具有雄心勃勃的氣候變化目標(biāo)的國(guó)家必須解決直接建筑物排放問(wèn)題，但是現(xiàn)在電氣化在任何地方都有意義嗎？即使在寒冷的氣候下，電器也可以減少碳排放嗎？
新落基山研究所的分析通過(guò)檢查下48個(gè)州中的每個(gè)州來(lái)回答這些問(wèn)題，重點(diǎn)關(guān)注建筑物中化石燃料的最大直接使用：家庭取暖。我們將煤氣爐與現(xiàn)成的電替代品進(jìn)行了比較：空氣源熱泵。熱泵技術(shù)是一種特別有效的給房屋供暖的方式，其熱能消耗量是其所消耗電能的2至4倍。
結(jié)果表明，各國(guó)通過(guò)安裝熱泵來(lái)大幅削減建筑物的直接排放具有巨大潛力。到2020年，用熱泵代替燃?xì)鉅t將減少48個(gè)州中的46個(gè)州（美國(guó)99％的家庭）的碳排放；除懷俄明州和猶他州外，其余都嚴(yán)重依賴(lài)燃煤電力。與燃油相比，毫無(wú)疑問(wèn)，熱泵是更清潔的熱源。
我們的分析發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)重要的原因，即為什么今天購(gòu)買(mǎi)的熱泵在15年的使用壽命中將比燃?xì)鉅t具有更低的碳排放量：（1）即使在寒冷的氣候下，現(xiàn)代熱泵的效率也比燃?xì)鉅t明顯更高；（2）電力部門(mén)已達(dá)到減少碳排放的臨界點(diǎn)。
這一新現(xiàn)實(shí)對(duì)政策制定者有幾個(gè)關(guān)鍵意義：
- 住宅空間供暖是減少全國(guó)碳排放的關(guān)鍵杠桿。
- 時(shí)鐘為政策運(yùn)動(dòng)而滴答作響。在新建筑和家電更換之間，每年將有5到800萬(wàn)座美國(guó)建筑增加或更換供暖設(shè)備。這些決定中的每一項(xiàng)都可能將建筑物中化石燃料的使用鎖定數(shù)十年，因?yàn)槊簹鉅t的使用壽命為15至20年。
- 最后，無(wú)需等待安裝熱泵。今天安裝的電氣設(shè)備對(duì)生命周期的氣候效益可能會(huì)在未來(lái)幾年內(nèi)增加。當(dāng)今的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素（煤炭經(jīng)濟(jì)不佳，新州和當(dāng)?shù)乜稍偕茉茨繕?biāo)）表明，未來(lái)幾年電網(wǎng)將越來(lái)越清潔。
查看今天購(gòu)買(mǎi)的電器的終身排放
住宅爐是一項(xiàng)長(zhǎng)期資產(chǎn)。如果它在2020年失效，則今年需要更換。購(gòu)買(mǎi)完成后，家庭將不會(huì)再做出超過(guò)15年的決定（即產(chǎn)品的使用壽命）。
今天，在大多數(shù)州，從煤氣爐轉(zhuǎn)換為熱泵將在第一天減少排放。但我們還必須考慮爐子使用壽命內(nèi)的總排放量。對(duì)于煤氣爐，只要您使用該爐，每年每燃燒10立方英尺的氣體，總排放量將大約是一磅二氧化碳?xì)怏w。但是電加熱的故事卻不同。隨著電網(wǎng)變得更加綠色，電加熱將隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生更少的碳。即使直到2025年網(wǎng)格仍不夠清潔，今天仍需購(gòu)買(mǎi)熱泵在考慮2020年至2035年的壽命排放量時(shí)，應(yīng)減少排放量。這是查看爐子的累積（或壽命）排放量影響的力量。我們的分析考慮了使用國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）對(duì)電網(wǎng)能源的未來(lái)預(yù)測(cè)，得出的當(dāng)今安裝的熱泵15年壽命的累積排放量。
影響熱泵和燃?xì)鉅t壽命排放之間比較的兩個(gè)因素：天氣和電力混合。
即使在寒冷的氣候下，熱泵也更加高效
近年來(lái)，熱泵技術(shù)已得到顯著改善，這顛覆了人們公認(rèn)的說(shuō)法，即它不是有效或可靠的熱源。即使考慮到在極端寒冷的天氣中效率下降，我們的分析也發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代空氣源熱泵的效率是燃?xì)鉅t的兩倍以上。
通過(guò)將歷史小時(shí)天氣狀況與現(xiàn)代，隨時(shí)可用的熱泵的性能相結(jié)合，我們計(jì)算了每個(gè)州人口最多的城市全年的熱泵運(yùn)行效率。我們的分析調(diào)整了熱泵效率，以考慮到在極少的時(shí)間和非常寒冷的天氣中何時(shí)何地需要備用電阻熱。例如，在北達(dá)科他州法戈，平均最低日平均溫度為-23°F（-30°C），一年中大約需要5％的這種備用功能。
下圖顯示了預(yù)期的熱泵性能系數(shù)（COP），它是按加熱程度天數(shù)計(jì)算的每日熱泵效率的加權(quán)平均值。COP為1表示系統(tǒng)具有100％的效率-加熱能量等于電力輸入。COP為2表示熱泵每消耗1千瓦時(shí)的電能，就會(huì)產(chǎn)生2千瓦時(shí)的熱量。
每年熱泵的效率是能源之星煤氣爐的2.2到4.5倍，并且在任何氣候條件下，熱泵的效率都不低于200％（COP為2）。在加利福尼亞，田納西州和亞利桑那州等冬季溫和的地區(qū)，效率最高。但是，在科羅拉多州，明尼蘇達(dá)州和威斯康星州等寒冷氣候下，熱泵的能源效率也比煤氣爐高。盡管此分析未對(duì)地源熱泵或地?zé)?/a>泵進(jìn)行建模，但由于其COP甚至比空氣源熱泵更高，因此總體結(jié)論可能相似。
在過(guò)去的十年中，由于空氣源熱泵的技術(shù)進(jìn)步，在寒冷氣候下的強(qiáng)勁性能尤其值得關(guān)注。熱泵性能的最新主要進(jìn)步包括：
- 精調(diào)的控件可在最冷的條件下無(wú)縫集成電阻備份。
- 行業(yè)合作伙伴關(guān)系導(dǎo)致可以使用Nest等智能恒溫器進(jìn)行配置，從而更好地響應(yīng)用戶(hù)的熱舒適性并防止系統(tǒng)過(guò)熱。
- 變速壓縮機(jī)技術(shù)使熱泵一年四季都能達(dá)到最佳效率。
此外，鑒于美國(guó)熱泵市場(chǎng)的近期擴(kuò)張以及持續(xù)增長(zhǎng)的巨大潛力，我們預(yù)計(jì)未來(lái)幾年市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和銷(xiāo)量將增加，從而在未來(lái)幾年內(nèi)降低熱泵系統(tǒng)的成本。
綠化電網(wǎng)意味著更多的節(jié)能減排
造成生命周期排放的第二個(gè)關(guān)鍵因素是電力的碳強(qiáng)度（在這種情況下，以每兆瓦時(shí)的平均二氧化碳排放磅數(shù)衡量）。
自2005年以來(lái)，所有州的碳強(qiáng)度已顯著降低，并且在最近兩年中呈上升趨勢(shì)。自2018年以來(lái)，煤炭發(fā)電是電力碳排放量的不成比例的主要貢獻(xiàn)者，自2018年以來(lái)下降了20％，主要是由于天然氣和可再生能源的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)。
RMI的分析結(jié)合了美國(guó)環(huán)境保護(hù)署和NREL的區(qū)域能源部署系統(tǒng)（ReEDS）模型的歷史數(shù)據(jù)，以預(yù)測(cè)每個(gè)州所消耗電力的碳強(qiáng)度變化。ReEDS情景取自2019年標(biāo)準(zhǔn)情景，并假設(shè)到2036年天然氣價(jià)格持續(xù)低廉，可再生能源成本較低（與近期趨勢(shì)和分析師預(yù)期相符），導(dǎo)致煤炭占16％，天然氣占38％，零排放占44％。到2030年全國(guó)電力發(fā)電量。
從政策的角度來(lái)看，ReEDS模型在其網(wǎng)格混合假設(shè)中是中等的。該模型假定僅在其規(guī)定的時(shí)間表上實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有的具有約束力的國(guó)家清潔能源目標(biāo)。RMI并未納入其他類(lèi)型的脫碳承諾（執(zhí)行命令，城市決議，立法草案），盡管如果將這些內(nèi)容包括在內(nèi)，我們的結(jié)果將顯示全電氣設(shè)備的減排量更大。
考慮到該州最近的政策運(yùn)動(dòng)，包括HB 411，這可能會(huì)影響我們對(duì)猶他州的結(jié)論，該政策到2030年將為雄心勃勃的清潔能源目標(biāo)的猶他州社區(qū)實(shí)現(xiàn)100％的可再生電力。在最近的分析中，Sierra Club得出的結(jié)論是，完全淘汰煤炭（有可能通過(guò)額外的清潔能源承諾和市場(chǎng)力量來(lái)實(shí)現(xiàn)），將節(jié)省的碳排放擴(kuò)展到所有州。
因此，我們認(rèn)為我們的發(fā)現(xiàn)是保守的。他們不需要大幅增加脫碳承諾，也不需要化石燃料資產(chǎn)的非市場(chǎng)淘汰。唯一需要相信的是，現(xiàn)有的，具有約束力的承諾將在擁有承諾的州中實(shí)現(xiàn)，并且天然氣和可再生能源成本低廉的市場(chǎng)力量將持續(xù)到下一個(gè)十年。
未來(lái)之路
對(duì)于希望在COVID-19危機(jī)及隨后的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇期間應(yīng)對(duì)氣候變化的城市和州，正在尋求技術(shù)上可行，影響力強(qiáng)且具有成本效益的解決方案。
建筑電氣化提供了這樣的機(jī)會(huì)。自2019年7月以來(lái)，已有30多個(gè)城市通過(guò)立法強(qiáng)制或鼓勵(lì)全電氣新建筑。許多城市和州都在探索現(xiàn)有建筑物的過(guò)渡，隨著燃?xì)庠顗勖谋M頭，通常逐步采用全電氣用具。
RMI與全國(guó)各地的城市和州官員合作，以制定出符合我們氣候目標(biāo)，經(jīng)濟(jì)上有吸引力且可實(shí)現(xiàn)的路線(xiàn)，并一路為一線(xiàn)社區(qū)和勞工帶來(lái)好處。盡管目前流行的電力部門(mén)脫碳之風(fēng)應(yīng)向前推進(jìn)并加速，但對(duì)于99％的美國(guó)家庭而言，無(wú)需等待更清潔的電網(wǎng)來(lái)安裝熱泵。
州決策者和公用事業(yè)公司應(yīng)優(yōu)先考慮激勵(lì)措施，以使房主和房東在下屆立法和計(jì)劃會(huì)議中能夠通過(guò)熱泵為住宅供暖。盡管像緬因州和佛蒙特州這樣的少數(shù)幾個(gè)州已經(jīng)在加快采用熱泵，但先進(jìn)的熱泵技術(shù)狀態(tài)加上電網(wǎng)的脫碳功能使住宅熱泵供暖成為當(dāng)今幾乎每個(gè)州采取氣候行動(dòng)的重要工具。 編譯 陳講運(yùn)
來(lái)源：https://rmi.org/its-time-to-incentivize-residential-heat-pumps/
