Powering through the heat: how 2024 heatwaves reshaped electricity demand

Resumo Executivo

Ondas de calor geraram uma onda na demanda de eletricidade em 2024

A demanda de resfriamento subiu durante os períodos quentes nos três maiores mercados de eletricidade em 2024. A demanda de eletricidade nos maiores mercados do mundo, destacando o crescente desafio do clima extremo para sistemas de energia em todo o mundo. Esses países, responsáveis ​​por 53% da demanda global de eletricidade em 2023, oferecem informações sobre como as mudanças climáticas estão reformulando as tendências de energia. Três maiores mercados de eletricidade do mundo - China, EUA e Índia - foram um fator -chave para impulsionar o aumento da demanda de eletricidade no verão de 2024. Segundo os cálculos de Ember, 37% do aumento da demanda de eletricidade nos EUA de abril a setembro de 2024, em comparação com o mesmo período em 2023, foram devido a mais necessidades de resfriamento do ar. O resfriamento do ar representou 31% do aumento da demanda de abril a setembro ano a ano e 19% na Índia. O resfriamento dobrou o aumento da demanda ano a ano na China durante agosto e setembro de 2024. Também foi responsável pelo aumento da demanda ano a ano nos EUA em junho de 2024.

Hotter weather during summer 2024 significantly increased electricity demand across the largest markets in the world, highlighting the growing challenge of extreme weather for power systems worldwide.

Across the world’s three largest electricity consumers—China, the United States and India—heatwaves added tens of terawatt-hours to electricity demand during critical summer months. These countries, which accounted for 53% of global electricity demand in 2023, offer insights into how climate change is reshaping energy trends.

Heatwaves Raised Electricity Demand in 2024

Heatwaves measurably increased electricity demand in 2024

The largest electricity consumers in the world experienced extreme heatwaves in 2024, leading to sizable increases in electricity demand.

In 2024, record-breaking heatwaves swept the world. In particular, China, the US and India – the world’s three largest electricity markets, which together account for over half of the global demand, experienced significantly warmer temperatures. This led to higher air conditioning usage and therefore, higher electricity consumption. After some milder-than-normal summer temperatures in 2023, the year-on-year changes were particularly large.

Heatwaves scorched largest electricity consumers as 2024 becomes warmest year ever

2024 turned out to be the year of heat, with temperatures soaring to record breaking points across the world. There were a few months that saw prolonged and intense heatwaves – August and September in China, June in the US and May in India. But heatwaves do not automatically drive up electricity demand – for that, they need to happen in populated areas. 

Para capturar isso, calculamos as temperaturas ponderadas na população-em outras palavras, a temperatura experimentada por pessoas que vivem em uma determinada localidade. Dividimos cada país em pequenos quadrados, 30 km por 30 km. Em cada praça, olhamos para duas coisas - que quente ficou e quantas pessoas moram lá. Dessa forma, nossos resultados refletem o impacto do aumento do ar condicionado na demanda de eletricidade.

China

2024 foi a China Ano mais quente já registrado, com regiões densamente povoadas no sul e leste do país com o peso das ondas de verão. As temperaturas médias ponderadas em agosto (26,5 ° C) e setembro (23,1 ° C) foram superiores a qualquer outro agosto e setembro dos últimos 10 anos, marcando também um aumento notável em 2023.

= Juned

os EUA também experimentados | As temperaturas aumentam para 23,8 ° C, as mais altas do mês na última década. Também foi um aumento acentuado de 2 ° C a partir de junho de 2023 (21,8 ° C), que registrou as temperaturas mais baixas de junho em junho na última década. dias hottest year on record in 2024. June 2024 saw population-weighted temperatures rise to 23.8°C, the highest for the month in the past decade. It was also a sharp 2°C increase from June 2023 (21.8°C) which had recorded the lowest average June population-weighted temperatures in the last decade.

India

India endured an extreme heatwave season from April to June 2024, with northern and eastern regions experiencing double the usual number of heatwave days. Este período viu algumas das temperaturas mais altas da população em uma década, com média de 30,9 ° C-um aumento nítido de 1,5 ° C em comparação com abril a junho de 2023.May 2024 was the hottest, with temperatures averaging 31.7°C – a 1°C increase from May 2023.

Countries saw a surge in cooling demand

As ondas de calor em 2024 levaram a um maior crescimento ano a ano da demanda de eletricidade nos três países, destacando o impacto de eventos climáticos extremos nos sistemas de energia em todo o mundo. Impactos semelhantes são prováveis ​​em outros países que enfrentaram ondas de calor graves no ano passado. O impacto foi especialmente pronunciado durante agosto e setembro. A Ember estima que a demanda teria crescido apenas 4% em agosto em agosto, mas as necessidades de resfriamento adicionaram outros 5%, aumentando a demanda mensal 9% mais alta que o ano anterior-mais do que dobrá-la. Em setembro, as necessidades de resfriamento causaram o aumento da demanda ano a ano, de 4,4% para 9%. O impacto foi especialmente evidente durante as ondas de calor de junho. A Ember estima que a demanda no país teria caído 1,3% naquele mês, mas as necessidades de resfriamento resultaram em um aumento de 9,4%.

China

From April-September 2024, China’s electricity demand rose by 7% compared to April-September 2023, with an estimated 31% of this year-on-year growth driven by hotter temperatures. The impact was especially pronounced during August and September. Ember estimates that demand would have grown by just 4% year-on-year in August but cooling needs added another 5%, pushing monthly demand 9% higher than the previous year – more than doubling it. In September, cooling needs caused the year-on-year demand increase to double, from 4.4% to 9%.

United States

In the US, electricity demand from April-September 2024 was 3.3% higher than the same period in 2023 with an estimated 37% of the increase attributed to hotter temperatures. The impact was especially evident during the June heatwaves. Ember estimates that demand in the country would have fallen by 1.3% in that month but cooling needs resulted in a 9.4% rise instead.

ÍNDIA

Na Índia, a demanda de eletricidade durante abril a setembro de 2024 foi 6,1% superior a abril a setembro de 2023. Estima-se que 19% desse aumento pode ser atribuído a mais que as águas mais altas do que o mais alto ano foram mais altas do que o mais alto, em relação ao longo do que o mais alto, o que era mais alto do que o mais alto, o que era mais alto do que o mais alto, o que se deve a mais do que o mais alto que o mais que se deve a mais do que o mais alto, o que se deve a mais do que o mais alto, o que se deve a mais do que o mais alto, o que se deve ao longo de 2023. Isso foi impulsionado principalmente pelo crescimento econômico, com o ar condicionado representando cerca de 30% do aumento ano a ano. À medida que a propriedade do ar condicionado continua a aumentar, o impacto do calor extremo na demanda de eletricidade da Índia deve se tornar ainda mais pronunciado no futuro. 2024 meses de ondas de calor. As ondas de calor do verão 2024 levaram a um aumento na geração fóssil na China, Índia e EUA-em particular carvão na China e na Índia e no gás nos EUA. A geração limpa foi 54 TWH mais alta em agosto de 2024 do que em agosto de 2023, deixando um déficit de 25 TWH que foi atendido principalmente pelo carvão. A geração de carvão foi 4,4%maior em relação ao ano anterior em agosto, mais que o dobro do aumento médio anual de 2024 (+2%). A geração limpa naquele mês cresceu apenas 24 TWH, limitada por um declínio de 19 TWH em saídas hidrelétricas devido a uma seca no país. Para atender ao aumento da demanda, a geração de carvão saltou ainda mais acentuadamente, aumentando em 44 TWH (um aumento de 10% ano a ano) e cobrindo 63% do crescimento da demanda ano a ano naquele mês (e mais de 100% do aumento da contribuição da demanda de resfriamento). TWH). A demanda de eletricidade deste mês foi de 35 TWH (+9,4%) superior a junho de 2023, com a demanda de resfriamento adicionando 39 TWH substancial, transformando uma pequena queda na demanda em um aumento substancial. A geração limpa foi 23 TWH maior que no ano anterior, atendendo a mais de dois terços do aumento (67%), com gás (+7 TWH) e carvão (+4 TWH) subindo para cobrir o resto. A geração de carvão aumentou 6,4%em junho, marcando o terceiro maior ascensão do ano, após janeiro (+23%) e dezembro (+11%). Sem o aumento adicional de 4 TWH ano a ano da geração de carvão em junho, a geração de carvão dos EUA teria caído em 4% em 2024. Em vez disso, a demanda durante a onda de calor limitou o declínio a 3,5%. In May, cooling was responsible for more than one-third of the year-on-year demand increase.

Overall, the impact of higher temperatures in 2024 compared to 2023 on India’s electricity demand was less pronounced than for the US and China, likely due to unmet cooling needs. As air conditioning ownership continues to rise, the impact of extreme heat on India’s electricity demand is expected to become even more pronounced in the future.

Heatwaves Drove Coal Surge

The heatwaves led to large rise in coal generation

There was a significant rise in coal generation – and also a smaller rise in gas generation – to meet the surge in electricity demand during the 2024 heatwave months.

Countries are investing in renewable energy sources to meet increased electricity demand, but big and unexpected surges can mean more fossil generation at times. The heatwaves of summer 2024 led to a rise in fossil generation in China, India and the US – in particular coal in China and India and gas in the US.

China: heatwave-driven demand fueled coal surge

In August 2024, electricity demand was 79 TWh (9%) higher than August 2023, with cooling needs contributing 44 TWh of this surge. Clean generation was 54 TWh higher in August 2024 than in August 2023, leaving a 25 TWh shortfall that was primarily met by coal. Coal generation was 4.4% higher year-on-year in August, more than double the 2024 annual average increase (+2%).

In September, electricity demand was 70 TWh (9%) higher than September 2023, with cooling needs accounting for 36 TWh. Clean generation in that month grew by only 24 TWh, limited by a 19 TWh decline in hydro outputs due to a drought in the country. To meet the demand surge, coal generation jumped even more sharply, increasing by 44 TWh (a 10% year-on-year rise) and covering 63% of the year-on-year demand growth in that month (and more than 100% of the increased demand contribution from cooling).

Across August and September, coal generation increased by a combined 68 TWh, accounting for 59% of the total annual increase in China’s coal generation (115 TWh).

United States: heatwaves boosted coal and gas generation

In June 2024, heatwaves hit the United States. The electricity demand this month was 35 TWh (+9.4%) higher than June 2023, with cooling demand adding a substantial 39 TWh, turning a small fall in demand into a substantial rise. Clean generation was 23 TWh higher than the previous year, meeting more than two thirds of the increase (67%), with gas (+7 TWh) and coal (+4 TWh) rising to cover the rest.

Gas generation rose by 4.6% year-on-year in June, noticeably higher than the 2024 annual average increase (+3.7%). Coal generation increased by 6.4% year-on-year in June marking the third largest rise of the year, following January (+23%) and December (+11%). Without the additional 4 TWh year-on-year increase of coal generation in June, US coal generation would have declined by 4% in 2024. Instead, the demand surge during the heatwave limited the decline to 3.5%.

Índia: o carvão Met Maior of Demand Aumento

A Índia sofreu um período prolongado de calor no verão do ano passado. Em maio de 2024, a demanda de eletricidade da Índia foi de 20 TWH superior a maio de 2023-o maior aumento ano a ano em um único mês em 2024. Estima-se que as temperaturas mais quentes contribuíram com 7 TWH deste aumento de 20 TWH. Ao contrário da China e dos EUA, onde ondas de calor levaram a picos mais nítidos no uso de eletricidade, a contribuição do resfriamento para o crescimento da demanda ano a ano na Índia foi menos pronunciada-mas ainda significativa. À medida que as ondas de calor se tornam mais frequentes e a propriedade da CA aumenta, garantir que a oferta de eletricidade suficiente para atender às necessidades de resfriamento seja um grande desafio na Índia. ondas de calor. Por trás do aumento calculado das temperaturas médias, no entanto, reside uma realidade de extremos quentes mais frequentes e intensos, incluindo prolongados e

Clean generation met 19% of the extremely high year-on-year demand increase in May 2024, while coal continued to be the primary source, meeting 70% and gas, the rest. As heatwaves become more frequent and AC ownership rises, ensuring sufficient electricity supply to meet cooling needs is a major challenge in India.

Conclusion

The growing impact of heatwaves

Relying on fossil fuels to meet growing power demand exacerbates climate change and fuels even more frequent and intense heatwaves.

In 2024, the world experienced its hottest year ever recorded, with global temperatures surpassing pre-industrial levels by more than 1.5°C (1.55°C) for the first time. Behind the calculated rise in average temperatures, however, lies a reality of more frequent and intense hot extremes, including prolonged and com risco de vida ondas de calor em todo o mundo. As mudanças climáticas, impulsionadas por emissões de gases de efeito estufa induzidas pelo homem, tornaram esses eventos de calor extremo mais prováveis, frequentes e graves. No futuro, os extremos de temperatura quente continuarão a se intensificar e se tornarem mais recorrentes à medida que as temperaturas globais aumentam. Sua gravidade é projetada para Dobrar a 2 ° C de aquecimento e quadruplicar a 3 ° C - com uma intensificação praticamente certa, mesmo que o aquecimento se estabilize a 1,5 ° C. Essa tendência é encontrada nos países da OCDE e também está se tornando mais pronunciada no sul global, onde a urbanização rápida e o calor implacável estão levando a um aumento na propriedade da CA.

The rise in heatwaves is driving sharp spikes in electricity demand, particularly due to the widespread use of air conditioning. This trend is found in OECD countries and is also becoming more pronounced in the Global South, where rapid urbanization and unrelenting heat are leading to a surge in AC ownership.

Para enfrentar o crescente desafio, três respostas políticas podem ajudar a mitigar os riscos futuros: ||. Os modelos atuais geralmente operam com metade da eficiência da melhor tecnologia disponível, mas as barreiras de custo impedem muitos de atualizar. Incentivar unidades com eficiência energética pode ajudar a reduzir a tensão na grade.

• Energy-efficient air conditioners: Encouraging the sale of more efficient air conditioners is crucial. Current models often operate at half the efficiency of the best available technology, but cost barriers prevent many from upgrading. Incentivizing energy-efficient units can help reduce the strain on the grid.

• Solar na cobertura: A promoção da energia solar na cobertura oferece famílias e empresas o potencial de gerar eletricidade mais barata e limpa. Durante o horário de pico da demanda, quando as necessidades de resfriamento são mais altas, a energia solar pode ajudar a reduzir a dependência da grade e fornecer uma solução sustentável para alimentar os ar condicionados. Como a demanda de pico geralmente se estende à noite, as baterias podem ajudar a armazenar energia solar para uso posterior, garantindo uma fonte de alimentação mais suave e mais eficiente.

• Preços de varejo aprimorados: com o advento da energia solar barata, a eletricidade de varejo deve ter um preço mais barato durante o dia para dar acesso a resfriamento mais barato. Também deve haver incentivos para reduzir o uso durante momentos raros de crocância de restrição de suprimentos e, portanto, evitar apagões e reduzir a necessidade de geração de backup dispendiosa. Isso pode ser através de um sistema de alerta; Por exemplo, na Índia, Os consumidores podem se inscrever para alertas de texto para reduzir a demanda em momentos críticos, ganhando recompensas e reduzindo a dependência de usinas de carvão sobressalentes. Confiar em combustíveis fósseis para atender à crescente demanda de refrigeração é uma estratégia perdida. Exacerba as mudanças climáticas, alimentando ondas de calor mais frequentes e intensas. A melhor maneira de fazer isso é com uma combinação de condicionadores de ar eficientes, preços solares e aprimorados de varejo. demanda

It is a global imperative to improve access to cooling and to make cooling affordable. Relying on fossil fuels to meet increasing cooling demand is a losing strategy. It exacerbates climate change, fuelling more frequent and intense heatwaves. The best way to do this is with a combination of efficient air-conditioners, solar and improved retail pricing.

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Metodologia

Visão geral

Esta metodologia descreve a abordagem usada para quantificar o impacto da temperatura na demanda mensal de eletricidade, concentrando-se nos dados de temperatura ponderados pela população e nos efeitos específicos das ondas de calor nos Estados Unidos, China e Índia. Usando a análise de regressão com dados de temperatura e demanda de eletricidade, essa análise isola as variações orientadas à temperatura das mudanças estruturais no consumo de eletricidade.

Fontes de dados

Dados meteorológicos: Os dados de temperatura foram provenientes da reanálise ERA5 via meteo aberto, fornecendo leituras horárias de temperatura. Dados

Electricity Demand Data: Monthly electricity demand data was obtained from Ember’s monthly electricity data.

Dados da população: Os números da população foram derivados de População gridada da NASA do conjunto de dados mundiais || 1067 , with a resolution of 0.25 degrees (30 km).

Time Period: The analysis of temperature effects covers the period from 2015 to 2024, depending on the availability of data for each country.

Calculation of temperature impacts

Normalising Monthly Electricity Demand

Monthly electricity demand was normalised by dividing observed demand by its 12-month trailing average. This process helps to minimize the influence of long-term structural factors such as economic growth or increased electrification, isolating seasonal and temperature-related changes.

Temperature Data

A 1-degree resolution grid was created for each country. Population data was assigned to each grid cell and hourly temperature data was extracted for the center of each cell.

Population Weighting for temperature and CDD/HDD values

Population weighted temperatures were calculated by weighting temperature for each grid cell by the corresponding population.

Similarly, cooling degree days (CDD) and heating degree days (HDD) values were calculated and weighted using the same approach. This ensures that temperature metrics reflect conditions in populated areas, where electricity demand is concentrated. It also accounts for the non-linear relationship between temperature and energy use. Cooling degree days and Heating degree days were defined as follows:

• grau de resfriamento Dias (CDD): a soma dos graus pelos quais as temperaturas diárias excedem 22 ° C, refletindo a demanda de resfriamento. Análise

• Heating degree days (HDD): The sum of degrees by which daily temperatures fall below 18°C, reflecting heating demand.

Regression Analysis

Para entender a relação entre a temperatura e a demanda de eletricidade, usamos a análise de regressão para identificar como as mudanças de temperatura, medidas através de dias de resfriamento e dias de grau de aquecimento, influenciam a demanda de eletricidade por país. A análise ajuda a quantificar até que ponto as temperaturas mais altas ou mais baixas impulsionam as alterações no uso mensal de eletricidade. Os desvios foram calculados como a diferença entre CDD/HDD observado e as médias mensais de 10 anos (2015-2024), estabelecendo uma linha de base para a identificação de anomalias. Médias de 10 anos. Esses impactos foram então traduzidos em números absolutos (TWH), escalando usando a demanda normalizada. Este relatório se concentra no impacto das temperaturas mais quentes e dos graus de resfriamento nos meses de verão. Neshwin Rodrigues, Muyi Yang, Ardhi Arsala Rahmani,

Calculating Temperature Deviations

Monthly deviations in temperature that are most relevant to electricity demand were calculated using Cooling degree days (CDD) and heating degree days (HDD). Deviations were calculated as the difference between observed CDD/HDD and the 10-year monthly averages (2015–2024), establishing a baseline for identifying anomalies.

Calculating Absolute Impact

The actual impact of temperature variations was derived by applying the identified relationship of CDD and HDD data and monthly electricity demand to the deviations in CDD and HDD values from the 10-year averages. These impacts were then translated into absolute figures (TWh), by scaling using the normalised demand. This report focuses on the impact of hotter temperatures and cooling degree days in summer months.

Acknowledgements

Authors

Kostantsa Rangelova, Dave Jones, Nicolas Fulghum

Contributors

Richard Black, Rashmi Mishra, Reynaldo Dizon, Neshwin Rodrigues, Muyi Yang, Ardhi Arsala Rahmani, Kavya Sharma

Imagem de tampa

Torres de transmissão de eletricidade com altos fios de tensão na Índia, para a distribuição de energia elétrica e suprimento e um fundo de antecedentes de um fundo de térmicos de alta tensão, para a distribuição de energia elétrica e suprimentos e antecedentes e antecedentes, e um fundo de transmissão de eletricidade com fios de alta tensão na Índia; Essas torres são usadas para transmitir eletricidade por longas distâncias. Mundo

wassup6730 / Alamy Stock Photo