海南省房间空调行业温室气体协同减排潜力和效益分析.pdf

DOI:10.12006/j.issn.1673-1719.2022.285姜鹏南,窦艳伟,白富丽,等.海南省房间空调行业温室气体协同减排潜力和效益分析 J.气候变化研究进展,2023,19(4):496-507Jiang P N,Dou Y W,Bai F L,et al.Greenhouse gases synergistic mitigation potential and benefits of room air conditioner sector in Hainan province J.Climate Change Research,2023,19(4):496-507海南省房间空调行业温室气体协同减排潜力和效益分析姜鹏南1，窦艳伟2，白富丽1，李一希1，赵星辰1，张 旭1，陈子薇1，胡建信11 北京大学环境科学与工程学院，北京 100871；2 中国家用电器协会，北京 100062气 候 变 化 研 究 进 展第 19 卷 第 4 期 2023 年 7 月CLIMATE CHANGE RESEARCHVol.19 No.4July 2023摘 要：基于建立的需求-排放-成本模型，结合情景分析，评估海南省房间空调行业温室气体协同减排潜力与成本。研究表明，海南省房间空调器行业在氢氟碳化物（HFCs）制冷剂转型的同时推进能效提升，既可大幅度减少直接和间接排放，实现房间空调制冷剂近零排放，同时通过节电获得相对收益。在基加利修正案能效情景与加速转型能效情景中，20212060 年海南省房间空调器行业可分别累计减排 50 62 Mt CO2-eq 和 77 94 Mt CO2-eq，直接减排量占比分别约为 30%和 55%，平均减排成本分别为-219.3 -219.1 元/t 和-115.6 -112.8 元/t。关键词：海南省；房间空调器；碳中和；协同减排；成本效益分析收稿日期：2022-12-26；修回日期：2023-03-23资助项目：能源基金会项目中国加速减排 HFCs 战略行动路线研究（G-2106-3297）作者简介：姜鹏南，男，博士研究生；胡建信（通信作者），男，教授，引 言房间空调器指额定制冷量小于 14 kW 的房间空气调节器产品，主要包括整体式产品（如窗式空调器等)、分体式产品（如壁挂式空调器、落地式空调器等)和一拖多空调器等。随着制冷需求的日益旺盛，房间空调器大量使用造成的温室气体排放逐渐引起关注。空调行业温室气体排放主要涉及直接排放和间接排放，不同研究领域对于两者的定义有所差别。本研究中采用总当量变暖潜能（TEWI）指标中的概念对两者进行界定：一是由于使用高全球增温潜势（GWP）的制冷剂泄露，从而导致的直接排放；二是由于供应设备使用过程中所需能量（如电能）而消耗化石燃料产生的CO2排放，即间接排放1。房间空调器行业是空调行业的重要组成部分，氢氟碳化物（HFCs）作为臭氧层消耗物质（ODSs）替代品制冷剂，正被广泛应用于该行业。根据预测，若不控制 HFCs 排放，将在 2100 年造成全球地表升温 0.3 0.5；即使遵循了 关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书基加利修正案，在 20202060 年间，仍有 20 Gt CO2-eq 的 HFCs 会被排放至大气中，在 2100 年造成 0.06升温2。据 Velders等3的预测，在没有基加利修正案的影响下，温室气体排放4 期 497姜鹏南，等：海南省房间空调行业温室气体协同减排潜力和效益分析2050 年全球 HFCs 排放量将达到每年 1.9 3.6 Gt CO2-eq，中国对此的贡献约为 34%，居全球首位；从排放行业角度来看，空调行业的贡献高达 37%。另一方面，根据国际能源署（IEA）估计，空调行业由于电力消耗在 2021 年造成约 1 Gt CO2-eq 排放，占建筑行业最终用电量的近 16%，在所有建筑终端用途中增幅最大4。为实现“双碳”目标，房间空调器行业的温室气体减排显得尤为重要。2021 年 9 月 15 日，中国正式批准加入基加利修正案，HFCs 的生产与消费将于 2024 年开始冻结。基加利修正案的实施，将促进房间空调器行业的制冷剂转型，行业也应当以此为契机，协同推动设备能效提升。相关研究表明，在 HFCs制冷剂转型的同时过渡到高效制冷空调设备，可以在短期内将逐步减少 HFCs 的气候效益提高 1 倍以上5。当前，许多学者的研究仅聚焦于房间空调器行业的直接或间接减排中的一环，仅有少数研究评估了协同减排可带来的双重减排效益6-7。在直接减排方面，较多学者估算了中国房间空调器行业受控卤代烃的排放量，依据排放清单方法估算了房间空调器行业主要制冷剂 HCFC-228-9、R-410A9-10和 HFC-3211自应用至 2050 年的排放情况，Wang 等12和 Liu 等10分别对 R-410A 的替代减排做了相关评估。然而，上述研究对 HFC-32 和 HC-290（丙烷）在未来的广泛运用缺乏预见或考虑不周，仍需要根据 HFCs 替代技术应用状态，适时更新行业的减排潜力。在间接减排方面，较多研究在空调设备层面展开13-14，在行业或地区层面开展的节能潜力和间接减排潜力研究，主要是基于产品能效标准提升或市场能效水平提高而进行的情景分析15。Lin16、Yu 等17以及 Karali 等18分别针对房间空调器节能措施“GB 12021.32004”“GB 12021.32010”和“GB 214552019”的实施做出了相关评估。但这些研究大都是短时间内的评估，缺少针对技术发展的规模效应带来的成本探究，亟需相应的更新研究。在减排的成本评估方面，20 世纪末以来，非 CO2温室气体因减排成本相对较低、减排手段灵活等原因逐渐引发学界关注19，许多研究对包括空调行业在内的非 CO2温室气体排放领域的减排技术进行了成本效益分析。国际应用系统分析研究所（IIASA）的团队利用 GAINS 模型对非 CO2温室气体中短期减排开展了多次研究20-21，Harmsen等22探究了长期（至 2100 年）非 CO2减排的成本效益，指出相比于其他非 CO2温室气体，HFCs 的减排潜力最高且单位成本相对较低。Karali 等18基于各种节能技术在中国的实施成本以及中国居民用电价格，计算了定变频空调能效提高分别对应的回收期和全生命周期成本，并据此评估了中国房间空调器行业推行新标准 GB 214552019 能实现的净收益。但目前，针对中国房间空调器行业 HFCs减排技术的成本效益分析仍缺乏本土化以及区域层面的研究。根据 建筑气候区划标准（GB5017893）23的划分，海南省地处夏热冬暖地区，由于特殊的区位因素及气候条件，海南地区全年高温持续时间较长，人群的制冷需求相对较高。统计表明，海南省户均空调拥有量处于全国领先水平，相比全国其他城市具有更大的制冷需求7。较高的空调保有量和较长的空调使用时间，导致海南地区空调用电量相对巨大24。当前，省级分辨率的房间空调器行业温室气体排放研究较少。因此，以海南省为例，选取房间空调器进行制冷剂转型与能效提升协同减排潜力与成本研究，建立海南省房间空调器温室气体排放清单，结合成本有效性原则选择出最合适的房间空调器行业温室气体减排路径，揭示制冷剂转型和能效提高对房间空调器行业减排的协同增效作用，将有助于国家和地方政府制订或修订相关节能减排方案，为行业制订温室气体的削减或淘汰计划提供决策支持。1 研究方法研究方法主要包括需求预测、直接与间接排放清单构建方法学以及成本效益评估方法，对房间空调器温室气体的直接排放量和间接排放量的计算方法进行耦合，构建房间空调器行业温室气体排放清单的建立方法。采用情景分析的方式，研究海南省房间空调器协同减排路径。1.1 研究框架研究技术路线如图 1 所示，具体方法部分参考 Jiang 等7研究中的模型方法。依据动态产品流分析理论27，海南省房间空调器销量根据式(2)计算。式中：Sale 表示销量，台；Stock 表示房间空调保有量，台；f(x)表示空调在年龄达到 x 时的报废概率，由中国房间空调器寿命的概率密度函数描述28-29；life 表示空调的最大寿命，年。1.3 排放量计算房间空调器的排放分为直接排放与间接排放，不同的温室效应评估指标对两者的定义存在差异。研究表明，TEWI 指标对能效的变化更敏感，更适合用来评估制冷剂的替代及相应的能效改变对系统总体温室效应的影响30。本研究通过耦合房间空调器温室气体的直接排放量和间接排放量的计算方法，构建海南省房间空调器行业温室气体排放清单。1.3.1 直接排放量对于行业的直接排放量，基于国家温室气体排放清单指南31，采取自下而上的方法，使用方法 2a，即排放因子式进行计算。由于房间空调器行业延迟排放特点，制冷剂的库存量、消费量与排放量可以采用式(3)所示的“库 流”方法进行描述；房间空调器制冷剂的消费量是初始消费量和维修消费量的总和，如式(4)所示；在方法2a 下，每一个观察年 t，制冷剂的排放量按照排放环节分为装配排放量（初始排放量，DEini)、运行排放量（DEope)、维修排放量（DEser）和报废排放量（DEend)，如式(5)所示31。式中：B 表示年末的制冷剂库存，kg；C 表示制冷剂消费量，kg；DE 表示制冷剂排放量，kg；Cini和 Cser分别表示初始消费量和维修消费量，kg；mini表示单位设备制冷剂容量，kg/台；mser表图 1 研究框架Fig.1 Research frame1.2 需求预测某地区对房间空调器的需求，受当地的人口、气候和经济条件驱动。理论上，某地区某种家用电器的保有量等于该地区家庭数量与家电渗透率（每户家庭的家电保有量）的乘积。美国劳伦斯伯克利实验室（LBNL）的实证研究25表明，家电的渗透率与该地区的家庭收入、电气化率和气候条件等因素相关，可拟合为 Logistic 方程，该方程被称为扩散模型。由于收入和电气化率之间存在自相关，因此仅保留居民收入变量，利用历史统计数据建模（式 1)，预测未来海南省房间空调器渗透率。根据 Sailor 等26的研究，空调的饱和水平主要受当地气候因素决定，气候炎热的地区，居民对空调的需求更高，在支付能力允许时，会购买并使用更多的设备。式中：Dif 为房间空调渗透率，台/户；I 为居民人均可支配收入，元；t 表示年份；表示渗透率的饱和水平（受当地气候条件影响)，台/户；和 为回归系数，为误差项。Dift =+。(1)1+exp(It)Salet=Stockt-Stockt-1+Salet-x+1 ft(x)。(2)lifex=1Bt =Bt-1+Ct-DEt，(3)Ct=Ctini+Ctser=Salet mtini (1+EFtini)+Stockt r mtser，(4)DEt =DEtini+DEtope+DEtser+DEtend。(5)气 候 变 化 研 究 进 展 2023 年温室气体排放示单位设备每次维修的消费量，kg/台；EFini表示装配排放因子，%；r 表示维修比例，%；DEini，DEope，DEser和 DEend单位均为 kg。1.3.2 间接排放量房间空调器行业的间接排放量即运行中耗能造成的CO2排放量，如式(6)所示。其中用电量（EC，kWh）的计算是基于能效指数法评估单台房间空调器的全年用电量，按照房间空调器的类型、制冷量和能效等级对房间空调器保有量进行细分，进而获取总用电量，如式(7)(9)所示。电力的碳排放强度（CI，kg/(kWh)，主要是由该地区的电力结构和供电标准煤耗决定，采取全国统一标准计算，如式(10)所示。式中：IE 表示房间空调器的间接排放量，kg；P 表示单位时间用电量，W；OT 表示空调年运行时间，h；Q 表示制冷量，kW/台；EER 表示能效比，W/W；f表示一年中温度在 区间内的频率，%；NOT表示温度在 区间内时空调的运行率，%；TPG 表示火电发电量，亿 kWh；SPG表示总发电量，亿 kWh；SCC 表示火电供电标煤耗，kg/(kWh)；SCE 表示单位标煤碳排放，kg/kg，这里取2.66；j、k、m和t分别表示空调类型（定频/变频)、制冷量、能效等级和年份。1.4 成本效益分析本研究使用单位减排成本作为评估减排技术成本有效性的指标，由于房间空调器的类型较多，难以一一展开，选取市场上最常见的房间空调器类型（于 2018 年中国某电商平台调研得到)，即制冷负荷为 3500 W（1.5 匹)，基准能效为 APF3.7，制冷剂为 R-410A 的变频空调，作为房间空调器的代表开展分析。减排技术 j 对应的单位减排成本按照公式(11)计算。式中：AAC 表示平均减排成本，元/t CO2-eq；LCC 表示全生命周期成本增量，元/台；TER 表示全生命周期减排量，t CO2-eq/台；j 表示减排技术类型，t 表示购买年。1.4.1 全生命周期成本分析本研究参考美国能源部（DoE）建立的全生命周期成本分析方法，从消费者的角度，评估减排技术的应用成本。对于消费者而言，对设备付出的成本包括以下几个部分：首先是购买设备当年支付的设备价格和安装费用；其次是在设备服役期间每年支付的运行费用以及维护费用。假设运用技术 j 使设备能效提高 y，那么应用技术 j 后，单台空调的全生命周期成本增量按照公式(12)计算。式中：LCC 表示全生命周期成本增量，元/台；RP、IC、OC 和 MC 分别表示设备零售价格、安装费用、运行费用和维护费用增量，元/台；d表示折现率，%，本研究取中国 20 年期国债收益率 3.45%；y 表示能效提高率，%；j 表示减排技术类型，t 表示购买年，x 表示设备年龄，life 表示设备最大寿命，取 19 年。如果将空调的全生命周期成本增量平摊到服役期内各年，那么在任意观察年 t，房间空调行业应用减排技术 j 需要付出的成本增量按照公式(13)计算。式中：TC 表示行业运用减排技术的成本增量，元；AP 表示技术的应用率，%。参考 Shah 等32的研究，将针对不同部件的IEt=ECt CIt，(6)OT =j=1(f NOT 365 8)，(9)ECt=j=1k=1m=1(Stocki,k,m,t Pj,k,m OTi)，(7)Pj,k,m =，(8)QkEERj,k,mCIt =SCCt SCE。(10)TPGtSPGtAACj,t =。(11)LCCj,tTERj,tLCCj,t(y)=RPj,t(y)+ICj,t(y)+lifex=1OCj,t+x-1(y)+MCj,t+x-1(y)(1+d)x 。(12)TCj,t=StocktAPj,t-x+1LCCj,t-x+1(y)。(13)d(1+d)life(1+d)life-1lifex=1 4 期 499姜鹏南，等：海南省房间空调行业温室气体协同减排潜力和效益分析减排技术选择进行组合和筛选。假设有 m 种备选技术方案可以将设备能效提高 y，依据成本有效性原则，应选择其中增量成本最低的技术或技术方案进行应用，需要注意的是，在技术组合时应当考虑技术组合的叠加效应22，能效提高率 y 对应的成本增量如公式(14)所示。1.4.2 全生命周期减排量计算直接减排通过替代高 GWP 值制冷剂实现，间接减排量通过提高能效实现，运用减排技术 j 后，房间空调器的全生命周期减排量依据公式(15)计算。式中：TER 是全生命周期减排量，kg CO2-eq/台；mbaseini和 mjini分别表示单台空调对基准制冷剂和替代品 j 的容量，kg/台；mbaseser和 mjser分别表示单台空调对基准制冷剂和替代品 j 的维修消费量，kg/台；GWPbase和 GWPj分别表示基准制冷剂和替代品 j 的全球增温潜势，kg CO2-eq/kg；UEC 表示单台设备年耗电量，kWh；n 表示设备在服役期间的维修次数；t 表示购买年，x 表示设备年龄。1.5 情景设置为深入探究海南省房间空调器行业制冷剂转型与能效提升协同推进的减排潜力与成本，同时评估相关政策的出台对房间空调器行业带来的影响，设置情景如表 1。基线情景（BAU）中假设市场销售各类制冷剂占比维持 2020 年水平，协同减排情景根据制冷剂转型速度的差异又分为基加利能效情景（KAE）和加速转型能效情景（ATE)，两者采用相同的能效提升设置。2 研究数据研究中涉及诸多参数，在需求预测部分涉及人口、气候以及经济等相关参数；直接排放清单方法部分涉及单位设备制冷剂容量、维修比例以及排放因子等参数；间接排放清单部分涉及年运行时间、碳排放强度等参数；在成本评估分析中涉及各环节成本增量、居民用电价格以及折现率等参数。核心参数、数据来源、相关假设与计算方式见表 2。在能效提升率计算时考虑技术组合之间的叠加效应以及设备制造成本计算过程中考虑到规模效应的影响，假设 HFC-32 和 HC-290 制冷剂替代成本分别在 2060 年线性增长为 2020 年的 2 倍（增加 100%）和 5%（减少 95%)。其余相关参LCCt(y)=min LCCj,t(y)，(1 jm)。(14)TERj,t=(mbaseini,t GWPbase-mj,tini GWPj)(1+EFtini)+(mbaseser,t GWPbase-mj,tser GWPj)lifex=1n+(UECt+x-1 CIt+x-1)。(15)base1+yy气 候 变 化 研 究 进 展 2023 年温室气体排放表 1 情景描述Table 1 Scenarios description情景制冷剂转型基线情景（BAU）协同减排情景（EI）基加利能效情景（KAE）加速转型能效情景（ATE）能效提升HFC 型制冷剂占比维持 2020 年水平，HCFC 型制冷剂 2025 年停止使用2021年起将以 基加利修正案 的时间表为基础，完成各阶段的 HFCs 削减目标R-410A 型空调将在 2025 年被禁止新生产，自 2021 年起线性下降至 0，HFC-32 型空调在2030 年淘汰，线性下降至 0，2030 年后市场在售房间空调器全部为 HC-290定变频房间空调器都将维持 2018年市场能效情况，定频空调器将在2025 年完全淘汰随着制冷剂转型带来的能效提升，以 2018 年市场变频产品的平均能效为基线，逐步阶段性地线性提高能效，至 2022 年提高 30%，至 2030年再提高 15%，随后保持不变数均与 Jiang 等7研究保持一致。3 研究结果与讨论3.1 海南省房间空调器需求情况联合国经社部35给出中国 3 种不同的人口增长情景，即高生育率、中生育率和低生育率。文中采用中生育率水平预测海南省房间空调器保有量（图 2），其中影响城镇与农村房间空调器最主要的因素是人口变化。总体来看，海南省房间空调器由 2000 年的 11 万台持续增长，预计在 2027年左右达到饱和，此后数量维持在 1100 万台左右。城镇房间空调器保有量预计在未来一段时间内持续增长，至 2050 年左右达到饱和，接近 1000万台左右；农村房间空调器受人口因素影响，在2025 年左右达到峰值 350 万台后开始逐渐下降。预测房间空调需求结果的不确定性主要由未来人口变化的不确定性决定。表 2 研究参数、来源和方法Table 2 Research parameters,sources and related methods参数数据来源常住人口数户规模居民家庭空调每百户保有量居民人均可支配收入日平均温度寿命分布概率密度函数单位设备制冷剂容量设置 HCFC-22 R-410A HFC-32 HC-290维修比例排放因子 初始排放 运行排放 维修排放 报废排放年运行时间设备分制冷剂与分能效销售情况碳排放强度零售价格成本增量制造成本增量 膨胀阀 制冷循环系统 压缩机 换热器 制冷剂居民电价折现率预测数据或方法中国人口与就业统计年鉴331）同上中国统计年鉴371)同上中国地面气候资料日值数据集1)文献调研29张兆阳40Liu 等41Wang 等12IPCC42 IPCC42Wang 等12气候效应指标模型43Jiang 等7中国电力年鉴44、中国气候路径报告45厂商调研调研与专家咨询2)国家电网20 年期国债收益率海南省人口发展规划34、联合国经社部世界人口预测35Zeng 等36扩散模型38GM(1,1)预测39+线性预测本研究不考虑气候变化的影响19 年1 kg/台0.96 kg/台0.6 kg/台0.3 kg/台3%0.6%3%100%100%1127 h35 75 元20 120 元80 340 元60 383 元60 160 元0.61 元/(kWh)3.45%注：1)数据时间跨度为 20002019 年；2)2019 年向美的、海尔以及奥克斯等空调知名企业发送调查问卷。4 期 501姜鹏南，等：海南省房间空调行业温室气体协同减排潜力和效益分析3.2 各情景下排放量3.2.1 直接排放量图 3 为各情景下海南省房间空调器直接排放情况，BAU 情景下，排放量变化趋势与空调保有量直接相关。如果对房间空调器行业 HFC 类制冷剂消费不加以管控，房间空调器制冷剂排放量将由 2020 年的 744 kt CO2-eq 增长至 2033 年的峰值 1598 1812 kt CO2-eq，年排放量预计翻倍，20212060 年累计直接排放达 56 67 Mt CO2-eq。协同减排情景下，ATE 情景下的直接排放较 KAE 情景提早达峰，峰值分别为 2026 年的1062 1136 kt CO2-eq 及 2032 年的 1474 1661 kt CO2-eq，相较于 BAU 情景，峰值均大幅下降，ATE 情景在 2060 年直接排放量接近 0，ATE 和KAE 情景 20212060 年累计直接减排量分别为图 2 海南省房间空调器保有量历史数据（20002020 年）与预测情况（20212060 年）Fig.2 Room air conditioner stocks historical data(2000-2020)and projections(2021-2060)in Hainan province140012002060 年2000总量房间空调器保有量/万台总量不确定度城镇城镇不确定度农村农村不确定度1000800600400200020102020203020402050图 3 20202060 年海南省各情景下房间空调器直接排放Fig.3 Direct emissions of room air conditioners under three scenario in Hainan province during 2020-2060200015002060 年2000BAU直接排放量/kt CO2-eqBAU 不确定度KAEKAE 不确定度ATEATE 不确定度100050002010202020302040205042 52 Mt CO2-eq 和 15 20 Mt CO2-eq。对于累计排放量和减排量来说，时间尺度较长时，计算误差由消费量预测决定。换言之，长时间尺度的排放量就等于消费量。图 4 为 BAU、KAE 以及 ATE 情景下各制冷剂排放量。可以发现，BAU 情景下未来 R-410A制冷剂的直接排放量最大，在房间空调器行业控制 R-410A 型制冷剂房间空调器的生产销售对实现碳中和显得尤为重要。同时，遵守 基加利修正案的削减要求，在 2060 年也能大幅降低房间空调器行业的直接排放。3.2.2 间接排放量图 5(a)为海南省房间空调器行业在 BAU 情景以及协同减排情景下的耗电量。在协同减排情景下，耗电量将于 2030 年达峰，为 109 亿 120亿 kWh，相较 BAU 情景在 20212060 年累计节图 4 20202060 年海南省各情景下房间空调器分制冷剂排放Fig.4 Sub-refrigerant emissions of room air conditioners under three scenarios in Hainan province during 2020-206020001500(a)BAU直接排放量/kt CO2-eqHC-290(b)KAE(c)ATE1000500020001500直接排放量/kt CO2-eq1000500020001500直接排放量/kt CO2-eq100050002060 年2000201020202030204020502060 年2000201020202030204020502060 年200020102020203020402050HFC-32R-410AHCFC-22气 候 变 化 研 究 进 展 2023 年温室气体排放图 5 20202060 年海南省基线与协同减排情景下房间空调器耗电量(a)与间接排放量(b)Fig.5 Electricity consumption(a)and indirect emissions(b)of room air conditioners under baseline and synergistic mitigation scenarios in Hainan province during 2020-20601801602060 年2000BAU耗电量/(亿 kWh)BAU 不确定度EI 不确定度14012020201020202030204020506080间接排放量/Mt CO2-eq4010002060 年20002010202020302040205076540123EI(a)(b)图 6 20202060 年海南省各情景下房间空调器总排放量Fig.6 Total emissions of room air conditioners under three scenario in Hainan province during 2020-2060电量为 1328 亿 1643 亿 kWh。间接排放计算受单位电力碳排放强度的影响，两个情景下间接排放量差值随碳排放强度变化而变化。如图 5(b)所示，两个情景下的间接排放量都会出现先达峰后下降的趋势，相较 BAU 情景，协同减排情景在20212060 年可累计减排 35 42 Mt CO2-eq。3.2.3 总排放量根据所构建的海南省房间空调器行业温室气体排放清单的建立方法，得到海南省房间空调器行业各情景下的总排放量（图 6)。相较 BAU 情景，KAE 和 ATE 情景在 20212060 年分别累计减排50 62 Mt CO2-eq 和 77 94 Mt CO2-eq，其中直接减排量占比分别约为 30%和 55%。如果届时电力行业碳排放强度高于本文假设水平，间接排放占比将增加。本研究预测不同情景下，海南房间空调器行业将在 20252027 年实现排放量达峰，并在 2060年之前制冷剂接近零排放。2060 年之前能否实现零排放取决于电力碳排放水平。1082060 年2000BAU总排放量/Mt CO2-eqBAU 不确定度KAEKAE 不确定度ATEATE 不确定度6402010202020302040205023.3 协同减排成本分析“协同”有两种理解，狭义上是指在选择制冷剂替代品时要同时兼顾低 GWP 和高能效两个性能，避免 蒙特利尔议定书 所带来的气候惠益（直接排放量的减少）被间接排放量的增加所抵消，4 期 503姜鹏南，等：海南省房间空调行业温室气体协同减排潜力和效益分析但制冷剂转型对能效提升的作用十分有限，能效提高率仅 5%10%46；广义上是指在制冷剂转型的同时，通过改进部件、优化系统等其他措施全面提升设备整体能效，使制冷和空调行业的直接排放量和间接排放量都得到有效降低。本研究中的“协同”指后者。图 7 为 2020 年以 R-410A 型制冷剂为基线，在海南省分别向HFC-32以及HC-290转型的同时，通过改进设备达到不同能效提升率时的平均减排成本。HC-290 制冷剂本身成本比 HFC-32 略高，在现有技术水平下，两种制冷剂的协同减排都可以通过节电带来收益。从这一角度上来说海南省可以加大推进房间空调器行业的协同减排。为实现显著的潜在效率增益，需要强有力的政策行动，最低能源性能标准（MEPS）便是实现这一目标强有力的工具。图 8 为在 KAE 与 ATE 情景下，海南省房间空调器的逐年平均减排成本，KAE 情景下 20212060 年累计平均减排成本为 219.3 219.1 元/t，ATE 情景下为 115.6 112.8 元/t。计算采用 2020年海南省电价，此后一直保持不变，若今后由于清洁能源发电导致电价上涨，协同减排的平均减排成本还会较本研究更低。4 结论与建议全球制冷空调能效提高以及制冷剂替代的减排潜力被国际社会广泛推崇，但不同国家和不同地区实施减排的具体路径和策略并不十分清晰。此外，中国是世界最大的 HFCs 和制冷空调设备消费国和出口国。由于海南地理位置的特殊性，是中国空调渗透率最高的地区之一。本研究以海南省房间空调行业为例发现，在海南省同时推广替代 HFCs 类制冷剂、提高空调能效，尽管空调制造成本将小幅上涨，但空调的使用运行成本将随能效提升带来的用电需求减少而降低，并且节省费用大于购置费用的增量。未来电价越高，节电效益越大。研究结论如下。(1)海南省城镇房间空调器保有量预计在未来图 7 2020 年海南省房间空调器转型至 HFC-32 或 HC-290时能效提升的平均减排成本Fig.7 Average abatement cost of energy efficiency improvement when converting room air conditioners to HFC-32 or HC-290 in Hainan province in 2020图 8 20212060 年 KAE 与 ATE 情景下的逐年平均减排成本Fig.8 Year-to-year average abatement costs under KAE and ATE scenarios during 2021-2060-10020平均减排成本/(元/t)40060-200-300-400-500-600-700-800能效提升率/%0HC-290HFC-322060 年KAEKAE 不确定度ATEATE 不确定度2020203020402050-100平均减排成本/(元/t)-200-300-4001000一段时间内持续增长，至 2050 年左右达到饱和，接近 1000 万台左右；农村房间空调器受人口因素影响，在 2025 年左右达到峰值 350 万台后开始逐渐下降。(2)海南房间空调器行业将在 20252027 年实现排放量达峰，并在 2060 年之前制冷剂接近零排放。(3)海南省房间空调器行业采取协同减排措施，既可以大幅降低行业温室气体排放，也可以获得相对收益。制冷空调设备能效提高和 HFCs 制冷剂替代协同减排温室气体的关键在于设备替代制造成本和气 候 变 化 研 究 进 展 2023 年温室气体排放未来电价的成本。不同国家或地区，准确获取和利用上述两个方面参数，结合气象条件评估开展协同减排 HFCs 和电力消耗排放的 CO2成本费用，可以制定正确的减排行动。针对海南省房间空调器行业本研究提出以下政策建议：(1)海南省作为夏热冬暖地区，空调使用率居中国前列，本研究结果表明海南省房间空调器行业并未达到饱和状态，在未来还有较大增长需求。海南省应协同推进提升低 GWP 制冷剂（HC-290）和高能效房间空调的渗透率，以获得较大减排量与相对经济收益。(2)为实现上述气候与经济效益，海南省可率先推出省级房间空调器制冷剂替代与能效标准。参考文献Sand J,Fischer S,Baxter V.Energy and global warming impacts of HFC refrigerants and emerging technologies:TEWI-III R.United States:Oak Ridge National Lab,1997World Meteorological Organization(WMO).Scientific assessment of ozone depletion:2018 R.Geneva:GAW Report,2018Velders G J M,Daniel J S,Montzka S A,et al.Projections of hydrofluorocarbon(HFC)emissions and the resulting global warming based on recent trends in observed abundances and current policies J.Atmospheric Chemistry and Physics,2022,22(9):6087-6101International Energy Agency(IEA).Space cooling R/OL.2022 2023-01-01.https:/www.iea.org/reports/space-coolingDreyfus G,Borgford-Parnell N,Christensen J,et al.Assessment of climate and development benefits of efficient and climate-friendly cooling R/OL.2020 2023-01-01.https:/www.ccacoalition.org/en/resources/assessment-climate-and-development-benefits-efficient-and-climate-friendly-coolingWang X,Purohit P,Hoglund-Isaksson L,et al.Co-benefits of energy-efficient air conditioners in the residential building sector of China J.Environmental Science&Technology,2020,54(20):13217-13227Jiang P N,Li Y X,Bai F L,et al.Coordinating to promote refrigerant transition and energy efficiency improvement of room air conditioners in 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