2024可再生能源面向智能电气化的创新全景

专 缩略 执行摘 绪 第一部分电动交 电动交通现状及展 智能电气化对交通脱碳的重要 政策制定者面临的盲 交通智能电气化工具 工具 案例研究加利福尼 交通智能电气化的创新全 技术和基础设 市场设计和监 系统规划和运 商业模 第二部分电供热/制 供热制冷领域电气化现状及展 智能电气化对未来供热制冷系统的重要 政策制定者面临的盲 供热和制冷智能电气化工具 实施指 案例研 智能电气化供热和制冷创新全 技术和基础设 市场设计和监 系统规划和运 商业模 第三部分电制 绿氢现状及展 智能电气化在绿氢发展中的重要 政策制定者面临的盲 智能绿色制氢工具 实施指 案例研 智能制氢的创新全 技术和基础设 市场设计和监 系统规划和运 商业模 参考文 面向智能电气化的创新全景图 系统性创 图 图 2018年和2050年世界能源结 图 系统性创新的四个维 图 第一部分图 IRENA1.5℃气候路径中交通用电占比和电动汽车保有 图 图 电动汽车智能充电对电网的影 图 2030年智能充电对比利（上和德（下电力系统净负荷的影 图 电动交通智能电气化战略的实施指 图 图 电动交通的技术和基础设施创 图 电池性能方面的困 图 电池创新案 图 充电基础设施的必要性和多样 图 电动交通的市场设计和监管创 图 电动交通的系统规划和运营创 图 电动交通的商业模式创 图 图 图 供热和制冷领域的智能电气化实施指 图 工业领域温度范围及供热技 图 图 图 电供热/制冷技术和基础设施创 图 热泵技术研究进 图 2021财年上半年至2022财年上半年在不同能源成本假设下选定部分国家使用家热泵和燃气锅炉供热的边际成 图 不同工业流程和热泵的温度范 图 储热技术的工作温度范围和时间范 图 季节性储热技术的平准化供热成 图 第五代DHC系统示意 图 电供热制冷领域的市场设计和监管创 图 系统规划和运营的创 图 亚利桑那州马里科帕县在2010年的AC需求和PV发电 图 电供热与制冷商业模式下的创 图 废热回收系统的布 第三部分图 终端用能场（深度降碳进程中可将清洁氢作为传统能源有效替代品的一些场景与实施清洁氢政策的优先 图 图 电解产能项目的发展历史及未来展 图 增加系统灵活性的技术替代方 图 氢能经济的智能电气化战略实 图 氢能技术和基础设施创 图 荷兰2030年氢主干项目计 图 市场设计和监管创 图 图 双向拍卖系统示意 图 执行价格为65美元/TCO2时排放交易系（ETS）平均价格与碳差价合约补贴之间的关 图 系统规划和运营方面的创 图 电制氢商业模式的创 图 图 将氢气运输至使用终端位 图 将可再生能源电解槽及使用终端建于同一区 面向智能电气化的创新全景表 涵盖三大领域的100项智能电气化创 表 表 100项智能电气化创新在四个维度的分 第一部分表 影响智能电气化战略制定的交通细分领域主要特 表 表 电动交通基础工具包内的创 表 电动交通智能充电工具包里的创 表 V2G的优点和缺 表 交通出行工具包内的创 表 表 交通领域智能电气化创新的现状和影响概 表 表 表 供热和制冷领域的基础工具 表 表 表 表 表 表 表 表 供热和制冷领域智能电气化创新的现状和影响概 表 储热的低温替代技 表 高温储热技 第三部分表 表 智能制氢基础工具 表 并网电解装置战略下的创 表 离网电解装置战略下的创 表 表 量化关键创新对终端用能电气化战略影响的指 表 绿氢智能生产创新的现状和影响一 表 表 三种电解装置的灵活性和服 表 按碳强度划分制氢税收抵免额 面向智能电气化的创新全景专栏 欧洲的电气化和能源安 第一部分专栏 专栏 智能充电对比利时和德国的影 专栏 专栏 EV车型演变的创 专栏 电动汽车电池技术的创新领 专栏 电池回收技术的创新领 专栏 建设充电基础设施的关 专栏 无线充电解决方 专栏 为印度的三轮车队提供移动式充电服 专栏 中国的V2G示范 专栏 位于加利福尼亚州的宝马CHARGEFORWARD项 专栏 电动汽车区块链应 专栏 中国智能配电变压器终端为电动汽车充电提供便 专栏 加州避免为电动汽车充电加装新分表的做 专栏 专栏 英国配电系统运营商的监管框 专栏 智能充电提供系统灵活性的若干示 专栏 智能充电标 专栏 德国、澳大利亚和美国的V2G并网规 专栏 美国和德国的电动交通利益相关者合 专栏 德国汉堡电动汽车充电的智能规 专栏 比利时输电系统运营商ELIA的电网透明度工 专栏 美国和乌拉圭的清洁运输通 专栏 NovaScotia电力公司的智能充电试点增加了可再生电力的使 专栏 荷兰通过控制充电来降低电动汽车峰值负荷而德国则通过电动汽车充电来 专栏 电动汽车作为韧性电网解决方案举 专栏 英国某电动汽车聚合商开展V2G试 专栏 加州的电动汽车充电即服 专栏 微型出行平台一种E-MAAS模 专栏 专栏 台湾两轮和三轮车的换电以及美国电池更换初创公司AMPLE的换 专栏 专栏 成功部署大规模热泵:瑞典案 专栏 工业高温供热需 专栏 热泵的经济 专栏 MARIENHÜTTE钢铁轧制 专栏 电裂解炉实验装 专栏 专栏 斯德哥尔摩机场的季节性含水层储 专栏 储热经济 专栏 世界上第一个卡诺电（CARNOTBATTERY）以热能的形式储存电力：第三生命储热 专栏 西班牙巴塞罗那 专栏 专栏 专栏 用于运营德国虚拟发电厂的区块 专栏 八达通AGILEOCTOPUS项 专栏 法国巴黎建筑物能效提升方 专栏 加州首个要求安装热泵的建筑规范获得批 专栏 专栏 亚利桑那州将制冷符合与太阳能光伏发电相耦 专栏 丹麦的供热即服务 专栏 丹麦FACEBOOK数据中心的废热回 专栏 中国西藏数据中心的废热回 专栏 丹麦的生态工业 专栏 丹麦社区级区域供热设 面向智能电气化的创新全景第三部分专栏 高压气态储氢项目示 专栏 专栏 HYAI（人工智能氢能管理平台项 专栏 H2绿钢的优化软 专栏 用于未来氢气或NG/H2网络持续监测和安全运行的氢NG/H2泄漏检 专栏 欧盟委员会关于可再生氢的授权法案，2023年2 专栏 电解装置提供辅助服务的能 专栏 德国提供辅助服务的电解装 专栏 共同努力实现市场标准化国际氢能经济和燃料电池伙伴计 专栏 德国购氢的双向拍卖 专栏 碳差价合约的执 专栏 清洁制氢税收优 专栏 一站式许可服务站和氢能项目审批绿色通 专栏 中国低碳氢清洁氢和可再生能源氢的标准与评 专栏 丹麦的监管沙 专栏 丹麦输电系统运营商ENERGINET开发出氢能产能地 专栏 专栏 专栏 专栏 电力和天然气输送系统运营商合作示 专栏 专栏 西班牙瓦伦西亚一个主要工业集群的低碳化计 专栏 奥地利采用加压碱性电解槽提供电网平衡服 专栏 HYSYNERGY：用于丹麦区域供热的过剩热 专栏 芬兰拉赫蒂的电转气转热设 缩略语

第4第5E-ENTSO-创新是推动全球能源转型以实现碳中和未来的驱动力。能源转型不仅关注能源生产，也关注风能和太阳能技术近年来发展迅速，为电力系统提供了大量的清洁电力。然而，需求侧并没有同步发展。直至最近，全社会还是沿用以化石燃料为基础的传统能源消费方式。如今，交通和供热IRENA1.5202022增至203029205051%。这一目标可以通过电气化技术的大量普及来实现，其中许多难以直接电气化的终端用能部门可以使用可再生能源发电生产的“绿”氢来实现脱碳，这一过程IRENA1.5(IRENA,2023c20502020,还需要从电力部门到终端用能部门的能源价值链上所有利益相关方的参与。这种综合性的方法被称为智能电气化。智能电气化使（1）（2）电力系统的灵活性，进而消纳更高比例的可再生能源，使电力系统更具鲁棒性和弹性。对于用能终端来说，电气化是（3）使其脱碳的最经济高效的解决方案。基于可再生能源的智能电气化构建了一种良性循环。电气化创造了可再生能源的新用途和新:包括以创新方式规划电力部门与终端用能部门和运行系统的耦合，最大限度地整合可再生能源发电，并尽量减少电力系统的额外负荷。S.1|面向智能电气化的创新全景S.1|1001234充电站的多样性和普5678V2G9数字化能源管理和智101112

13141617简化充电基础设施1819V2G

20跨部门合作及统筹21将电动汽车负荷纳222324电力系统灵活性与25电动汽车柔性负荷26通过电动汽车负荷27电动汽车作为韧性

2829利用分布式能源削30退役电池的梯次31电动汽车充电即3233公共充电站的所有34在家中和公共区域3512345678第四代区域供热制冷9第五代区域供热制冷10物联网赋能智能电11人工智能用于冷热1213数字化赋能电力系

14151617提高热泵运行可预18建筑和工业的能效19基于电供热的建筑20简化热力基础设施

2122（冷热负荷23制冷负荷耦合光伏24具有热惯性的智能25季节性储热的智能26工业供热的智能化27在区域系统中协调

2829满足供热和制冷需3031数据中心的废热32生态工业园和工业34社区级区域供热/35面向智能电气化的创新全景1加压ALK2PEM3SOEC4AEM5678用于绿氢生产的数字9

1011用于绿氢生产的可12具有成本效益的13电解槽提供电网1415161718简化电解槽项目审1920

21输电系统运营商在22（陆上和海23智能储氢运营和电2425电力和天然气运营

26272829为电力系统提供灵30（氧注：ALKPEMSOECAEMV2G本报告不仅概述了具有发展前景的创新，还为如何使用这些创新工具箱来构建智能电气化战略提供指导。为做到这一点，创新按“工具包”分类，这些工具包是根据战略目标为三个终端用能部门而定义，可以相互补充。首先，基本工具包包含了开始向电气化过渡的基础创新。然后，结合每个场景的需求及目标，在基本工具包基础上又定义更为具体的工具包。S.2|智能电气化战略工具包面向智能电气化的创新全景绪论了广泛应用，目前已占据全球新增发电市场的主导地位。建设更加智能、灵活的电网。在主要的终端用能部门，尤其是工业、建筑业、交通运输业的生产制造过程中，大幅增加清洁电力占比。终端用户电气化促进了能效技术的应用，而广泛的电气化与能效技术相结合，将减少全球能IRENA2015202022%205051%，I.1I.1|2018年和2050年世界能源结构 374EJ终端能源消费总 353EJ终端能源消费总

（现代利用）生合成燃料 其中可再生能源发电占 IRENA,降低对新建发电容量的需求。通过行业耦合、灵活运行和提高能效，智能电气化不仅可以削减高峰用电负荷，还是帮助能源行业，包括终端用户，实现低碳化的强有力手段。智能电气化帮助电力系统以经济高效的方式消纳新能源，增强了系统灵活性，实现了可再生能源高比例接入，提高了系统的鲁棒性和韧性。智能电气化也是交通运输业和供热行业等主要终这反过来又加速了终端用户的电气化，进一步促进了可再生能源的发展和技术创新。技术创新还可以降低成本，创造新的投资和商业机会。创新是智能电气化和全球能源转型的基础。大多数创新都不能孤立地实施，因为这不仅仅是基于技术的解决方案。技术和基础设施、市场设计和监管、系统规划和运营，以及商业模式等皆要创新。因此，创新性解决方案来自能源系统各部分的发展与互补，并在“系统性创新”的过程（1）（2）I.2户的各个环节，让所有参与者和利益相关方共同发挥作用，才能使创新解决方案成功实施。I.2|系统性创新的四个维度面向智能电气化的创新全景和系统的具体属性而有所不同，这包括既定电力系统的技术和经济特性、社会文化环境等方面的1.5℃IRENA1.5℃IRENA1.5℃（TFEC）中201921203029%、205051%。这有赖于电力技术IRENA2023)，如电动汽车（EV）能效的重要性。鉴于电气化和低碳化带来的巨大好处，各国政府不应将快速的智能电气化当成威I.1I.1|基于IRENA1.5°C2050年的电气化进程近 22%1%电能在建筑业的占比(34%电能在工业中的占比(20%102212近 <158热泵所需投资（十亿美元/年641.1I.1I.1|Snapshotfreddy©面向智能电气化的创新全景100（I.2，150I.3|智能电气化的直接和间接路线I.2|100项智能电气化创新在四个维度的分布351234充电站的多样性普遍

1314

20跨部门合作及统筹21将电动汽车负荷纳22

2830退役电池的梯次516173163271833V2G19V2G34在家中和公共区域351112

27电动汽车作为韧性注:ALKPEMSOECAEMV2G面向智能电气化的创新全景3512345678第四代区域供热制冷9第五代区域供热制冷10物联网赋能智能电11人工智能用于冷热1213数字化赋能电力系

14151617提高热泵运行可预18建筑和工业的能效19基于电制热的建筑20简化热力基础设施

2122（冷热负荷23制冷负荷耦合光伏24具有热惯性的智能25季节性储热的智能26工业供热的智能化27在区域系统中协调

2829满足供热和制冷需3031数据中心的废热32生态工业园和工业33城市循环能流—增34社区级区域供热/35注:ALKPEMSOECAEMV2G351加压ALK2PEM3SOEC4AEM5678用于绿氢生产的数字9

1011用于绿氢生产的可12具有成本效益的13电解槽提供电网1415161718简化电解槽项目审1920

21输电系统运营商在22（陆上和海23智能储氢运营和电2425电力和天然气运营

26272829为电力系统提供灵30（氧注:ALKPEMSOECAEMV2G电动交通1 1电动交通：现状及展望IRENA1.5℃2030年，全球电动3.6205021.8(IRENA,2023)。停售新燃油汽车、净电动汽车成本正逐步降低，用户逐渐认识到电动汽车的好处（电动汽车数量的迅猛增长给电力系统的供需平衡带来了挑战。IRENA预测，交通领域的电气1.1)。据彭博新能源财经（BNEF）2040年全球电动汽车3000太瓦时（TWh）2040年全球电动汽车的用电需求约4500TWh2021106TWh(BloombergNEF2021a)。BNEF预测情景估计，204035的电动汽车充电将在家中完成。公共快充将占24%7%。电动公交车和电动卡车的超级快充将占用电需27IRENA的1.520509IRENA2023)。BNEF装和维护方面还需持续投入约1~1.4万亿美元。2022（50（kW）1兆瓦（MW）方面的投资占充电设施总投资的70%，这一比例将在2040年降至60%(BloombergNEF,2021a面向智能电气化的创新全景1.1|IRENA1.5℃气候路径中交通用电占比和电动汽车保有量

(1.5°C 国际可再生能源署IRENA2022a)TFEC

充电基础设施的增加将减少电动汽车用户的里程焦虑和增加对电动汽车的信心，此举将促进1.2)。1.2|电力需求 充电网络（百万连接点

USDUSD

315

891

39

113

158

362ETSNZSETSNZSETS

ETSNZSETSNZSETS

ETSNZSETSNZSETS2021

2021

2021

家庭 工作场所公共慢充公共快充 电动公交和电动卡车来源BloombergNEF注：ETSNZS1.1|1.1|20286%2026%98%（主要是水力发电。275-6Paraj,21)用可再生能源发电满足不断增长的电动汽车充电需求，是电网目前面临的一大挑战。这就需要通过智能电气化策略降低电网阻塞，在提升可再生能源消纳的同时降低负荷高峰。智能电气化还可以通过电源的灵活性和储能服务帮助电力系统获益，包括降低系统温室气体排放、减少峰值以减少对额外发电、输电和配电容量的需求，这些都是为了最大限度地降低投资成本。在不受控（或不协调）若使用实时电价结算，智能充电可以帮助车主使用低价电进行充电。面向智能电气化的创新全景|

9高峰负荷升高

%太阳能发电占比%（

%0.5%11%高峰负荷升高 20%高峰负荷升高

升高5%（V2G）降低

10-

10%-23%

8-

8-13%

%（），万辆

能源弃电，15%高峰负荷升高

43-50%43%-来源：IRENA在配电网中，智能充电可以避免配电组件和设备过载、提高电压质量和减少电能损失。在满足电网运行约束下，这些优势可以帮助提升分布式能源（DER）的利用率。虽然很难评估智能充电对配电系统的运行价值（Anwar202215-360每辆电动汽车每年可减少新能源弃电23-2400kWh1.2|到20301.417TW307%20301.G6.5G131415%（30-35欧元25%（50-55。20301.4|2030（上（下10998

7 7666

0h1h2h3h4h5h6h7h8h9h10h11h12h13h14h15h16h17h18h19h20h21h22h46413631262116116

0h1h2h3h4h5h6h7h8h9h10h11h12h13h14h15h16h17h18h19h20h21h22h 面向智能电气化的创新全景规模经济和技术创新将促进降低成本、刺激投资、提振销量，惠及更多的城市和社区。但是目前仍面临诸多挑战，一是缺乏清晰的商业模式来支持建设公共充电设施，同时保证充电服务的兼容性，二是支付系统兼容性差，三是缺乏完善的网络安全和数据保护机制，四是审批流程复杂、监管措施力度不足等。同时，向人口密度大的住宅区居民提供智能电气化服务也存在智能充电可以降低高峰负荷，但并不要求向电网返送电。在电动汽车向电网返送电技术成熟之充电站应大规模布点。多数充电是在车辆长时间停放时进行，例如夜间或工作时间。在途司机目前由于急于建立充电基础设施，导致系统间相互竞争、互不兼容，这种现象并不利于电动汽更便宜。太阳能发电高峰通常在中午，此时大多数乘用车处于停车状态。应当鼓励在办公场所利用屋顶政府机构间应分工明确，不重复制定关于电动汽车及其接入电网等方面的规定，秉持开放、一面向智能电气化的创新全景2235这些创新涵盖了广泛的领域，从电动汽车（EV、充电基础设施和电力系统的进展，到完善2.12.1|领 使用场 充电时 充电地 停车时 影响电气化战略的主要特任何时间（白30-个人出行（包夜间、工作时桩、工作场所充电桩、公共90其战略取决于行驶模式和汽车大部间表；在驾驶路（包括时间公共站点（车队），公交站息时间；夜间面向智能电气化的创新全景2.2|18V2G

1819V2G

222324电力系统灵活性与

32..注:V2G 但是，不存在一个放之四海而皆准的解决方案。最佳的智能电气化战略，既取决于各国国情，也 依赖于系统的各种变量因素，同时，还必须考虑到当地的社会和文化。为引导政策制定者根据各自情况设计智能电气化战略，我们提供了一套工具箱，其中包含三2.1)。2.1面向智能电气化的创新全景2.3)。规确保了新基础设施的建设在电力和交通部门之间得到充分协调，并为公共充电站提供合适的所2.3|1

18

22

LSPLSPEM©智能充电工具包在基础工具包的基础上进行了扩充，以确保采用智能方式实施电气化战略，最大限度地减少不受控充电对电力系统的影响。这一步是必须要做的，因为它要根据实际的电力系统和国家情况，提出最合适的战略，还包括市场设计和监管方面的创新，以确保向电力系统提V2GV1GV2G技术则难度很大，而且成本高昂。因此，特定地点或V2GV2GV2G并网导则，用于推进部署，并使电动汽车与电网能2.1)。2.4|

25电动汽车柔性负生能源的协同管理26通过电动汽车负

8V2G

19V2G注:V2G面向智能电气化的创新全景2.1|（V2（V2（V280不过，实施V2G电动汽车电池在V2GV2G的V2V2G的部署还应考虑是V2GV2H和V2B(表2.)。2.5|V2G优 缺·V2G·V2G可以为TSO·V2G·V2G可以为DSO（·V2G·V2G·V2G·V2H/V2B·V2G充电器比V1G·V2H/V2B，甚至V2G都可以用作系统停电期间的韧·（过注:DSOTSOV1GV2BV2GV2H交通出行工具包涵盖私家车和营运车辆。私家车辆大部分时间是停驶的，而营运车队的停驶2.6|75623车充电采用单一账单（机能够在任何合适的插座上为汽车充电，从而减少续航焦虑（。对所有类型的车辆都可能涌现出新的商业模式。对于两轮和三轮车来说，电动汽车换电服务服务是一种有趣的商业模式，因为其电池较轻且易于操作。对于大型车辆，电池更换服务也面向智能电气化的创新全景2.7威一样，加州也是全球向电动汽车和零排放汽车转型的领先地区之一。加州的目标是到2030年5002025252.7|124充电点的多样性和推12

17简化充电基础设施18

20跨领域合作和统筹21将电动汽车负荷纳22

33公共充电站的所有8V2G9数字化能源管理和智

1319V2G

25电动汽车柔性负荷26通过电动汽车负荷27电动汽车作为韧性

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23绿色清洁高速公 32注:V2G从基础工具包开始，加州已经在对电动汽车基础设施进行大规模投资，新建了数千个充电系统。该州还成立了一个“车辆电网集成工作组加州正在实施单向和双向充电。一些项目和试点正在测试车辆-电网集成，例如“智能 InCISIV）ChargeForwar” 电力市场。加州公用事业委员会设计了新的规则，允许更快地部署分布式能源（DERs，包括太V2GV2G充电。此外，加州一家电网公司为住宅电动汽车车主提供分时电价，另一家电力公司（PG&E）使用包括电动汽车在内的分布式能源，来（NuvveV2G“宝马充电先锋ChargeForwar”试点项目的结果表明，到2030年，200万辆电动汽车2400GWh2018年并网太阳能发电量132020)。加州还采用了交通出行方式工具包中的多项创新。该州计划建造一条清洁能源高速公路，称为“西海岸清洁运输走廊MomentumDynamics公司和索拉纳交通管理局（STA）300千瓦的自动无线快速充电网络。加州还正在涌现出不同的商业模式。例如，SemaConnect公司提供电Ample公司则正在为车队提供模块化换电服务。 33智能交通电气化的创新全景其对智能电气化的影响（对需求响应和提高电力系统灵活性的贡献多少3.23.1|3.2|交通领域智能电气化创新的现状和影响概述12312356568.V2G

9数字化能源管理和智

181819.V2G

16.“充电权监 高 中 低面向智能电气化的创新全景维 类 创 创新成熟

20跨部门合作及统筹22.电网数据透明

. .28.电动汽车聚合 29利用分布式能源削减.

. 高 中 低注：V2G3.开始。3.2|

12345678V2G9101112注：V2G面向智能电气化的创新全景

3.13.1|EV（ElectricVehicleDatabase2022）。ataAeEBgBaset和Fpkart

020101200/12/，航里程，以便乘用车和运输车辆的电池可以更容易地应用于车辆接入电网）模式。对电池电动汽车电池领域一个新的技术关注点是用于制造电池的关键材料的可得性，如钴。可行的无钴电池技术已经存在，如磷酸铁锂，但其能量密度还需要提升。电池技术的创新将提高性能、增加续航能力、延长电池寿命，促进电动汽车的进一步普及。3.2|3.3|电池性能方面的困境成本（以充电循环次数为单位23.4|23.4|电池创新案例CATL开发的CTC（电池底盘一体化）方面，CATL发布了第一代钠离子电池，其单体能量密度高达160Wh/kg2023

电池含有锂、镍、钴、锰、石墨、铜和铅等材料，这些材料的开采和不当处置对环境和有矿物元素都能被回收利用。因此，需要采取措施来解决物流、技术、经济和监管等方面的各种挑战，并设计可回收电池，实现回收过程的灵活性、可扩展性和高效性。与铅酸电池相比，锂离子电池的复杂性和其化学构成的多样性，使得很难采用统一的回收流程实现所有类型电池的可靠回收，并也很难为回收提供成熟的商业案例。目前使用的回收方法包括使用高温或水溶液来提取金属、正极组件和其他材料，在新电池或其他行业中重新使用。在这方面，创新尤为重要，因为33.3|电池回收技术的创新领域95含杂质的回收率也达到95%33.3|电池回收技术的创新领域95含杂质的回收率也达到95%99%IRNA,2023。

为了推动充电服务的普遍使用，充电基础设施的发展必须考虑位置、充电类型、充电模式和其他性能。在城市中，任何共享的停车位都可以成为一个为工作、商业和公共场所提供充电机会的充电点。基于私人车位的住宅充电费用不高，基本上没有建设障碍，而对于停车位有限的社区和公寓，需要提供共享充电的解决方案。在车辆停放时间较长的地方，如家庭和工作场所，V2G（3.4。面向智能电气化的创新全景3.4|建设充电基础设施的关键3.5|

电动汽 充充电 模·（单相·（三相

··

··

··住 公共场 办公场 公 移动充电（注：V2GV2HV2B

着时间的推移也在提高。通过使用地面设备，电动汽车可以在停放时（静态充电，或在移动过 3.5于资金密集型技术，也需要更多的研发投入。3.5|无线充电解决方案IP-PRIMOVE系统利用磁感应技术为轻型或重型车辆路线的一端或两端设置IPT车就可以在等待时充电510分（IPTechnology,202。中国的高端汽车一汽红旗E-HS91千瓦的无线充7是一款配备1

面向智能电气化的创新全景 66

插拔电的需要，可以安全地提供交流电或直流电。架线充电的优点是能够为不同的车辆供电，容易扩展，而且不需要停车充电。车辆也可以配（西门子,2021额投资，而且不如其他方法灵活。可以配备更小的电池，从而提高整体能源效率，减轻车辆重量，降低车辆成本。

三轮车和轻型车辆，或作为紧急路边援助。这类充电器既可以是具有先进的充电控制和保护功能制造商不再安装车载充电器，从而降低车辆的重量、成本和复杂性。73.6|73.6| V2G

V2G（V2G-AC）或充电站（V2G-DC）CHAdeMO（IEC61851-23,-24）V2G-DC技术已经在英国、丹麦和日本成功实现了商业化。也有一些V2G-AC的例子，如美国和欧洲的校车项目（WeDriveSolar项目。目前，V2GV2G-ACV2G-DC用于公共充电桩。考虑到直流电已有低压用电安全相关的ISOV2G-DCV2G系统的主要好处不仅在于交通出行，例如，V2G可为平抑电网中负荷和发电变化提供帮助，参与灵活性和电力平衡相关辅助服务，还可以为电动汽车车主带来潜在的收入，降低3.7|中国的V2G北京中再V2G示范站是中国第一个商业化运作的V2G0元0.元2020V2G站共接122280至1个省市建成个VG609个V面向智能电气化的创新全景

使用数字技术管理能源的一个典型应用是分布式能源（DERs）管理系统，例如屋顶太方面带来了更大挑战，但也为建立更有效和更强大的电力系统提供了重大契机。例如，插电式电动汽车可以帮助避免为了尖峰负荷建设昂贵备用容量，减少电网扩建需求，提高对波动性可再生能源发电的承载能力。但同时，也需要加大在能源管理平台方面的创新力度，解决网络安全和数电动汽车车主的成本，这都有益于加速电动汽车的推广。3.8|ChargeForwardChareForward1010

区块链技术是一种用于交易验证的分布式的数字账本。它可以帮助管理使用可再生能eamin支付。3.9|电动汽车区块链应用218ennIBMandebroEquigyqugrequencyResorationReservennTqugyenn,21。同时，Oslo2RomeOslo2RomeBANULransnetBWTSOBBBadenovaranhoferIOOLIysemsScwarzGruppeSmartlab和斯图加特大学等10ranhoferI,202。面向智能电气化的创新全景电力系统关键设电力系统关键设 11智能配电变压

入的车辆充电负荷变化，从而提升对电动汽车充电负荷的承载容量。3.10|202APP0电力系统关键设电力系统关键设 12智能电表和分

智能电表测量和记录用电情况（通常是实时的并反馈给电力供应商，以便进行监测和计费。通过支持双向通信和双向信息流，智能电表已成为况的监测。这类电表可以实现对电动汽车充电使用单独费率计费，而非居民用电的统一费率。宜的时间进行充电，为双方带来更大效益。同时，充电桩智能分表也为实现“车联万物V2”减少了技术阻碍3.1。3.113.11|20223.12|面向智能电气化的创新全景3.63.6|

131516171819V2G13

动态电价鼓励消费者等到电价更低时再充电，用来减少同步负荷和网络拥塞（所有电动汽车司机在晚上回家后都插上电源充电时将会发生这种情况，并降低电动汽车充电的解和采用，并能为普通电动汽车用户节省大量充电费用。1414

智能有序充电允许配电系统运营商（DSO）利用智能充电带来的灵活性，减少配电基础设施增容需求（smartEN欧洲智能能源，2022年DSODSO或聚合商可以直接控制充电负荷，他们拥有更完整的电动汽车充电负荷信息。控制电动汽车充电负荷参与需求响应，还可以向电网提供电压支撑服务，应对需求突然变化引起的电压变化。可以通过车辆控制充电负荷，也可以直接通过充电设施进行控制（加州公用事业委员会，2020ENTSO-E，20222011。场为市场运营商和有序充电参与者提供收入，同时也改善配电网的运营。DSO管理电网拥堵并控制电压。重要的是要设计配套的监管框架，并为这些服务设定适当的价格激励。3.13|219Ofgem为DSODSO新规定促使英国的六家SOEXSPTOESoexOfem（smartEN,面向智能电气化的创新全景15

智能充电提供的灵活性不仅有利于本地配电系统，还可以通过本地灵活性市场之间的互中未激活的投标，会转移到具有类似要求的输电系统运营商（TSO）市场（例如手动频率恢复备用市场）（smartENSmartEnergyEurope，2022年。使用这种方法进行频率调节在技术上已经可行，并且在经济上可以获利，北欧、英国、法国和德国等电网已经有所实践。DERTSODSO之间的合作。为电力系统提供灵活性将有助于实现灵活性的创收价值，并提高负荷控制能力，使TSO和DSO能够更好地聚合电动汽车参与电网互动。另一方面，这将提高消费者使用电动汽车3.14|挪威NorFlex项目：2022年1月，挪威的NorFlex（TSmFRR市场提供3MWmFRR采购的最低投标额而实RTE是法国的一家TSV2G智能充和欧洲（FCR-N）Nuvve的V2GGIVe平台控制的10kWNuvve的软件通过控制电池的15Nu15NuvvrederiksbergForsyning2年和2182000Nuvv丹麦的ParkeV2G1860欧元。202年12452k81000k4.8Hz来源smartENSmart2022CHAdeMO2022aNuvve2020202116

“充电权”规定赋予所有电动汽车驾驶员安装或使用充电设施的合法权利。这对于为居住在多住宅单元、在多租户建筑物中工作或缺乏便利的路边停车位的人们提供充电的便利至关重要。指定最低数量的充电桩。一种可能的创新是在路灯柱上布线，用于路边充电。EV面向智能电气化的创新全景17

审批过程应包括检查电动汽车充电基础设施的位置和配置，以确保安全。简化审批程序的建议包括以下内容。易于获取信 简化申请流安装指 提供在线申 划分某些基础设施安装为次要工对外介绍业务流 创建灵活的检测要平的竞争环境，特别是在已经存在加油站的高速公路上，并且因为充电桩将更容易安装或使用，1818

到充电桩、充电桩到车辆、充电桩运营商到充电桩、充电桩运营商之间、能源聚合商到电网、 电的软件平台必须符合最新标准，无论充电桩位置或硬件如何，都应支持通信并满足业务需求。SAE来了挑战。对于确保电动汽车所有类型的充电站、充电应用程序和硬件设备之间的兼容性和通信3.15|智能充电标准重要的V1G/V2G2022ISO15118（交通部，2021年。同样在2022年，CHAdeMO协会发布了一项摩托车和小面向智能电气化的创新全景19V2G

由于电动汽车需要的充电功率可能比正常家庭连接提供的充电功率更高，并网标准必出有功功率的发电机的要求IREN，2022。在欧洲，ENSO-EV1GV2）V1G定义V2G并网导则标准对于允许电动汽车轻松连接到电网、并智能地与电网交换能量非常重要。这些规范允许智能有序和双向充电，有助于控制电网峰值负荷并为电网提供许多其他利益，可让对电网、配电变压器和电缆的投资减少约50%（ElaadNL-CHAdeM，2022。3.16|V2G（VDEFNN，2019）（100kW的充电设施，必须配备双向AS4777V2G（Jones等人，2021年）VG（如储能或小型发电机eV8。交通行业的电气化，需要电力和交通部门之间前所未有的协调与配合，以便充分发挥电动汽3.7应对额外负荷做好准备，并利用电动汽车的特点，大幅度提高全球电力系统的弹性，减少由于极3.7|

2022232425262720

为了实现交通出行部门零排放和零碳电网，电动汽车生态系统中所有的利益相关方都需要合作并调整其政策进程和激励措施，以支持电动汽车与电网的融合。这些利益相关方包括监管机构、电网运营商、能源电力零售商、充电桩运营商、交通出行服务提供商，以及作为需跨领域合作和政策协调将减少购买和使用电动汽车的监管障碍，并降低企业、公民和政府的成本。如果能努力做好合作与协调，就能在政策制定过程中考虑到所有的利益相关方（及3.17|政策行动建议，以推进电动汽车与电网融合（Gridworks2019年）。3.17|政策行动建议，以推进电动汽车与电网融合（Gridworks2019年）。（项目协调hySOLUTIONSGmbH（项目管理、汉堡国际金融银行（投资和发展银行Stromnetz-2121

2020 时间尺度给电网带来的额外负荷。电动汽车充电负荷预测依据电动汽车保有量、智能有序充电和V2G但同时电动汽车也具备平抑负荷波动和提供电网韧性调节的能力。电动汽车接入电网位置的随机性增加了规划工作的复杂性。电动汽车渗透率及其对电网的支撑作用将影响对未来发电、输电和配电的规划。规划和监测电力和充电系统中的柔性负荷有助于缓解电网拥堵，并延缓电网改造升级，同时能够确定电网扩容需求。考虑灵活负荷的电力系统规划还将减少电动卡车和城市周边服务于长距离旅途的大型充电站对电力系统的影响。3.18|未来201.8GW的基础上增加402030（总共万辆估计耗资20万欧元将避免200万欧元的电网升级改造投资。（IRENA,2222

2222

面做出优化决策，数据至关重要。3.193.19|比利时输电系统运营商ELIAELIA数据促使系统中的活跃用户联合起来避免电网出现问题。ELIA还创建了一个进阶版的平台，其中包括电动汽车和风电的历史负荷数据，这也将有助于解决电网相关问题（ELIA集团，2022年）。丹麦的Energienet公司和荷兰的23

路通道需要电力公司、汽车制造商、充电设备供应商和各州政府之间的合作，以确保互操作性并绿色高速公路通道可以解决影响电动汽车广泛推广的最大挑战——无需长时间等待充强度和当地可再生能源发电情况。3.20|间隔约503.20|间隔约503.5MW（Griffo，2022年。23232424

临快速且不受控充电的问题，导致电网电压不稳定、变压器或线路堵塞或其他问题。些资产包括分接开关变压器（可以改变电压、电容器和提供无功控制的类似设备，以及基于逆变器的发电机。电力系统运营商还可以要求其他柔性化服务提供商提供帮助，如发电公司或综合需求响应提汽车无序并网和不受控充电给电网带来问题，避免技术和经济损失，并使电力系统能够以最佳状态运行。电动汽车充电负荷与电力系统其他灵活性可调资源的协同控制也很重要，可以最大限度

交通领域零碳化需要推广电动汽车，并尽量使用可再生能源发电为电动汽车充电。这过双向充放电设施将可再生能源反馈给家庭或电网。从长远来看，电动汽车的推广应用将增加电网灵活性，使更多可再生能源并网成为可能。利用电动汽车和可再生能源之间的协同作用，将使系统运营商能够整合利用数量不断增长的电动汽车，也有利于提高可再生能源发电在能源结构中的比重，从而大幅减少化石燃料调峰发电厂的使用，加快能源转型。3.21|NovaScotia00NvaStae350加元获得ChareointHomeFlexEVNovaStaowe在两年500mmaarrat2020。CC7CC7©面向智能电气化的创新全景26

为了防止电网局部因电动汽车充电而过载，尤其在用电高峰时段，系统运营商可以仔细规划、监测和控制不同地点电动汽车的负荷，将充电从用电高峰时段转移到非高峰时段。这项创新适用于轻型、中型和重型车辆，但由于不同的充电配制和电池规格，具体策略可能因不同的车3.22|由EnexisNetbeheer（荷兰电网运营商138DSO控制的智能充电将峰值负荷降低了40（Elaadnl，2020。德国ransnetBWPVsiftTRASNETB20222727

大规模电动汽车的应用可以为电网提供灵活调节性，为实现电网韧性提供方案，可降低 电力短缺或停电的持续时间和严重程度。电动汽车电池也可以成为重要的备用电源选择，尤其是 秒，是响应能力最快的灵活性可调资源。同时由于电动汽车成本已经由车主支付，与其他灵活性断电、计划停电或公共安全断电（例如在恶劣天气期间）的情况下，可以使用电动汽车的灵活V2G3.23|Nuvve公司部署的具有V2GNuvve正在测试利（Nuvve，2020。2022款Lightning202年2月冬季风暴导致德Busby202Morend202。根据日产的BlueSwitch计划（2018年至今面向智能电气化的创新全景3.8|电动交通的商业模式创新 28

29303132333528

聚合商将不同的分布式能源DE）虚拟电厂。他们可以通过负载转移、输电系统运营商S）平衡和配电系统运营商DS）的本地灵活性配置等服务为电网增加多种效益。作为电动汽车与电力系统运营商或电力市场之间的独立的公司或能源零售商。单独一台电动汽车无法有意义地参与到市场中或提供电网服务，但一批电动汽车一起却从而从多个可能的收入流中获取更多价值，或者可以将电动汽车池与其他资产（如固定电池或可控负载）聚合，从而产生更大收益。3.24|英国某电动汽车聚合商开展V2G在世界上最大的住宅V2G3.24|英国某电动汽车聚合商开展V2G在世界上最大的住宅V2GSciurus项目正在英国聚合320个V2G充电桩，以便对电网提供支持并获得收V2G单元通过KaluzaPiclo（UKowerNetwork。2929

28292829 配对，通常以太阳能屋顶或顶篷的形式出现。将吸收原本可能因需求不足而浪费的电力，因此这样可最大限度地利用分布式能源发电，还避免了为并网充电站提供大量电力所需的配电投资和电网容量扩张。在电网薄弱的地方，离网太阳能充电系统将加速电动交通出行的转型，避免电网扩张的需要。30

尽管电动汽车电池已被证实其寿命可达数十万公里，但终将会因为无法提供足够的能量和续航里程而失效。然而，它们可能仍有高达原始容量的80%的电力，使它们能够作为固定电池获得第二次寿命，为电力存储要求低于电动汽车的应用场景提供动力。二次电池比新电池便宜得多，因此固定式存储成本更低。面向智能电气化的创新全景303031

在充电即服务Caa）商业模式中，车主为电动汽车充电付费，而无须实际拥有或管CaaS照固定或浮动费率现收现付。aaS和企业。CaaS商业模式为消费者降低了前期购买充电器和软件的成本，消除了电动汽车更大规模应用的潜在障碍。它还使服务公司能为更广泛、更便捷地使用电动汽车做出贡献，有助于加快3.25|EVmatchE2。3232

在出行即服务（MaaS）模式中，人们购买交通服务，而不是购买和拥有私家车。出行 即服务捆绑了多种交通方式，让旅行者得以根据自己的偏好、价格和可用的交通方式组织旅行。在电动出行即服务（E-MaaS）踏板车和电动自行车。E-MaaS的车辆以及相关的充电和能源基础设施都由第三方集中所有，由 客户使用，客户为使用车辆付费。E-MaaS模式可用于通过市场化方式使用电动商用车队。E-MaaS降低或消除了改用电动出行的前期成本，并让人们和企业能够选择最便宜、最方便、最环保或最快的方案来满足他们的需求。E-MaaS模式下的共享汽车通常比私家车具有更高的利用率，从而降低了电动汽车的总体成本（其资本成本高，但运营成本低，并加速了能源转型。此外，有了V2G，E-MaaS3.26|E-MaaS其中一个最早出现的E-MaaS面向智能电气化的创新全景33

33公共充电基础设施对于扩大电动汽车的使用至关重要，其初始高昂的投资成本成为了其推广的主要障碍，但公共充电基础设施所有权和运营正在涌现出一些创新性的商业模式，包括333.273.27|印度初创公司KiranaCharzer34

单一账单商业模式使电动汽车车主能够在其家庭电费账单上支付公共充电费用。该服他地点签订电力合同的规定。在家中和公共区域支付充电费用的单一账单商业模式消除了阻碍电动汽车推广的又一个障碍。3535

电动汽车换电模式使用户不需要对车内的电池充电，而是用充满电的电池组替代放完电例如电动两轮和三轮车。对于重型车辆，电池的更换要复杂一些，需要机械师的协助。用快速更换电池替代可能的长时间充电，这对车队经理来说非常有用。与此同时，供应商不仅可以从换电客户那里获得收入，还可以使用存储在更换点的电池向电网提供服务，从中获得收入。3.283.28|Ample台湾制造商GogoroGoor2022。Ample（Ampl2022。3.29|5-10%，年均二氧化碳排放量减少13.71730吨。4 4供热和制冷领域电气化：现状及展望供热和制冷约占全球终端能源消耗的一半，它是终端用能最多的行业，超过了电力（占比20%）和交通（30%，40%化石燃料（煤、石油、天然气）供热是主要的供热方式，也有部分热源来自不可持续的生物2022a20167EJ2050年，全球制冷能源需求量将增加到12EJ，增长45%（IE，2018。这种增加的一个原因是目前全球生活在炎热气候地区的人口（IPC，2018制冷设备的需求增加，特别是随着发展中国家生活水平的提高，例如，2010202060以上，预计在当下这个十年内将增加三倍（GreenCoolingInititiv，202主要用于建筑物空间冷却约占制冷用能的一半，其余则主要为工业和商业制冷(GenCooingInitit，202。由于制冷已经主要由电力驱动，低碳化收益将与智能电气化战略相面向智能电气化的创新全景电气化，主要是供热电气化，是供热制冷低碳化的关键战略（20501.5℃）1。国际可再生能源署（IRENA）1.5℃20507334%20507.93580014205027%(IRENA,20234.1IRENA1.5℃20302050（<100℃，工业领域通常需要更高的温度（>150℃型区域供热系统。每种终端能源都有不同的现状和发展速度，因此需要针对性的创新。（DistrictHeatingandCooling，DHC）2019201032202116EJ1-23.5ResearchandMarkets,2022)。20206226(12%)3。可再生能源的占比预计将迅速增加。工业领域既使用低温热源（100℃，也使用高温热源（钢铁，1000℃，并且主要依赖化石燃料（202089%。高温生产4.1|IRENA为工业和建筑领域设定的1.5°C

工业领域所占用电份额工业领域所占用电份额<100

注：TFECmoomoophotograph©4.1|瑞典得益于其丰富的水电资源和20世纪70、80年代的核电站建设,其发电量远超过需求。然而，由于向邻国的输电能力有限，电力盈余无法出口。为了利用一些富余电力，瑞典开发了带有大型热泵的区域供热系统，在20804.1|瑞典得益于其丰富的水电资源和20世纪70、80年代的核电站建设,其发电量远超过需求。然而，由于向邻国的输电能力有限，电力盈余无法出口。为了利用一些富余电力，瑞典开发了带有大型热泵的区域供热系统，在20801527MW80%仍在使用。2000温度和应用范围，特别是应用到工业领域等。ZsoltZsoltBiczo©降低成本和对环境的影响，增加电力系统灵活性，使其更高效，避免对输、配电网进行额外的增 智能电气化战略的实施需要因地制宜，没有哪一种解决方案适用于所有场景。以下是不同国预测和自适应算法可以根据实时电力市场状况储热（m3）（PV）提供的制冷需求份额增加55-70%（Laine等人，2019）00欧元/MWh的成本提供100MW的上行储备432欧元/MWhGeorgesetal.,27整60-80%（Danfos27Daikin和德extKrfterD。48小时内上下调节25%50%16%60（deeplakewatercooling，DLWC）系统的Enware25000（CityofToronto2021）。4（即热泵+储热）面向智能电气化的创新全景供热领域电气化带来的挑战众所周知，且大多尚未解决。首先，建筑物房主和其他小规模的终端用户一直不愿放弃传统的化石燃料供热技术，如燃气锅炉。此外，不是所有用户都能意识到智能电气化战略的好处，例如降低家庭或企业的用能成本。信息（如电表后端数据。一些地区可能缺乏具有专业知识的从业人员，无法保证安装的质量和一致性。另外，制造商可能也不愿意生产高质量的电力相关产品，因为这些产品会与他们现有的在工业领域，除非能保证相关企业在电气化后的成品质量不受影响，或者经济效益足够大，并且能够完全满足更换现有设备和技术的时间、精力和成本，否则企业将不愿意改变现有的生产（，但从发展趋势（RNA,2c;EA,22er5150储热增加了电力系统的灵活性，提高了可再生能源的利用率并降低了运营成本。储热有许多优度上提供从小时到整个季节的灵活性等，能够满足随季节变化的供热制冷需求。储热具有可拓展性，实用性较强，可为单个家庭和大型DHC网络提供灵活性。另外，无论是应用于多个独立家庭供热还是直接用于DHC系统，储热都可以提供平衡调节服务，提高供应安全性，整//策略。制冷需求的增长为广泛采用热泵提供了另一个强有力的论据，因为可逆热泵能够以较低的附加成本提供制冷。可逆热泵通过全年提供服务，使热网更加高效且获得更高的利润。制冷需求建筑规范可以促进智能供热制冷解决方案的落地，并有助于挖掘建筑行业智能电气化潜力。2030地能源市场。面向智能电气化的创新全景有低碳化路径的基础。通过能效措施减少用电负荷，有效降低对新增可再生能源容量或强固很多措施来减少这些热量排放，但在热量的回收再利用方面仍有巨大提升潜力。数据中心的5 5供热和制冷智能电气化工具包智能化策略的有效性取决于多种因素，如电力系统或电网容量有多大的灵活性，但在所有场景下，其实施都会带来明确且显著的价值收益。供热和制冷智能电气化，不仅需要供热和制冷技术的进步，还需要商业模式、市场机制设计和监管、系统规划和运营等方面的协同革新。此外，打破公用事业公司、电网运营商、区域供热制冷（DHC）公司以及建筑和工业能源管理者等利益主体间的相互孤立状态，也是推进供热和制355.1面向智能电气化的创新全景5.1|影响智能电气化战略选择的供热/制冷客户之间的差异细分市 温 规 使用案 技 利益相关 电气化战略主要特传统依赖化石燃料的某些应用、需要超过1000℃的应用、灵活a.在早期的DHC系统中，在某些情况下要使用温度超过100.c.5.2|1234567891011人工智能用于冷热负荷需求1213

14151617采暖和制冷设备18建筑和工业的能19基于电制热的建20简化热力基础设

2122（冷热23制冷负荷耦合光24具有热惯性的智25季节性储能的智26工业供热的智能7调供热和制冷

2829满足供热和制30供热和制冷即31数据中心的废热32生态工业园和工3334社区级区域供热/35社区级电供热面向智能电气化的创新全景编制一项智能电气化战略，需要充分利用技术、市场法规、商业模式以及系统规划和运营这四个维度不同创新之间的协同作用。同时，还应充分考虑当前能源系统的可用能力及可用潜力。例如，在瑞典，丰富的水力资源为热泵的大规模应用提供了良好的资源禀赋条件。由建筑、工业和区域供热等工具包组成，用户可以根据具体需求灵活选取（5.1。5.1基础工具包用于支撑跨领域创新，如热泵和储热，以及在市场设计、系统规划和商业模式等5.3，稍后将对其进行详细讨论。5.3|1613数字化赋能电力系

1417提高热泵运行可预18建筑和工业的能效20简化热力基础设施

21城市整体规 •28聚合建筑供热工具包可提供除基础工具包之外更多的创新技术来支撑住宅建筑领域的智能电气化5.4100%工业供热工具包用于支撑工业领域电气化供热的创新。工业领域以盈利为主，通常需要在高负载条件下连续运行，许多创新因此可能会遇到阻力。另一方面，如高温热泵（5.1）和废面向智能电气化的创新全景5.4|建筑供热工具包210物联网赋能智能电11人工智能用于冷热12

151619基于电供热的建筑

23制冷负荷耦合光伏24具有热惯性的智能

29满足供热和制冷需355.5|工业供热工具包3457

1516

26工业供热的智能

3032生态工业园和工业5.1|工业高温供热需求特定行业需要超过1000℃的高温如图5.2所示。5.2| 1 1 1 1 1 2

面向智能电气化的创新全景区域供热工具包旨在为热网制定智能电气化策略，包括第四代热网（4GDH（5GDG）以及废热发电技术。废热发电技术没有包含在建筑物工具包中，因为其应用需要大量热量。而建筑物供热和区域供热在市场创新和商业模式等方面内容是相同或相似的（5.6。5.6|区域供热工具包248第四代区域供热制冷9第五代区域供热制冷10物联网赋能智能电11人工智能用于冷热12

1516

2122（冷热负荷23制冷负荷耦合光伏25季节性储热的智能27在区域系统中协调

3031数据中心的废热6这里我们认为5GDH是通过联合供应网络实现冷暖联供，而4GDH是通过专用的供热和制冷网络进行冷暖单独供应（Lund等此外，供热工具包中的关键技术——热泵，在制冷方面也发挥着核心作用，因为大多数热泵可以5.7。5.7|制冷工具包10物联网赋能智能电11人工智能用于冷热12

151619基于电制热的建筑

22（冷热负荷23制冷负荷耦合光伏24具有热惯性的智能27在区域系统中协调

29满足供热和制冷需3034社区级区域供热/面向智能电气化的创新全景2020（DHC）系统。该系统可以进行冷、热、电联供，同时可有效利用水库和污水处理过程中的热量和冷量。4MW20002.5MW制冷能力。蓄水装置可看作一个13MWh20255000MWh5.3|塔恩比市DHC（生物质能和废料冷水 废水处理车 面向智能电气化的创新全景5.85.8|16

1418

2148第四代区域供热制冷9第五代区域供热制冷10物联网赋能智能电11人工智能用于冷热

15热负荷的灵活 •25季节性储热的智27在区域系统中协调

3034社区级区域供热//再生能源91//DH）欧洲最大的虚拟电厂（TikoEnergy，2022年。该公司通过数字平台控制这些电器设备进行削设备与分布式发电（如屋顶光伏）系统，进一步减少了用户的电费开支。5.4|平台布局 面向智能电气化的创新全景Tiko100MW，是瑞士在多种可再生能源整合、分布式发电、供热制冷电气化以及能源系统数字化方面的关键参与者（SwisscomEnergySolutionsA，2018。Tiko中的技术要素。此外，案例还耦合了光伏与制冷需求，引入了制冷方面的技术要素。12

18建筑和工业的能效

21城市整体规 •28聚合48第四代区域供热制冷9第五代区域供热制冷10物联网赋能智能电11人工智能用于冷热

15热负荷的灵活 •24具有热惯性的智25季节性储能的智能

29满足供热和制冷需23制冷负荷耦合光伏6 6制冷创新全景356.1（例如，热泵的使用）和对智能电气化的影响（例如，这种创新在多大程度上有助于需求响应和提高电力系统灵活性6.2低低中一些国家已经开始实施创新高

面向智能电气化的创新全景6.2|

12转换技 •3高温热12445678910

11人工智能用于冷热负荷12基于区块链的交 13数字化赋能电力系统灵141617采暖和制冷设备的标准

18建筑和工业的能效改 高 中 低

19基于电制热的建筑规

20简化热力基础设施的审

21232425262223242526

27在区域系统中协调供热2829满足供热制冷需求的分303031

32生态工业园区和工业过34社区级区域供热/制 35社区级电供热资 高 中 低面向智能电气化的创新全景技术创新通常是系统创新方法的基础。技术创新使得实施其他方面的创新以及创造新的收TE/冷DH）6.76.1|电供热/制冷技术和基础设施创新12

34567

89

111213

电动压缩热泵是供热和制冷行业电气化方向最具潜力的技术。它能高效地将热量从多100℃的温度下高效供热甚至可以088（low-GWP）的“第四代”制冷剂，因为2030年前欧盟会逐步淘汰面向智能电气化的创新全景6.2（燃气（燃气 （从而允许单价或单（McSurd201996.1|热泵的经济性事实上，在瑞典或丹麦等国家，热泵与其最大的竞争对手燃气冷凝锅炉相比，已经具备成本竞争力。在其他一些最近，由于欧洲能源危机和天然气价格飙升，热泵变得更具有经济吸引力。如果天然气价格保持在2022年高位，那么热泵相比燃气锅炉具备更有利的市场条件。因此，挑战在于出台合适的激励措施，加快从燃气锅炉向热泵的 2021财年上半年能源价 2022财年上半年能源价（IEA,9面向智能电气化的创新全景

混合热泵通过将热泵与备用供热（如燃气锅炉）相结合，当热泵运行的条件不理想时，由备用热源提供热量。这些情况可能包括极端寒冷天气或高电价时段。在极低的室外温度下，热通过控制热泵和备用供热技术运行之间的平衡，该系统可以以效率最高、成本最低的方式运行。备用供热技术通常是燃气或生物质锅炉，但也可以使用太阳能技术，甚至微型热电联产机组。，2022需要一个有效的控制系统能将天气、舒适度和市场条件考虑在内。因此，混合热泵可以支持使用新型创新控制管理系统，包括人工智能技术。解决单热泵系统的一些问题，并允许用户在现有系统的基础上安装热泵，从而加快热泵的市场推因此，混合热泵应被视为一种过渡性创新。

尽管对高温热泵并没有一个统一的定义10（HTHP）可以产生高达90℃至150℃之间的高温（Arpagaus等人，2018。目前正在开展将高温热泵的温度范围提高到200℃的研究（deBoer，2020。 100100℃以上热量的热泵，将能够实现很大一部分工业需求的电气化。例如，在欧洲，工业领域使用热泵将能够满足欧盟工艺总热26%（508）（deBoer20206.4到目前为止，高温热泵技术还不成熟，供应商的数量有限。6.2|Marienhütte位于奥地利格拉茨的奥地利钢铁轧制厂Marienhütte安装了两台大型热95°C的611MW（30°C至35°C让工厂每年减少46GWh11700吨2排deBoer202。面向智能电气化的创新全景6.4|不同工业流程和热泵的温度范围行 工业流 温 90-110-40-50-40-40-60-100-70-40-60-50-60-40-20-100-110-130-120-80-20-汽 树脂成70-60-20-20-30-30-20-40-90-40-50-20-40-40-60-40-40-120-120-40-70-80-50-40-20-20-30-20-技术完备程度

来源Arpagaus（2018年

4Rankine收低温余热，以及卡林纳（Kalina）循环，利用氨、水混合的工作流体中氨和水的不同沸点。4相比，将低温热能转化为电能的技术效率低，但因为废热是免费的，这类技术也降低了成本，而且不会产生额外的二氧化碳排放。此外，产生的电能可以就地消纳或参与电力市场交易，为电网提供额外的灵活性，尤其是在用电高峰时段。尽管各行业都制定了本地废热回收规划，以便尽可能多地利用能源并减少废热，但发展废热发电技术的潜力仍然很大。

201570%Madeddu等人，02可再生燃料间接实现电气化。面向智能电气化的创新全景6.3|电裂解炉实验装置2023年的测试表明该解决方案可20256.3|电裂解炉实验装置2023年的测试表明该解决方案可20256.46.4|该项目计划建设6座节能中频炉和81.2MW万吨增加到5增加到约4300（3亿元人民币1000（7000万元人民币60GWh。310储热TE）技术使供热或制冷需求与发电分离成为可能。这种分离带来了许多重要优势，6.5IRN，2020）11(>500(100-500(>500(100-500(0-100(<0显热 潜热 热化学 机械热11面向智能电气化的创新全景

低温储热技术可以在小时、天、周或月的时间尺度内蓄热（蓄冷，然后在0-100℃的温度范围内，根据需求释放储存的热能或冷能。储存有三种基本类型（6.3）：6.3|储热的低温替代技术储存类 细分市 范 储热时间成（欧元

技 技术50-水箱地下<0°C50-50-15-·吸附、盐的水化来源IRENA2020b6.6|储热经济性（随着储能容66.6|储热经济性（随着储能容6.6Co243000/100（Lund2016。6.6|6.5|（ArlandaAirpo6.5|（ArlandaAirport2以储存9GWh（3-6°1525°C20°C面向智能电气化的创新全景

100500℃以上。与低温技术类似，高温技术可用于短期或长期储热，也可分为显热、潜热和热化学储存三类（6.4。6.4|高温储热技术储存类 细分市 范 储热时间成（欧元

技 技术完备程50-150°C1·（例60-75-500°C80-·（钙高温储热具有与低温储热类似的优点（例如提供灵活性和降低成本。然而，鉴于许多工业流程有的需要高温，有的产生出高温热量，因此高温储热对于工业供热制冷的智能电气化十200°C到500°C（Vecchi2022。DLRCHESTER联盟的合50（Smallbone等人，2017年。容量为1000MWh面向智能电气化的创新全景

19的DHC系统被称为“第四代”系统。与前几代系统相比，其工作温度更低，因为可以使用品位更低（温度更低）的热源，因此第四代区域供热系统更高效，并且相关的供应成本也更低。被归类为第四代系统的区域供热系统4G，必须要使用智能集成技术来最大限度地提高端用户实际需求温度6070）的热量或冷量。与第三代系统相比，第四代系统相对较低的供应温度）减少了区域供热系统的损耗，并有利于利用更多的废热源例如数据中心的废热。第四代供热系统还使用效率更高的大型热泵，进一步利用低温废热源或环境热。储热或储冷技术也有可能被用来支持热泵的智能化运营undOeaa，2021。64.52.7%。6.8|西班牙巴塞罗那西班牙最大的区域供热/113M79MW40MWh的储水箱和一个120MWh的20.20090654吨增加到219年的29792吨。

第五代区域供热制冷系统在比第四代供热制冷系统更低的温度下输送热量。这需要终端用户使用额外的分布式热泵来提高温度und202通）也可以是产能端第五代区域供热系统，也称为中性循环，不应被视为第四代的下一代，而应被视为第四代的变体或“兄弟姐妹（Lund等人，2021。第五代系统尤其适用于制冷和供热需求规模相似的应12。第五代系统使用的是双向管道和现代化控制与通信基础设施6.，允许用户消耗或产生E-O，2022ensaHtPum，2026.7|第五代DHC12虽然没有正式区分4GDH和5GDH面向智能电气化的创新全景6.9|荷兰海尔伦的6.9|荷兰海尔伦的Mijnwater过200000升级后的系统与传统供应系统相比，通过最大限度地利用废热和可再生能源，能耗减少了30%。巴黎-萨克雷10

I的物理设备。这些设备也称为“连接设备”和“智能设备物联网是实现电力和热力行业智能化耦合的重要工具。它的使用将有助于节约能源，降低成本和碳排放，并通过自动化实现最大限度地利用可再生能源。6.10|2196.10|219到2041111

测模型是人工智能一个特别有潜力的应用，该模型