Gaisa kondicionēšanas tehnoloģija ir lielā neizmantotā iespēja cīņā pret klimata pārmaiņām

Sergejs Akuličs / Pexels

Kamēr rekordlieli karstuma viļņi pagājušajā mēnesī satricināja Kalifornijas iedzīvotājus, miljoniem gaisa kondicionētāju kolektīvā slodze lika štata tīkla operatoriem ienirt tumsā simtiem tūkstošu mājsaimniecību.

Ilgstošie elektroenerģijas padeves pārtraukumi sniedza tikai nelielu mājienu par to, kas, visticamāk, notiks Kalifornijā un tālu ārpus tās. Pieaugošais iedzīvotāju skaits, augošie ienākumi, pieaugošā urbanizācija un vasaras temperatūras paaugstināšanās līdz gadsimta vidum varētu trīskāršot visā pasaulē uzstādīto maiņstrāvas iekārtu skaitu, palielinot kopējo skaitu līdz 6 miljardiem. Starptautiskā Enerģētikas aģentūra ’s Future of Cooling ziņojums.

Patiešām, gaisa kondicionēšana ir viena no mānīgākajām klimata pārmaiņu problēmām un viena no visgrūtāk atrisināmajām tehnoloģiskajām problēmām. Jo vairāk pasaule sasilst, jo vairāk mums būs nepieciešama dzesēšana — ne tikai komforta dēļ, bet par veselību un izdzīvošanu lielās pasaules daļās.

Taču paši gaisa kondicionētāji ražo pietiekami daudz siltuma, lai ievērojami paaugstinātu pilsētas temperatūru, un tie arī izdala ļoti spēcīgas siltumnīcefekta gāzes. Turklāt šie miljardiem jauno vienību, kas prasa enerģiju, radīs vienu no lielākajiem pieaugošā elektroenerģijas pieprasījuma avotiem visā pasaulē.

Bez būtiskiem uzlabojumiem arī dzesēšanas enerģijas pieprasījums trīskāršosies, līdz 2050. gadam sasniedzot 6200 teravatstundas jeb gandrīz ceturto daļu no pasaules kopējā elektroenerģijas patēriņa šobrīd.

Kalifornijas Nāves ieleja, iespējams, ir noteikusi visaugstāko temperatūru, kāda jebkad ir ticami reģistrēta, pūšot karstuma viļņiem pagājušajā mēnesī.

AP FOTO / DŽONS LOKERS

Neraugoties uz pieaugošo izaicinājumu apmēru, nozarē ir ieplūdis salīdzinoši maz finansējuma un tirgū ir maz ievērojamu sasniegumu produktu jomā. Neskaitot lēno efektivitātes pieaugumu, pamata tehnoloģija darbojas tāpat kā tad, kad tas tika ieviests gandrīz pirms gadsimta.

Fakts, ka logu maiņstrāvas izmantošana turpina pieaugt, kamēr produkts lielākoties izskatās un darbojas tāpat kā gadu desmitiem, runā pats par sevi, saka Vince Romanin, Sanfrancisko bāzētā Treau izpilddirektors, slepenas dzesēšanas startup, kas izstrādā jaunu siltuma veidu. sūknis. Es domāju, ka daudzi cilvēki šeit ir sajūsmā par kaut ko jaunu, taču ir vērojams tikai pakāpenisks progress.

Pēdējo desmitgažu laikā ir bijuši daudz lielāki izmaksu un veiktspējas uzlabojumi citās energotehnoloģijās, piemēram, saules paneļos, akumulatoros un elektriskajos transportlīdzekļos, ko nosaka valsts politika, īpaši pētniecības centieni un pieaugošais pieprasījums pēc tīrākām alternatīvām. Treau ir viens no vairākiem jaunizveidotiem uzņēmumiem un pētniecības grupām, kas tagad mēģina dažādus veidus, kā panākt līdzīgus sasniegumus dzesēšanas jomā.

Bet pat tad, ja globālais maiņstrāvas bloku krājums kļūs daudz efektīvāks, prognozētie izmantošanas lēcieni ir tik lieli, ka globālais elektroenerģijas pieprasījums joprojām augs. Tas sarežģīs jau tā satriecošo uzdevumu attīrīt pasaules enerģētikas sektorus. Tas nozīmē, ka valstīm nav tikai jāpārveido esošā elektroenerģijas infrastruktūra; viņiem ir jāveido daudz lielākas sistēmas, nekā jebkad bijušas, un tas viss jādara ar avotiem, kas nesatur oglekli.

Miljardiem jaunu gaisa kondicionieru

Pastāvīga karstā gaisa daudzuma dzesēšana, kas piepilda mājas, birojus un rūpnīcas, ir un vienmēr būs milzīgs enerģijas sūcējs.

Problēma nav tikai tā, ka lielākam skaitam gaisa kondicionētāju būs nepieciešams arvien vairāk elektroenerģijas, lai tos darbinātu. Tas ir arī tas, ka tie īpaši palielinās nepieciešamo daudzumu maksimālās slodzes laikā, kad temperatūra patiešām ir zema un visi vienlaikus paaugstina maiņstrāvu. Tas nozīmē, ka mums ir jāpārbūvē elektroenerģijas sistēmas, lai apmierinātu pieprasījuma līmeni, kas var rasties tikai dažas stundas no dažām dienām gadā.

Losandželosas apgabalā temperatūras paaugstināšanās apvienojumā ar iedzīvotāju skaita pieaugumu varētu palielināt elektroenerģijas pieprasījumu vasaras maksimumstundās līdz 2060. gadam par 51%, saskaņā ar augstu emisiju scenāriju. 2019. gada lietišķās enerģijas pētījums pētnieki no Arizonas štata un Kalifornijas universitātes Losandželosā.

Tas veido aptuveni 6,5 papildu gigavatus, kas tīkla operatoriem būtu jāspēj vienlaikus nodrošināt tiešsaistē, vai gandrīz 20 miljonu 300 vatu saules paneļu tūlītēja jauda saulainā dienā.

Un tas attiecas tikai uz vienu no Kalifornijas 58 apgabaliem. Pasaule piedzīvos daudz lielāku maiņstrāvas pieprasījuma pieaugumu valstīs, kur vidusšķira strauji paplašinās un kur karstuma viļņi kļūs biežāki un smagāki. Konkrēti, IEA prognozē, ka Indija līdz 2050. gadam uzstādīs vēl 1,1 miljardu vienību, palielinot maiņstrāvas daļu no valsts maksimālā elektroenerģijas pieprasījuma no 10% līdz 45%.

Režģa tīrīšana

Vissvarīgākais labojums ir jāveic ārpus maiņstrāvas nozares. Elektroenerģijas tīkla pāreja uz tīru enerģijas avotu, piemēram, saules un vēja, plašāku izmantošanu nepārtraukti samazinās netiešās siltumnīcefekta gāzu emisijas no enerģijas, ko izmanto gaisa kondicionēšanas iekārtu darbināšanai.

Turklāt arvien viedo tīklu izstrāde varētu palīdzēt elektroenerģijas sistēmām tikt galā ar maiņstrāvas maksimālā pieprasījuma spriedzi. Tas ir saistīts ar sensoru, vadības sistēmu un programmatūras pievienošanu, kas var automātiski samazināt lietojumu, kad āra temperatūra pazeminās, kad cilvēki atstāj vietas uz ilgāku laiku vai kad pieprasījums sāk saskarties ar pieejamo paaudzi.

Pasaule var arī samazināt tiešās emisijas no maiņstrāvas, pārejot uz alternatīviem aukstumnesējiem, kas ir kritiskie savienojumi dzesēšanas ierīcēs, kas absorbē siltumu no gaisa. Ražotāji lielākoties ir paļāvušies uz fluorogļūdeņražiem, kas ir ļoti spēcīgas siltumnīcefekta gāzes, kas var izplūst ražošanas un remonta laikā vai vienības mūža beigās. Bet saskaņā ar Monreālas protokola 2016. gada grozījumu , uzņēmumiem un valstīm arvien vairāk ir jāpāriet uz iespējām ar mazāku sasilšanas ietekmi, piemēram, daudzsološu savienojumu klase, kas pazīstama kā HFO, daži ogļūdeņraži, piemēram, propāns, un pat oglekļa dioksīds (kam vismaz ir mazāka sasilšanas ietekme nekā esošajiem aukstumaģentiem).

Alternatīvie aukstumaģenti turpmākajās desmitgadēs varētu samazināt emisijas par aptuveni 50 miljardiem tonnu oglekļa dioksīda, saskaņā ar augstākās klases aplēsi no Project Drawdown analīzes . (Pagājušajā gadā pasaule kopumā emitēja gandrīz 37 miljardus tonnu, saskaņā ar globālo oglekļa projektu .)

Ir arī skaidri veidi, kā atvieglot ēku dzesēšanai nepieciešamo elektrības slodzi, tostarp izolācijas pievienošana, gaisa noplūdes blīvēšana, logu pārsegumu vai plēvju uzstādīšana un atstarojošu krāsu vai materiālu uzlikšana uz jumtiem. Šādu vēsu jumtu izveidošana 80% valsts komerciālo ēku varētu samazināt ikgadējo enerģijas patēriņu par vairāk nekā 10 teravatstundām un ietaupīt vairāk nekā 700 miljonus ASV dolāru. agrāks pētījums, ko veica Lawrence Berkeley National Lab .

Izvairīšanās no 'aukstās krīzes'

Taču galu galā pieaugošajam maiņstrāvas iekārtu skaitam, kas darbojas mājās un ēkās visā pasaulē, ir jākļūst daudz energoefektīvākām, lai izvairītos no tā dēvētā aukstuma.

Viens no spēcīgākajiem instrumentiem šo uzlabojumu veikšanai ir valsts politika. IEA atzīmē, ka labākā pieejamā tehnoloģija ir vairāk nekā divas reizes efektīvāka par pasaulē faktiski izmantoto vidējo līmeni un trīs reizes labāka par tirgū neefektīvākajiem produktiem.

Problēma ir tā, ka lielākā daļa cilvēku un uzņēmumu nemaksās daudz vairāk par efektīvākām sistēmām, lai palīdzētu sasniegt globālos klimata mērķus, jo īpaši nabadzīgajās pasaules daļās. Taču ar mandātiem, stimuliem vai subsīdijām valstis var palīdzēt nodrošināt, ka vairāk ražoto un pārdoto vienību ir augstākas efektivitātes modeļi.

Saskaņā ar IEA scenāriju, kas ietver šādas politikas (un neparedz nekādus tehnoloģiskus sasniegumus), paredzamais ar dzesēšanu saistītā enerģijas patēriņa pieaugums līdz gadsimta vidum samazināsies par 45%.

Tomēr pat tad maiņstrāvas enerģijas pieprasījums līdz gadsimta vidum joprojām pieaugs par aptuveni 70%. Tas pārspēj trīskāršošanos. Taču ievērojamu papildu ieguvumu sasniegšanai varētu būt vajadzīgas radikālākas izmaiņas.

Radikālas pārmaiņas

Vairāki jaunuzņēmumi cenšas virzīt lietas tālāk.

Transaera, kuras līdzdibinātājs ir MIT enerģētikas profesors Mircea Dincă, mēģina ievērojami uzlabot efektivitāti, kā atsevišķu soli novēršot gaisa mitrumu.

Papildus apkārtējā gaisa dzesēšanai parastajām maiņstrāvas iekārtām ir jāvelta milzīgs enerģijas daudzums, lai tiktu galā ar šiem ūdens tvaikiem, kas saglabā ievērojamu siltumu un rada daudz neērtības sajūtu. Lai tvaiku pārvērstu šķidrumā un noņemtu no gaisa, temperatūra ir jāsamazina krietni tālāk par to, ko rāda skala.

Tas ir vienkārši neticami neefektīvi, ”saka Dincă. 'Tas ir daudz enerģijas, un tas ir lieki,

Transaera pieeja balstās uz ļoti porainu materiālu klasi, kas pazīstama kā metāla un organiskās struktūras, kuras var pielāgot, lai uztvertu un pieķertos konkrētiem savienojumiem, tostarp ūdenim. Uzņēmums ir izstrādājis pielikumu gaisa kondicionēšanas sistēmām, kas izmanto šos materiālus, lai samazinātu gaisa mitrumu, pirms tas nonāk standarta ierīcē. Viņš lēš, ka tas var uzlabot kopējo energoefektivitāti par vairāk nekā 25%.

Transaera ir fināliste 3 miljonu dolāru globālā dzesēšanas balva , konkurss, kura mērķis ir paātrināt gaisa kondicionēšanas attīstību un samazināt klimata ietekmi. Uzņēmums pašlaik testē prototipus Indijā sadarbībā ar Ķīnas sadzīves tehnikas giganta Haier nodaļu .

Tikmēr SkyCool Systems no Mountain View, Kalifornijā, ir izstrādājusi būtībā augsto tehnoloģiju spoguļus, kas var nodot siltumu aukstajos kosmosa plašumos , izmantojot dabas parādību, kas pazīstama kā radiācijas dzesēšana.

Materiāli ir paredzēti, lai izstarotu starojumu šaurā gaismas spektra joslā, kas var paslīdēt garām ūdens molekulām un citiem atmosfēras savienojumiem, kas citādi izstaro siltumu atpakaļ uz planētu.

Materiāli, kas novietoti uz jumtiem, var aizstāt vai papildināt tradicionālās ēku dzesēšanas sistēmas. Uzņēmums lēš, ka tehnoloģija var samazināt konstrukciju dzesēšanai patērēto enerģiju par 10 līdz 70%, atkarībā no konfigurācijas un klimata. SkyCool pašlaik instalē materiālus savā ceturtajā tirdzniecības vietā.

Citi jaunizveidotie uzņēmumi pēta tādas idejas kā ģeotermālie siltumsūkņi , cietvielu tehnoloģija, kas novērš nepieciešamību pēc aukstumaģenta gāzēm , un jauni iztvaikošanas dzesēšanas pavērsieni , kas parasti balstās uz ūdenī samērcētiem paliktņiem lai samazinātu gaisa temperatūru.

Labā ziņa ir tā, ka daļa naudas sāk ieplūst apkurei, ventilācijai un gaisa kondicionēšanai. Pētniecības uzņēmums CB Insights 2015. gadā izsekoja tikai astoņus finansēšanas darījumus gandrīz 40 miljonu ASV dolāru vērtībā, bet 35 darījumus, kuru kopējā vērtība bija aptuveni 350 miljoni ASV dolāru pagājušajā gadā. (Tas ietver aizdevumus, riska kapitāla ieguldījumus un iegādes.) Un šogad jau ir bijuši 39 darījumi aptuveni 200 miljonu ASV dolāru vērtībā.

Taču sliktā ziņa ir tā, ka palielinātais finansējuma līmenis ir niecīgs salīdzinājumā ar desmitiem miljardu, kas tiek iepludināti citās enerģētikas un tehnoloģiju nozarēs, un tas ir niecīgs, salīdzinot ar gaidāmo problēmu apmēru.

Šis stāsts tika atjaunināts, lai pievienotu jaunāko informāciju par SkyCool Systems un izlabotu pilsētu, kurā tas tagad atrodas.

paslēpties