建筑規(guī)范來擴大市場規(guī)模。例如，丹麥利用稅收激勵措施幫助建設大規(guī)模的太陽能區(qū)域供熱工廠。在盧旺達，通過SolaRwanda方案提供的贈款和貸款，到2018年有3 000多個家庭安裝了太陽能熱水器。
公眾意識的提高，如南非的太陽能熱水器運動，可以增加消費者對現(xiàn)有太陽能熱解決方案及其好處的了解。
太陽能熱水器可以大幅降低能源費用，同時為當?shù)貏?chuàng)造就業(yè)機會和產業(yè)。2018年，太陽能熱水器行業(yè)占據(jù)了超過81萬個工作崗位。以制造和安裝1萬戶單戶家庭的太陽能熱水器為例，分別需要41 280和130-560個工作日，而所需的技能在任何國家的勞動力中都是現(xiàn)成的，很容易被其他行業(yè)的從業(yè)者，如水電工和電工所掌握。
地熱的直接使用
儲存在巖石和地球表面下的水中的熱能可被廣泛利用，從空間加熱和冷卻到水產養(yǎng)殖和其他商業(yè)和工業(yè)過程。
到目前為止，大部分的潛力還沒有被開發(fā)出來。地熱能是目前最小的可再生熱源，總容量約為30千兆瓦。其中，75%僅在中國、冰島、日本和土耳其四個國家。2019年，約44%的熱利用總量是用于洗澡和游泳。
如果能夠克服障礙，這一用途可以大幅增加。這些障礙中最主要的是前期投資成本高，地熱資源的規(guī)模和最佳位置不確定（導致勘探和打井風險高），以及政策和監(jiān)管框架不完善。
政府鼓勵收集和分享關于地熱資源的詳細而全面的數(shù)據(jù)的倡議和計劃有助于吸引投資者，貸款擔保、贈款和直接支持示范項目也是如此。
支持在農業(yè)中使用地熱能可以帶來重要的社會經濟效益。最近的例子中，2019年肯尼亞安裝的一臺地熱谷物烘干機將農民的烘干成本降低了一半以上。
基礎設施建設
區(qū)域供暖和制冷網絡允許可再生能源大規(guī)模滲透的能力，使其成為本報告中討論的大多數(shù)途徑的關鍵資產。這些系統(tǒng)將一個或多個熱源與管道網絡結合起來，向一個住宅區(qū)、一個居民區(qū)、一個地區(qū)甚至整個城市輸送冷熱流體。與大多數(shù)分散式系統(tǒng)相比，區(qū)域供暖和制冷系統(tǒng)具有更高的效率和燃料節(jié)約，特別是在密集的城市地區(qū)。因此，它們有望在更廣泛的能源轉型中發(fā)揮重要作用。迄今為止，大多數(shù)地區(qū)供暖網絡都是以化石燃料為燃料（通常與以煤炭或天然氣為燃料的發(fā)電廠相連），但越來越多的地區(qū)正在整合一些可再生能源，如生物質能，特別是在愛沙尼亞、芬蘭、拉脫維亞和瑞典。在大多數(shù)情況下，燃料轉換是由政策推動的。
因此，在部署新的地區(qū)基礎設施和在現(xiàn)有地區(qū)網絡中更多地使用可再生能源方面，政策可以發(fā)揮關鍵作用。這些政策可以在國家或國家以下各級設計和實施，包括：供熱圖譜和連接任務，以減少投資的不確定性；可再生能源一體化的目標；貸款擔保，以最大限度地降低潛在投資者的風險；在難以獲得地方融資的情況下，由多邊開發(fā)銀行提供優(yōu)惠融資；以及補貼、贈款或稅收抵免，以抵消高昂的資本成本。一個例子是德國2016年的《熱電聯(lián)產法》，該法根據(jù)區(qū)域供熱管道的長度和直徑提供補貼；該立法已經導致了對新系統(tǒng)和現(xiàn)有系統(tǒng)的大量投資。通過城市規(guī)劃，政府還可以將管網的部署與交通建設同步進行，以降低成本，并盡量減少對交通的干擾。
地區(qū)管網往往會造成自然壟斷的局面。在這種情況下，可能需要規(guī)范的收費、透明的定價和對競爭的監(jiān)督來維護消費者的信心。
呼吁行動
部署政策必須與可再生能源供熱和制冷的整合和扶持政策齊頭并進。與總體能源使用一樣，平衡的一攬子政策將使各國能夠克服障礙，最大限度地擴大過渡的社會經濟足跡。
- 可再生能源供暖和制冷需要積極的政策--既要創(chuàng)造公平的競爭環(huán)境，保持成本的競爭力，又要最大限度地提高社會、經濟、環(huán)境和其他效益。
- 擴大可再生供暖和制冷規(guī)模的措施可以而且應該與廣泛的社會經濟政策和目標相一致。這些政策和目標可以包括改善弱勢群體的條件，發(fā)展關鍵經濟部門，制定長期能源計劃，以及追求國際氣候和可持續(xù)性目標。
- 可以對長期存在的區(qū)域供暖和制冷網絡進行調整，以適應可再生能源份額的增加。
地球的未來取決于社會轉型的低碳化，而這又取決于使用清潔、可持續(xù)、可再生能源來滿足世界人口的供暖和制冷需求。解決辦法和承諾的回報都是現(xiàn)成的。然而，一直以來缺乏的是政治意愿和長期的全面規(guī)劃。
采取行動的必要性是明確而緊迫的。各國政府、民間社會、消費者、研究機構和私營部門必須聯(lián)合起來，引發(fā)變革。
