摘要
- 制冷部门在中国占电力消费的25%，在德国占电力消费的14%，因此，为实现中德两国气候目标，必须加强制冷部门的去碳化力度。
- 受德国联邦经济与能源部（BMWi）委托，中德能源转型研究项目旨在通过加强能源转型智库之间的政策研究合作，推动中国低碳、高效的能源系统转型。促进中德专家可再生能源制冷耦合相关的交流是该项目的合作议题之一。
- 无论是中国还是德国，可再生能源制冷的发展均面临着一些障碍，如关注度低，与现有技术相比，短期经济效益不高，以及缺乏有针对性的政策支持。
- 专家交流结果显示，最佳技术手段其一是采用吸附式制冷机，以取代高能耗的压缩式制冷系统，其二是以可再生能源制冷作为解决方案，如光伏、光热电力与地源热泵相结合，其中屋顶光伏发电应尽可能作为制冷的电力来源。
.
2021年10月22日，德国国际合作机构（GIZ）中德能源转型研究项目联合绿色创新发展中心（iGDP），共同组织召开中德可再生能源与制冷耦合的创兴解决方案研讨会。会议旨在汇聚中德行业专家，从行业政策出发，结合技术和应用案例，分享中国及欧洲可再生能源和制冷的现状与趋势，并共同探讨双碳目标下，加强可再生能源与制冷耦合所面临的机遇和挑战。
建筑能耗约占能源消耗的40%，其中虽然供热占了很大一部分，但制冷也需要消耗大量的能源。而像在中国这样经济快速发展的国家，制冷部门的能源消耗预计将急速增长。然而，随着全球变暖导致气温上升，全球对空间制冷和冷链技术的需求预计也将随之增大。为了避免制冷部门进一步加剧全球变暖，我们必须提出绿色或低能耗的解决方案，以满足新的制冷能源需求。因此，实现零碳制冷是能源转型的一个重要部分，同时也是中德能源转型项目的研究课题之一。
如图所示，一年中制冷需求最高的时段与太阳辐照量最高的时段相吻合。因此，利用太阳能光伏发电进行制冷对零碳制冷意义重大，太阳能制冷在制冷脱碳方面蕴含着巨大潜力。
研讨总结一：可再生能源制冷的技术前景
会上，专家们介绍并讨论了围绕可再生能源与制冷领域顺利耦合的一系列方案。可再生能源可以通过两种方式进行制冷。第一种是利用可再生能源发电，通常利用太阳能光伏电力驱动制冷。第二种是热冷却，使用可再生或零碳排放的热源，将其输入热驱动的冷却装置。可用热源包括太阳能热，余热或工艺热，通过区域集中热网，或依托（生物质/沼气）热电联产进行发电、供热和供冷。与压缩制冷相比，吸附式制冷机可以减少75%的电力消耗，维护成本低，从而大大减少电力需求和成本。此外，吸附式制冷机不需要含氟制冷剂。
下表比较了光热和光伏制冷的效率。在适度的环境条件下，光伏制冷效率最高。光热制冷虽可达到同样的效率，但必须使用更复杂昂贵的多段制冷机。然而，中国许多地区的夏季高温使得光热制冷成为可行的解决方案。
基于操作便捷、成本下降和适用范围广等因素，国内专家认为，基于光伏的制冷更有可能在短期内实现大规模的商业化，因此，会上着重探讨了一些屋顶光伏装置提供数据中心制冷电力的相关案例。此外，专家们指出，屋顶光伏装置通过吸收太阳辐射的部分热量，使建筑物在一定程度上绝缘，从而降低了建筑物的冷却需求。
研讨总结二：可再生能源和制冷耦合现状
对于冷链，专家们指出，整个冷链系统的各个环节都有巨大的可再生能源利用潜力：预冷占冷链冷却电力负荷的21%，快速冷冻占10%，而绝大部分冷却负荷（68%）用于持续的大宗存储。运输在冷链电力负荷中的占比相对较小，通过在货车或集装箱顶安装小型太阳能光伏设备发电取代柴油，可以抵消大量的排放。
在建筑领域，空间制冷为建筑领域最大的电力消耗源。然而，由于绿色或低能耗制冷的监管方向不明确，以及缺乏经济激励措施等综合因素，截至目前，空间冷却减负的明确方向还没有到来。
在德国，尽管目前可再生能源制冷在能源转型中还没有占据突出地位，但已引起政府的重视，并被纳入德国建筑能效战略。可再生能源制冷解决方案的投资回报期约为10年，而在南欧阳光最充足的国家则为3-5年。一般来说，可再生能源对于商业制冷比住宅制冷的作用更明显。由于德国夏季的平均温度较低，其住宅夏季制冷的重要性不如中国高。
在中国，政府已经多次收紧了建筑能耗标准，并尝试净零能耗建筑以及可再生能源制冷。目前中国已开展一些可再生能源制冷的试点项目，但由于缺乏经济吸引力，所以一般多为一次性。
基于太阳能热的空调技术在中国取得了很大的进展，并在许多不同领域得到应用。改善建筑围护结构的隔热性能和建筑的节能运行是太阳能热空调可行的两个前提条件。
太阳能热空调和地源热泵（GSHP）结合是一种有效的电制热/制冷方式。在夏季，太阳能驱动的吸收式空调装置可以提供所需的电力，而在冬季，采暖负荷首先由太阳能提供，在辐照不足时由地源热泵补充，使建筑独立于城市供暖。这种将可再生能源与制冷（和供暖）相结合的方式比空调和燃气轮机更有效。
现有的冷链设备在可再生能源利用方面非常有限，只是偶尔有一些太阳能热制冷装置（吸收式）被用于预冷储存。光伏制冷与蓄电池或冰热储能相结合，因高性能和低成本而在未来的应用中颇具前景。
一位来自光伏和制冷行业的从业者表示，如果只考虑光伏发电和碳成本，项目的经济回收期通常非常长。如果与其他应用相结合，如在冷库屋顶增加保温以降低能耗，其经济效益可以大大提高，有利于光伏项目的进一步推广应用。
研讨总结三：障碍和政策工具
德国：德国专家列举了一系列障碍，包括客户意识淡薄，需要为不同的客户类型创建标准化的一揽子解决方案。此外，到目前为止，欧盟还没有关于可持续制冷的定义。为了确定产品和系统设计标准、效率要求以及获得补贴和其他激励措施的资格，有必要对可再生能源制冷进行明确的定义。该定义或可采取与现有的可持续供热定义类似的形式，即衡量总的系统效率而不是单个供热单元效率，具体还可以包括能源输入和散热器的类型等标准。
德国为一系列的非住宅吸附式制冷（最高为合格成本的50%）以及热水和冷水储存提供补贴。德国的 “国家气候倡议 “支持商业应用中的节能制冷系统。此外，德国要求新建建筑中必须达到一定比例的可再生能源供热和制冷比例。因此，监管和财政措施必须共同促进可再生能源制冷。
中国：目前，中国没有对可再生能源制冷的补贴。补贴仅针对节能建筑或太阳能光伏装置。如上所述，现有的建筑标准和低碳制冷技术的经济性并没有为增加这些技术的应用提供足够的激励。因此，实施更有力的财政激励措施或优惠贷款，出台对促进可再生能源供热和制冷更有力的规定，或将推动中国的可再生能源制冷。与欧洲一样，可再生能源制冷在中国也需要一个更明确的定义，以便获得更有针对性的支持。
2021年9月8日，中国住房和城乡建设部（MoHURD）已经批准了国家标准《建筑节能与可再生能源利用通用规范》，2022年4月1日起生效。这是一个强制性的建筑规范，要求将可再生能源的利用作为新建筑/建筑群设计的总体规划的重要组成部分。《规范》还要求在建筑能耗的统计报告中说明使用了多少可再生能源。
未来前景展望
会上交流表明，成熟的可再生能源制冷技术已经存在，而且其竞争优势不断增强。但是，由于用户意识缺乏，以及与现有技术相比短期经济性较差，这些技术的应用受到了阻碍。更加严格、强有力的建筑法规和财政支持可以帮助推动这些技术的推广应用。此外，产品设计创新等方面可以简化技术应用，增加用户友好性，从而发挥重要作用。可再生能源制冷也必须被视为系统整体解决方案的一部分，包括建筑隔热和设计。此外，必须对可再生能源制冷进行明确的定义，以实现更有针对性的政策支持。
如果这些条件得到满足，可再生能源制冷可以成为新建筑的新常态，并且可以为实现中国、德国和全球的气候目标做出重要贡献。在英国格拉斯哥举行的联合国气候变化大会（COP26）上，中国和德国都支持 “突破议程”，宣称要扩大、加快开发和部署推动全球二氧化碳减排所需的核心突破技术。其中，通过与可再生能源电力的耦合实现制冷部门脱碳是必不可少的一环，并应在未来十年得到必要的关注。
受德国联邦经济和能源部（BMWi）的委托，德国国际合作机构（GIZ）中德能源转型研究项目是中德能源与能效合作伙伴项目的一部分，旨在通过加强能源转型智库之间的政策研究合作，推动中国低碳、高效的能源系统转型。为了支持中国应对从化石能源向可再生清洁能源转型所面临的挑战，该项目关注的议题包括：分布式能源解决方案和电力市场改革、电力市场灵活性、绿色氢能、领域耦合、能效提升等。
