城市是經濟增長、革新和文化的引擎,但城市也是全球能源的主要消费者。根據国际能源机构[IEA],城市约占世界能源消耗总量的三分之二,占能源温室气体排放的70%以上。城市管理者看,這兩大現實既代表了深刻的責任,也代表了战略机遇。 有效管理城市能源消耗已不再是可選的環境举措,而這是财政穩定、公共卫生和長期复原力的核心要求。這篇文章提供了全面指南,以了解策略、技术和基于社区的方法,可以幫助城市管理者改變能源面貌,同时支持可持续增长和改善所有居民的生活质量。

城市能源需求的规模

城市能源使用由三大主要部门驱动:建筑物(住宅和商业 ) 、 交通和工业运营。 在许多城市,建筑本身就占能源消费总量的40%至60%,主要原因包括供暖、冷卻、照明和裝備。 交通紧跟,私人车辆、公交和物流网络也占了很大比例。 工業活動虽然常位于外围,但也對城市電网提出了巨大的能源和基础设施需求。

城市人口密度的密度使這些挑戰更加複雜。人口和活動的高度集中导致需求高峰,例如,在夏季熱浪中,空调使用量猛增,或者在居民和商业负荷交集的清晨。數十年前建造的老化基础设施,沒有現代效率标准,就使垃圾更加嚴重。 此外,发展中國家的快速城市化每年增加数百万新能源消费。 一份 联合国報告指出,目前城市居住着全球人口的55%,到2050年,这一数字预计将上升至68%。 沒有积极的行動,城市能源需求在未来20年中可能增加40%或更多。

因此,城市管理者必須采取系统性的觀點。 而不是用零碎的能源,如更好的街燈,太陽板,他們需要兼顾建筑物、交通、公用事业和人的行为之间的相互依存的综合性策略。 這需要有力的數據收集、利益相关者合作以及投入長期解决方案的意愿,而不是快速解決。 了解基线是关键的第一步:开展能源审核、分析公用數據以及绘制各鄰居和部门的消费模式。 只有這樣,管理者才能制定可信的减排目标和优先介入。

减少城市能源消费的核心战略

降低城市能源消耗需要一系列跨越科技、政策和行為改變的策略。 以下各節详述了城市管理者可以部署的最具影響力的方法,其中借鉴了全世界前進城市的經驗。 城市管理者在城市管理中扮演了重要角色,而城市管理者卻在城市管理中扮演重要角色。

智能网格和數位基建

電网的更新是任何能源管理計劃的基础。 传统的電网由中央工厂向消费者單向運輸電流,在現時条件下的能見度有限。 相對之下,智能電网使用數位感應器、先进的计量基礎(AMI)以及雙向交流,以动态地监测和控制能源流。 這讓城市管理者能即時發現斷電,平衡全網的负荷,並整合太阳能和風能等可變的可再生能源,而不會造成系統的不穩定。

例如, 部署在城市各處的智能電表可以提供家庭和企業的消费的微粒數據。 公用设施可以使用此信息提供使用時間定价, 鼓勵使用者將高耗能的活動轉至超時間, 从而減少了高價的峰值工厂的需求。 配送自動可以轉移電源, 改善可靠性。 在巴塞羅那, 全市智能電网基础设施的部署有助于公共建筑能耗降低20%, 以及水用量降低30%。 城市管理者應探索與公用设施和技术提供者合作, 以公有資為首, 如街道照明和市政建築物等。

網路安全與資料隱私是成功的关键。 随着網路連接的加强, 網路攻擊也變得脆弱。 管理者必須确保安全協議從設計期入手, 而不是作為後續想法加入。 此外, 透明數據治理政策建立公共信任, 并鼓励參與需求反應程序。

加速采用可再生能源

由化石燃料向可再生能源过渡是降低城市碳足跡和能源成本的最直接方式之一。 太阳能光伏、風力涡轮、地热熱泵和生物质能等都有助于建立多样化、有弹性的能源组合。 许多城市都制定了雄心勃勃的目标 — — 例如, IRENA 報告[,全球100多座城市目前至少從可再生能源中提供70%的電源。

城市管理者可以通过若干杠杆加速采用。 首先,简化住宅和商業屋頂的太陽設施的許可和區域。第二,利用市政购买力直接通过公共建筑、學校和街燈的電力购买协议(PPAs)來取得可再生能源。第三,开发社区太陽園,使租戶和低收入家庭可以從太陽能源中获益,而不必在自己的屋頂上安装板子。第四,在垃圾填埋、棕田或停車場林冠等利用不足的土地上建造或合作建造公用规模的可再生能源工程。

能源封存是关键性的補充。电池和其他封存技术捕捉到超量的可再生发电,并在高峰期排水,平滑的間歇。在加州,像聖地牙哥這樣的城市,大型太陽設備和電池系統配對,以達到電网中50%以上的可再生渗透。管理者們也应当考虑微電网:可以與主要電网斷接,在停電期獨立運作,由可再生能源和蓄電提供電源。這些系統在极端天气事件面前可以增强回應力。

建立效率和深度復古

建築物是長生资产,很多城市建築物在2050年仍然會站立。 因此,用高能效系統改造现有建築物至关重要。 全面改造可以通过改善隔離、高性能窗口、LED照明、可變速HVAC系統和智能溫室等措施,把建築物的能源使用率降低30%至50%。 对于新建築,城市管理者可以實施嚴苛的建築能源法,要求保持净零或近乎零的性能。 例如,溫哥華和紐約等城市成功采用了被动房屋标准,把暖氣和冷卻负荷降低90%。

資金仍是一個障礙,但有创新机制。 財產评估清洁能源(PACE)方案讓建築主能透過15到20年的地產稅單來為能源改善融资。 綠色銀行,如康涅狄格州和紐約的綠色銀行,為高效工程提供低價資本。 城市管理者也可以制定基准和公示法令,要求大型建築物公開報告能源使用情况,从而形成改善的市場壓力。 例如,紐約市第84号法律自其颁布以来,已推动大量增效。

城市應投資於人力發展:在能源審查、HVAC优化、太陽設置等項項目上,

城市交通

交通通常是城市(尤其是依赖車輛的地區)最大的能源消耗和排放源。 車輛的電化 — — 從客車到巴士、運貨卡車和摩托車 — — 是降低石油依赖度的明確通道。 但光靠電化是不够的;它必須與公交、步行和騎車的轉移相配合,以减少車輛行驶的行驶速度。

城市管理者可以領導:把市立汽車(垃圾卡車、警車、巴士)轉換成電動汽車(EVs),這可以造成明確的需求,并建設充電基礎。他們也可以精简公共和工作場充電站的許可,提供刺激措施,如专用通道通路、降低停車費或退價等。在大規模中,電動巴士網路是重中之重。中國深圳等城市已經完全通電,实现了大面积的噪音和污染減少。 与此同时,在輕鐵、地鐵擴張和單車共享方案上的投资也降低了運行的全能腳印。

電网必須做好增加電子電源充電的準備。 超時或可再生能源高時段的智能充電基礎可以避免電子電源超负荷。 車對電子電池(V2G)技術甚至可以讓電子電池在高峰期放電回電網, 使車輛變成分配能源。 電子化與能源总体规划相结合, 以取得最大效益,避免基础设施的壓力。

數據驱动能源管理

物联网、人工智能(AI)和高级分析學提供了优化城市能源系統的有力工具。 城市管理者可以把感應器部署在建筑物、街燈、水泵和中轉網上,以近時实时的方式監控能源消耗,找出以前看不到的低效。 機器學算法可以高精度地預測需求模式,可以提前調整供暖、冷卻和照明的排期。 例如,智能街燈系統可以在沒有行人或车辆存在的情况下遮蔽燈光,比传统固定器节省了60%的能量。

城市管理者應投資中央能源管理平台(通常稱為「數位雙胞胎」 ) , 以汇总所有市域運作的資料。 這個平台可以進行模擬,以試驗政策變更、基建投資或行為干预的影響。 開放的數據政策可以进一步增强民營創新能力 — — 啟動者以及研究者可以使用城市能源數據來發展應用程式和服务,幫助居民和企業降低自身的消耗。阿姆斯特丹與阿姆斯特丹高等都市解决方案研究所的合夥,它利用感應網路來建立城市的詳細能源地圖,指導改造的重點。

城市必須确保不同系統的互操作性, 并處理資料仓。 海斯塔克語言模型等建築資料的標準化程式有利于整合。 此外, 隱私保護必須被烤制, 尤其是在收集住宅建築資料時。 清晰的匿名化和選入政策保持了公信度。

族群参与和行为改變

光是技术和政策措施本身就不足以讓居民和企業积极参与。 城市能源消耗是數百萬個決定的总和 — — 溫度如何定置溫器、是開還是循环、购买哪些器具、如何處理廢物。 城市管理者可以通过精心設計的參與方案培养一种能源意识和行動的文化。

有效的方法包括:在友好的競爭中使各社区互相對抗的能源挑戰,以减少消耗,并發出獎勵和公众認同。 社會规范化運動(其中家庭的能源使用比照鄰居)被證明是隨機控制的試驗中將能源使用率降低2%至10%。 通过家庭內展示或每月公用費報告提供清晰、可操作的回應,可以幫助各家庭看到他們的行為的影響。 例如,西雅圖市的「能源基准化”方案不仅要求建筑物上報資料,而且提供了個性化的得分和建议,导致三年內能源使用平均降低5%。

金融刺激也很重要。 退款ENERGY STAR电器、免费家庭能源审核和补贴氣候化可以降低效率提升的前期成本。 對低收入居民而言,無費安裝LED燈泡和低流量固定裝置的「不成本」方案在解决公平問題的同时可以產生速效。 城市管理者們也應讓本地企業和机构,比如醫院、大學、酒店,通过承認能源領導的「绿色企業」认证方案。 社区参与不是一次性的;它需要通过社交媒體、社区會議、學校和信仰性組織等持续拓展。 建立信任和展示實效(例如,减少公用事业費、清洁空气)可以鼓励长期采用节能做法。

政策和筹资机制

雄偉的能源管理策略需要強大的政策框架和可靠的資源流。 城市管理者可以部署一系列管理工具、市場刺激措施以及公私营合作,以推广节能举措。 關鍵政策包括:要求公用设施达到年度储蓄指标的能效資源标准; 要求现有建筑物符合效率基准的建築性能标准; 以及提倡緊凑、混合用途發展以减少交通能源的區划法。

融资常常是最巨大的挑戰。 文章描述的许多投資,如智能電網、建築改造、充電基础设施等,都要求大量前期資金。 城市管理者可以期待绿色债券,而绿色债券已成为為气候友好工程提供资金的主流工具。 2023年,全球綠色债券市場達到5000億美元,倫敦、巴黎和東京等城市是最大的發售人。 其他融资工具包括周转贷款基金(能源项目的储蓄重新投資到未來的工程 ) 、 能源性能合同(其中能源服务公司保障储蓄,并由其支付) 、 以及国家政府或全球環保基金等組織的赠款。

城市管理者也應探索新型公私合营。 例如,城市可能與私人公司合作,以不增加前期成本部署智能街燈,公司通过在合同期内分享能源节约而收回投资。 相似的,物業開發者可以被激励超過能源代碼,以换取密度獎金或快速許可。 使短期金融利益与长期能源目標相配合是釋放必要资本的关键。

克服共同的挑戰

即便有最佳策略,城市管理者也會面临重重阻礙。 陈旧的基础设施可能使得在智能電網部件正常運作之前,需要重新整合新技术 — — 管道、電線和分站。 预算限制、政治更替和相爭的重心(住房、公共安全、教育)往往會把能源举措推下清單。 此外,多個部(使用、交通、规划、金融)的协调工作可能充滿了仓位和競爭议程。

管理者應該先用小型、醒目的實驗計畫來克服這些挑戰, 以展示成功和建立势头。 「低調的水果」方法首先以最有成本效益的措施为目标(例如LED街燈轉換、再啟動), 可以產生速效和省費, 以資助更大的努力。 建立專注能源的辦公室或工作队, 建立跨部的權力, 有助于打破隔阂。 早期與社區的利益相关者合作, 通过明確的交流利益(工作、储蓄、健康), 取得選舉官的收購, 就能保護各項目的不受政治變化。 最后, 利用城市可持续性主管官網或C40城市氣候領導團等组织的外部技术援助,可以提供最佳做法和同時相支持。

前进的道路

管理城市能源消耗是当今时代最关键的挑战之一,也是机遇。 本文概述的策略包括智能電網、可再生能源、建築效率、交通电气化、數據分析、社区参与和创新融资等,為城市管理者提供了全面的工具。 但光靠技术和政策是不够的。 真正的转型需要領導:制定宏伟目标、透明衡量進步和隨著新创新的出現而适应的意愿。

成功的城市不但會減少能源費用和排放,而且會更加有竞争力、更健康、更具有弹性。 居民會享受更清洁的空气、更低的公用費和更可靠的服務。 城市管理者現在該行動了。把能源管理融入城市规划和運作的方方面面,我們就能在地球的限量內兴建城市,并为后代提供高品质的生活。旅程的開始是單一的智慧電池、一幢改造的建築、一塊共同的社區。 然而,累积的影響將是巨大的。