欧洲能源转型的新难题:炎炎热浪下的奢侈空调

欧洲热浪


2022年的夏天,欧洲和美国的大部分地区都成了“烤箱”,热浪让欧美的夏日生活变得更热。整个欧洲大陆经历着历史性的高温。比利时、法国、德国、荷兰、英国和北欧国家创下历史新高。


欧洲人挥舞着手持风扇,弄湿毛巾,伸手去拿冰块。在破纪录的高温中,欧洲不情愿地开始接受许多欧洲人长期以来一直认为是不必要的奢侈品和破坏地球的威胁:空调。


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空调的发明可追溯到 1850 年代的佛罗里达。根据美国人口普查数据,现在,大约 90% 的美国家庭都有某种形式的空调。待在家里通常是一种选择,如果你家里没有空调或想出去,你可以去餐馆、商店、商场、图书馆、博物馆和许多其他建筑物消暑。


自 1950 年代以来,空调在美国非常流行,但在欧洲,情况就完全不同了。报道称,只有 20% 的欧洲家庭有空调,而且在学校或办公室里很少见。如今,空调在温暖的欧洲南部很常见,例如,希腊人依赖它们。但是,法国只有 4%,德国只有 1%。四分之一的法国办公室和一半的德国办公室都装有空调。许多酒店、大型商店、剧院、超市和博物馆也是如此。在英国,空调在家庭之外更为常见。根据英国商业能源和工业战略部 2021 年的一份报告,关于英格兰有多少家庭安装了空调的数据很少,但最好的估计是不到 5% 的家庭。大部分使用的空调来自便携式设备,在伦敦的一些高端公寓之外很少能找到中央空调。根据政府报告,英格兰大约一半的制冷需求来自办公室,其次是零售店和医院。


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欧洲为什么不用空调


欧洲普遍缺乏空调有多种原因。


欧洲的电费更高,德国和丹麦的电价是美国的两倍多。美国和欧洲部分地区的平均收入相似,但在其他地区,工资远低于美国,因此空调不太实惠。


空调对地球来说并不是最好的东西,重要的是要长期对气候变化的影响。气候意识使许多人不愿接受任何导致气候变化的技术。几十年来,欧洲嘲笑美国对空调的依赖是美国“奢侈生活”的一个例子。1992 年,剑桥经济学家格温·普林斯警告说,“对空调的身体成瘾是现代美国最普遍、最不为人所知的流行病。”


欧洲需要用除湿器和风扇来保护他们 19 世纪的绘画和中世纪的木雕。


但也许最重要的原因是气候的差异。欧洲位于比美国大陆大部分地区更北的位置,这使得那里的天气通常比这里凉爽。例如,德国的高温非常罕见,79 华氏度的温度促使学校和企业关闭,称为“hitzefrei”,夜间温度高于 68 华氏度被称为“热带之夜”。当温度平均较低时,空调是不太必要的。如果不经常使用,对于大多数建筑物来说,安装空调没有多大意义。


一般来说,北欧只有两个月(七月和八月)才会变得非常热。加上南欧(意大利、西班牙、葡萄牙和希腊)的 6 月和 9 月。欧洲的气候不太潮湿,所以希腊、意大利和西班牙的干热更容易忍受,尤其是那些在没有空调的情况下长大的人。巴黎、马德里、罗马街道上在八月都是空荡荡的,留给了游客。


英国以潮湿闻名,传统上建造房屋时要保持温暖而不是驱逐热度。英国住宅的设计并没有考虑到酷热的夏天。英国是一个以供暖为主的国家,而不是一个以制冷为主的国家,在试图克服寒冷的冬天时这样很好,但在热浪期间会加剧问题。


欧洲石头或砖砌建筑比美国房屋提供更好的绝缘。热量渗透得更慢,石头保留了傍晚的凉爽。


德国人、英国人和荷兰人会选择在花钱买空调之前关上窗户并脱掉衣服,而法国人会更早地把脚趾伸进公共喷泉。在法国,外部百叶窗无处不在,它们在保持房屋凉爽方面也远远优于室内百叶窗。人们在夜间或清晨较凉爽的时间让空气流通,而百叶窗在白天部分关闭。


欧洲人经常在晚上和天气允许的时候在露天上就餐。


另外,安装中央空调过于“麻烦”。如果建筑物被列入保护名单或房屋位于公寓楼内,则会有政府的繁文缛节。由于担心俄罗斯的天然气供应中断,欧洲当前的热浪与政府要求消费者减少使用能源的要求不谋而合。


没有空调成了公共健康问题


保持凉爽不仅仅是舒适的问题,也是生产力和公共健康的问题。众所周知,热浪会导致高死亡率。美国很早就意识到了这一点,因为最早的研究可以追溯到 1880 年代。关于热浪对死亡率影响的第一份出版物可以追溯到 1920 年代。自从在美国广泛使用空调以来,热浪期间的死亡人数急剧下降。在美国,每年平均有 702 人死于高温,美国最致命的热浪在 1980 年夺走了 1260 人的生命。2003 年,有 70,000 名欧洲人死于与高温有关的原因。2003年热浪在法国造成约 15,000 人死亡后,一些疗养院引入了空调,以保护最脆弱的人群。


欧洲空调使用大幅上升


气候变化使极端高温成为世界更多地区的常态,增加了适应的需求。


伦敦 7 月的平均高温为华氏 75 度,比纽约的 7 月平均高温低 10 度。随着气候变化导致全球气温上升,这种情况开始发生变化。在当前的热浪中,伦敦比平均温度高出接近 30 华氏度,而且它和欧洲大部分地区都没有为这种高温做好准备。


原来预计英国每隔几个世纪才会出现这么高的温度。英国气象局的研究发现,该国现在每天超过 40 摄氏度(104 华氏度)的可能性是没有气候变化时的 10 倍。由于碳排放量有增无减,该国每隔几年就会经历一次这些温度。人们显然开始将炎热的夏天视为可以停留的地方,并迫切希望为未来找到永久的解决方案。英国正在为未来做准备,在这种情况下,由气候变化驱动的气温上升可能会增加对冷却系统的需求,这些系统会消耗大量能源,并可能违背英国到 2050 年将温室气体净产量减少到零的目标。


上周,英国的风扇销售额飙升了 1876%,空调机组的销量也出现了增长,增长了 1420%。


根据国际能源署 (IEA) 的 2018 年报告,全球空调销量在 1990 年至 2016 年间增长了两倍多。这种增长可能会持续下去,从现在到 2050 年,全球用于制冷的能源使用量预计将再次增加两倍。印度和印度尼西亚等热门国家占空调采用率增加的很大一部分。根据 IEA 的数据,到 2050 年,大约一半的空调制冷量增长将来自印度和中国这两个国家。


但在相对富裕和凉爽的国家,包括欧洲国家,空调的采用也在上升,这主要是因为城市化和气候变化正在推高气温。尽管如此,许多欧洲人仍不愿张开双臂欢迎空调。由于所使用的能源,将空调视为热浪和气候变化的解决方案当然有点问题。目前不到 10% 的欧洲家庭拥有空调,但这个数字将会攀升。IEA 报告估计,欧盟的空调数量将从 2019 年的 1.1 亿台增加到 2050 年的 2.75 亿台,增加一倍以上。


此外,报告发现,近年来住宅冷却系统的需求略有增加,部分原因是在冠状病毒大流行期间家庭办公室的使用增加。随着 Covid-19 导致工作方式发生变化,预计人们将部分或全部时间在家工作的长期趋势,这可能会保持冷却系统市场的增长。


空调的问题和需求前景


不同家庭收入范围内的空调拥有量仍然存在差异。在全球范围内,约 35% 的人口拥有空调,但在全球 44% 的生活在炎热气候中的人口中,只有约 12% 的人拥有空调。虽然在美国和日本,空调超过 90%,但在撒哈拉以南非洲仍低于 5%,在印度则不到 10%。因此,到 2030 年,安装的空调数量可能会再增加 40%。趋势是明确无误的:到 2050 年,全球三分之二的家庭可能拥有空调。


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目前,全球约有 20 亿台空调机组在运行,这使得空调成为建筑物电力需求增加和发电容量增加以满足峰值电力需求的主要驱动力之一。运营中的住宅单位占总数的近70%。自 2000 年以来,对空间制冷的需求以平均每年 4% 的速度增长,是照明或水加热的两倍。空间冷却的更高能耗尤其会影响峰值电力需求,尤其是在设备满负荷使用的炎热天气。


不断增加的空调使用带来新的挑战,因为大多数系统效率低下并且会产生导致气候变化的排放。在极端情况下,当采用率足够高时,过多的空调单位在炎热的日子里使电网过载,因为人们往往会在一天中最热的时候几乎同时开启空调。


2020 年,全球空间制冷需求继续增长,部分原因是随着越来越多的人在家里度过更多时间,家庭制冷量增加。2020 年,空间制冷占建筑行业最终用电量的近 16%(约 1885TWh)。这个问题在美国德克萨斯这样的地方很明显,那里夏天很热,空调很普遍。得克萨斯州电网运营商经常敦促居民在下午高峰时段减少空调电的使用,以避免停电。


根据世界银行 2019 年的一份报告,冰箱、空调和其他设备等制冷技术占全球温室气体排放总量的 10%。这是航空和海运的足迹加起来的两倍多!报告补充说,按照这个速度,到 2030 年,制冷排放量可能会翻一番,到 2100 年会增加两倍。


尽管空调设备的性能不断提高,电力生产的碳密集度降低,但空调产生的二氧化碳排放量正在迅速增加——在 1990 年至 2020 年期间增加了一倍多,达到近 1 Gt。由于高温推高了对空调的需求,欧盟 7 月份煤炭和天然气的排放量急剧上升。6 月 12 日至 7 月 17 日期间,欧盟的每日碳排放量增长了 18%。最近几周气温破纪录的欧洲国家增幅最大。在英国,二氧化碳排放量在 5 月中旬至 7 月中旬期间增加了近三分之一——主要是由能源部门推动的。自 6 月底以来,法国的排放量增加了 72%。增幅最大的是 7 月 9 日至 13 日的热浪。


应对措施


在气候相对温和、热浪短的地区,反射屋顶、遮阳窗和更好的通风等被动冷却选项可以减少对空调等昂贵的主动冷却的需求。此外,被动冷却策略长期以来在地中海和其他习惯于酷热的地方成为常态,需要自然通风和遮阳:晚上打开窗户,在上午中午拉下百叶窗。根据一项研究,被动冷却可以将空调能源需求减少 70%。


分布式系统或热泵可以同时用作冷却和加热装置,并且可能比其他选项更有效。热泵的前期成本仍然相对较高,但由于节能,生命周期成本可以与其他选择相媲美。


大型太阳能冷却系统的数量也在增长,包括承诺在 2020 年为奥地利格拉茨(约 3500 平方米)和阿联酋迪拜(710 平方米)建造的两座工厂。太阳能光伏制冷可以在多种系统配置中实现,自用模式下的光伏驱动压缩技术也开始渗透市场,尤其是在太阳辐射和制冷需求重合的情况下,或者通过集成存储技术。2018 年,首批能够根据太阳能电池板产生的电力调整冷却能力的太阳能光伏空调单元已商业化。


区域供冷是一种经济实惠的解决方案,可为建筑密度高的温暖地区提供电网灵活性。它仍然是一个发展中的部分,但近年来在某些国家取得了显著进展。例如,丹麦 2017 年的区域供冷总销售额是 2012 年的近四倍。芬兰的客户数量和售出的能源数量在过去五年中翻了一番,德国的装机容量在2011 年和 2017 年。


在澳大利亚西悉尼,政府已宣布禁止使用深色屋顶,以防止未来出现热岛现象。如果没有大幅提高制冷效率到 2030 年,全球建筑制冷用电需求可能增加多达 40% 今天,80 多个国家/地区已经制定了空调的最低能效标准,目前还有 20 多个国家正在制定其他标准。


建筑能源规范是提高建筑能源性能的一种非常有效的工具。各国可以支持研发工作以培育创新的空调技术,包括那些使用全球变暖潜能值低的制冷剂或根本不使用制冷剂的技术。对基于市场的措施的激励和支持也可以创造规模经济效益,以降低节能产品的前期成本。


80 多个国家/地区已经将空调的最低能源性能标准写入法律——这锁定了整个市场的能源节约。虽然市场上有高效空调 (AC) 装置,但大多数消费者购买效率低两到三倍的型号。到 2030 年,实施能效标准可以将空调能源性能提高约 50%,并有助于在 2050 年实现净零排放情景下实现制冷。与改进的建筑设计一起,能效标准是未来几十年避免低效单元锁定的关键措施。美国能源部指出,与仅使用 10 年的中央空调相比,新的中央空调可节省 20% 至 40% 的能源成本,新的空调能效标准将于 2023 年生效。


提高空调的室温设置。根据 1960 年代的研究,美国办公室将空调温度设置为 70°F,这是理想的温度。但这项研究是基于一个 40 岁男性的新陈代谢。新的研究表明,76°F 更合适。


空调很可能成为欧洲未来的一部分。