能效如何缓解热浪引发的电力需求上涨?

又一年高温导致电力需求再创纪录和停电频发

近年来,全球气温屡创新高。2023年已成为有记录以来最热的一年,而2024年有望进一步突破这项纪录。2024年期间,热浪的频率和强度不断增加,导致部分地区经历了高达50 ℃的极端高温,更是有多个国家创下了新的高温纪录。在这样的情况下,确保人们的制冷需求得到满足已成各国的首要任务。在极端高温的推动下,空调等人们急需的制冷设备需求大幅增长。但这也使世界各地的用电量都攀升到了创纪录水平,对各国电网构成了巨大压力。2024年,包括巴西中国印度墨西哥美国在内的40多个国家(占全球电力需求总量近70%)都在热浪期间创下了新的峰值电力需求纪录,许多其他国家也经历了大规模停电和滚动限电。在一些气候炎热且空调保有量较高的国家,电网受到的影响尤为严重。在拉丁美洲和亚太地区,近80%的国家在热浪期间创下了新的峰值电力需求纪录,或是遭受了高温相关的电网中断。欧洲方面,巴尔干地区在2024年6月遭受了热浪侵袭,导致该地区大规模停电;接下来的7月,该地区气温高达43 ℃,塞尔维亚克罗地亚的电力需求创下历史新高。即使是在空调保有量较低的撒哈拉以南非洲地区,在长期干旱和极端高温事件的共同作用下,其电力系统在整个2024年也都在不断停电和滚动限电。

Percentage of countries within a region reaching new all-time peak demand records or suffering major disruptions attributed to extreme heat events, 2024

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新兴经济体电力需求受新安装空调推动,继续以创纪录的速度增长

2024年全球电力消费总量预计将增长4%,其中新兴市场和发展中经济体的制冷需求增加提供了主要驱动力。印度这一年在经济强劲增长、电气化迅速推进,以及制冷需求创纪录的情况下,电力消费预计将增长超过8%。虽然许多因素都会促进电力消费增长,但峰值需求主要受空调保有量和日最高气温驱动,而峰值需求的增加又会进一步提高对新增基础设施的需求。

IEA针对部分地区的最新分析显示,近年制冷季的“峰值需求-气温”曲线已较往年发生上移,并且斜率变大。这意味着峰值电力需求不仅在每一个既定的气温水平下都较往年有所上升,并且气温越高,较往年上升的幅度越大。在印度,气温每升高1 ℃,峰值需求就会增加超过7吉瓦(GW),而在2019年这一数字仅为约4 GW。这反映出该国空调保有量在过去五年发生了快速增长,以及热浪对电网影响的加剧。同一时期,该国年峰值需求增长了近40%。在巴西和土耳其这两个电力需求总体较低的国家,气温每升高1 ℃,峰值需求也会分别增加3.6 GW和2 GW,从而给电网造成类似程度的压力。

在中东和美国部分地区,当天气特别炎热时,室内制冷可能会占到居住建筑峰值电力需求的70%以上。在美国德克萨斯州,几乎每个家庭都拥有至少一台空调;在气温最高的日子里,制冷需求可以占到当地峰值需求总量的50%。而从全球平均水平,以及印度和巴西等新兴市场和发展中经济体的角度来看,制冷在峰值需求总量中的占比通常在10%~20%之间。

Daily peak demand versus average daily temperatures during cooling seasons in Brazil, 2019, 2022 and 2024

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Daily peak demand versus average daily temperatures during cooling seasons in India, 2019, 2022 and 2024

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Daily peak demand versus average daily temperatures during cooling seasons in Türkiye, 2019, 2022 and 2024

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许多地区空调销量迅速增长,但以低效型号为主

在一些气候本就炎热潮湿的地区,由于热浪强度和持续时间的增加,制冷设备已逐渐从奢侈品变成必需品。受此影响,许多国家在2024年的空调销量都有所增加。日本在经历了史上最热的夏季后,国内空调销量连续增长了四个月全年增长了11%。印度近年来的空调产量也在增加——鉴于该国进口有限,印度能效局利用空调产量来近似代表销量。据估计,该国2023年空调销量接近1100万台,较2021年同比增加25%以上。而随着2024年该国经历了气温超过50 ℃的强烈热浪,其空调市场更是出现了前所未有的增长。2024年上半年,该国许多制造商都创下了新的销量纪录,总销量据估计达到了1400万台,超过计划库存。峰值电力需求超过了250 GW,比上年同期高出近15%。为此,印度政府不得不采取紧急措施来应对用电危机,包括推迟电厂维护工作、重启闲置燃煤电厂等。

空调的能效水平各不相同。印度市场售出的空调依然以低效型号(印度空调能效等级中的1~3星,最高5星)为主,而高效型号(4~5星)仅为少数。从新出厂产品来看,2023年空调总产量中61%为3星,远远超过5星型号(23%)。一些家庭还会租用二手低效空调作为应对极端高温的手段。

Annual air conditioner production volumes in India by efficiency rating and fiscal year, 2019-2023

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高效空调可以抑制热浪期间的电力需求增长

尽管新兴市场和发展中经济体的空调保有量在近几年来增长迅速,但仍远低于发达经济体。撒哈拉以南非洲地区仅5%左右的家庭拥有空调,比印度(不到20%)和巴西(约30%)都还要更低。然而随着人们收入水平的上升,拥有空调的家庭数量占比预计将显著增加。为了满足人们迫切的制冷需求,同时减少对电网的影响,政府应该通过实施综合性的一揽子政策来推广高效的空调产品,包括以下措施:

  • 实施并更新能效标识体系:IEA分析表明,高效空调并不一定比普通型号更贵,但却可以使用电量减半。比较性能效标识可在消费者做出购买决策时,助其选择同类最佳的型号。
  • 制定最低能效标准:这类标准可以将低效型号从市场上淘汰,并且降低消费者能源支出。最低能效标准应符合国际最佳实践,并实现跨地区接轨。
  • 普及高效型号:为购买高效型号的消费者提供返利优惠及其他财务激励机制,从而降低高效型号的价格,促进更多消费者选购这类产品。
  • 为本地制造商提供财务与技术支持:制造商为了生产出更高效的空调,可能需要调整生产工艺。为其提供财务激励和技术支持可鼓励制造商做出必要改变。
  • 推广需求响应型空调:推广需求响应型空调,并为其应用创造有利条件,将有助于缓解电网在高温天气事件期间的压力。在需求低谷或光伏发电高峰时段进行预制冷,可以实现电力负荷转移,从而减少峰值用电需求。该措施在保温性能良好的建筑中效果最好。
  • 鼓励行为转变在热浪期间保持窗户关闭,并在白天用百叶窗或遮光帘遮挡阳光,再结合一些被动制冷措施,可减少对空调的使用需求。将空调制冷温度调高也有助于降低能源需求和电费。

围绕制冷需求,建筑和城市基础设施也同样值得关注。增加植被、绿地、水源,以及绿色屋顶和绿色外立面,可以降低空气温度、缓解城市热岛效应。在建筑外墙、街道和人行道上使用高反射率材料,也有助于减少升温。包含制冷需求规定的强制性建筑节能法规可以抑制新建建筑带来的能源需求增长,而节能改造则是减少既有建筑制冷需求的有效方式之一。