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如何加快美国中西部建筑的电气化
  • 建筑电气化是改变能源效率、需求管理、分布式能源和其他先进能源行业,以及减少碳排放这一更广泛任务的潜在游戏规则。

    建筑电气化是改变能源效率、需求管理、分布式能源和其他先进能源行业,以及减少碳排放这一更广泛任务的潜在游戏规则。
      
      这使美国所有建筑物的供暖系统和其他系统电气化的目标似乎很遥远,但是,就像许多其他清洁能源发展一样,直到最近才取得了很大进展。美国已有40%的新住宅都是用空气源热泵代替化石燃料燃烧系统建造的。
      
      下一个障碍是在美国难以消除化石燃料的建筑系统的部分地区开始使建筑实现电气化。在冬季温和的地区,建筑的电气化已经发展了一段时间。但是在美国中西部地区,其冬季处于美国最寒冷的地区,因此使用天然气作为热源要便宜得多。
      
      在密歇根州,只有超过10%的家庭取暖是通过电力完成的,而佛罗里达州则有90%以上使用电力。但是,即使在天气较冷的气候下,其应用前景也开始发生变化。
      
      零度以下冬季的净零能源
      
      例如在密歇根州,已经有了电气化的成功经验。底特律地方电力工人国际兄弟会的总部于几年前进行了大规模翻新,成为该州第一座净零能耗建筑。这座占地33,000平方英尺的建筑现在部署了太阳能发电设施,其产生的电力驱动机械式热泵,该热泵与闭环地面热交换系统协同工作,以提供全电加热和冷却。在以往,天然气占这个建筑每年65,000美元能源成本的约65%。如今其年度能源成本现在已降低到几乎为零。
      
      该项目传达了一个信息,那就是在以前没有太多业务的地方可以实现建筑电气化。尽管寒冷的气候对于实现电气化的挑战,但减轻美国中西部经济困难社区能源负担的需求为采用新的建筑能耗方式提供了新的动力。
      
      Walker-Miller服务公司是一家总部位于底特律致力于减少能耗的服务提供商已经开始着手一项雄心勃勃的项目,将其总部转变为零净能源的建筑,其中包括采用全电加热系统。这项努力是该公司更大的目标的一部分,该目标是为底特律带来能源效率。而底特律面临高昂的能源费用和大量使用化石燃料供暖这些重大挑战。
      
      能效改造(包括那些促进电气化的改造)是重建社区的艰巨任务的一部分。
      
      例如,发展伙伴关系FEHAJ正在寻求通过安装太阳能发电设施、电热水器和被动式地热冷却等方式将其在底特律西南部拥有的几栋栋联排别墅转变为零净能建筑。该项目旨在减少给住户带来沉重负担的高昂电费。
      
      与高收入家庭相比,低收入家庭已经倾向于将其收入的大部分用于能源成本。由于电气化有助于减轻这种能源负担,因此改造可以成为经济发展和减贫的工具。
      
      决策者和监管者可以做什么
      
      随着电气化经济的不断发展,类似这样的项目变得更加可行。
     
      根据洛基山研究所在2018年进行的一项研究,采用基于休斯顿、奥克兰、普罗维登斯和芝加哥四个不同城市(其中两个城市是冬季寒冷城市)的假设,将天然气供电和热水的成本进行了建模。在这四个项目中,对于新建住宅来说,在15年的净现值基础上,对于所有新建房屋来说,安装标准的热泵要比使用天然气供电市长和新的空调系统便宜。
      
      当然,用电气系统改造现有建筑物是一个更大的挑战。但是,法规的变更可以帮助改造项目克服最初的资本成本支出。
      
      在密歇根州,法规和政策可能在以下四个方面有所作为。其他州也可以效仿这些步骤。
      
      1.虚拟电厂业务模式
      
      虚拟电厂项目在加州和新英格兰等地已经运行了一段时间,但在美国许多地区,包括美国中西部地区,此类项目一直很少。
      
      在密歇根州,该州公共服务委员会目前正在深入开展其MI电网计划,该计划正在研究新的监管模型,这些模型可以帮助实现住宅太阳能发电设施和电池储能系统等分布式能源的增长。
      
      尽管仍处于初期阶段,但这些监管变革有望提升建筑电气化的潜在价值。可以将具有全电气系统的建筑物聚集在一起,以充当庞大的需求响应资源,尤其是在与住宅太阳能和储能设施配合使用时,可以取代峰值发电厂,增强电网的可靠性和弹性,避免停电,并为电网提供其他服务。
      
      这些服务代表了潜在的收入来源,可以吸引电气化项目的资金。
      
      2.能效激励
      
      下一步,监管机构和立法者需要解决可能阻碍许多消费者转向电力系统的政策障碍。
      
      例如,通过他们的公用事业公司,消费者经常可以获得回扣,将他们的燃气炉升级为更高效的型号。但这种帮助通常不太常规,但可能更有益的升级,如从燃气炉转换为电动空气源热泵。
      
      某些障碍之所以存在,只是是由于人们为住宅供暖超过一个世纪以来的惯性。
      
      3.建筑规范
      
      密歇根州将在2021年做出有关住宅建筑法规的重要决定。州监管机构必须更新适用于新建筑的节能规范,并为照明、机械系统、将空调与外界隔开的建筑围护结构等制定标准。
      
      有不同的统一规范可供选择,有些规范比其他规范更能简化向电气化的过渡。代表地方政府的成员投票通过的2021年版《国际节能规范》要求电路必须存在,以便在需要时可以将电器转换为电气设备。
      
      这个标准只是一个简单的改变,在未来的很多年里都会有回报。它将确保新的住宅建筑不会陷入低效的取暖、制冷和运行电器的方式,并消除电气化转型的潜在障碍。但2018年版的IECC(国家也可以采用它作为更新的住宅规范)缺乏这一标准,也不支持广泛的先进能源技术。
      
      密歇根州需要为下一次更新做出明智的选择。
      
      4.迈向电气化的第一步
      
      最后,如果美国中西部地区首先解决家庭供暖问题,而经济学明确支持电气化,那么该地区将迅速向电气化迈进:丙烷。
      
      丙烷在密歇根州以及美国中西部地区用于住宅取暖,比美国其他任何地区都多。每年使用的丙烷超过3.67亿加仑,据密歇根丙烷气体协会的数据,密歇根州是住宅部门丙烷使用量最高的州,其次是明尼苏达州和威斯康星州。
      
      尽管在现有建筑物中用热泵代替高效天然气炉可能并不总是经济的,但丙烷的成本往往比电的成本高。油加热也是如此。
      
      对于消费者来说,重要的是要明白,节省取暖费可以使从丙烷到电气化的转变值得许多密歇根家庭的前期成本。事实上,这些节省下来的资金可以作为此类改造的基础。
      
      从化石燃料转变为电力仅仅是一个建筑物的系统,甚至只是一个系统的一部分,是向电气化迈进了一步。
      
      所有这些都不会是一夜之间的变化,但是随着正确的政策到位,电气化建筑将逐渐成为朝着有效利用能源,增加可再生能源和未来电网方向发展的重要组成部分。
      
      编译:Harris
      
      

    建筑电气化是改变能源效率、需求管理、分布式能源和其他先进能源行业,以及减少碳排放这一更广泛任务的潜在游戏规则。