这些创新技术可以让我们保持凉爽,同时不让地球变暖

A man sits beside portable air coolers at a mosque inside the shrine of Sufi Saint Nizamuddin Auliya after evening prayers in New Delhi May 30, 2013.
How can we provide people with access to cooling without further warming the planet?Image: REUTERS/Anindito Mukherjee
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  • 全球对空调的需求正在快速增长。

  • 大多数空调机组效率低下,并使用对环境有害的制冷剂。

  • 全球制冷大奖于2018年启动,旨在推动制冷技术创新。

  • 其入围者已于去年公布——他们的解决方案能否成为答案?

全球空间制冷的能源需求在未来30年内将增长两倍以上,并将在2050年前占全球电力需求增长的约37%。国际能源署(IEA)预测,未来30年内,每秒钟将售出10台新空调。为满足这一大幅增长的制冷需求,专门用于此终端用途的总发电容量需要从2016年的850吉瓦(GW)增至2050年的3,350吉瓦。这一增幅相当于美国、欧洲和印度的电力需求总和,仅发电容量一项就需要超过1.7万亿美元的额外投资(不包括燃料以及输配电基础设施的相关成本),这是落基山研究所(RMI)的研究结果。

在这一照常发展情景下,印度、中国、巴西和印度尼西亚四国将占2050年全球制冷需求所需新增总容量的60%,以及所需总投资的75%。为满足这一额外需求而增加化石燃料发电容量,不仅会使我们偏离《巴黎协定》的气候目标,还将超出规划中的电网基础设施建设进度,并妨碍这些发展中国家其他关键的发展投资。

制冷需求既不可避免,也至关重要

仅过去五年就是有记录以来最热的五年。全球40%的人口生活在热带地区,其中许多人每年可能面临超过20天的热应激潜在风险。在全球最炎热地区生活的28亿人中,目前只有8%拥有空调在全球最炎热地区生活的28亿人中,目前只有8%拥有空调。空调——曾被视为奢侈品——如今对发展以及应对热应激问题而言已成为必需。

这种前所未有且不可避免的制冷需求增长,是由全球变暖、城市化和人口增长所驱动的。当今世界面临的制冷困境在于,如何让人们获得制冷服务,同时又不进一步加剧地球变暖。

照常发展的制冷模式将使气候危机更加严峻

全球最常见的空调是房间空调和家用空调(RAC)。根据一份落基山研究所的最新报告,未来三十年内,发展中国家对这类入门级空调的需求将增长五倍。RAC通常分别通过其耗电量和所用制冷剂产生间接排放和直接排放。

当今市场上的大多数RAC采用的是已有100年历史的蒸汽压缩技术。最优秀的RAC仅达到其理论最高效率的约14%;而RMI的研究表明,入门级RAC的效率仅为6–8%。

由于RAC固有的低效率,增加电网中的太阳能发电并不能解决间接排放问题。2017年,全球新增太阳能发电装机94吉瓦,而新接入电网的新增RAC负荷估计约为100吉瓦,超过了这一规模。

在照常发展情景下,到2050年,这些RAC的耗电量将至少达到5,400太瓦时(TWh),大致相当于目前美国、日本和德国电力消费量的总和。仅印度就将占这一新增需求的三分之一。总体而言,仅RAC产生的直接和间接排放就可能在2050年前达到132吉吨(GT)二氧化碳排放量,使我们走上一条到本世纪末将额外升温0.5˚C的道路,并使我们无法实现《巴黎协定》的气候目标。

当这已成为对我们气候最大的单一终端使用风险之一,而且是一个可以解决的问题时,我们不能坐等照常发展情景的结果。

2050年满足制冷需求所需的额外发电容量和投资Image: IEA/RMI分析

制冷创新的未来已经到来

如果我们能使最常售出的入门级RAC的能效提高四至五倍,并使用低全球变暖潜能值(GWP)或零GWP的制冷剂,我们就可以减少对额外2,000吉瓦发电容量的需求——这一数字相当于当前运行中的全球燃煤电厂总容量。

全球制冷大奖——该奖项由RMI、印度政府和“创新使命”于2018年发起——正是为实现这一目标而设立。该奖项邀请全球各地的创新者提交其构想,以争取一种价格可负担、具有突破性的制冷解决方案,其气候影响须至少比当今印度市场上最常售出的RAC低五倍。共有来自95个国家的逾2,100支团队报名参赛。来自31个国家的团队共提交了139份详细技术申请,奖项联盟于2019年11月从中遴选出八个最佳解决方案作为入围者。这些入围者合计约占全球RAC总市场份额的25%,并有潜力推动行业发生大规模变革。

这些制冷解决方案展现了制冷创新未来的雏形。入围者的解决方案包括:智能混合技术,以优化能效并分别处理温度和湿度;使用无GWP或低GWP的气候友好型制冷剂;回收系统产生的废热和废水;基于室外和室内条件、用于优化混合运行的智能控制、传感器和自动化技术;或在室外机组上集成小型太阳能板,以显著降低整体气候影响。您可以在此阅读有关入围者技术的更多信息在此。

推广突破性制冷创新,打造更凉爽的地球

我们需要构想这样一个世界:每个人都能负担得起更好的生活质量,同时关注气候问题。获得制冷服务不仅是气候问题,也是公平问题,因为它能改善社会最脆弱群体的健康、生产力和发展成果,而这些人中许多生活在炎热潮湿的气候中。

一旦规模化推广,全球制冷大奖所涌现的突破性制冷创新有望在2050年前减少多达75吉吨二氧化碳当量的排放,并在2100年前减缓多达0.5˚C的升温,同时让人们获得更好的生活质量。要实现这种更为气候友好型RAC的根本性转变,需要全球各地的政策制定者、商业领袖和金融机构共同努力,打造支持性的市场环境。

在这个全球化的新时代,应对气候问题刻不容缓。因此,让我们努力打破照常发展的模式,使每个人都能获得制冷服务,同时不再进一步加剧地球变暖。

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