综合能源系统
行业整合
迈向无碳经济的明智之举
为了应对气候变化，部门一体化将成为能源系统脱碳和减少二氧化碳排放的关键工具。
能源经济脱碳的关键问题不是能产生多少可再生能源，而是如何将其纳入我们的能源系统。你能连接到电网的化石燃料驱动行业越多，在能源使用方面越灵活越好。供暖、制冷、运输、水处理和工业都是需求灵活的部门，可以充分利用可再生能源的潜力。最大的能储存能源的能源载体（如区域供暖或制冷）的电气化是实现主要基于可再生能源的能源系统所需的灵活性和弹性的关键任务。
什么是行业整合?
跨部门联手充分挖掘可再生能源的潜力
部门整合原则适用于任何可以向另一个部门输送能源或从另一个部门消耗能源的系统。有许多工业——甚至在零售业——将热能作为废物产生，然后在其他地方加以利用，形成一个更可持续的能源系统，进而成为一个有回报的商业案例。
当能源生产以风能和太阳能等可再生能源为基础时，部门整合尤其重要。部门整合允许更多部门电气化，并增加所需的灵活性，因为电力需求并不总是随天气变化。当天气条件有利于发电且电网需求较低时，能够在系统中储存热能或灵活使用能源的能源消耗部门可以介入并以较低的成本购买电力。热存储就像一个虚拟电池。一个例子可能是一个区域供暖系统，它可以在电力充足且便宜的情况下使用电来加热水，然后将水储存在水箱中以及在电力更昂贵的情况下使用的管网中。
通过这种方式，部门整合有助于能源系统更有效地使用和再利用能源。
部门整合的好处
为气候目标和更具成本效益的系统做出贡献
部门整合如何帮助应对气候变化？向无碳能源经济转型的主要挑战是电力需求并不总是与供应相匹配。电力通常在需求不足以充分利用电网容量的时候产生，反之亦然；当容量较低时，需求可能较高。
部门耦合与热能储存，允许灵活使用电力，使供需差异得以平衡，从而充分利用电网的容量。更多的部门可以用电力取代化石燃料来支持无化石能源经济，整个社会就能够更好地实现《巴黎协定》的二氧化碳排放目标。
不言而喻，智能能源系统中耦合的能源消耗部门将享受更具成本效益的运营，因为它们将能够调整其电力购买，以在任何给定时间使用尽可能低的费率。同样，电力供应商将能够避免容量缩减和收入损失的情况。
一旦部门耦合原则完全确立为建设或更新城市基础设施、工业和交通部门的模式，这些智能集成系统的运行成本就会降低。这是因为与建筑物、服务器机房、超市冷冻柜、电池充电等相关的协同效应。
潜力巨大。如今，仅供暖和制冷就占欧盟能源消耗的一半，目前75%以化石燃料为基础。丹麦奥尔堡大学（Aalborg University）的一份最新报告指出，对欧洲供热和制冷行业进行脱碳，有可能每年将能源系统总成本降低700亿欧元。
在这里获取奥尔堡大学报告中的5个要点，或查看完整报告：
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奥尔堡大学报道
为什么部门集成?
使可再生能源具有成本效益
我们可以通过部门整合实现什么？基于可再生资源的电力经济的主要挑战是确保稳定的供应。你有时会遇到风力涡轮机在大风天空转的原因很可能是电力需求无法满足增加的容量潜力。剩余的电力可以储存在电池中，但这是一种昂贵的解决方案，不利于节约成本。另一种选择是将剩余电力出口到其他地区，但这也不是很划算，因为这需要对电缆基础设施进行巨额投资。到目前为止，最好的替代方案是与智能能源系统的部门耦合，它创造了一种不依赖电网稳定性的灵活需求，并且可以通过随时准备使用可用电力来提供必要的调峰。
综合能源系统能够实现能源消费部门和能源供应部门之间的互动，并将能源系统的总成本降至最低。工业、交通和建筑都是能源消耗部门，可以参与智能能源系统，该系统涉及灵活能源存储的积极使用，例如用于区域供暖和制冷的热存储。
为什么部门整合仍然没有得到充分利用？
作为一个依赖能源经济去碳化的社会，我们必须采取系统方法，加快能源消费部门与能源供应部门的整合。这需要一个监管框架来支持建立分散的能源系统，这将鼓励智能系统集成，能够将加热和冷却系统中的能量存储与灵活使用废热和热泵结合起来。
目前的政策框架不支持不同部门之间的相互作用，也不反映有助于促进综合能源系统的新技术。应该通过允许灵活的能源价格和取消废热税来鼓励热网。我们需要确保电价反映能源结构，以鼓励可再生能源的使用——例如通过二氧化碳定价——电价信号奖励能源储存和其他灵活服务。
谁能促进部门整合?
部门一体化和区域供热之间的联系是什么?
通过集中供热和制冷而不是单独的系统来为我们的生活和工作空间供暖或制冷，是充分利用社会能源资源的一个重要机会。将集中供热和制冷的电力与大型热泵结合起来，可以同时解决两个挑战:一是供暖供应脱碳的挑战，二是在避免不必要的基础设施和存储成本的同时，将日益波动的电力容量纳入我们的能源系统的挑战。这里的关键字是存储。单个的热泵无法存储电力，甚至可能导致电网在没有提供必要的灵活性的情况下产生更高的需求压力。
行业整合是否使能源系统更加灵活?
现代区域能源系统被设计为灵活的热基础设施，当不同的能源可用时，可以“插入”。如果电力是最好的选择，系统就会使用它。如果来自不同部门的热或冷废水是现成的，系统将切换到那个。无论热水或冷水的来源是什么，它都会通过管网分配到建筑物中立即使用或储存起来供以后使用。
然后，地区能源系统有两种方式为能源系统提供灵活性：提供存储和实现不同能源之间的转换——可以是大型热泵和废热，也可以是太阳能或地热。
将废弃的能源整合到一个更循环的能源系统中
今天，许多热量被浪费掉了，因为它们被简单地排到大气中。供暖需求主要由以天然气、石油或电力为形式的高质量能源为基础的系统来满足。这有各种各样的历史、物流和财政原因，但以今天的知识和技术，这可能被描述为一种过度的方法。相反，我们需要创建一个更有效的能源系统，采用低火用的方法，利用低价值的热源，并允许吸收作为工业和商业过程副产品产生的废热。
污水处理设施有动力
一般来说，水设施占一个城市用电的30-50%，这使它们成为地方政府经济中最大的电力消耗者。这种情况将会改变。废水处理设施不仅仅是电力的消费者，实际上还可以同时产生电力、余热和沼气，这一切都取决于当地如何最好地利用能源。
水设施在部门耦合中发挥作用的几个机会近在眼前。一种方法是利用热泵将废水处理后的余热重新利用，使温度提高到可以用于集中供热系统的水平。另一个是绿色氢气和沼气生产中多余的二氧化碳的结合——这本身就是一个部门一体化的例子——可以用来生产可再生的甲烷。
探索丹佛斯如何解决这些挑战
超市是综合能源系统中的一个很酷的伙伴
超市占社会总用电量的较大份额。在德国，1-2%的用电可以分配给超市制冷。
大多数超市的能量管理都是由一个中央单元连接多个冷柜来控制温度水平。而不是让冷却过程产生的热空气被浪费，它可以用来加热超市本身，或者——如果与供暖部门结合——作为当地区域供热网络的能源供应商。
由于冰箱和冰箱中储存的食物量很大，超市也有潜力充当虚拟电池，为电网稳定做出贡献。与超市相连的冰或冷水储存设施可以提供一种替代方案，在高峰时段使用超市冷却系统的电网供电。
请阅读丹佛斯气候解决方案总裁Jürgen Fischer的观点，或探讨我们关于超市如何转变为热能供应商的案例:
工业设施可以为整个城市提供免费供暖
金属或化工等重工业与余热的行业整合潜力最大。研究表明，欧盟每年可回收工业废热300 - 800太瓦时。结合区域供热，这将为整个欧洲城市的取暖和制冷需求做出相当大的贡献，节省数十亿欧元的绿色能源生产设施投资。
将数据中心的功耗转换为资源
数据中心的可持续性是一个重要问题，因为数据中心的数量正在增长，目前约占世界能源消耗的1%。在IT设备和服务器中，大部分能量转化为热量，因此需要冷却，这就产生了大量的热量，作为“废物”。准确地说，所消耗的电能几乎全部转化为热能(97%)，这使数据中心成为与区域供热服务或该地区其他供热设施进行行业整合的明确人选。
节能建筑和需求响应
提高建筑的能源效率会降低能源的总使用量，并有助于减少电网的负荷。智能建筑具有交互式需求侧管理/需求响应功能，可优化建筑的热耗，使部分能耗从高峰时段转移到非高峰时段成为可能。
智能建筑还可以使用建筑本身和它的设备作为能量存储，建筑的结构和/或热质量可以存储几个小时的热量。欧盟2014年的一份报告《建筑热需求》(Building Heat Demand)估计，通过采用需求驱动的供暖系统，最多可以节省40%的能源。
数字化是推动行业整合的关键因素
数字化是一个更节能、更有弹性、更可持续的能源系统背后的主脑，它能最大限度地减少能源浪费，降低成本。在整个价值链上，从可持续能源载体、高效电网到高效能源利用，数字技术确保了最佳的能源性能。
在供热和制冷领域，数字技术有助于管理日益复杂的区域能源系统。数字工具集成了多种间歇性可再生能源，并连接了热电基础设施，可以决定何时何地使用哪种能源，并在几分钟内实现从一种能源转换到另一种能源。
能源部门的成功整合和整个产业链的优化的关键是理解和预测需求的能力。通过人工智能处理整理后的数据，可以根据天气、通风和居民的生活方式来控制和优化集中供暖。需求侧管理(DSM)对集中供热系统的好处是显著的:从数百个已经实施这种类型的智能需求侧管理的站点的计算显示，峰值功率平均节省20%。
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